短期跑步訓(xùn)練對(duì)中老年大鼠大腦有髓神經(jīng)纖維和毛細(xì)血管作用的研究.pdf

1、衰老是一個(gè)不可避免的生理過(guò)程。隨著衰老的進(jìn)程，大腦功能逐步減退，主要表現(xiàn)為認(rèn)知功能的下降。運(yùn)動(dòng)是一種簡(jiǎn)單方便的干預(yù)措施，能夠降低認(rèn)知功能的老年性減退、延緩神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生。但是，運(yùn)動(dòng)改善大腦功能的內(nèi)在機(jī)制，目前還未完全清楚。海馬結(jié)構(gòu)是最易受到衰老影響的大腦區(qū)域之一；同時(shí)，在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后海馬結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯的結(jié)構(gòu)和功能改變，如海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)新生神經(jīng)元形成的能力增強(qiáng)、神經(jīng)元樹(shù)突復(fù)雜性和突觸可塑性的增加等。有髓神經(jīng)纖維是維持神經(jīng)沖動(dòng)快速傳導(dǎo)的結(jié)

2、構(gòu)基礎(chǔ)，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維的改變可能對(duì)大腦功能的改善有重要作用。但是，迄今為止尚未見(jiàn)到運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維作用的定量研究。毛細(xì)血管為神經(jīng)組織提供了氧氣和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，對(duì)神經(jīng)元的正常活動(dòng)具有重要生理意義，大腦毛細(xì)血管的改變必然會(huì)影響大腦功能。目前在運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦皮質(zhì)毛細(xì)血管作用的研究文獻(xiàn)中，未見(jiàn)研究人員運(yùn)用體視學(xué)方法進(jìn)行三維定量，獲得的結(jié)果均是毛細(xì)血管密度值，但密度值不能準(zhǔn)確反映毛細(xì)血管的總量。因此，本實(shí)驗(yàn)選用14月齡S

3、prague-Dawley大鼠作為中老年動(dòng)物模型，對(duì)大鼠進(jìn)行4個(gè)月的跑步訓(xùn)練，然后運(yùn)用新的體視學(xué)方法分別對(duì)大鼠海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維和皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的改變進(jìn)行定量研究。
　　 第一部分
　　 短期跑步訓(xùn)練對(duì)中老年大鼠海馬結(jié)構(gòu)及其內(nèi)有髓神經(jīng)纖維的影響
　　 1.材料與方法：
　　 1.1將14月齡雌性Sprague-Dawley大鼠10只，隨機(jī)分為空白對(duì)照組和跑步訓(xùn)練組，每組各5只。大鼠體重280±20 g

4、。
　　 1.2跑步訓(xùn)練組大鼠在動(dòng)物跑臺(tái)進(jìn)行訓(xùn)練。每周訓(xùn)練5天，每天20 min；訓(xùn)練強(qiáng)度為：第一周10 m/min，第二周15 m/min，從第三周開(kāi)始為20m/min。持續(xù)4個(gè)月。空白對(duì)照組大鼠不進(jìn)行跑步訓(xùn)練。
　　 1.3訓(xùn)練時(shí)間結(jié)束后，用Morris水迷宮進(jìn)行連續(xù)5天的空間學(xué)習(xí)能力的測(cè)試，前四天為隱藏平臺(tái)實(shí)驗(yàn)，第五天為可見(jiàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)。
　　 1.4將大鼠麻醉、灌注固定后，隨機(jī)抽取一側(cè)大腦半球，從中隨機(jī)抽取5

5、塊海馬結(jié)構(gòu)組織塊（1 mm3），制作成60 nm超薄切片，從每張切片上隨機(jī)抽取15個(gè)視野在透射電鏡下放大9000倍拍照。
　　 1.5運(yùn)用體視學(xué)方法分別計(jì)算出大鼠大腦海馬結(jié)構(gòu)總體積、海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維長(zhǎng)度密度和總長(zhǎng)度、體積密度和總體積、平均直徑。
　　 2.結(jié)果：
　　 2.1跑步訓(xùn)練組大鼠在隱藏平臺(tái)實(shí)驗(yàn)中平均潛伏期較對(duì)照組明顯縮短（p<0.05）；在第五天的可見(jiàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)中，兩組大鼠的潛伏期之間沒(méi)有明顯區(qū)別（

6、p>0.05）。
　　 2.2跑步訓(xùn)練組大鼠海馬結(jié)構(gòu)的總體積為82.7±6.5 mm3，對(duì)照組海馬結(jié)構(gòu)總體積為74.4±4.6 mm3。跑步訓(xùn)練組大鼠海馬結(jié)構(gòu)總體積比對(duì)照組顯著增大了11.2％（p<0.05）。
　　 2.3跑步訓(xùn)練組大鼠海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維的總長(zhǎng)度為15.1±1.7km，對(duì)照組海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維的總長(zhǎng)度為8.3±1.1 km。跑步訓(xùn)練組大鼠海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維的總長(zhǎng)度比對(duì)照組顯著增大了81.9％

