运动重塑大脑海马:来自神经科学的研究证据与发展展望

运动可以重塑大脑海马的结构与功能,改善情绪、增强记忆,对促进个体心理健康及成功老化具有重要意义。从动物学视角看,运动重塑海马结构主要包括运动促进海马神经发生和运动对海马神经元凋亡的双重影响两方面;运动重塑海马功能则集中在运动可以调节海马突触长时程增强效应方面。从人类影像学视角切入,运动重塑海马结构聚焦于运动对海马体积的影响;运动重塑海马功能则涉及运动影响海马激活水平、血流灌注水平及海马与其他脑区的功能连接三个方面。不同运动形式、不同运动剂量对海马作用效果存在差异,其机制涉及脑可塑性假说、脑源性神经营养因子假说和神经递质假说。未来研究可进一步关注海马可塑性与早期应激事件、儿童青少年学习与教育、情绪健康、老年期认知功能以及临床康复领域的关联。研究路径与布局需继续优化实验设计、革新研究技术手段、推进多学科交叉融合,从人毕生发展的角度深入探索运动促进海马健康的认知神经机制,开发运动干预海马相关神经系统疾病的运动处方,从而推进健康关口前移,发挥运动是良医的功效。     

运动对慢性心理应激大鼠海马内皮素及其受体的影响

目的：研究海马中内皮素（ET）及其受体（ET-R）在慢性心理应激过程中的变化和机制,探讨运动对慢性心理应激大鼠海马内皮素及其受体的影响。方法：利用雄性SD大鼠建立慢性心理应激动物模型,通过免疫组织化学和原位杂交法测定大鼠海马各区内皮素及其受体的表达。结果：慢性心理应激过程中,随着应激程度的提高,海马各区盯含量逐渐下降,ETmRNA的表达变化方向与ET一致,ET受体ETR-A含量则逐渐提高,运动可缓解以上变化趋势。结论：慢性心理应激可影响海马各区ET及其受体的表达,实验所采用的游泳运动模型可缓解慢性心理应激对海马的影响,但不能完全消除慢性心理应激的影响。     

运动对海马结构及功能的研究进展

近年来的研究表明:运动可改善中风、脊髓损伤、癫痫等中枢神经系统疾病所致的运动和认知损害,一方面可能与运动刺激了海马的神经发生、诱导了海马苔藓纤维发芽、提高了海马的突触可塑性有关,另一方面与运动可能通过抑制海马神经元凋亡、减少脑损伤后的海马氧化应激损害、通过改变海马神经递质、生长因子等表达而发挥了神经保护作用有关。     

运动训练对大鼠海马CA3区VEGF表达的免疫组织化学研究

目的探讨运动训练对大鼠海马CA3区VEGF表达的影响。方法采用大鼠跑台训练方式建立运动训练模型。运用免疫组织化学SABC法显示海马CA3区VEGF的表达。结果在海马CA3区内,可以明显观察到神经元间有VEGF阳性表达,其阳性表达为疲劳运动组>有氧运动组>安静对照组,各组间均存在显著性差异(P<0.01)。结论大强度疲劳运动可促使海马CA3区毛细血管显著性增生,而有氧运动大鼠海马CA3区毛细血管增生则出现下降趋势,推测不同强度运动大鼠海马CA3区VEGF的阳性表达与运动性中枢疲劳的产生有关。     

不同负荷运动对大鼠海马CA Ⅰ区一氧化氮合酶表达的影响

目的:探讨中等强度运动和大强度运动对大鼠海马CAⅠ区NOS表达的影响.方法:采用跑台训练方式,建立大鼠中等强度和大强度运动模型;运用免疫组织化学SABC法显示海马CA Ⅰ区NOS的表达.结果:在海马CAⅠ区锥体层和分子层内,可以明显观察到神经元胞浆内有nNOS、i-NOS和eNOS阳性表达,分子层内部分神经元细胞核可见三者的阳性表达.三种NOS阳性表达均为中等强度运动组＞大强度运动组＞对照组,各组间均存在显著性差异(P＜0.01).结论:大强度运动促进了NOS在海马CAⅠ区的表达,而中等强度运动更为明显.推测不同强度运动大鼠NOS在海马CAⅠ区的表达与学习记忆能力及中枢疲劳的产生有关.     

