耐力訓(xùn)練對老齡大鼠學(xué)習(xí)記憶和焦慮樣行為的影響

摘要：目的：通過建立老齡大鼠耐力運(yùn)動訓(xùn)練模型，觀察耐力訓(xùn)練對老齡大鼠學(xué)習(xí)記憶能力和焦慮樣行為的影響，并探討了9周游泳訓(xùn)練后進(jìn)行一次力竭性運(yùn)動的血乳酸濃度與運(yùn)動能力之間的關(guān)系．方法：將２７只健康雄性ＳＤ大鼠按年齡分為青年對照組（ＹＣ，ｎ＝９）、老齡對照組（ＯＣ，ｎ＝９）和老齡運(yùn)動訓(xùn)練組（ＯＥＸ，ｎ＝９）．ＹＣ、ＯＣ組自然飼養(yǎng)，不加干預(yù)，ＯＥＸ組大鼠進(jìn)行為期９周的游泳訓(xùn)練．采用Ｍｏｒｒｉｓ水迷宮測試學(xué)習(xí)記憶能力，曠場實(shí)驗(yàn)測試焦慮樣行為．使用日本京都ＬＴ－１７１０型血乳酸儀測定血乳酸濃度．結(jié)果：１、９周游泳耐力訓(xùn)練后ＯＥＸ組大鼠力竭時(shí)間明顯長于ＯＣ組（Ｐ＜０．０５）．２、ＯＥＸ組力竭后血乳酸含量明顯低于ＯＣ組（Ｐ＜０．０１）．３、Ｍｏｒｒｉｓ水迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：定位航行實(shí)驗(yàn)ＯＥＸ組潛伏期明顯小于ＯＣ組（Ｐ＜０．０５）；空間探索實(shí)驗(yàn)ＯＥＸ組大鼠穿越原平臺位置的次數(shù)多于ＯＣ組，但結(jié)果無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義．４、曠場實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：垂直運(yùn)動得分、理毛次數(shù)３組之間差異不顯著；ＯＥＸ組水平運(yùn)動得分明顯低于ＹＣ、ＯＣ組（Ｐ＜０．０５，Ｐ＜０．０５），中央格停留時(shí)間明顯延長（Ｐ＜０．０５，Ｐ＜０．０５）．結(jié)論：１、長期耐力訓(xùn)練能明顯提高老齡大鼠耐力水平．２、長期耐力訓(xùn)練可以改善老齡大鼠學(xué)習(xí)記憶能力，降低焦慮水平．