7、（p<0.01）。
　　 2.4跑步訓(xùn)練組大鼠海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維的總體積為7.1土1.6mm3，對(duì)照組海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維的總體積為5.7±1.4 mm3。跑步訓(xùn)練組與對(duì)照組大鼠海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維的總體積無(wú)顯著性差異（p>0.05）。
　　 2.5跑步訓(xùn)練組大鼠海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維的平均直徑為0.66±0.04μm，對(duì)照組海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維的平均直徑為0.80±0.09μm。跑步訓(xùn)練組大鼠海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神

8、經(jīng)纖維的平均直徑比對(duì)照組明顯減小了17.5％（p<0.05）。
　　 第二部分
　　 短期跑步訓(xùn)練對(duì)中老年大鼠皮質(zhì)及其內(nèi)毛細(xì)血管的影響
　　 1材料與方法：
　　 1.114月齡雌、雄性Sprague-Dawley大鼠各10只，分別隨機(jī)分為跑步訓(xùn)練組和空白對(duì)照組，每組各5只。大鼠體重280±20 g。
　　 1.2跑步訓(xùn)練組大鼠在動(dòng)物跑臺(tái)進(jìn)行訓(xùn)練。每周訓(xùn)練5天，每天20 min；訓(xùn)練強(qiáng)度為：第一周

9、10 m/min，第二周15 m/min，從第三周開(kāi)始為20m/min。持續(xù)4個(gè)月。空白對(duì)照組大鼠不進(jìn)行跑步訓(xùn)練。
　　 1.3將大鼠麻醉、灌注固定后，從每只大鼠隨機(jī)抽取一側(cè)大腦半球，以冠狀方向切取2 mm厚的連續(xù)腦組織切片，從每張腦切片上切取一張4μm厚的各向同性切片，用兔抗膠原IV多克隆抗體進(jìn)行免疫組化染色。在100倍油鏡下從每張切片皮質(zhì)區(qū)域隨機(jī)選取4～6個(gè)視野拍照。
　　 1.5運(yùn)用體視學(xué)方法分別計(jì)算出大鼠大腦皮質(zhì)

10、總體積、皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管長(zhǎng)度密度和總長(zhǎng)度、體積密度和總體積、表面積密度和總表面積、平均直徑。
　　 2.結(jié)果：
　　 2.1雌性跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)總體積為582.5±37.1 mm3，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)總體積為474.2±75.3 mm3，與對(duì)照組相比，跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)總體積顯著增大了22.8％（p<0.05）。雄性跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)總體積為605.0±23.1 mm3，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)總體積為598.8±

11、51.4 mm3，兩組之間無(wú)顯著性差異（p>0.05）。
　　 2.2雌性跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總長(zhǎng)度為299.5±42.6m，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總長(zhǎng)度為235.1±27.1 m，與對(duì)照組相比，跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總長(zhǎng)度顯著增大了27.4％（p<0.05）。雄性跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總長(zhǎng)度為425.1±34.9 m，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總長(zhǎng)度為353.2±81.9 m，

12、兩組之間無(wú)顯著性差異（p>0.05）。
　　 2.3雌性跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總體積為9.1±1.0mm3，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總體積為8.0±1.2 mm3，兩組之間無(wú)顯著性差異（p>0.05）。雄性跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總體積為9.7±2.5mm3，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總體積為9.4±1.9 mm3，兩組之間無(wú)顯著性差異（p>0.05）。
　　 2.4雌性跑步訓(xùn)練組大鼠大腦

13、皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總表面積為51.4±6.3cm2，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總表面積為41.8±5.4 cm2，跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總表面積較對(duì)照組顯著增大了23.0％（p<0.05）。雄性跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總表面積為65.1±11.6 cm2，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的總表面積為62.0±9.6 cm2，兩組之間無(wú)顯著性差異（p>0.05）。
　　 2.5雌性跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血

14、管的平均直徑為5.5±0.4μm，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的平均直徑為5.6±0.2μm，兩組之間無(wú)顯著性差異（p>0.05）。雄性跑步訓(xùn)練組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的平均直徑為4.9±0.5μm，對(duì)照組大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的平均直徑為5.7±1.0μm，兩組之間無(wú)顯著性差異（p>0.05）。
　　 全文結(jié)論：
　　 1.本研究首次運(yùn)用新的體視學(xué)方法定量研究短期跑步訓(xùn)練對(duì)中老年大鼠大腦海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維及皮質(zhì)內(nèi)毛

15、細(xì)血管的作用。
　　 2.證實(shí)了短期跑步訓(xùn)練可以顯著提高中老年雌性大鼠的空間學(xué)習(xí)能力。
　　 3.短期跑步訓(xùn)練對(duì)中老年雌、雄性大鼠大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的作用存在性別差異。
　　 4.首次發(fā)現(xiàn)短期跑步訓(xùn)練可以顯著增加中老年雌性大鼠大腦海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維總長(zhǎng)度以及大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管總長(zhǎng)度和總表面積。跑步訓(xùn)練后大腦海馬結(jié)構(gòu)內(nèi)有髓神經(jīng)纖維和大腦皮質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管的改變可能是跑步訓(xùn)練改善中老年雌性大鼠空間學(xué)習(xí)能力的重要結(jié)構(gòu)基