运动疲劳对大鼠海马CAI 区神经元电活动的影响

目的：通过神经电生理学的方法,揭示运动性中枢疲劳的神经生物学机制。方法：30只健康雄性sD大鼠,随机分为安静对照组（CG）、有氧运动组（AG）和运动疲劳组（FG）。采用微电极技术在体观察运动训练后大鼠海马CAI区神经元自发及诱发电活动的变化规律,并通过被动回避行为条件反射的方法观察大鼠的学习记忆能力。结果：FG组大鼠海马神经元的自发和诱发电活动均显著低于CG组和AG组（P〈0.05）。FG组学习记忆能力显著低于CG和AG（P〈0.05,P〈0.01）。结论：运动疲劳可抑制大鼠海马神经元的兴奋性,并降低其学习记忆能力。提示：海马神经元自发放电频率与学习记忆能力有密切关系,运动疲劳导致海马神经元电活动的变化可能是其学习记忆能力降低的机制之一。     

第12 届雅典残奥会举重项目科技攻关研究

目的：探讨中等强度运动和大强度运动对大鼠海马CAⅠ区NOS表达的影响。方法：采用跑台训练方式，建立大鼠中等强度和大强度运动模型；运用免疫组织化学SABC法显示海马CAⅠ区NOS的表达。结果：在海马CAⅠ区锥体层和分子层内，可以明显观察到神经元胞浆内有nNOS、iNOS和eNOS阳性表达，分子层内部分神经元细胞核可见三者的阳性表达。三种NOS阳性表达均为中等强度运动组〉大强度运动组〉对照组，各组间均存在显著性差异（P〈0．01）。结论：大强度运动促进了NOS在海马CAⅠ区的表达，而中等强度运动更为明显。推测不同强度运动大鼠NOS在海马CAⅠ区的表达与学习记忆能力及中枢疲劳的产生有关。     

跑台运动和脑缺血对大鼠海马神经再生的促进作用

观察跑台运动和脑缺血对海马神经再生的影响。方法：用线栓法阻塞大脑中动脉以建立大鼠单侧脑缺血再灌注模型，并通过免疫组织化学染色计数海马及海马齿状回内5-溴脱氧尿嘧啶核苷（BrdU）免疫阳性细胞数量。结果：对照组动物缺血侧和健侧相比较，海马内BrdU免疫阳性细胞数以及海马齿状回内BIdU免疫阳性细胞数均有非常显著性差异；跑台运动组动物缺血侧和健侧比较，两者均有非常显著性差异；无论是缺血侧还是健侧，跑台运动组动物海马和齿状回内BIdU免疫阳性细胞数均明显高于对照组动物。结论：缺血过程可明显提高海马内的新生神经细胞数量，跑台运动则可进一步提高海马的神经再生水平。     

运动疲劳与记忆——谷氨酸及受体NMDA在运动疲劳中的作用

过度运动引起海马神经元机能的改变是运动性疲劳的中枢机制之一，海马突触传递效能是反映大脑功能状态的重要指标。谷氨酸是中枢神经系统中主要的兴奋性神经递质；谷氨酸受体：N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体被公认为是影响学习记忆的关键物质。海马谷氨酸及其受体的含量，是影响海马突触可垫l生的重要因素。运动中谷氨酸及NMDA受体的变化对海马突触可塑性的影响在运动疲劳的中枢机制中扮演重要角色。     

不同强度运动训练对大鼠海马CA1 区神经元凋亡的影响

目的：研究不同强度运动训练对大鼠海马CA1区神经元凋亡的影响及其基因调控机制。方法：将大鼠分为对照组、中等强度运动组和大强度运动组，对大鼠进行为期8周的游泳训练，用DNA原位末端标记法检测海马神经元的凋亡，并用免疫组化的方法观察海马神经元中bcl-2、bax的免疫反应活性。结果：（1）大强度运动训练后，大鼠海马CA1区神经元凋亡显著增加而中等强度运动训练后，大鼠海马CA1区神经元凋亡不明显，海马神经元凋亡可能是大强度运动训练导致运动能力降低和中枢性运动疲劳的病理生理机制；（2）大强度运动训练后，大鼠海马CA1区神经元中bcl-2蛋白的表达显著下降，bax蛋白的表达显著增加。中等强度运动训练后，大鼠海马CA1区神经元bcl-2蛋白的表达显著上升。因此，大强度运动训练可抑制海马神经元bcl-2蛋白的表达而促进bax蛋白的表达，这可能是大强度运动训练导致大鼠海马CA1区神经元凋亡发生的基因调控机制，而中等强度运动训练可促使bcl-2蛋白的表达上升，抑制细胞凋亡。     

