题目：运动训练对大鼠脑组织胶质细胞的影响及其与学习记忆的关系研究

运动训练对大鼠脑组织胶质细胞的影响及其
与学习记忆的关系研究
李小涛
摘 要 大量文献表明不同负荷运动可对中枢神经系统产生不同的影响，其中有报道显示大强度长时间运动或疲劳训练可导致脑组织结构与功能的微损伤，引起学习记忆能力的改变，有氧运动可促进神经组织的发展，有利于学习记忆的提高。而上述研究主要集中在运动与神经元结构与功能的改变等方面。新近研究表明，神经胶质细胞在神经生物学研究中占有重要地位，起着与神经元同等重要的功能，与神经递质释放、信息传递，甚至与机体学习记忆关系密切。但在运动生物领域，运动与神经胶质细胞的研究目前尚无文献报道。本文旨在探讨运动训练影响大鼠脑组织胶质细胞和突触及学习记忆的可能机制。
实验采用3月龄健康雄性SD大鼠45只，平均体重255±20g，国家标准啮齿类动物干燥饲料喂养（实验动物及饲料均由西安中医研究院实验动物中心提供）。常规分笼饲养，自由饮食，自然光照，动物实验室温度18℃～23℃，湿度40％～60％。
实验大鼠分安静对照组、有氧运动组和大强度疲劳组。适应喂养1 week后开始训练，采用递增强度的方式进行跑台运动，运动负荷参考Bedford的研究进行。具体训练方案如下：(1) 对照组：正常笼内生活状态，自由饮食，不运动。(2) 有氧运动组：5 d/week，共8 week。适应性训练3 d后开始训练，运动时间、速度隔日交替增加。运动速度增至20 m/min，运动持续时间增至60 min后持续该强度和运动量。(3) 疲劳运动组：6 d/week，共8 week。在有氧运动的基础上，当运动速度增至20 m/min后，开始增加跑台坡度为5°，运动速度增至35 m/min，运动持续时间增至60 min后，根据大鼠运动情况即时调整运动强度，但速度始终不低于25 m/min。
Morris水迷宫行为学实验在动物训练模型成功建立后开始。定位航行实验在第8 week进行，跑台训练与水迷宫训练交替进行，历时6 d。实验前一天将大鼠放入水中自由游泳2 min，使其熟悉迷宫环境。正式实验每天训练4次，每次60 s，训练间隔10 min。依次从第一、第二、第三、第四象限边缘4个入水点选择一个，将动物面向池壁放入水中，记录动物寻找并爬上平台所需时间即逃逸潜伏期。空间搜索实验于第7 d撤除平台，任选一个入水点将动物放人水中，测量120 s动物在目标象限和其他各象限的停留时间；记录在原站台周围1、2区游泳行程，以分析动物搜索策略的异同；记录穿越原站台目标的次数。水迷宫实验中大鼠行为学观察指标由MORRIS水迷宫视频分析系统记录分析。
在最后一次跑台训练结束后次日，各组动物经腹腔注射麻醉，左心室穿刺，快速灌注固定液后取材。采用透射电子显微镜技术对实验动物脑组织超微结构进行超微结构观察。采用免疫组织化学技术对实验动物脑组织海马CA1、CA3、大脑皮质Cx43、GFAP、Syn的表达进行比较。免疫组织化学使用Leica显微成像系统采集图像，运用Image-Pro Plus 5.1图像处理软件进行积分光密度分析。
实验结果发现：
1、8 week有氧运动或长时间大强度疲劳运动，均可减小大鼠体重的增长率。
2、有氧运动组大鼠的运动能力明显增强，长时间大强度疲劳运动组大鼠的运动能力显著下降。
3、有氧运动组笼内生活状态良好，皮毛光洁，反应机敏，在笼内较活跃，进食较多。而长期大强度疲劳运动组的大鼠皮毛不洁，反应迟钝，在笼内较沉闷。
4、有氧运动可以促进学习能力、加快学习进程。而大强度疲劳运动影响了学习成绩的提高，使学习能力的潜力受到限制。有氧运动可促进大鼠的方向认知能力，而大强度疲劳组对大鼠的方向性学习影响不大。大强度疲劳运动对中枢神经系统造成了一定的影响，致使空间学习能力受到影响，但没有对海马及隔区造成显著的损伤。
5、有氧运动组大鼠无论是模糊记忆还是精确记忆都优于其他两组，而大强度疲劳组则无论是精确记忆还是模糊记忆都较其他两组差。但有氧运动对大鼠的模糊记忆影响不大，而大强度疲劳运动无论是对大鼠的精确记忆还是模糊记忆能力都产生了明显的不良影响。
6、有氧运动促使大鼠海马CA1、CA3区及大脑皮质感觉运动区的神经元、胶质细胞以及突触数量发生适应性变化，并朝着有益的方向发展。
7、而长期大强度疲劳运动可使大鼠海马CA1、CA3区及大脑皮质感觉运动区，神经元、胶质细胞还是突触均产生不良影响。
8、有氧运动对海马CA1、CA3区Syn影响不显著，即有氧运动对海马突触的可塑性影响不大，而长期大强度疲劳运动导致Syn表达下调，突触密度下降。运动可促使大脑皮质感觉运动感觉区Syn表达上调，即运动可促进大脑皮质感觉区突触的可塑性变化，有氧运动组的这种适应性变化更为明显。
9、有氧运动对海马CA1、CA3区胶质细胞GFAP的影响不大，长期大强度疲劳训练对大鼠脑组织海马区造成较大影响，即GFAP表达下调。而大鼠大脑皮质感觉运动区对有氧运动产生了应激性变化，表现为GFAP表达的上调。
10、神经胶质细胞间的特异性细胞连接蛋白Cx43，在海马CA1、CA3区的阳性表达率随运动强度和运动量的增加而降低，尤其是大强度疲劳运动导致细胞连接紧密程度大幅度降低。而在大脑皮质感觉运动区，Cx43的表达则随运动强度及量的增加表现出上升的趋势。
综上，认为不同强度运动对大鼠学习记忆能力的影响与脑组织神经突触及神经胶质细胞有关，不同强度运动所引起的大鼠脑组织神经突触和神经胶质细胞的变化可能是影响其学习记忆能力的机制之一。