不同负荷的游泳运动对大鼠认知能力及海马神经疲劳的影响

刘忠民，高 喆，牛 娜，董炜达

(吉林大学体育学院，吉林 长春130012)

许多研究表明，运动对学习记忆的认知能力有促进作用[1-3]。海马(Hippocampus)是认知功能的靶脑区，海马神经的突触可塑性可直接影响学习与记忆功能[4]。一氧化氮合酶(n-NOS)作为一种神经递质在神经元之间起信息传递作用，参与神经发育、调节，在学习记忆的认知过程中发挥重要作用[5]。但是，低浓度的一氧化氮( nitric oxide ， NO ) 可以起到信使作用， 而过量的 NO 则导致神经元的疲劳甚至损伤。研究表明，慢性综合应激可导致海马-氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)表达增加，产生过量的 NO，使海马神经元受损[6]。目前，有关海马神经在承受不同运动负荷(应激)条件下，学习记忆能力的发挥及神经疲劳或损伤的研究尚属少见。因此，以不同运动负荷作为应激原，以学习记忆能力为认知行为的指标，以海马神经n-NOS的表达为切入点，研究和探讨运动干预认知机能的效果及疲劳机制，对促进脑健康，预防脑老化具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 实验动物与分组

将吉林大学基础医学院实验动物中心提供的体重350±20 g的Wistar雄性大鼠40只，随机分成对照组和每天进行15 min、30 min、60 min小、中、大游泳运动负荷的实验组[7]。各组样本数为10，实验控制时间为8周。游泳时在水温30℃±1℃，直径150 cm、高80 cm、水深70 cm的圆形游泳池中进行。

1.2 实验取材及免疫组化方法

最后一次运动后即刻取材，用0.3%的戊巴比妥钠(35-50 mg/kg)对大鼠进行麻醉，随后用4%的多聚甲醛心脏灌流固定；迅速打开颅腔取脑，将脑泡入4%的甲醛中再固定。 免疫组织化学染色方法严格按说明书要求进行操作，具体实施过程参见参考文献[8]。

1.3 图像解析与数据处理

图像分析用Trintron Multiscan G500图像分析仪。

数据统计方法采用SPSS 16.0进行单因素方差分析；组间检验,P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

学习记忆的认知能力的实验结果见表1所示。达标所需训练次数，与对照组比较，中等负荷组所需的训练次数显著减少(P<0.05)，而大强度组显著增加(P<0.05)，中等强度与大强度组间相比，差异非常显著(P<0.01)。学习达标过程中出现错误次数，与对照组相比，中等强度组显著减少(P<0.05)，而大强度组显著增加(P<0.05)；中等强度与大强度组间差异显著(P<0.01)。

表1 大鼠达到学会标准所需的训练次数及错误次数

注：*与对照组比P<0.05，＊中等强度与大强度组间比P<0.01

从表2中可以看出，随着运动负荷的增加，海马神经n-NOS阳性神经元表达显著提高。与对照组比较，中、大运动负荷组均具有非常显著的差异(P<0.01)；与小运动负荷组比较，中等运动负荷组差异显著(P<0.05)，大强度负荷组呈现非常显著的差异(P<0.01)；大强度的负荷组非常显著的高于中等负荷组(P<0.01)。

免疫组织化学观察n-NOS阳性神经元呈棕褐色，着色主要位于胞浆内，大强度负荷组染色较浅。见图1。

表2 不同运动负荷组海马神经n-NOS阳性表达结果

注：与对照组比▲P<0.01，与小负荷比★P<0.05、☆P<0.01，#中、大运动负荷组间比较P<0.01

图1 n-NOS阳性神经元在细胞内表达

3 讨论

运动对机体的影响作用是通过运动负荷的刺激来实现的，过低的运动负荷达不到运动的效果，过大的运动负荷会产生神经疲劳，追求理想的运动效果就是寻求适宜的运动负荷。运动对学习记忆能力影响的研究是近年许多研究者们高度关注的研究领域。海马是学习记忆的重要区域[9]，海马神经元的长时程增强作用(LTP)是学习记忆的神经生物学基础[10]。作为神经型的一氧化氮合酶(n-NOS)主要存在于神经细胞中，参与学习记忆功能[11]NO作为一种神经递质在神经元之间起内信息传递作用，参与学习记忆等许多生理过程[12]。运动对海马神经的影响涉及在许多方面，本研究通过不同运动负荷的干预，研究和探讨了对海马神经影响的行为特征和n-NOS表达水平。其结果表明中等运动负荷对大鼠学习记忆的认知能力及海马神经n-NOS活性表达水平的效果是最佳的。这与运动作为一种应激源，可使不同脑区的n-NOS活性增高[13]；Krukoff等，随着运动负荷的加大，n-NOS阳性神经元的活性增强[14]以及中等负荷和大负荷运动，可以引起海马CA1区NOS及其亚型表达升高[15]的研究结果是一致的。这些研究都证实了运动对海马区n-NOS活性增强的效果。其机制可能与海马神经突触后NMDA受体及非NMDA受体激活后，Ca2+内流，与CaM一起活化n-NOS，催化L-Arg产生NO[16]有关。但是，我们的研究还发现，在大运动负荷干预下海马神经n-NOS虽然显著表达，但是，学习记忆能力与中等运动负荷组比显著下降。可见，海马区的n-NOS活性表达效果并非是越高越好。刘鸿宇等研究显示，大负荷训练后，大鼠海马CA1区、CA2区和CA3区n-NOS阳性神经元的数量、面积和灰度值均显著高于对照组，其量超出海马神经元抗NO毒性能力时，导致机体进入疲劳状态[17]。可见，NO具有在适宜运动负荷下对神经细胞具有保护和在持续大负荷条件下毒性作用的两重性。其可能机制与大负荷训练促使海马神经细胞NOS活性增强，NO浓度升高，在一定范围内可以保护神经细胞，参与调动神经细胞的多项功能；而长期疲劳训练致使海马组织细胞内NO浓度过高而产生毒性，甚至使海马组织细胞出现微损伤导致学习记忆能力的下降[18]。这一研究提示我们，运动对海马神经的良性影响作用是在一定的生理范围内实现的，追求适宜的运动负荷才能达到理想的效果，其机制有待进一步的分析和研究。

作者简介：刘忠民(1960-),男，教授，博士，研究方向：运动与健康研究。

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