不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶能力及腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)的影響

周 慧，林 宇

不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶能力及腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)的影響

周 慧1，林 宇2

目的：不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶能力及腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)的影響及意義。方法：將小鼠隨機(jī)分為中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組、高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組和對(duì)照組。各組按設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組小鼠進(jìn)行游泳運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練結(jié)束后，進(jìn)行各組小鼠學(xué)習(xí)能力測(cè)試，24 h后進(jìn)行記憶能力和腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)測(cè)定。結(jié)果：（1）學(xué)習(xí)能力測(cè)試。與對(duì)照組比較，中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組的總電擊時(shí)間、錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù)顯著減少（P＜0.05），正確反應(yīng)率顯著增高（P＜0.01），高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組總電擊時(shí)間、總訓(xùn)練次數(shù)、錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù)均顯著增加（P＜0.05），正確反應(yīng)率顯著減小（P＜0.01）。（2）記憶能力測(cè)試。與對(duì)照組比較，中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組的總電擊時(shí)間顯著減少、正確反應(yīng)率顯著增高（P＜0.05），高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組總電擊時(shí)間顯著延長(zhǎng)、正確反應(yīng)率顯著減小（P＜0.05，P＜0.01）。（3）腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)測(cè)試。與對(duì)照組比較，中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組血管緊張素Ⅱ和一氧化氮含量顯著下降（P＜0.05），高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組內(nèi)皮素和血管緊張素Ⅱ含量顯著增高（P＜0.05）。結(jié)論：不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷對(duì)小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力產(chǎn)生不同的影響，這種影響的機(jī)制可能與腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)的變化有一定聯(lián)系。

運(yùn)動(dòng)負(fù)荷；學(xué)習(xí)記憶；血管內(nèi)皮物質(zhì)；小鼠

研究表明，不同訓(xùn)練方式、不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷可對(duì)機(jī)體的各種生理指標(biāo)產(chǎn)生不同的作用。目前有關(guān)此方面的報(bào)告主要集中在適量運(yùn)動(dòng)或有氧運(yùn)動(dòng)所致血中生化指標(biāo)對(duì)延緩腦衰老的作用和意義，而生化指標(biāo)的研究主要是血中氧自由基代謝的相關(guān)指標(biāo)及神經(jīng)遞質(zhì)等，未能涉及不同負(fù)荷運(yùn)動(dòng)對(duì)腦組織血管內(nèi)皮活性物質(zhì)的影響，也未能闡明生化指標(biāo)與學(xué)習(xí)記憶功能改變之間的關(guān)系及其意義[1－6]。學(xué)習(xí)記憶功能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的高級(jí)功能之一，同時(shí)也是機(jī)體處在不良狀態(tài)下的早期表現(xiàn)之一。本實(shí)驗(yàn)研究探討了不同游泳訓(xùn)練負(fù)荷對(duì)小鼠學(xué)習(xí)記憶功能及其腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)的影響，旨在觀察運(yùn)動(dòng)負(fù)荷與學(xué)習(xí)記憶功能的聯(lián)系及其生化機(jī)制。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

選擇昆明種小鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象（由濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供）。小鼠體質(zhì)量（25±2）g，雌雄不拘。所有小鼠的飼養(yǎng)條件完全相同，由專人飼養(yǎng)。

1.2 方法

1.2.1 儀器與設(shè)備 MG－3Y型迷宮（安徽濉溪正華教學(xué)實(shí)驗(yàn)器械廠），RC5Cplus高速冷凍離心機(jī)（美國(guó)科俊儀器公司），低溫冰箱（美國(guó)Forma Scientific公司），722N型分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司），F(xiàn)J－2003/50A型γ放免計(jì)數(shù)器（國(guó)營(yíng)二六二廠），ET和AngⅡ放免試劑盒（北京普爾偉業(yè)生物科技有限公司），NO試劑盒（南京建成生物工程研究所）。