關(guān)鍵詞：耐力訓(xùn)練；學(xué)習(xí)記憶；焦慮樣行為

學(xué)習(xí)和記憶是動物和人類生存不可或缺的重要腦功能．近年來，隨著我國老齡化進(jìn)程的不斷加快，如何使老齡人群擁有高質(zhì)量的生活已經(jīng)成為全社會關(guān)心的重要問題．研究表明，老年人的學(xué)習(xí)、記憶能力隨著年齡的增加而不斷下降．老年癡呆已成為最常見的癡呆類型，我國６５歲以上人群的老年癡呆患者為４．８％；老年性癡呆作為老年期多發(fā)疾病已成為不容小視的事實(shí)．研究表明，運(yùn)動可以限制（β－淀粉樣蛋白，Ａβ）的形成并促進(jìn)其降解；通過誘導(dǎo)神經(jīng)生長因子（ＮＧＦ）和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（Ｂｒａｉｎ－ｄｅｒｉｖｅｄ�。睿澹酰颍铮簦颍铮穑瑁椋恪。妫幔悖簦铮颍�ＢＤＮＦ）的適應(yīng)性變化影響長時(shí)程增強(qiáng)（Ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ�。穑铮簦澹睿簦椋幔簦椋铮�，ＬＴＰ），促進(jìn)海馬區(qū)神經(jīng)再生，從而防治與阿爾茨海默病（Ａｌｚｈｅｉｍｅｒ�。洌椋螅澹幔螅澹�ＡＤ）有關(guān)的大腦海馬區(qū)功能下降．大量證據(jù)表明，規(guī)律而合理的體育鍛煉能有效延緩老年人學(xué)習(xí)和記憶能力的衰退，有助于提高老年人生活質(zhì)量，但運(yùn)動影響學(xué)習(xí)記憶的確切機(jī)制還遠(yuǎn)未闡明．影響老齡人群生活質(zhì)量的另一個常見心理原因是焦慮．隨著年齡的增長，老年人的身體機(jī)能逐漸下降，他們組織和參與活動的能力也大大降低，身體疾病和心理壓力逐漸增多，這是導(dǎo)致老年人產(chǎn)生焦慮情緒的主要原因．焦慮作為心境，是老年人最經(jīng)常體驗(yàn)的一種負(fù)性情緒狀態(tài)．老年人長時(shí)間處于較高的焦慮水平，對老年人的心理健康具有著潛在而深遠(yuǎn)的影響，容易引發(fā)心理和行為問題．目前，對改善焦慮情緒的研究多集中在藥物層面．運(yùn)動可以看作一種刺激或應(yīng)激，對腦的可塑性產(chǎn)生影響．合理的運(yùn)動不僅可以減緩老年人的機(jī)體衰退，提高新陳代謝能力，而且能有效改善情緒狀態(tài)．本研究對老齡大鼠進(jìn)行９周耐力訓(xùn)練，通過行為學(xué)測試觀察耐力運(yùn)動訓(xùn)練對老齡大鼠學(xué)習(xí)、記憶和焦慮樣行為的影響，初步探討其內(nèi)在規(guī)律，旨在引導(dǎo)老年人通過合理有效的運(yùn)動鍛煉和健康的生活習(xí)慣實(shí)現(xiàn)身心健康，為老年人科學(xué)健身提供理論和實(shí)踐依據(jù)．

１　材料與方法

１．１　實(shí)驗(yàn)動物與分組

青年（３月齡）健康雄性Ｓｐｒａｇｕｅ　Ｄａｗｌｅｙ大鼠９只，老齡（１５－１６月齡）健康雄性Ｓｐｒａｇｕｅ�。模幔鳎欤澹�大鼠１８只，由蘇州大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物中心提供．適應(yīng)性喂養(yǎng)１周后，將老齡大鼠隨機(jī)分為２組：老齡安靜對照組（ＯＣ，ｎ＝９）、老齡運(yùn)動訓(xùn)練組（ＯＥＸ，ｎ＝９）（圖１）；青年大鼠作為青年對照組（ＹＣ，ｎ＝９）．動物分籠喂養(yǎng)，自由飲食．光照時(shí)間８：００ａ．ｍ．－８：００ｐ．ｍ．，室溫２２~２．５℃，相對濕度４５％－５５％．圖１　實(shí)驗(yàn)流程圖

１．２　實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

日本京都ＬＴ－１７１０型便攜式血乳酸測定儀；SuperMaze動物行為學(xué)視頻分析系統(tǒng)，上海欣軟信息科技有限公司；曠場實(shí)驗(yàn)視頻分析系統(tǒng)，上海欣軟信息科技有限公司．

１．３　動物運(yùn)動訓(xùn)練方案

運(yùn)動訓(xùn)練組大鼠在玻璃缸游泳池中訓(xùn)練，游泳池水深５０ｃｍ，超過大鼠身長的２倍，水溫３０－３２℃，每次游泳時(shí)間固定在下午３點(diǎn)到５點(diǎn)之間，第１周進(jìn)行３次適應(yīng)性訓(xùn)練，從第２周起大鼠每周訓(xùn)練５天，每天訓(xùn)練３０ｍｉｎ，共９周．

１．４　力竭測試大鼠尾部負(fù)重，放入水溫（３０±１）°Ｃ、水深５０ｃｍ的水槽中游泳，初始負(fù)荷為體重的１％，每３分鐘增加大鼠自身體重的１％，記錄大鼠從入水至運(yùn)動疲勞發(fā)生時(shí)的游泳時(shí)間．大鼠頭部沒入水面以下１０ｓ不再上浮判定為疲勞，記錄疲勞時(shí)間．