过度训练及补充谷氨酰胺对大鼠海马和额叶皮质中TNF-α及其mRNA和NF-κB水平的影响

目的:探讨过度训练及补充谷氨酰胺对大鼠海马和额叶皮质中TNF-α及其mRNA和NF-κB水平的影响.方法:60只SD大鼠随机分为3组,安静组(C,n=20)、过度训练组(E,n=20)和谷氨酰胺补充组(G,n=20),E组和G组进行递增负荷跑台训练11周,最后一次训练结束后36 h断头取海马和额叶皮质.应用ELISA方法检测TNF-α的蛋白含量,Real time-PCR方法检测TNF-α的mRNA转录,Western blot检测NF-κB的蛋白表达.结果:1)与C组比较,E组海马和额叶皮质中TNF-α蛋白含量显著升高(分别为P<0.01和P<0.05);与E组比较,G组海马中TNF-α蛋白含量显著降低(P<0.01),额叶皮质中未见显著性变化(P>0.05);2)与C组比较,E组海马和额叶皮质中TNF-α mRNA的表达水平显著升高(均为P<0.05);与E组比较,G组海马中TNF-α mRNA的表达水平显著下降(P<0.05),额叶皮质中未见显著性变化(P>0.05);3)与C组比较,E组海马和额叶皮质中NF-κB的表达水平显著升高(P<0.05);与E组比较,G组海马和额叶皮质中NF-κB的表达水平均未见显著性变化(均为P>0.05).结论:1)过度训练可以明显影响大鼠海马和额叶皮质中TNF-α及其mRNA和NF-κB的表达水平;2)谷氨酰胺补充可以在一定程度上逆转大鼠过度训练时海马中TNF-α及其mRNA的表达水平,但对NF-κB的表达不会产生影响.     

自主跑轮运动对小鼠空间学习记忆及Notch信号通路的影响

为了解自主跑轮运动对C57BL/6小鼠空间学习记忆能力及海马内Notch信号通路的影响,选用12只雄性5周龄C57BL/6小鼠,随机分为运动组(R组,n=6只)和对照组(C组,n=6只),运动组进行8周的自主跑轮运动,对照组安静饲养,第8周开始利用Morris水迷宫测试其学习记忆能力。运动结束后,断颈处死小鼠取双侧海马,用Western Blot检测小鼠大脑海马内NICD的蛋白表达水平,用RT-PCR检测小鼠大脑海马内的Jagged-1、Notch-1、PS-1、Hes-1的mRNA表达水平。结果显示：Morris水迷宫实验显示,运动组小鼠学习记忆能力明显强于对照组;Western Blot 测试,运动组小鼠海马内 NICD 表达显著上调,RT-PCR 测试,运动组小鼠海马内 Jagged-1 mRNA、Notch-1 mRNA、PS-1 mRNA和Hes-1 mRNA表达水平较对照组显著上调。结果说明,8周自主跑轮运动激活Notch信号通路,提高了海马空间学习记忆能力。     

大鼠间歇训练对海马c—fos蛋白表达的影响

为了观察大鼠间歇训练对海马c—fos蛋白表达的影响。将雄性SD大鼠30只,随机分为对照组（5只）、间歇训练组（25只）。建立大鼠间歇游泳训练模型,采用ABC免疫组织化学法,观察大鼠海马c—fos阳性神经元细胞表达的变化（即c-fos蛋白表达变化）,并用图像分析系统和统计学软件进行图像和数据分析。结果表明：训练后大鼠海马不同区域c-fos阳性细胞表达密度明显增高,与对照组相比均有显著性差异（P〈0．01）;CA2区c-fos阳性细胞表达迅速而明显,训练后0．5h即达峰值,而后回落;CA3区c—fos阳性细胞表达最为密集,训练后1h达到高峰,而后快速回落;CA1区c-fos阳性细胞表达相对较少,1h达到高峰,而后缓慢下降。结论：大鼠间歇训练对海马不同区域c—fos蛋白表达有影响,具有时效性;海马不同区域c—fos蛋白表达在密度、时相上存在明显差异,这可能与海马不同区域对缺血、缺氧的耐受能力有关。     

海龙

海龙鱼亚科（Syngnathinae）有54属,约200种。海龙和海马属于同一家族,无论形态、生活习惯和食物习性都很相似。海龙体细长,全部包于真皮性骨环中,具棱角;头细长,常具突出的管状吻,头与体轴成一直线。像海马一样,也具有像吸管似的吻部,但是尾巴不像海马的可以盘卷起来。     

有氧运动干预对抑郁症大鼠HPA轴激活状态的影响及其上游调控机制

探讨有氧运动干预对抑郁症大鼠HPA轴激活状态的影响及其上游调控机制。以WKY抑郁大鼠作为动物模型,进行8周有氧运动干预,以下丘脑CRH分泌情况反映HPA轴激活状态,通过海马Glu和GABA以及下丘脑中这两种神经递质受体表达探讨HPA轴激活的上游调控机制。结果发现:(1)抑郁大鼠CRH显著升高,表明其HPA轴过度激活,其机理应该与海马Glu和下丘脑Glu受体高表达、海马GABA和下丘脑GABA受体低表达直接相关。(2)运动干预可以显著降低CRH的分泌从而改善HPA轴的过度激活状态,其机理在于运动干预可下调海马Glu和下丘脑Glu受体的表达,同时上调海马GABA和下丘脑GABA受体的表达。(3)运动干预可以取得与氟西汀干预相似的改善效应,表明有氧运动干预可以作为药物治疗抑郁症的良好替代手段。     

