荷包牡丹碱联合早期跑步运动对大鼠脑损伤恢复的协同效应.pdf

，：，（）：荷包牡丹碱联合早期跑步运动对大鼠脑损伤恢复的协同效应刘乃红，王佃卿，彭志锋（太原科技大学体育学院，太原 ；山西医科大学第一医院，太原 ；山西大同大学医学院，大同 ）【摘要】目的：评估 氨基丁酸（）受体拮抗剂荷包牡丹碱联合早期跑步运动对大鼠脑损伤后运动功能恢复协同效应。方法：大鼠随机分为 组、缺血 再灌注（）组、荷包牡丹碱 组、运动 组和荷包牡丹碱 运动 组（联合处理组），每组 只大鼠。除 组外，其余大鼠均行大脑中动脉阻塞（）诱导 。后，荷包牡丹碱 组和联合处理组大鼠腹腔注射荷包牡丹碱，连续注射 ；运动 组和联合处理组大鼠在跑步机上连续跑 ，每次 。后，采用旋转杆试验和错步试验评估各组大鼠运动功能；采用 方法评估各组大鼠脑梗死体积；采用 及 方法检测各组大鼠大脑皮层和脊髓中脑源性神经营养因子（）、突触素和 蛋白表达。结果：与 组相比，组大鼠运动功能受损，脑梗死体积增加（所有 ）；与 组相比，荷包牡丹碱 组、运动 组和联合处理组大鼠运动功能改善，脑梗死体积减少（所有 ），而且联合处理组大鼠运动功能改善和脑梗死体积减少优于其他两组（均 ）。与 组相比，荷包牡丹碱 组、运动 组和联合处理组大鼠大脑皮层和脊髓 蛋白表达增加（均 ）；荷包牡丹碱 组和联合处理组大鼠脊髓突触素和 蛋白表达增加（均 ）。此外，联合处理组大鼠脊髓 蛋白表达高于其他所有组（均 ）。结论：荷包牡丹碱联合早期跑步运动可更有效促进脑损伤后运动功能恢复，可能与脊髓中轴突生长和抑制性修饰有关。【关键词】荷包牡丹碱；运动；缺血 再灌注；突触可塑性；大鼠【】；【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（）【】【基金项目】山西省高等学校大学生创新创业训练计划项目（）；山西省基础研究计划（）【收稿日期】【修回日期】【通讯作者】：；：脑卒中是一种导致严重运动障碍神经系统疾病。目前认为，脑卒中后运动功能恢复主要归因于存活神经元回路适应性变化（可塑性），如神经元网络活动依赖性重新布线和突触功能增强 。众所周知，大脑皮层可塑性会引起皮层重组。此外，过去有研究表明，脊髓可塑性对脑卒中后运动恢复有影响 。这些可塑性变化，包括轴突发芽和突触形成，不仅在大脑，还在脊髓中 ，。氨基丁酸（，）是中枢神经系统中一种抑制性神经递质。这种抑制主要由 受体诱导，调节中枢神经系统中神经元兴奋性阈值 。康复运动，是改善脑卒中后患者运动障碍的重要方法。具体来说，跑步机运动是一种增强脑卒中后运动功能恢复运动方案 。有研究已经证实，脑出血后早期进行跑步运动可抑制大鼠脑缺血后神经元凋亡而发挥神经保护作用 ，。研究也报道，受体拮抗剂对脑卒中后运动功能恢复是有益的 。但是脑出血后 受体拮抗剂荷包牡丹碱联合早期跑步运动，是否更有效地诱导活动依赖性可塑性，进而促进大鼠脑损伤后运动功能恢复，仍不明确。因此，本研究旨在探讨 受体拮抗剂荷包牡丹碱联合早期跑步运动对大鼠脑损伤后运动功能恢复的协同作用，并对其机制进行探讨。