三种运动类型对海马结构与记忆功能的影响

海马结构

海马结构位于颞叶内侧面的基底部,是边缘系统的重要组成部分,由几个相关的皮质区所构成,它包括:海马、齿状回和下托。海马也称海马本部或Ammons角,在冠状面上呈C字形,与齿状回相连,共同形成S形的结构。海马表面覆有一层室管膜,膜的深面是一层被称为室床(al-vens)的白质。其纤维向后内方聚集,形成纵行的海马伞,与穹窿脚相续。齿状回是一条狭长的皮质带,除内侧面外皆为海马所包绕,尽管是海马结构中最简单的皮质区,但其在向其他海马区传递内嗅皮层的信息的过程中却发挥着关键的作用。下托是指位于海马旁回皮质和海马之间的过渡区域。[[1]]

运动类型对海马结构与以及功能的影响

运动在很大程度上能够优化海马结构,提高记忆功能,但是不同强度、时长、类型的运动对海马机构功能的影响不同。

EricksonKⅠ研究发现,海马体积的减少与记忆能力的恶化有关。[[2]]KutluMG研究发现,海马内的位置细胞在对动物所处位置起反应时,也会同时接收运动速度和运动方向一起的刺激,在海马损伤后这些功能就会全部丧失,提示海马的损伤程度与形成位置记忆障碍的大小之间密切相关。[[3]]SayalN研究发现,海马体积的增加与运动水平的改善有关。[[4]]

(一)有氧运动

廖波研究发现,有氧运动在海马体结构上激活了老年小鼠海马自噬;在功能上,改善了学习记忆能力。[[5]]胡湘研究发现,在建模的不同时间点进行有氧运动干预,都能够增加大鼠海马SYP、PSD-95的表达,进而改善学习记忆能力,说明每天60分钟的有氧运动能够有效防治抑郁症的发生发展[[6]]。

袁琼嘉等人用D-半乳糖造衰老模型,结果发现6周有氧运动通过增加SD大鼠海马内神经细胞粘附因子(neutralcelladhesionmolecule,NACM)表达,显著改善衰老SD大鼠学习记忆能力[[7]]。付燕等研究发现,6周游泳有氧运动可以改善D-半乳糖诱导的SD大鼠脑衰老,通过增加海马内PSD-95表达,改善衰老过程中的学习记忆功能衰退[[8]]。李捷的研究发现,D-半乳糖诱导衰老的SD大鼠学习记忆能力明显降低,而6周游泳运动可以通过有效抑制miR-34a表达,激活大鼠海马细胞自噬,调节线粒体动力学相关蛋白,延缓大鼠衰老进程,改善衰老大鼠学习记忆功能[[9]]。付芳等研究发现,8周有氧运动可以增加SD大鼠血清睾酮水平,升高海马CSI区一氧化氮合酶(NitricOxideSynthase,NOs)的活性,从而增强老年大鼠的记忆能力[[10]]。杨桂姣等研究发现,12周游泳运动同样可以延缓D-半乳糖诱导大鼠的衰老过程,改善海马内炎症相关因子表达,改善学习记忆能力,延缓衰老[[11]]。运动训练可以通过多种途径改善学习记忆功能,适当的运动,特别是有氧运动,能够减少认知功能障碍的发生[[12]]。闫清伟研究发现,12周跑台运动可改善APP/PS1小鼠学习、记忆能力[[13]]。

有氧运动的强度与时长需要适当,才能提高记忆能力,否则损伤海马结构。

长期中等负荷运动对空间学习和记忆具有促进作用,低强度和中等强度运动均可以促进大鼠海马DG神经细胞增殖[[14]]。中等强度运动还能促进小鼠海马CA1区神经发生,增加CA1区树突复杂性[[15]]。前人等研究结果表明,6周中等负荷有氧运动可提高衰老大鼠脑抗氧化能力,改善大鼠的空间学习记忆能力[[16]]。长期中等负荷游泳运动可延缓大鼠因脑衰老而引起的记忆力减退[[17]]。适宜负荷有氧运动干预可能通过维持海马GAP-43mRNA和GAP-43的表达来延缓大鼠因衰老引起的学习记忆能力下降[[18]]。

