辛月
(北京航空航天大學 外國語學院,北京 100191)
定期鍛煉對維持健康的生活方式起著至關重要的作用。運動能夠加強心血管、免疫及代謝系統,并對腦內環境起調節作用。據報導,快速、高強度的運動和常量、中強度的有氧運動都能提高循環神經營養因子水平,增強神經傳遞,對各年齡段個體的情緒和認知功能產生有益影響。年輕人快速進行一次高強度騎自行車運動,會引起血清中腦源性神經營養因子(BDNF)水平升高,而BDNF與血乳酸含量相關。長期的中強度運動也會產生同樣效果(即騎自行車5周、每周3次、運動強度應低于通氣閾值)。這兩種方案都與改善認知表現相關。參加常量運動(如步行、徒步旅行、騎自行車、舉重、伸展或其他運動)的65歲以上成年人在常規記憶測試中得分較高,而且經證實,他們患癡呆癥和行動功能障礙等老年病的風險得到降低。這樣的益處通常與運動頻率或強度以及熱量消耗等的量度相關。經證實,步行、有氧運動和力量訓練等均可改善癡呆癥早期患者的行動能力和認知能力。因此,運動對維持老年人大腦健康,包括對神經退行性疾病早期患者的重要性正得到廣泛認可。此外,研究表明身體運動可以降低認知能力下降的風險,所以積極的生活方式可以看作是一種“預防性”策略,改善大腦退化和心血管功能障礙。
人類大腦衰老通常會導致認知能力下降,可能會逐漸降低神經營養水平,改變腦血管系統,減少神經發生。海馬體極易受到形態和功能衰老變化的影響。在嚙齒動物中觀察到了類似的衰老變化,因此嚙齒動物成為觀察細胞水平上的變化和研究介入或預防策略的理想模型。與人類一樣,嚙齒動物模型顯示其海馬體的體積隨動物衰老而減小。一部分原因是嚙齒動物的細胞增殖減少和大腦形態變化,如樹突分支、脊柱密度和纖維投射到海馬體中的數量減少。此外,嚙齒動物和人類的衰老都與大腦的營養支持減少有關,如BDNF及其全長受體、原肌球蛋白受體激酶B的水平下降。神經營養支持的缺失往往伴隨著神經元存活和突觸可塑性的減弱。需要注意的是,神經系統衰老變化與功能衰退相關,尤其是海馬體依賴性學習和記憶功能以及方位辨認功能。
值得注意的是,雖然海馬體是公認的成熟哺乳動物體內神經發生的主要部位,但在人體中是否也是如此,這一問題存在一定爭議。Sorrells及其同事在最近發表的論文中表示,尚未發現青年時期以外神經發生的證據,而Boldrini等人隨后也發表了論文,表明神經發生確實持續至成年時期,衰退程度很小,這與之前的研究結果一致。事實上,許多研究表明,成年時期新生的神經干細胞可能受到刺激而形成不同的神經元群體,雖然這些細胞可能失去增殖能力,且隨著衰老而趨于靜止,但它們受到刺激(包括跑步等)之后可以重新激活。
據嚙齒動物模型顯示,身體運動的短期增加足以上調支持大腦的中樞和外周因子,并促進突觸的可塑性。成年大鼠在自由進出跑輪3天后,其海馬體中的神經生長因子和原肌球蛋白受體激酶B的信使RNA水平上調,突觸間傳遞和信號轉導的相關基因同樣發生上調。此外,運動促進對脈管系統的營養支持,包括增加胰島素樣生長因子1(IGF-1)在中樞和循環系統內的濃度水平,經證實,這對于神經傳遞和神經元存活有支持作用。運動具有更大的系統益處,且與大腦健康息息相關,這些作用都不容低估,因為運動的神經保護作用遠遠超出促進神經營養通路和海馬體神經發生的作用。經證實,自由跑輪運動可上調血腦屏障中的緊密連接(TJ)相關蛋白的含量,從而保護大腦,不受可能導致毒性、炎癥或病理的循環分子的損害。研究證明,跑步也可以降低老年小鼠海馬體中小膠質細胞的活化和細胞因子水平,代表著運動可保護神經血管單元、進而保護大腦免受損傷的另一種機制。在晚期衰老和阿爾茨海默病的模型中,運動減少了可溶性淀粉樣β蛋白(Aβ)負荷和斑塊形成,部分由淋巴清除和蛋白水解降解來介導。經證明,自由跑輪運動也可以延緩白質萎縮并保護阿爾茨海默病小鼠模型的腦血管系統,這與改善空間記憶任務的表現相關。
許多研究證實了BDNF、工作水平以及各種記憶和認知能力測試中表現的改善情況之間的相關性。但運動對年輕受試者的記憶和認知能力的影響程度問題仍未形成堅定共識。迄今為止,臨床研究仍在一定程度上受到研究規模的限制,通常無法實現性別平衡,還存在實驗和采樣方案的巨大差異。對于認知功能受損的老年受試者以及輕度認知功能障礙患者,有氧活動可減少行動能力缺陷,降低癡呆發生風險。在這些前瞻性研究中,運動的強度、持續時間和頻率會影響記憶和認知能力測試的得分,但值得注意的是可能出現性別差異。此外,雖然這些參數與表現情況相關,且研究處于監督之下,但也需要意識到讓老年人進行劇烈運動的可行性,尤其是在中風等病癥發作之后。因此,經證實,即使只是規律性的輕度和適度運動,也是大有裨益的。
人體和臨床前研究共同提供了強有力的證據,證明身體活動可以緩解大腦環境衰退。由于各種工作水平和持續時間的“運動方案”在動物體和人體中產生的效果類似,所以我們能夠得出有價值的結論,通過下游機制,身體活動可以促進老年人大腦健康。需要認識到的是,本文所涉及的主題僅涵蓋了運動潛在益處的一小部分(尤其是常規的有氧運動)對海馬體的適應性變化。本文目的在于強調神經營養因子對大腦的保護作用,以及除增強突觸可塑性之外,在支持血腦屏障、清除毒性物種和減少神經炎癥中,適應性效應如何發生變化。這些都依賴于驅動基因轉錄的腦源性改變。此外,運動過程中皮質活動的急劇變化可能有助于長期適應。個人在運動類型上可能存在個體差異性,受到年齡或行動能力的限制。性別差異和多態性差異也可能對運動對上述不同系統的影響程度起到一定作用。實際上,動物體和人體研究的局限性在于缺乏有力的、性別均衡的研究。盡管如此,大量證據仍表明,積極的生活方式可以帶來各種各樣的益處,從而減慢認知能力下降,延緩大腦衰老。