体育运动训练增强肌肉可塑性和大脑可塑性

赵新世

（华北水利水电大学 河南 郑州 450045）

前言

生命在于运动，经常进行体育运动，不仅能够强身健体，改善我们的肌肉可塑性，还能够增强我们大脑的可塑性，改善我们的记忆力，使得我们的注意力更加集中。通过对体育运动训练增强肌肉可塑性和大脑可塑性的研究，有利于激发人们的运动动机，还能够以此为依据，制定科学合理的运动计划，更好维护我们的身体健康，改善生活质量。

1、体育运动训练增强肌肉可塑性

1.1、人体肌肉可塑收缩原理

人体肌肉在收缩过程中，主要依靠肌球蛋白与肌动蛋白相互作用来提供收缩动力。所谓的肌球蛋白，主要由两条“重链”与“轻链”来组成，上述两种物质能够决定人体肌肉运动的动作效率、疲劳抗性等。以肌球蛋白重链亚型为依据，对其中存在的肌原纤维来说，具体可以分为三类：第一类是1型肌原纤维，第二类是2A型肌原纤维，第三类是2X型肌原纤维。在人体多数肌肉组织中，1型与2型肌原纤维（包括2A型肌原纤维与2X型肌原纤维）各占据“半壁江山”。同时在2型肌原纤维中，2A型肌原纤维与2X型肌原纤维各自所占比例也基本相同。2型肌原纤维与1型肌原纤维相比较，在收缩速度方面，2型肌原纤维收缩速度更快，但在肌肉最大力量输出方面，1型肌原纤维显然更占据优势。究其原因在于，在1型肌原纤维中，含有大量ATP酶，且自身张力成本也比较低。通常而言，人体肌肉在运动时，会优先利用1型肌原纤维，然后才是2型肌原纤维。因此在低强度运动下，2型肌原纤维使用比较少。

1.2、体育运动对肌肉可塑性的影响

肌肉可塑性主要体现在能够对一些外部刺激进行适应，一般适应效率越高，说明肌肉可塑性越强，而影响肌肉可塑性包含多种因素，比如运动负重程度、局部组织缺氧程度、肌肉收缩的次数等。相关研究表明，若个体长期卧床，或者肢体长期保持固定，将会降低肌肉的横截面积，且肌肉强直收缩力（PO）与肌肉横截面积（CSA）之比也会下降，影响肌肉可塑性。但如果是短期卧床或短期肢体固定，不会改变PO/CSA数值，但肌肉横截面积仍会下降。除此之外，若长期不运动，肌束角度与长度也会下降。研究发现，若将肢体打上石膏，在3个月后，个体1型肌原纤维减少9%，2A型肌原纤维保持不变，2X型肌原纤维有所增加，增加数值为7%。而个体在卧床25d后，经检查发现1型肌原纤维与2型肌原纤维均处于减少的状态。由此能够说明，活动受限时间不同，对肌原纤维带来的影响也有一定差异性。

而相对活动受限会减少肌肉可塑性而言，通过进行体育运动训练，能够有效提升肌肉的可塑性。比如，在体育运动中增加耐力训练与抗阻力训练，肌肉中毛细血管的数量将会增多。同时相关研究还显示，通过进行体育耐力运动训练，能够改变2型肌原纤维中不同肌原纤维类型分布，即会使得很多2X型肌原纤维转化为2A型肌原纤维。在经过体育运动力量训练后，肌肉生理结构也会有所变化，除了毛细血管增多，2型肌原纤维与1型肌原纤维的横截面积也会增大，且在增长速度方面，前者比后者要更快。肌肉整体力量也会因此增加，肌肉可塑性得到有效增强。

面对不同体育项目训练，对人体肌肉可塑性带来的影响也有一定差异性。比如针对健美体育运动，能够有效增加人体的2型肌原纤维，1型肌原纤维不发生变化，且肌肉纤维的力量输出将会变得更强。而对短跑体育运动而言，通过进行该项体育运动训练，在运动员腓肠肌内，2型肌原纤维增加，能够增强运动员肌肉收缩速度；而对从事耐力训练的运动员来说，同样时腓肠肌，其中1型肌原纤维数量明显增加，能够有效提高运动员肌肉运动的“持久力”。

面对不同的参与运动训练的个体，受个体的年龄、性别、体育运动训练强度的影响，同样会对肌肉可塑性带来不同的影响。比如与女性以及老年男性相比，年轻黏性在经过16周体育运动力量训练后，肌肉会明显增大，这是因为年轻男性的肌原纤维面积增加速度更快，同时年轻男性本身的激素水平更高，肌肉可塑性更强，因此经过体育运动训练后，起到的训练效果也会更好。而同样是年轻短跑运动员，训练时间较短的运动员与训练时间较长的运动员相比，后者的腓肠肌肌束长度更高，角度更小，因此肌肉可塑性也会更强。与此同时，训练强度低的男性运动员与训练强度高的男性运动员相比，后者的肌肉增大也会更加的明显。相关学者认为，肌肉横截面积之所以增加，是因为肌束角增加的缘故。

2、体育运动训练增强大脑可塑性

当前主流研究均认为，通过进行体育运动训练，不仅能够有效改善人身体机能，还能够改善人的认知能力，增强大脑的可塑性。大脑可塑性可体现在多方面，比如，大脑神经元数量增加、大脑血管数量增加、大脑灰质体积变大、脑区间功能连接变化等。当前相关研究表明，经常性的进行体育运动锻炼，能够有效改善大脑结构与功能，更有益于人的身体健康。例如，对于老年人而言，坚持6个月的有氧运动，比如，步行、打太极拳等，老年人因年老为萎缩的大脑灰质与白质体积均有效增加。但相应研究没有对运动训练与大脑白质体积关系进行明确的研究，因此运动训练引起的大脑可塑性提升，主要体现在个别脑区的增大，大脑白质变化并不十分确定。