１．５　學(xué)習(xí)和記憶能力測試

１．５．１　實(shí)驗(yàn)裝置水迷宮實(shí)驗(yàn)在一個直徑為１２０ｃｍ，高５０ｃｍ，水深４０ｃｍ的圓形游泳池內(nèi)進(jìn)行，游泳池由黑色玻璃纖維制成，水溫保持在２６℃左右，在池壁北（Ｎ），南（Ｓ），東（Ｅ）和西部（Ｗ）分別以４種不同形狀的圖形作為標(biāo)記，標(biāo)志動物的入水出發(fā)點(diǎn)，這些標(biāo)記將水池分為Ａ、Ｂ、Ｃ及Ｄ�。磦�同等象限，在離池壁３０ｃｍ的Ｄ象限正中處放一個直徑為９ｃｍ、高３８ｃｍ的透明圓形平臺做為目標(biāo)平臺，水面高度不得高于平臺頂２ｃｍ．水迷宮上方安裝有攝像機(jī)，用來同步記錄大鼠運(yùn)動軌跡，采用美國的ＡＮＹ－ｍａｚｅ軟件記錄整個過程．實(shí)驗(yàn)期間水迷宮外參照物保持不變．

１．５．２　檢測方法

１．５．２．１　定位航行實(shí)驗(yàn)

　測量大鼠獲取經(jīng)驗(yàn)（學(xué)習(xí)）能力的一種方法．實(shí)驗(yàn)前１天將大鼠放入水中自由游泳２ｍｉｎ，使其熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境并觀察其游泳姿勢

有無異樣．定位航行實(shí)驗(yàn)部分包括３天每天４個連續(xù)的訓(xùn)練次數(shù)，動物面對池壁放入池中，允許其自由游泳以找到被水漫過的平臺．每次訓(xùn)練從東、南、西、北中隨機(jī)選擇一個入水點(diǎn)，每一次訓(xùn)練所有大鼠入水點(diǎn)相同；同一只大鼠在每天的４次訓(xùn)練中分別有４個位于不同象限的入水點(diǎn)．記錄大鼠找到平臺的時(shí)間，即潛伏期（Ｌａｔｅｎｃｙ）．如果大鼠在６０秒內(nèi)沒有找到平臺，輕輕地引導(dǎo)它上平臺，潛伏期記為６０ｓ，大鼠每次爬上平臺或被引上平臺后，讓其在平臺上休息１５ｓ，如果大鼠突然逃跑，允許它繼續(xù)留在平臺１０ｓ．計(jì)算每一時(shí)間段內(nèi)４次潛伏期的算術(shù)平均值做為最后的學(xué)習(xí)成績。

１．５．２．２　空間探索實(shí)驗(yàn)

　測量大鼠保存經(jīng)驗(yàn)（記憶）能力的一種方法，檢測大鼠學(xué)會尋找平臺的本領(lǐng)后對水中平臺位置記憶的功能．在最后一次訓(xùn)練２４小時(shí)后撤去水中平臺，然后同定位航行實(shí)驗(yàn)的步驟一樣，每天４次，但只測試１天，實(shí)驗(yàn)中要保證同一只大鼠在４次測試中分別有４個位于不同象限的入水點(diǎn)．記錄大鼠在６０ｓ內(nèi)穿越原平臺象限相應(yīng)位置的次數(shù)．

１．６　焦慮樣行為測試

１．６．１　實(shí)驗(yàn)裝置　

敞箱裝置由不透明材料制成，底面為１００ｃｍ×１００ｃｍ的正方形并被等分成１６個等邊方格，周圍有高４２ｃｍ的墻壁，敞箱中央?yún)^(qū)域的正上方固定有攝像機(jī)，由與之相連接的的曠場實(shí)驗(yàn)視頻分析系統(tǒng)自動記錄大鼠的活動軌跡和位置．

