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            運動與腦健康

            來源:新華網

            責編:劉伊寧

            時間:2023-08-29 10:50:14

            得益于互聯網及社會服務的進步,當前中國人足不出戶即可享受到各種各樣的服務,例如外賣、水果、蔬菜、各種生活用品等均能夠通過手機APP購買并直接送貨上門。同時,上門保潔、上門洗車、甚至是上門做飯、上門美甲等服務的極大發展在方便大家生活的同時,使得中國人的身體活動量日益降低。研究發現,久坐是多種認知相關腦疾病的危險因素之一,例如老年癡呆、中風、藥物依賴等。相反的,堅持運動半年后,記憶能力顯著增強。那么,軀體運動如何影響腦功能呢?

            首先,我們來認識一個大腦內與記憶關系最密切的結構-海馬。這里所說的海馬,并不是海洋生物海馬,而是存在于所有哺乳動物大腦內的一個特殊結構,因其形狀類似海馬,因此這個大腦結構就叫做海馬皮層(hippocampal cortex)。對于大腦的研究經歷了一個從整體到局部的過程,從上世紀90年代開始,科學家們逐漸開始探索大腦的不同結構與其功能的關系。例如,聽皮層負責管理聽覺相關的功能,視皮層負責管理視覺相關的功能,運動皮層負責支配肢體做出各種動作,等等等等。其中,海馬皮層即為負責管理記憶功能的大腦結構,我們也可以叫它記憶中樞。我們都知道老年人,尤其是老年癡呆患者大腦體積縮小,而其中體積縮小最明顯的腦結構就是海馬皮層,這也與老年人的記憶力下降息息相關。因此,大腦內海馬皮層的體積越大,則記憶水平越好,反之則記憶越差。

            一項針對老年人海馬體積的影像學研究發現,每周至少運動3天,連續堅持3個月至1年的老年人,海馬皮層的體積明顯大于不運動的老年人,并且這些堅持運動的老年人認知和記憶評分也遠遠高于不運動的老年人。那么,運動是如何增加海馬皮層的體積并且提高記憶水平的呢?科學家們用小鼠作為試驗對象,在小鼠的飼養籠內放置一個運動轉輪,小鼠可以在轉輪內自由奔跑(類似寵物倉鼠別墅內的滾輪玩具),一個月后,運動的小鼠海馬皮層內新生神經元明顯增加,學習記憶水平也明顯提高。以往傳統理論認為,大腦是不可再生器官,神經元是組成大腦各個結構的基礎單元,神經元只會逐漸死亡,而不會再生。然而上世紀90年代,科學家們發現成年哺乳動物大腦內依然存在神經干細胞,這些神經干細胞受到某些刺激后可以產生新的神經元,而神經干細胞大多存在于海馬皮層內,因此整個大腦內只有海馬皮層的神經元能夠再生,而運動則特異性地激活了海馬皮層內的神經干細胞,新生神經元的增加導致海馬皮層體積增加,同時由于新生神經元的增加,加強了海馬的功能-即記憶功能。

            我們不得不說,人體是一個非常精密和神奇的機體,海馬皮層內神經干細胞的存在使得我們的大腦保留了一部分產生新的神經元的能力,進而能夠增強我們的記憶能力。因此,我們常說學無止境,腦子越用越靈活,這就是大腦內海馬皮層神經元新生的功勞,我們的大腦接收正向刺激越多,產生的新生神經元則越多,學習記憶能力則越強。我們應該注意到一個現象,動腦越多的人似乎越不容易得老年癡呆。身體運動能夠通過刺激大腦產生一種腦源性神經營養因子(Brain Derived Neurotrophic Factor, BDNF),像肥植物的生長依賴于肥料一樣,海馬的神經干細胞也依賴于BDNF的分泌。這種化學物質特異性作用于海馬的神經干細胞,刺激其再生,產生新的神經元,從而增加海馬皮層體積,達到增強學習記憶能力的作用。除了作用于海馬皮層內的神經干細胞,BDNF對于成熟神經元同樣有作用。神經元與神經元間通過軸突-樹突的方式相互接觸,從而形成一個個突觸連接,這些突觸連接是神經信號傳導的基本單元。BDNF能夠增強神經元間突觸連接的強度和復雜度,從而增強整個大腦的神經網絡強度,增強大腦的各項功能。因此,BDNF也被稱為“神經肥料”。

            此外,運動還能夠直接促進大腦合成和釋放5-羥色胺、多巴胺和內啡肽,這些化學物質是機體產生“欣快感”的來源。其中,內啡肽被稱為“快樂激素”,我們常常感覺運動后會出現一種十分愉悅及滿足的精神狀態,這是由于有氧運動耗盡了肌糖原,使腦內分泌了內啡肽帶來的欣快感。內啡肽有利于愉悅情緒的產生、注意力的集中、甚至具有鎮痛作用。因此,人們常說運動,尤其是有氧運動能夠很好的緩解精神壓力,改善睡眠,并且有助于緩解焦慮抑郁等負性情緒,運動誘發的“快樂激素”釋放增加,即是這種現象的神經生物學機制。

            從前文中,我們得知軀體運動能夠刺激大腦分泌神經營養因子增加神經元新生,分泌“快樂激素”使人產生快樂情緒。那么軀體活動如何影響大腦的神經內分泌能力呢?實際上,肌肉不僅僅是一種運動器官,也是一種內分泌器官。在我們運動的過程中,肌肉的收縮和舒張產生的機械張力,能夠刺激其自身分泌多種化學物質,即肌細胞因子(myokines)。這些由外周骨骼肌活動分泌的肌細胞因子與大腦認知功能間的潛在關系,已經在多種遺傳病和動物模型中得到驗證。例如,上世紀50年代開始(1950)Scheinfeld教授已經發現患有杜興氏肌肉萎縮癥的孩子智力發育比正常兒童遲緩,認知和學習記憶能力顯著降低。我們知道肌肉萎縮癥是一種肌肉營養不良性疾病,患兒全身肌肉會出現萎縮和收縮乏力,而這些患兒的認知損傷癥狀提示我們肌肉的正常收縮和軀體活動,可能直接影響大腦認知功能。隨后,研究者們發現肌肉會分泌多種肌細胞因子,這些化學物質分泌至血液中,通過血液循環作用于幾乎所有器官和組織當中,其中也包括大腦。這些肌細胞因子進入大腦后刺激大腦產生神經營養因子BDNF及其他“快樂激素”等物質,從而達到增強大腦認知功能的作用。

            綜上所述,軀體運動通過刺激肌肉分泌肌細胞因子,隨血液到達大腦,使大腦分泌神經營養因子和內啡肽等,增強大腦功能,提高認知和學習記憶能力。日常生活中,我們可以通過堅持運動來增強記憶和認知能力,然而要遵循以下原則:即因地制宜、量力而行、循序漸進。這樣才能在不損害身體健康的前提下,達到促進腦健康的目標。

            作者:首都醫科大學附屬北京天壇醫院,國家神經系統疾病臨床醫學研究中心,賈夢

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