材料与方法 主要仪器和试剂电动跑步机（安徽正华生物仪器设备有限公司）；荷包牡丹碱（美国 公司）；染料（美国 公司）；总蛋白提取试剂盒（天根生物科技有限公司）；试剂盒（天根生物科技有限公司）；突触素、和 抗体（美国 公司）。实验动物及分组雄性 大鼠（），购于山西医科大学实验动物中心（动物许可证号：（晋）。所有大鼠被关在一个温度和湿度可控制房间里，进行 光 暗循环，可以随意获得食物和水。雄性 大鼠随机分为 组：组、缺血 再灌注（，）组、荷包牡丹碱 组、运动 组和荷包牡丹碱 运动 组（联合处理组），每组 只大鼠。大鼠 模型制备腹腔注射戊巴比妥钠（）麻醉大鼠。然后在颈 ，（）部腹面作中线切口显露右侧颈总动脉，用钝性解剖法分离迷走神经附近邻近组织的肌肉，分离颈动脉分叉，仔细分离颈外动脉、颈内动脉、枕动脉和翼腭动脉。将细丝经颈外动脉插入颈内动脉阻断大脑中动脉（，），阻断 后牵拉单丝诱导再灌注，在再灌 后进行相关检测。模型成功标志是手术后出现手术侧肢体瘫痪，站立不稳。模型成功率大约为 。组除不插入细丝外，其余手术均相同。运动干预方法采用 型电动跑步机用于大鼠跑步运动。在进行 手术前，运动 组和荷包牡丹碱 运动 组大鼠在跑步机上进行 适应，。后，荷包牡丹碱 组和荷包牡丹碱 运动 组大鼠腹腔注射 受体拮抗剂荷包牡丹碱（），持续；运动 组和荷包牡丹碱 运动 组大鼠连续 进行跑步运动（，），而其它组大鼠不进行跑步运动 。运动功能评价 后，参照以往文献描述方法，进行旋转杆试验以评估运动平衡和协调性 。把老鼠放在旋转棒上的旋转鼓上，通过测量大鼠在旋转鼓上持续时间，测量运动感应平衡能力；在 内，棒的速度从 增加到 ，并记录下降潜伏期，坠落最长时间限制在 。此外，按照以往描述方法，进行足错步试验以评估大鼠前肢运动功能 。将大鼠置于悬空网格（）上，记录大鼠双侧前肢移动总数和双前肢脚趾错步到网格之间次数。染色 后，大鼠通过腹腔注射 水合氯醛进行深度麻醉，并使用生理盐水经心脏灌注。然后取出脑和脊髓，放入 冰箱冷冻约 后，脑组织行冠状切片（）。将切好脑片迅速放入准备好的 磷酸盐缓冲液中，在 水浴中避光孵育 。其中脑梗死区域不染色（灰白色），而正常脑组织染为深红色，依据相关文献报道 方法计算脑梗死体积，脑梗死体积百分数 扣除水肿率后总梗死体积（左侧大脑半球总体积 右侧大脑半球总体积）（假手术组未着色区域总体积）。分析 后，采用总蛋白提取试剂盒从大脑皮层运动区和脊髓中提取总蛋白后，采用 试剂盒测量脑源性神经营养因子（，）蛋白含量。检测 后，采用总蛋白提取试剂盒从大脑皮层运动区和脊髓中提取总蛋白，加入 制备成电泳样品，取?进行 电泳，然后转至 膜上，经 牛奶孵育 。分别用兔源突触素（）、（）和 （）及鼠抗?多克隆抗体（）孵育 ；用 稀释山羊抗兔和山羊抗鼠二抗（），室温孵育 。利用化学发光扫描系统检测相关蛋白表达并摄片，采用 图像分析软件对目标条带吸光度积值进行分析。内参蛋白为?，以目的蛋白和内参蛋白条带灰度质的比值作为蛋白相对达量。统计学处理数据以均数 标准差（珋 ）表示，采用 统计软件进行分析，组间比较采用适于 析因设计的方差分析。结果 联合处理对运动功能的影响在旋转杆试验中，与 组相比，组大鼠潜伏期下降时间缩短（）；与 相比，荷包牡丹碱 组和运动 组大鼠潜伏期下降时间均延长（均 ）；与单独处理组相比，联合处理组使 大鼠潜伏期下降时间进一步延长（均 ，表 ）。