1.2.2 小鼠分組及實(shí)驗(yàn)方法 將40只小鼠放入Y型迷宮箱中適應(yīng)3～5 min后，給予適當(dāng)電擊，至其對(duì)3臂均探索進(jìn)入為止。選擇出對(duì)電擊反應(yīng)敏感，逃避反應(yīng)迅速的30只小鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，并將其隨機(jī)分為中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組、高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組和對(duì)照組3組，每組10只小鼠。各組小鼠按設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練結(jié)束后，進(jìn)行各組小鼠學(xué)習(xí)能力測(cè)試，24 h后進(jìn)行記憶能力和腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)測(cè)定。

1.2.3 運(yùn)動(dòng)負(fù)荷訓(xùn)練[7]小鼠在實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后，2個(gè)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組進(jìn)行游泳訓(xùn)練，每周訓(xùn)練6天，每天訓(xùn)練1次。游泳池體積為 100 cm×30 cm×50 cm，水深 30 cm，水溫（30±1）℃。中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組：第1天游泳10 min，逐日遞增游泳時(shí)間10 min，至第2周末達(dá)到120 min，后維持120 min的游泳時(shí)間至第8周末。高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組，用鉛皮在小鼠尾部負(fù)重5%，游泳訓(xùn)練時(shí)間同中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組。小鼠在游泳過(guò)程中出現(xiàn)力竭者，按小鼠死亡計(jì)。對(duì)照組正常飼養(yǎng)。

1.2.4 Y型迷宮試驗(yàn)方法 學(xué)習(xí)能力測(cè)試：將小鼠放入迷宮中適應(yīng)3～5 min，然后按Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅰ臂順序輪流作為起步區(qū)進(jìn)行學(xué)習(xí)能力測(cè)試，訓(xùn)練在l天內(nèi)完成，每訓(xùn)練10次，休息l min，直到學(xué)會(huì)為止。以小鼠在足底通電后10 s內(nèi)一次性跑向安全區(qū)（燈亮的臂）為正確反應(yīng)。以連續(xù)10次中有9次或以上正確反應(yīng)（正確反應(yīng)率≥90%）為達(dá)到學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)[8]。學(xué)習(xí)能力測(cè)試24 h后，復(fù)測(cè)Y型迷宮試驗(yàn)，以錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù)和正確反應(yīng)率評(píng)價(jià)小鼠的記憶保持能力即記憶能力。

1.2.5 腦組織勻漿制備及血管內(nèi)皮物質(zhì)的測(cè)定 學(xué)習(xí)記憶功能測(cè)試完成后處死小鼠，在冰臺(tái)上迅速取出全腦，用冰生理鹽水洗2次，濾紙拭干稱質(zhì)量，稱重后量取9倍腦組織塊重量的0．86%生理鹽水，勻漿制成10%的腦組織勻漿。4℃、3 000 r/min的條件下離心10～15 min，取上清液于－40℃冰箱保存待測(cè)。放射免疫法測(cè)定上清液中ET和AngⅡ的含量，化學(xué)比色法測(cè)定上清液中NO的含量。考馬斯亮方法測(cè)定上清液中的蛋白含量。結(jié)果用每克蛋白（gpro）中所含ET和AngⅡ的質(zhì)量（ng）或NO的量（μmoL）表示。

2 結(jié) 果

2.1 小鼠一般情況

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組小鼠出現(xiàn)食欲差、精神萎靡、活動(dòng)減少等癥狀，其余各組小鼠無(wú)明顯變化。各組均無(wú)小鼠死亡。

2.2 各組小鼠學(xué)習(xí)能力的比較

與對(duì)照組比較，中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組的總電擊時(shí)間、錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù)顯著減少（P＜0．05），正確反應(yīng)率顯著增高（P＜0．01）；與對(duì)照組比較，高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組總電擊時(shí)間、總訓(xùn)練次數(shù)、錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù)均顯著增加（P＜0．05），正確反應(yīng)率顯著減小（P＜0．01）（見(jiàn)表 1）。

表1 各組小鼠學(xué)習(xí)能力的比較（±S）Tab.1 The comparison of learning functions in different groups

表1 各組小鼠學(xué)習(xí)能力的比較（±S）Tab.1 The comparison of learning functions in different groups