刘静研究发现,长期过度负荷运动训练可损伤大鼠海马神经元,继而影响空间学习和记忆能力[[19]]。汪洋研究结果表明,8周过度负荷运动使大鼠Morris水迷宫成绩显著降低,加快了大鼠记忆提取能力的衰减,提示过度负荷运动损害了大鼠海马的结构与功能,造成空间记忆提取障碍[[20]]。党胜利研究发现,长期过度负荷运动组大鼠空间记忆能力下降,不如安静对照组,且使海马锥体细胞发生凋亡。过度负荷训练使大鼠脑组织缺血,海马组织锥体细胞受损,数目明显下降[[21]]。

李瀚研究发现,8周中等负荷游泳训练可改善糖尿病大鼠海马锥体细胞的形态和排列,电镜下观察超微结构发现线粒体空泡减少、神经元突起髓鞘得到修复[[22]]。王富鸿研究发现,于正常大鼠施加中等负荷运动亦可促进锥体细胞的成熟与增殖[[23]]。

张康研究发现,有氧运动干预可以通过改善PD小鼠海马SYN活性和维持PSD-95蛋白、基因稳定,预防学习和记忆能力受损,是一种潜在预防PD学习和记忆障碍的有效手段[[24]]。

(二)无氧运动

无氧运动对海马体积影响结论不一。首先,抗阻锻炼对海马体积的影响并未获得一致性发现。KimYunSik研究发现,6个月高强度抗阻训练能够提高轻度认识功能障碍(MildCognitiveImpairment,MCI)患者认知能力,减缓海马CAl区和DG区萎缩,且这种保护作用可以持续12[[25]]。BestJohnR研究发现,进行抗阻锻炼,未发现海马体积有显著变化[[26]]。在无氧运动与执行功能方面的研究中,VERSCHUREN等[[27]]研究发现脑性麻痹患儿在接受长期无氧运动介入后,体质量指数、敏捷性、肌力、自我概念、工作记忆和抑制控制方面皆有显著改善。中老年女性在接受无氧阈强度以上的无氧抗组训练后,在简单反应时间、口语流畅、河内塔、联机测验-B等大脑执行功能检测中表现均有提升。中老年人接受急性高强度抗阻运动后其认知转换和刷新表现有显著提高[[28]],并且高速抗阻训练比低速抗阻训练对老年人轻度认知损害有更大的改善效益[[29]]。LIU-AMBROSE等[[30]]针对65-75岁的88名妇女进行12个月的无氧抗阻训练介入,发现能够增加对反应抑制过程参与的同时将响应抑制准备默认状态的趋势降低。由此可知,运动对于认知表现的效益或许不仅局限于单一形式的有氧运动,无氧运动提供不同生理系统的运动模式亦对执行功能有正面影响。

(三)协调性运动

其次﹐协对海马体积影响也存在不一致的研究结果。协调性运动与执行功能柔韧协调训练可以有效促进

老年人在叫色测验的执行控制表现,其效果在运动介入前期特别显著[[31]]。太极拳和舞蹈等协调性要求较高的运动,对认知功能完整或受损的老年人的认知能力、认知灵活性、工作记忆能力、语言流畅性以及学习能力均有促进作用,并且中等强度下效果最佳。与有氧健身运动相比,协调性健身运动介入在对老年人视觉表现、工作记忆、认知灵活相关能力的改善效果更加显著[[32]]。儿童在协调素质敏感期接受身体协调性健身运动可显著改善其协调动作表现、视觉空间工作记忆、注意力、计划及抑制能力[[33]]。若需要改善儿童的转换功能,可利用短时中等强度、协调灵敏性运动进行干预。有研究支持协调性锻炼对老年人海马体积有积极影响的论断,认为12个月的协调性锻炼和相同时间抗阻与有氧结合锻炼相比,协调性锻炼对右侧海马体积的影响更为明显。例如潘宜康研究发现,相较于一般有氧活动,通过对被试进行MoCA量表的子项目研究证实,长期太极拳锻炼组在延迟记忆任务上的表现比步行锻炼组要更好,长期锻炼的太极拳受试者比步行组的海马脑区灰质密度要更大,局部一致性程度也要更高。由于海马体与记忆功能相关联,太极拳运动增加了海马体的体积,重塑了海马区的脑结构和脑功能,并且比有氧运动的步行组更好的提高了记忆能力。[[34]]但也有研究,例如LisanneF进行6个月包括协调性锻炼在内的综合运动,未发现海马体积变化[[35]]。总之,协调性运动亦可增进儿童至老年族群的抑制能力与选择性注意力表现,甚至在视觉、听觉任务表现上有显著效益,除了具备有氧运动的好处,更促进身体的动作协调能力与大脑认知功能。

