不同負荷的游泳運動對大鼠認知能力及海馬神經疲勞的影響

劉忠民，高 喆，牛 娜，董煒達

(吉林大學體育學院，吉林 長春130012)

許多研究表明，運動對學習記憶的認知能力有促進作用[1-3]。海馬(Hippocampus)是認知功能的靶腦區，海馬神經的突觸可塑性可直接影響學習與記憶功能[4]。一氧化氮合酶(n-NOS)作為一種神經遞質在神經元之間起信息傳遞作用，參與神經發育、調節，在學習記憶的認知過程中發揮重要作用[5]。但是，低濃度的一氧化氮( nitric oxide ， NO ) 可以起到信使作用， 而過量的 NO 則導致神經元的疲勞甚至損傷。研究表明，慢性綜合應激可導致海馬-氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)表達增加，產生過量的 NO，使海馬神經元受損[6]。目前，有關海馬神經在承受不同運動負荷(應激)條件下，學習記憶能力的發揮及神經疲勞或損傷的研究尚屬少見。因此，以不同運動負荷作為應激原，以學習記憶能力為認知行為的指標，以海馬神經n-NOS的表達為切入點，研究和探討運動干預認知機能的效果及疲勞機制，對促進腦健康，預防腦老化具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與分組

將吉林大學基礎醫學院實驗動物中心提供的體重350±20 g的Wistar雄性大鼠40只，隨機分成對照組和每天進行15 min、30 min、60 min小、中、大游泳運動負荷的實驗組[7]。各組樣本數為10，實驗控制時間為8周。游泳時在水溫30℃±1℃，直徑150 cm、高80 cm、水深70 cm的圓形游泳池中進行。

1.2 實驗取材及免疫組化方法

最后一次運動后即刻取材，用0.3%的戊巴比妥鈉(35-50 mg/kg)對大鼠進行麻醉，隨后用4%的多聚甲醛心臟灌流固定；迅速打開顱腔取腦，將腦泡入4%的甲醛中再固定。 免疫組織化學染色方法嚴格按說明書要求進行操作，具體實施過程參見參考文獻[8]。

1.3 圖像解析與數據處理

圖像分析用Trintron Multiscan G500圖像分析儀。

數據統計方法采用SPSS 16.0進行單因素方差分析；組間檢驗,P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

學習記憶的認知能力的實驗結果見表1所示。達標所需訓練次數，與對照組比較，中等負荷組所需的訓練次數顯著減少(P<0.05)，而大強度組顯著增加(P<0.05)，中等強度與大強度組間相比，差異非常顯著(P<0.01)。學習達標過程中出現錯誤次數，與對照組相比，中等強度組顯著減少(P<0.05)，而大強度組顯著增加(P<0.05)；中等強度與大強度組間差異顯著(P<0.01)。

表1 大鼠達到學會標準所需的訓練次數及錯誤次數

注：*與對照組比P<0.05，＊中等強度與大強度組間比P<0.01

從表2中可以看出，隨著運動負荷的增加，海馬神經n-NOS陽性神經元表達顯著提高。與對照組比較，中、大運動負荷組均具有非常顯著的差異(P<0.01)；與小運動負荷組比較，中等運動負荷組差異顯著(P<0.05)，大強度負荷組呈現非常顯著的差異(P<0.01)；大強度的負荷組非常顯著的高于中等負荷組(P<0.01)。

免疫組織化學觀察n-NOS陽性神經元呈棕褐色，著色主要位于胞漿內，大強度負荷組染色較淺。見圖1。

表2 不同運動負荷組海馬神經n-NOS陽性表達結果

注：與對照組比▲P<0.01，與小負荷比★P<0.05、☆P<0.01，#中、大運動負荷組間比較P<0.01

圖1 n-NOS陽性神經元在細胞內表達

3 討論

運動對機體的影響作用是通過運動負荷的刺激來實現的，過低的運動負荷達不到運動的效果，過大的運動負荷會產生神經疲勞，追求理想的運動效果就是尋求適宜的運動負荷。運動對學習記憶能力影響的研究是近年許多研究者們高度關注的研究領域。海馬是學習記憶的重要區域[9]，海馬神經元的長時程增強作用(LTP)是學習記憶的神經生物學基礎[10]。作為神經型的一氧化氮合酶(n-NOS)主要存在于神經細胞中，參與學習記憶功能[11]NO作為一種神經遞質在神經元之間起內信息傳遞作用，參與學習記憶等許多生理過程[12]。運動對海馬神經的影響涉及在許多方面，本研究通過不同運動負荷的干預，研究和探討了對海馬神經影響的行為特征和n-NOS表達水平。其結果表明中等運動負荷對大鼠學習記憶的認知能力及海馬神經n-NOS活性表達水平的效果是最佳的。這與運動作為一種應激源，可使不同腦區的n-NOS活性增高[13]；Krukoff等，隨著運動負荷的加大，n-NOS陽性神經元的活性增強[14]以及中等負荷和大負荷運動，可以引起海馬CA1區NOS及其亞型表達升高[15]的研究結果是一致的。這些研究都證實了運動對海馬區n-NOS活性增強的效果。其機制可能與海馬神經突觸后NMDA受體及非NMDA受體激活后，Ca2+內流，與CaM一起活化n-NOS，催化L-Arg產生NO[16]有關。但是，我們的研究還發現，在大運動負荷干預下海馬神經n-NOS雖然顯著表達，但是，學習記憶能力與中等運動負荷組比顯著下降。可見，海馬區的n-NOS活性表達效果并非是越高越好。劉鴻宇等研究顯示，大負荷訓練后，大鼠海馬CA1區、CA2區和CA3區n-NOS陽性神經元的數量、面積和灰度值均顯著高于對照組，其量超出海馬神經元抗NO毒性能力時，導致機體進入疲勞狀態[17]。可見，NO具有在適宜運動負荷下對神經細胞具有保護和在持續大負荷條件下毒性作用的兩重性。其可能機制與大負荷訓練促使海馬神經細胞NOS活性增強，NO濃度升高，在一定范圍內可以保護神經細胞，參與調動神經細胞的多項功能；而長期疲勞訓練致使海馬組織細胞內NO濃度過高而產生毒性，甚至使海馬組織細胞出現微損傷導致學習記憶能力的下降[18]。這一研究提示我們，運動對海馬神經的良性影響作用是在一定的生理范圍內實現的，追求適宜的運動負荷才能達到理想的效果，其機制有待進一步的分析和研究。

作者簡介：劉忠民(1960-),男，教授，博士，研究方向：運動與健康研究。

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