有氧运动对大鼠海马神经元BDNF表达的影响

本文意在通过观察适宜游泳运动后大鼠海马脑源性神经营养因子(BDNF)表达的变化,探讨有氧运动促进大脑健康的神经生物学机制。研究将24只SD大鼠随机分为对照组和运动组,运动组又分为3,7,12天三个亚组。采用SABC免疫组化染色法观察分析海马CA1区神经元BDNF阳性表达的数量。结果表明CG大鼠海马有BDNF阳性细胞的蛋白表达,并以神经元表达为主。与CG相比,7SG大鼠海马CA1区BDNF阳性细胞数量增加达显著水平(P<0.05),12SG大鼠海马CA1区BDNF阳性细胞数量增加达极显著水平(P<0.01)。因此,适量的有氧运动可增加BDNF的表达,促进大脑神经可塑性。     

中等强度运动对大鼠海马CA3区椎体细胞树突棘数量的影响

目的:观察中等强度、递增负荷的跑台运动对大鼠海马CA3区椎体细胞树突棘数目的影响.方法:将生长发育期雄性大鼠随机分为对照组和运动组,运动组大鼠进行8周中等强度、递增负荷的跑台训练.8周后,同时处死两组大鼠,在大脑海马区取材,快速Golgi法染色,对海马CA3区椎体细胞树突棘形态进行观察,对树突棘数目进行计数.结果:两组大鼠海马CA3区椎体细胞顶树突棘数目比较,对照组36.0732±4.9517个,运动组43.2500±4.9756个,其差异有高度显著性(P<0.01).结论:中等强度运动能促使大鼠大脑海马CA3区椎体细胞树突棘数目明显增多,说明长期适宜的体育运动能通过增加神经细胞之间的联系而提高学习与记忆能力.     

不同药物对一次力竭游泳小鼠海马自由基代谢的影响

目的:以人参为阳性对照,研究北冬虫夏草和辽东木对一次力竭小鼠海马自由基代谢的影响及其机制。方法:雄性昆明种小鼠,随机分为5组:安静组,力竭运动组,虫草加力竭运动组,木加力竭运动组,人参加力竭运动组,运动模式为一次无负重力竭游泳,之前6周给相应组大鼠服用北冬虫夏草发酵液、辽东木提取物和人参茎叶提取物,最后一次运动后即刻取样测定各组小鼠海马MDA、T-AOC及游泳至力竭的时间。结果:一次力竭游泳后,运动组小鼠海马MDA含量显著增高(P<0.01),T-AOC显著下降(P<0.01);各服药组小鼠海马MDA含量明显低于运动组(P<0.05),T-AOC显著高于运动组(P<0.01);各服药组小鼠游泳至力竭的时间明显延长(P<0.05)。结论:小鼠在进行一次力竭运动后,海马内脂质过氧化水平升高,总抗氧化能力下降;服用北冬虫夏草、辽东木及人参能够降低力竭游泳小鼠海马脂质过氧化水平,提高总抗氧化能力,并延缓疲劳的发生。     

规律游泳运动促进大鼠操作式条件反射建立的神经机制研究

采用脑内微透析技术研究活体大鼠海马脑区的相关神经递质在操作式条件反射中的动态变化。结果发现,规律游泳的实验组大鼠操作式条件反射形成更快,其海马脑区谷氨酸和GABA的基础值明显比对照组高,且在大鼠进行条件反射操作的过程中它们的上升幅度也比对照组动物高。结果说明,海马脑区兴奋性谷氨酸能神经元活性增强及抑制性GABA能神经元的调控作用增强使游泳大鼠更快建立条件反射。认为规律的游泳运动可以改善脑内神经元的兴奋性,改变神经元之间突触联系的可塑性,从而促进大鼠的操作式条件反射建立。     

有氧跑台训练对大鼠学习记忆能力和海马内CREB mRNA 表达 的影响

目的:研究8周有氧跑台训练对大鼠学习记忆能力和海马内CREBmRNA表达的影响。材料与方法:选用健康雄性SD大鼠20只,随机分为安静对照组(C组,n=10)和运动训练组(T组,n=10),运动组进行为期8周的有氧跑台训练,每周训练5次,第8周对C组和T组进行为期6天的Morris水迷宫实验,使用实时荧光定量PCR法检测各组大鼠海马CREBmRNA的表达水平。结果:8周有氧跑台训练增强T组大鼠在Morris水迷宫中的学习记忆能力,同时上调T组大鼠海马内CREB(上调28.8%)的基因表达。结论:8周有氧跑台训练促进大鼠学习记忆能力,这可能与跑台训练显著上调大鼠海马CREBmRNA的表达有关。