在足错步试验中，与 组相比，组大鼠错步比例增高（）；与 相比，荷包牡丹碱 组和运动 组大鼠错步比例均降低（均 ）；与单独处理组相比，联合处理组使 大鼠错步比例进一步降低（均 ，表 ）。（珋 ，）（）（）（）；联合处理对脑梗死体积的影响 染色结果显示，组无梗死，组有明显局灶性梗死；与 相比，荷包牡丹碱 组和运动 组大鼠脑梗死体积均降低（均 ）；而且联合处理组大鼠脑梗死体积进一步降低（图 ，表 ）。：；：；：；：；：联合处理对大脑皮层可塑性标志物的影响 分析显示，与 组相比，组大鼠大脑皮层运动区 蛋白含量增加，但无统计学差异；与 组相中国应用生理学杂志，（）比，荷包牡丹碱 组、运动 组和联合处理组大鼠大脑皮层运动区 蛋白含量增加（均 ，表）。虽然联合处理组 蛋白含量高于运动 组和荷包牡丹碱 组，但无统计学差异。结果显示，各组大鼠大脑皮层运动区突触素和 蛋白表达均无统计学差异（图 ，表 ）。（珋 ，）：；：；：；：；：联合处理对脊髓神经可塑性标志物的影响 分析显示，与 组相比，组大鼠脊髓 蛋白含量增加，但无统计学差异；与 组相比，荷包牡丹碱 组、运动 组和联合处理组大鼠脊髓 蛋白含量增加（均 ，表）。虽然联合处理组 蛋白含量高于荷包牡丹碱 组和运动 组，但无统计学差异。结果显示，与 组相比，荷包牡丹碱 组和联合处理组大鼠脊髓突触素和 蛋白表达增加（均 ，图，表）。此外，联合处理组大鼠脊髓 蛋白表达高于其他所有组（，图 ，表 ）。，（珋 ，）；：；：；：；：；：；：；：；：；：讨论本研究主要评估 受体拮抗剂荷包牡丹碱联合早期跑步运动是否更有效促进大鼠脑损伤后运动功能恢复，以及是否与大脑皮层和脊髓可塑性变化有关。研究已经表明，以 为靶点的运动或药物治疗对缺血性脑卒中运动功能恢复有促进作用 。也有研究指出，有氧运动可通过调节炎症反应、抑制神经元凋亡和促进血管生成来诱导脑缺血耐受性 。脑缺血后早期跑步运动可通过上调缺血半暗带区热休克蛋白 的表达，促进脑缺血大鼠运动功能恢复 。本研究结果表明，与 受体拮抗剂荷包牡丹碱或早期跑步运动单独处理比较，受体拮抗剂荷包牡丹碱联合早期跑步运动可更有效促进大鼠脑 后运动功能恢复，脑梗死体积进一步减少，这与本课题组以往的研究是类似的 。由于联合处理组大鼠脑梗死体积低于荷包牡丹碱或早期跑步运动单独处理组，联合处理组大鼠存活区域明显增加，故对运动功能恢复更好有影响；此外，荷包牡丹碱 组、运动 组和联合处理组大鼠大脑皮层和脊髓 蛋白表达高于 组；荷包牡丹碱 组和联合处理组大鼠脊髓突触素和 蛋白表达高于 组。而联合处理组大鼠脊髓 蛋白表达高于其他所有组。本研究中联合处理组大鼠运动功能恢复效果更好也可能与大脑以及脊髓内神经可塑性变化有关。作为脑卒中后脊髓一种潜在可塑性，起源于完整皮层的皮质脊髓束轴突新生，形成代偿回路，促进脑卒中后运动恢复 ，。在本研究中，联合处理组除了脊髓突触素表达增加外，还显示 表达增强。这些发现为荷包牡丹碱和早期跑步运动联合处 ，（）理可能增强皮质脊髓束重组提供实验依据。是轴突生长的负性调节因子，它通过抑制轴突生长在稳定神经元回路中起着重要作用 。