１．６．２　檢測方法

　曠場實(shí)驗(yàn)（Ｏｐｅｎ　ｆｉｅｌｄ�。簦澹螅簦┯址Q敞箱實(shí)驗(yàn)，用來觀察實(shí)驗(yàn)動物神經(jīng)精神變化，是評價(jià)實(shí)驗(yàn)動物進(jìn)入開闊環(huán)境后的各種活動、探索行為與緊張度的一種方法．實(shí)驗(yàn)在安靜的環(huán)境下進(jìn)行，將每只大鼠放入箱內(nèi)底面中心方格內(nèi)，同時(shí)進(jìn)行攝像和計(jì)時(shí)，觀察大鼠５分鐘內(nèi)在中央格停留的時(shí)間（Ｔｈｅｔｉｍｅ�。椋睢。簦瑁濉。悖澹睿簦颍幔臁。螅瘢酰幔颍澹�、穿越的格子數(shù)（Ｔｈｅｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ�。悖颍铮螅螅椋睿纭。螅瘢酰幔颍澹�，四爪均進(jìn)入的方格方可計(jì)數(shù)，為水平運(yùn)動得分）、后肢直立的次數(shù)（Ｔｈｅｔｉｍｅｓ�。铮妗。颍澹幔颍椋睿�，兩前爪騰空或攀附墻壁，為垂直運(yùn)動得分）、清潔運(yùn)動的計(jì)數(shù)（Ｔｈｅ�。簦椋恚澹蟆。铮妗。纾颍铮铮恚椋睿�，梳毛次數(shù)）．實(shí)驗(yàn)后，將大鼠取出，清理干凈箱底和四壁，并用７５％的酒精擦拭以除去前一只大鼠的氣味，更換大鼠，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)．

１．７　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用Ｇｒａｐｈ－ｐａｄ�。校颍椋螅怼。担�０軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析．力竭測試結(jié)果采用單因素方差分析，學(xué)習(xí)和記憶測試結(jié)果采用重復(fù)測量設(shè)計(jì)的方差分析和卡方檢驗(yàn)．

３　分析與討論

體育鍛煉可以促進(jìn)老年人身心健康，尤其對老年人的心理健康方面有不可替代的作用．一些研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動能改善老齡動物學(xué)習(xí)記憶，降低焦慮水平，但這一效益的潛在機(jī)制仍遠(yuǎn)未闡明．在比較了主

動運(yùn)動和強(qiáng)迫運(yùn)動的差異之后，本研究選擇了游泳訓(xùn)練的方法，因其具有更好的可操作性和可控制性（運(yùn)動強(qiáng)度、時(shí)間），且大鼠天生就是“游泳能手”．本研究對老齡大鼠進(jìn)行９周游泳耐力訓(xùn)練，通過行為學(xué)方法測試學(xué)習(xí)記憶能力和焦慮水平，并測定血乳酸值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，長期游泳運(yùn)動訓(xùn)練顯著提高了老齡大鼠學(xué)習(xí)記憶能力，降低了焦慮水平．

３．１　長期耐力訓(xùn)練提高了老齡大鼠耐力

乳酸在運(yùn)動醫(yī)學(xué)上有“訓(xùn)練的標(biāo)尺”的美稱，乳酸在血液中含量高低是評價(jià)機(jī)體疲勞程度的重要標(biāo)志之一．乳酸的產(chǎn)生和積累效率與運(yùn)動強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)．本實(shí)驗(yàn)通過逐級遞增負(fù)荷游泳力竭測試，分別測得ＹＣ、ＯＣ、ＯＥＸ組的力竭時(shí)間和即刻乳酸值，發(fā)現(xiàn)ＯＥＸ組的耐力成績明顯優(yōu)于ＯＣ組，且血乳酸水平顯著低于ＯＣ組，表明游泳運(yùn)動訓(xùn)練提高了老齡大鼠耐力，這可能與長期的耐力訓(xùn)練可以增強(qiáng)血液中堆積乳酸的利用率有關(guān)．