注：與對(duì)照組比較，*P＜0.05，**P＜0.01。

組別 總電擊時(shí)間/min總訓(xùn)練次數(shù)/次錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù)/次正確反應(yīng)率/%對(duì)照組 30.44±11.87 67.30±19.55 26.71±8.39 67.47±10.91中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組 20.62±9.84*56.13±12.30 17.65±7.82*87.47±16.17**高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組 46.36±18.67*91.45±27.59*40.08±17.47*51.29±8.84**

2.3 各組小鼠記憶能力的比較

與對(duì)照組比較，中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組的總電擊時(shí)間顯著減少、正確反應(yīng)率顯著增高（P＜0．05），高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組總電擊時(shí)間顯著延長(zhǎng)、正確反應(yīng)率顯著減小（P＜0．05，P＜0．01）（見(jiàn)表 2）。

Tab.2 Th表e c2o mpa各ris組on小 o鼠f m記e憶mo能ry力 fu的nc比tio較n（sX in± dSi）fferent g（ronu=p1s0）組別 總電擊時(shí)間/min 正確反應(yīng)率/%對(duì)照組 17.31±5.56 85.46±15.37中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組 12.19±4.07* 97.98±14.28*高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組 27.92±13.15* 68.73±13.43**

2.4 各組小鼠腦組織內(nèi)皮物質(zhì)含量的比較

與對(duì)照組比較，中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組ET、AngⅡ和NO含量均具有降低趨勢(shì)，其中AngⅡ和NO含量的下降具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0．05）；與對(duì)照組比較，高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組ET、AngⅡ和NO含量均具有增高趨勢(shì)，其中ET和AngⅡ含量的增高具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0．05）（見(jiàn)表 3）。

表3 各組小鼠腦組織內(nèi)皮物質(zhì)的比較（±S）Tab.3 The comparison of vascular endothelial substances of brain tissues in different groups（n=10）組別 ET（ng/gprot） AngⅡ（ng/gprot） NO（μmoL/gprot）對(duì)照組 41.95±15.60 85.28±19.04 21.74±6.55中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組 31.20±11.17 69.94±16.91* 16.57±6.18*高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組 62.63±22.37* 109.95±37.13* 23.86±14.58

3 討 論

Y型迷宮試驗(yàn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、不受氣候變化的影響，并且可同時(shí)觀察動(dòng)物的逃避條件反射能力和空間辨別能力的特點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)外最常采用的用以檢測(cè)動(dòng)物的行為和高級(jí)腦功能的試驗(yàn)之一。本研究結(jié)果顯示，在學(xué)習(xí)能力和記憶能力測(cè)試中，中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組小鼠的總電擊時(shí)間、錯(cuò)誤反應(yīng)次數(shù)顯著減少、正確反應(yīng)率顯著增高，表明該組所承受的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷能增強(qiáng)小鼠的學(xué)習(xí)記憶功能。在高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組則出現(xiàn)了相反的變化，提示過(guò)高的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷可降低小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)不良刺激的反應(yīng)較其他系統(tǒng)更為敏感，在其他系統(tǒng)尚未出現(xiàn)功能損害時(shí)就可能出現(xiàn)某些高級(jí)功能（如學(xué)習(xí)記憶能力等）的紊亂，因此研究外界因素對(duì)學(xué)習(xí)記憶能力的影響可早期發(fā)現(xiàn)外界刺激對(duì)機(jī)體的不良影響。在本實(shí)驗(yàn)研究中，過(guò)高的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷降低了小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，表明高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組所承受的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷已經(jīng)對(duì)小鼠機(jī)體造成了負(fù)性影響。