在本研究中，联合处理增加大鼠脊髓 和突触素，以及脊髓中 表达。因此，这些发现表明，对于脑损伤后运动功能恢复，脊髓中生长和抑制性修饰间存在着至关重要的作用。有研究报道，脑卒中后良好恢复首先需要通过生长促进因子增强大脑和脊髓内源性可塑性状态，然后通过康复训练稳定功能连接 。有趣的是，运动 组并不影响脊髓突触素和 蛋白表达。因此，我们认为联合处理组大鼠脊髓中发现的这种可塑性变化是由于荷包牡丹碱和早期跑步运动之间的协同作用。此外，服用荷包牡丹碱可增加大脑皮层中 表达。大多数 受体存在于海马和皮质深层 。考虑到皮质深层，特别是第 层，有皮质脊髓神经元将轴突投射到脊髓，受体特异性抑制可能降低皮质深层的兴奋性阈值，导致基于皮质脊髓神经元活性依赖性方式的 表达增强，进而增强 引起的脊髓轴突发芽 。综上所述，本研究结果显示，受体拮抗剂荷包牡丹碱联合早期跑步运动可更有效促进大鼠脑损伤后运动功能恢复。【参考文献】李晓杰，李新辉，袁利和，等神经电生理刺激对脑卒中患者脊髓运动神经元的影响 现代生物医学进展，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，：，：彭志锋，张继红，杨德兵早期跑步运动对大鼠脑缺血 再灌注损伤后神经行为与神经元凋亡的影响 中国应用生理学杂志，（）：，（）：，（）：，：，（）：彭志锋，张义平，张继红早期运动联合戊四氮对脑缺血再灌注大鼠神经功能的效果及其机制 中国康复理论与实践，（）：，：，（）：缪朝玉脑卒中治疗靶点和药物研究 中国药理学与毒理学杂志，（）：，（）：孟丽君，高正玉，陈玮，等脑卒中患者运动功能恢复预测的研究进展 中华物理医学与康复杂志，（）：胡昔权运动训练促进脑卒中后神经可塑性的机制研究 中山大学学报：医学科学版，（）：刘怀存，陈玲，赵妍，等骨架调控分子 蛋白的新功能域抑制神经元轴突生长 解剖学杂志，（）：，：纪录，薛青，黄朝阳，等抗 型受体脑炎临床特征及预后分析 临床神经病学杂志，（）：中国应用生理学杂志，（），（）：高温环境运动中力竭时间与力竭即刻脑、肌肉组织血氧饱和度的关系王大磊，郎健（国防科技大学军事体育系，湖南 长沙 ；北京师范大学体育与运动学院，北京 ）【摘要】目的：探讨高温环境运动中脑和肌肉组织血氧饱和度的动态变化，以及力竭时间与其力竭即刻时血氧饱和度的关系。方法：名男性大学生，在常温、高温环境条件下各进行一次力竭运动，采用近红外光谱技术，对运动及恢复阶段脑组织、肌肉组织血氧饱和度变化情况进行同步观察。监测运动前、后血乳酸水平。计算不同环境条件下力竭时间与力竭即刻脑组织、肌肉组织血氧饱和度的相关性。结果：高温环境力竭时间极显著低于常温环境（），而力竭即刻血乳酸水平显著高于常温环境（）；常温、高温环境条件下，脑组织血氧饱和度随运动持续下降，肌肉组织血氧饱和度呈先上升后下降趋势。力竭即刻，脑组织、肌肉组织血氧饱和度均达最低水平，且高温环境脑组织、肌肉组织血氧饱和度均显著低于常温环境（）；常温环境条件下，力竭时间与力竭即刻脑组织、肌肉组织血氧饱和度水平相关系数分别为 （）和 （）。高温环境条件下，力竭时间与力竭即刻脑组织、肌肉组织血氧饱和度水平相关系数分别为 （）和 （）。