３．２　長期耐力訓(xùn)練改善了老齡大鼠學(xué)習(xí)記憶能力

學(xué)習(xí)和記憶是人類進(jìn)行各種智力活動的基礎(chǔ)．學(xué)習(xí)是指新行為的獲得和發(fā)展，記憶是通過學(xué)習(xí)獲得的經(jīng)驗(yàn)的保持和再現(xiàn)．學(xué)習(xí)和記憶是動物和人類生存不可或缺的重要腦功能，是神經(jīng)科學(xué)研究中的重要問題．衰老是人和動物都要遵循的自然規(guī)律，在衰老過程中，不僅機(jī)體出現(xiàn)各種功能下降，學(xué)習(xí)記憶功能也隨之老化，減退明顯．水迷宮是一種較好地評定動物空間學(xué)習(xí)記憶能力的方法，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用Ｍｏｒｒｉｓ水迷宮實(shí)驗(yàn)檢測９周游泳運(yùn)動訓(xùn)練對老齡大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力的影響，發(fā)現(xiàn)ＯＥＸ組尋找到目標(biāo)平臺的潛伏期與其他組比較明顯縮短，撤去平臺之后穿越原平臺位置的次數(shù)與ＯＣ組比較有增多趨勢，但差異不顯著．運(yùn)動對于保持腦健康具有重要作用，適宜的體育運(yùn)動有助于終身保持腦健康和可塑性．Ｐｉ－ｅｔｒｅｌｌｉ　Ａｄｅｎ等人研究發(fā)現(xiàn)，規(guī)律、長期的跑臺耐力訓(xùn)練可以對老齡大鼠具有神經(jīng)保護(hù)；與不運(yùn)動大鼠相比，耐力訓(xùn)練組大鼠記憶成績明顯提高．本結(jié)果亦顯示９周游泳運(yùn)動訓(xùn)練可明顯提高老齡大鼠的學(xué)習(xí)能力并在一定程度上改善記憶能力．

３．３　長期耐力訓(xùn)練降低了老齡大鼠焦慮水平

焦慮是一種預(yù)期反應(yīng)，面對預(yù)先知道且不可避免的、即將發(fā)生的應(yīng)激性事件，以恐懼、擔(dān)心、緊張等精神癥狀為主要表現(xiàn)，核心癥狀為擔(dān)憂．適當(dāng)運(yùn)動是緩解應(yīng)激的有效方法，能夠改善情緒、減少狀態(tài)性焦慮．研究表明，規(guī)律、適量的身體運(yùn)動有利于大腦健康，包括改善心理狀態(tài)和認(rèn)知功能，增強(qiáng)心理幸福感、增強(qiáng)抗抑郁藥和抗焦慮藥的使用效果并且降低患老年癡呆的風(fēng)險(xiǎn)．此外，大強(qiáng)度運(yùn)動比中、低強(qiáng)度運(yùn)動更能表現(xiàn)出腦部的活動增強(qiáng)，更能加快消除焦慮、不安等情緒．Ｐｉｔｔｓ　ＦＮ�。剩蛘J(rèn)為在訓(xùn)練中乳酸的產(chǎn)生是引起焦慮反應(yīng)的可能原因，而本實(shí)驗(yàn)在測試大鼠焦慮樣行為的曠場實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，ＯＥＸ組大鼠的水平得分與中央格停留時(shí)間明顯高于ＯＣ組，這反映ＯＥＸ組大鼠的焦慮樣行為明顯減少；耐力訓(xùn)練對改善焦慮樣行為有一定作用，這或許與機(jī)體對乳酸的利用增強(qiáng)有關(guān)．此外，本實(shí)驗(yàn)僅采用了小強(qiáng)度耐力訓(xùn)練的方法，未進(jìn)行中強(qiáng)度、高強(qiáng)度的訓(xùn)練，在上述的訓(xùn)練條件下，老齡大鼠的血乳酸濃度變化如何，是否與焦慮樣行為有一定的相關(guān)性，這些還有待于進(jìn)一步研究．曠場實(shí)驗(yàn)（Ｏｐｅｎ�。妫椋澹欤洹。簦澹螅�，ＯＦＴ）又稱敞箱實(shí)驗(yàn)，是一種評價(jià)嚙齒類實(shí)驗(yàn)動物自主運(yùn)動行為、探究行為與緊張度的一種方法，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于帕金森病、抑郁癥、焦慮癥等神經(jīng)、精神疾病以及中樞藥物評篩的研究中．本實(shí)驗(yàn)通過曠場實(shí)驗(yàn)觀察各組大鼠的焦慮水平．其中，水平活動、中央格停留時(shí)間、梳毛次數(shù)反映動物的焦慮情況，垂直活動反映動物對周圍環(huán)境的不確定性和對周圍環(huán)境中可能存在的危險(xiǎn)性的觀察．