而在大脑激活方面，个体在参与6个月的有氧运动，经检查发现，个体大脑的顶叶两侧与额中回右侧激活得到了有效地增强；另一方面，老年人在接受1至2年的中度强度的体育运动训练后，在时隔2年后，再进行加工速度任务测试，能够显示出良好的大脑前额叶与顶叶激活性能。由此能够说明，通过进行体育运动训练，大脑激活变化效果能够得到相当一段时间的维持。体育运动训练除了会对个别大脑区间活动带来影响以外，还会对脑网络带来一定的变化。比如，相关研究表明，老年人在参加为时一年的拉筋或塑身训练后，经够检查发现，老年人的大脑额叶执行网络与默认网络之间的同步性得到了有效地改善。对心肺能力比较强的老年人而言，在大脑额叶内默认网络节点间的功能联结也得到了有效地增强。

通过进行横向研究可表明，心肺能力较强的儿童与心肺能力相对较弱的儿童相比，在Flanker任务条件不一致的情况下，后者在额叶、顶叶等脑区激活较低。在条件一致的情况下，后者的上述脑区激活表现则比较高，但也有可能表明这些儿童认知资源比较多，能后很好地应付当下任务。而纵向研究与横向研究结果比较类似，心肺耐力强弱不同的个体在坚持体育运动训练1年以后，心肺耐力较强的个体大脑海马容量提升更为显著，因此能够证明在相同的体育运动训练中，心肺耐力能够对大脑可塑性带来一定的积极影响吗，一般心肺耐力越强，对大脑可塑性影响也就越大。

抛却由来已久的核磁共振研究不谈，当下比较新的脑电研究也具有相似的结果，即个体的心肺耐力与P300波幅有着密切的关系。所谓的P300波幅，简单来说就是个体大脑对外界刺激投入得注意资源的控制程度，P300波幅越大，说明注意力控制能力越强。而经常参加体育运动训练的群体P300波幅更强，说明他们自主进行注意力分配的能力越强。

运动训练除了会对心肺耐力带来影响，还会对人体血液循环带来影响。对运动量少、心肺能力差的群体而言，经常参加体育运动锻炼、心肺能力更强的群体脑血携氧能力也就越强。通过进行有氧运动训练，能够对大脑海马齿状回神经造成一定的刺激，使其再生能力强，还会增加人体的大脑血容量。而脑血容量的增加，通常与个人的记忆力与心肺耐力有着密切的关系，能够说明血管再生可能是个人神经再生与脑血容量再生的中间因素。

哥伦比亚神经科学家克·坎德尔（Eric Kandel）有一项关于神经可塑性的研究赢得了2000年的诺贝尔奖。他发现通过进行体育锻炼，能够让大脑神经突触自发肿胀，建立更强的联系。一个神经细胞就像是一棵树，突触就是树上的分叉，最终树干会长出新的分支，会出现更多的突触来巩固相关间的联系。这种机制就是突触可塑性（synaptic plasticity）。也就是说，通过不断的进行体育锻炼，我们的大脑会发生结构的改变，细胞之间会出现新的联系，我们的大脑会长大，自身的可塑性也会因此得到有效地增强。

3、体育运动训练下的大脑与肌肉可塑性增强的联系

个体通过进行体育运动训练，不仅有效改善了自身的肌肉系统，同时身体也会分泌一些物质，来对大脑神经系统进行相应的调节。比如在经过体育运动锻炼后，人体循环系统中的酮体与糖酵解产物增加。通过坚持长期体育运动，能够减少大脑中的糖原，提高对大脑神经元乳酸的供应量，更有利于大脑神经再生，而上述过程与个体记忆力能力高低均有着密切的关系。通过进行体育运动，还有利于神经营养因子的增加，能够对骨骼BNDF分泌进行有效地调节。动物相关研究表明，通过进行体育运动锻炼，能够有效增加大脑海马 羟基丁酸的水平，还有利于增加BNDF表达。

个体在经过体育运动后，通常会产生一种名为鸢尾素的生物激素，这种激素与大脑可塑性也有着非常紧密的关系。在人体进行体育运动的过程中，会被直接分解为鸢尾素。纵向研究表明，通过进行为时12周的体育运动锻炼，能够有效提升超重成年人的鸢尾素水平，从而更有助于增强他们的肌肉。不仅如此，鸢尾素还与神经分化有着密切的关系，这种激素能够穿越血脑屏障，与内皮细胞受体发生作用，并对海马基因表达进行一定的调节作用。而BNDF能够有效促进神经成长、增生、分化等，这对改善个体的大脑记忆功能有着较为积极的影响意义。

除此之外，通过进行体育力量训练，能够有效降低大脑皮质抑制机制，这可能与在运动训练中带来的感官反馈反复作用于运动皮质使其重复进行信息接收有着密切的关系。通过进行体育运动力量训练，还能够增强神经系统的长时程，增加运动皮层突出活动，使得人体的肌肉力量在运动训练初期得到了有效地增长。

4、总结

综上所述，通过进行体育运动训练，不仅能够有效增强人体肌肉的可塑性，还会增强大脑的可塑性，改善大脑功能。同时体育运动训练本身能够产生一些物质，在改善肌肉运动的同时，还能够作用于大脑，改善大脑功能。因此需要我们在日常生活中注重加强体育运动训练，更有助于保护我们的身体健康。