ET是目前已知體內(nèi)最強(qiáng)的收縮血管的物質(zhì)[9]，AngⅡ是腦內(nèi)腎素-血管緊張素系統(tǒng)的主要效應(yīng)物質(zhì)，也具有強(qiáng)烈的收縮血管效應(yīng)，同時(shí)AngⅡ還具有生物活性的多肽，不僅在血液中起著類似循環(huán)激素的作用，而且在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著神經(jīng)遞質(zhì)的作用，參與腦的高級(jí)神經(jīng)功能，與學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)[10]。NO是在一氧化氮合酶的介導(dǎo)下，以L-精氨酸和分子氧為底物合成的舒張血管物質(zhì)[11]。ET、AngⅡ、NO在動(dòng)態(tài)平衡中維持著血管正常的舒縮功能[12]。以往的研究表明，適宜的運(yùn)動(dòng)可降低ET的合成與釋放，同時(shí)使NO濃度輕度升高，以適應(yīng)運(yùn)動(dòng)所需的氧供，而過(guò)度訓(xùn)練或力竭性運(yùn)動(dòng)可使ET及NO顯著升高，造成心血管系統(tǒng)損傷，并可引發(fā)腦部損傷[13]。本研究也有相似的結(jié)果。中運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組腦組織ET、AngⅡ均呈下降趨勢(shì)，表明適當(dāng)運(yùn)動(dòng)可降低血管的張力、增加腦組織的血液供應(yīng)，從而提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能；此時(shí)NO水平也有下降趨勢(shì)，其意義可能在于維持其與縮血管物質(zhì)的水平協(xié)調(diào)，不致血管張力的過(guò)度下降。高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組則出現(xiàn)相反的變化，即ET、AngⅡ與NO水平均呈上升趨勢(shì)，表明過(guò)度的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷導(dǎo)致腦血管的收縮；NO的水平升高雖可在一定程度上“代償”ET、AngⅡ的縮血管效應(yīng)，但這種作用可能有一定限度，超過(guò)這個(gè)限度，ET、AngⅡ的縮血管效應(yīng)就會(huì)占優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而引起腦組織血供的減少，從而導(dǎo)致腦組織的缺血缺氧而影響腦組織正常的代謝，后者一方面可直接損害小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，另一方面可通過(guò)誘發(fā)海馬區(qū)細(xì)胞的過(guò)渡凋亡而導(dǎo)致小鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降[14]。這可能是高運(yùn)動(dòng)負(fù)荷組小鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降的生化機(jī)制之一。過(guò)度運(yùn)動(dòng)所致的腦組織血管內(nèi)物質(zhì)紊亂的原因尚有待進(jìn)一步研究。

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Effects of Various Training Loads on the Learning and Memory Functions and the Concentrations of Vascular Endothelial Substances of Brain Tissues in Mice

ZHOU Hui1，LIN Yu2
（1．Dept．of PE，Qufu Normal University，Rizhao 276826，China；2．Academy of Basic and Forensic Medicine，Jining Medical College，Rizhao 276826，China）

Objective：To explore the effects of various training loads on the learning and memory functions and the concentrations of vascular endothelial substances of brain tissues in mice and its meanings．Methods：Mice were randomly divided into three groups of middle－load group，high－load group and control group．Each load group was trained by the means of swimming with different training load．After the swimming training，the learning and memory functions and vascular endothelial substances of brain tissues were tested by Y－type maze test in each group．Results：In the test of learning functions，compared with control group，the total electric shock period and the error reaction times decreased significantly （P＜0．01）and the rate of right reaction increased significantly in middle－load group （P＜0．05），but the total electric shock period，total training time and the error reaction times increased significantly（P＜0．01）and the rate of right reaction decreased significantly in high－load group（P＜0．05）．In the test of memory functions，compared with control group，the total electric shock period decreased significantly and the rate of right reaction increased significantly in middle－load group （P＜0．05），but the total electric shock period increased significantly（P＜0．05）and the rate of right reaction decreased significantly in high－load group（P＜0．01）．In the test of vascular endothelial substances of brain tissues，compared with control group，the level of angiotensin Ⅱ（AngⅡ）and nitric oxide（NO）decreased significantly in middle－load group （P＜0．05），and the level of endothelin （ET）and AngⅡ increased significantly in high－load group （P＜0．05）．Conclusion：Various training loads could result in the different changes of the learning and memory functions in mice，which must be related to the changes of the levels of vascular endothelial substances of brain tissues induced by various training loads．

training load；learning and memory；vascular endothelial substances；mice

G 804．7

A

1005-0000（2012）01-0064-03

2011-11-15；

2011-12-30；錄用日期：2012-01-01

周 慧（1977-），女，山東濟(jì)寧人，副教授，研究方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)人體科學(xué)。

1.曲阜師范大學(xué)日照校區(qū)體育教研部，山東日照276826；2.濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院日照校區(qū)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，山東日照276826。