结论：在高温环境运动中，力竭时间与力竭即刻脑及肌肉组织血氧饱和度呈正相关。【关键词】高温环境；脑组织；肌肉组织；血氧饱和度；男性大学生【】；【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】（）【】【基金项目】国家自然科学基金青年科学基金项目（）；教育部人文社会科学研究规划基金项目（）【收稿日期】【修回日期】【通讯作者】：；：于高温环境下运动中，在运动应激、热应激和心理应激共同作用下，会严重影响运动员的运动能力甚至健康，因此探讨高温环境影响运动能力的深层机制，一直是运动生理学领域研究的热点之一 。以往资料显示，运动疲劳一般分为两类：外周疲劳和中枢疲劳，外周疲劳常归因于肌肉组织内代谢底物的耗竭或代谢产物的堆积，而中枢疲劳一般归因于脑组织运动神经元放电频率的下降，该变化将直接引发神经元对肌肉的驱动力下降，进而导致运动疲劳的发生，这也被认为是一种自我保护机制，以避免机体的系统性衰竭 。从运动疲劳的诱发因素可以看出，中枢神经系统及外周肌肉均是影响运动能力的重要组织器官，因此高温环境下，运动机体脑组织、肌肉组织各项生理参数的同步观察对于阐述高温环境影响运动能力的机制具有重要意义。氧是人体维持新陈代谢的关键物质，是人体生命活动的第一需要。对于脑组织，尽管其平均重量仅占体重的 ，而其耗氧量可占安静状态身体总氧气消耗量的 。对于肌肉组织，运动过程中氧的供应及肌肉对氧的利用能力是决定机体有氧能力的重要因素，当氧供给不足时会加速疲劳的产生从而造成机体工作能力下降 。有资料已经证实 ，高温环境运动时，大量脱水可导致循环血量减少，加之血液重新分配等其它一系列因素影响，机体脑组织、肌肉组织血流量会出现较显著变化。然而，血流量的变化未必会直接影响到组织器官的代谢水平，组织器官可能通过提高氧的摄取率来代偿血流量的减少 。血氧饱和度，是指血液中氧合血红蛋白占总血红蛋白的比例，该指标能够直接反映人体的氧代谢水平，与血流量相比更适宜作为运动性疲劳的一个判断依据 。然而有关对高温环境下运动过程中脑组织、肌肉组织血氧饱和度动态变化情况进行同步观察尚鲜有报道。近红外光谱技术（，）利用近红外光穿透组织能力强的特性，以及氧合血红蛋白对近红外光谱吸收特性的差异，可实现对组织血氧饱和度特异性检测。近年来的资料已经证实 ，技术可用于运动过程中脑组织、肌肉组织血氧饱和度的实时、同步测量，该技术的发展为探讨高温环境下运动过程中脑组织、肌肉组织氧气供给、消耗的动态变化提供了可能。基于此，本研究对高温环境与常温环境条件下，递增负荷力竭运动过程中脑组织及肌肉组织血氧饱和度动态变化情况进行对比观察，其目的旨在为进一步阐述高温环境影响运动能力的机制提供实验依据及支撑。材料与方法 受试对象本研究以某军事院校 名男性大学生为受试对象，年龄（）岁，身高（），体重（），（），身体健康，半年内无训练伤，测试前 无剧烈运动。所有实验对象自愿参加本研究，实验前详细告知其实验目的、意义和实验流程，并签署知情同意书，实验过程和测试方法已通过相关主管部门审查和备案。运动方案受试者共进行两次负荷递增的力竭运动，采用近似交叉 ，（）