总结

综上所述,适当的运动能够优化海马体结构,提高记忆能力。相较于低体适能或不规律参与健身运动者,高体适能水平或有规律健身运动者的海马回、前额叶以及基底核等脑区体积较大。健身运动对大脑结构(海马回与记忆、空间记忆,纹状体与反应抑制能力等)所关联的认知功能间的正向关系间接支持健身运动对此3种结构的正面效应。

[[1]]温二生,王凤珍,胡志苹.海马与学习记忆的研究进展[J].赣南医学院学报,,26():-.

[[2]]SegalNH,OuS,BalmanoukianA,etal.Safetyandefficacyofdurvalumabinpatientswithheadandnecksquamouscellcarcinoma:resultsfromaphaseI/IIexpansioncohort[J].EuropeanJournalofCancer,,:-.

[[3]]KutluMG,GouldTJ.Effectsofdrugsofabuseonhippocampalplasticityandhippocampus-dependentlearningandmemory:contributionstodevelopmentandmaintenanceofaddiction[J].LearningMemory,,23(10):-.

[[4]]SayalN.ExercisetrainingincreasessizeofhippocampusandimprovesmemoryPNAS()vol.

no.7

-.[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica,,(7):-.

[[5]]廖波.AMPK在运动调控老年小鼠海马自噬和改善学习记忆中的作用[D].苏州大学,.

[[6]]胡湘.有氧运动对CUMS大鼠学习记忆及海马SYP、PSD-95的影响[D].成都体育学院,.

[[7]]袁琼嘉,张金梅,邓文骞,etal.衰老过程中的运动干预对大鼠学习记忆能力及海马神经粘附分子表达的影响[J].体育科学,,34(08):85-90.

[[8]]付燕,王璐,李雪,etal.有氧运动对D-gal致脑衰老过程中大鼠学习记忆能力及PSD-95的影响[J].武汉体育学院学报,,50(08):87-93.

[[9]]李婕.游泳运动调控miR-34a介导的细胞自噬在脑衰老中的作用[D]}:武汉体育学院,.

[[10]]付芳,崔建梅,于芳.有氧运动对老年大鼠学习记忆及海马CA1区一氧化氮合酶表达的影响[J].体育科学,,31(11):44-49+60.

[[11]]史卫俊,陆红,曹阳,etal.有氧游泳运动对衰老过程大鼠海马IL-6、IL-10及小胶质细胞的影响[J].中国运动医学杂志,,():-74.

[[12]]AhlskogJE,GedaYE,Graff-RadfordNR,etal.Physicalexerciseasapreventiveordisease-modifyingtreatmentofdementiaandbrainaging[J].MayoClinProc,,86(9):-84.

[[13]]闫清伟.跑台运动对APP/PS1小鼠脑内糖代谢和学习记忆的影响[D].华东师范大学,.

[[14]]YookJ.S.,RakwalR.,ShibatoJ.,etal.Leptininhippocampusmediatesbenefitsofmildexercisebyanantioxidantonneurogenesisandmemory[J门.ProcNatlAcadSciUSA,,(22):88-93.

[[15]]TsaiS.F.,KUN.W.,WangT.F.,etal.Long-termmoderateexerciserescuesage-relateddeclineinhippocampalneuronal



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