目前，關(guān)于運(yùn)動對焦慮的作用還存在爭議．在運(yùn)動效果方面，Ｃｏｎｎ等人通過ｍｅｔａ分析認(rèn)為有氧運(yùn)動可以降低健康人的焦慮癥狀，但對已經(jīng)確診患上焦慮障礙的人沒有改善效果．Ｃｈｒｉｓｔｉｎｅ等人認(rèn)為目前的證據(jù)還不足以證明有氧運(yùn)動可以做為改善焦慮障礙的有效手段，且沒有證據(jù)表明有氧運(yùn)動一定比無氧運(yùn)動改善焦慮更有效．在運(yùn)動時(shí)間、強(qiáng)度方面，Ｈｅｒｒｉｎｇ等人通過運(yùn)動前后焦慮測量量表比較發(fā)現(xiàn)，短期的耐力訓(xùn)練可以改善廣泛性焦慮狀態(tài)．Ｐａｔｋｉ等人報(bào)道對大鼠進(jìn)行４周中等強(qiáng)度跑臺訓(xùn)練，降低了創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙大鼠的焦慮樣行為．不同的活動強(qiáng)度和活動方式對焦慮水平的變化會產(chǎn)生影響，此外，年齡對與焦慮相關(guān)的行為也有影響．目前對長期耐力運(yùn)動對老年人的焦慮影響的研究較為少見，本實(shí)驗(yàn)研究了長期耐力訓(xùn)練情況下的大鼠焦慮水平，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)游泳運(yùn)動訓(xùn)練后各組大鼠梳毛次數(shù)有顯著性差異，這可能與實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)量少有關(guān)；垂直得分各組之間統(tǒng)計(jì)亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，說明各組大鼠對周圍環(huán)境的探索行為無顯著差異；水平得分和中央格停留時(shí)間ＯＥＸ組同ＯＣ及ＹＣ組比較明顯增多，可見年齡的增長可能對焦慮有一定減輕作用，而耐力訓(xùn)練又可以進(jìn)一步減輕老年人的焦慮情緒．大量研究表明，不適應(yīng)的運(yùn)動或劇烈運(yùn)動可引起氧自由基與抗氧化系統(tǒng)之間的失衡，導(dǎo)致活性氧生成增加，造成機(jī)體氧化損傷．

最近的研究表明，豐富環(huán)境可以增強(qiáng)神經(jīng)可塑性，改善包括學(xué)習(xí)記憶能力在內(nèi)的認(rèn)知功能．適宜的運(yùn)動可以做為一種豐富環(huán)境的方式改善腦的功能與健康．綜上所述，耐力訓(xùn)練可以改善老齡大鼠學(xué)習(xí)記憶能力，降低焦慮水平，但運(yùn)動是如何發(fā)揮上述神經(jīng)保護(hù)作用的？其內(nèi)在機(jī)制有待于進(jìn)一步研究．此外，不同運(yùn)動負(fù)荷對衰老期學(xué)習(xí)記憶和情緒的影響也有待于深入研究．

４　結(jié)　論

（１）長期耐力訓(xùn)練提高了老齡大鼠耐力．

（２）長期耐力訓(xùn)練改善了老齡大鼠學(xué)習(xí)記憶能力，降低了焦慮水平。