运动对神经系统机能的改善

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1、运动对中枢神经系统和中枢神经系统障碍的影响摘要:通过对国内外关于运动对中枢神经系统影响方面的报道,从运动对脑和脊髓形态学的影响,运动与神经递质和神经调质的关系及运动对脑抗氧化能力的影响等方面作了探讨,同时探讨运动对中枢神经障碍和相关疾病的影响进行综述。关健词:运动;脑;脊髓;神经递质;中枢神经系统障碍人体的一切活动,都是在神经系统的支配下进行的。反之,各种活动对神经系统也会产生相应的影响,使其机能发生一定的变化。体育锻炼往往要求身体完成一些比日常活动更为复杂的动作,所以中枢神经就必须迅速动员和发挥各器官、系统的机能,使之协调以适应肌肉活动的需要。运动训练可使骨关节、骨骼肌和心血管等器官发生显著

2、的形态结构变化,这已为较多的实验研究资料所证实。机体各器官相互协调的进行复杂的机能活动,依赖于神经系统的支配和调节。本文从运动对中枢神经系统形态学方面的影响,运动与神经递质、神经调质的关系及运动对脑抗氧化能力的影响等方面做以探讨。肌体在任何时间内都有许多反射同时进行,尽管反射活动很复杂,但彼此都有条不紊的表现出高度协调。这是因为神经中枢的兴奋和抑制过程是相互制约、相互配合的结果。反射弧的组成是:感受器-传入神经-中枢神经-传出神经-效应器。反射弧中最复杂的部位是中枢神经这一环节。有的反射只是通过中枢神经低级部位来完成,如脊髓的某一节段。有的反射则由低级部位到高级部位大脑皮层来现的。有效地刺激在

3、神经中枢引起的活动,不是兴奋就是抑制。1.运动对中枢神经系统的影响1.1运动对大脑皮质的影响实验研究表明:生长发育期小鼠进行多形式的体力活动,可以引起大脑皮质躯体感觉区层锥体细胞树突棘数量增多,感觉区层大锥体细胞核仁增大, 层中等锥体细胞和尾壳核中等星形细胞树突棘增多,大脑皮质运动区层锥体细胞核仁增大。大脑皮质内数量庞大的神经元之间,通过突触复杂而有序地互相联系着。在各种类型的突触中轴一树突触的可塑性最大,轴棘突触是最敏感最易变化的。树突棘有放大突触后电位、调节突触效能的作用。哺乳动物的大脑皮质内90%左右的突触是轴棘突触。小鼠在各种形式的运动中,作为皮质传出神经元的一部分层锥体细胞所接受的信

4、息必然增多,因而自丘脑皮质纤维人躯体感觉区皮质至皮质传出神经元通路上的锥体细胞,都会受到增多的输人信息的作用,同样能形成新的树突棘,所以我们认为,多种形式的运动能影响人的大脑皮质内众多锥体细胞树突棘的数量增多,因此,体育锻炼能增强人的智能1.2运动对小脑皮质的影响运动不仅能促进大脑皮质神经元树突棘数量的增多,而且也作用于小脑皮质神经元。肠对断乳小白鼠在具有多种锻炼器具的生活环境中自由生活35天的实验,观察到小脑purkinje细胞树突野扩大、树突棘增多。笔者认为这是由于运动伴随有许多传人小脑的输人信息增加而诱导的结果。通过对生长发育期动物进行的实验证明,动物生活在具有多种刺激的复杂环境中,能引

5、起中枢神经系统的结构发生变化。如使猴小脑皮质purkinje细胞体积增大、树突分支变复杂。使猫视皮质神经元细胞核增大,树突野扩大。说明生长发育期机体的中枢神经系统的微细结构的可塑性,而引起中枢神经细微结构改变的原因是输入信息的增多。同时有研究表明,技巧运动可使小脑purkinje细胞线粒体体积增大。这可能与小脑的主要机能为维持身体平衡、调节肌张力和协调行动有关。汤晓琴,冯慎远(1999)报告:经过长期游泳训练,大鼠小脑purkinje细胞线粒体超微结构发生明显变化,体积增大、数目增多、基质电子密度增大。形态计量学显示,线粒体体密度(vv)、面密度(Sv)、数密度(Nv)均增加,比表积减少。说明

6、线粒体合成ATP的机能增强,同时扩大了与细胞质的接触面积,神经细胞可获得更多的ATP。1.3运动对脊砚前角细胞的影响阮奕文，通过运动对小鼠寿命和脊髓前角细胞神经元的数量的研究表明:运动不能延长小鼠的寿命,但可减轻脊做前角运动神经元在衰老过程中的丢失程度,大中神经元并没有减少,减少的主要是小神经元,而且神经元的胞体也增大。冯慎远通过对大鼠的游泳耐力训练实验指出：训练组大鼠前角细胞粒体的数量明显增多,蜡多而致密,基质电子密度增高。线粒体的体密度和面密度均比对照组的有很显著增大。线粒体岭的内表面附着许多带柄颗粒, 即三磷酸腺昔酶。它的增多或减少影响着能量转换的效益。万丽丽通过对发育期小鼠进行多运动形

7、式的刺激实验,发现小鼠前角细胞的胞核、核仁显著增大,核质比增大。细胞核是控制细胞各种代谢活动的中心,调控着细胞的生命活动。而核仁是合成讯rRNA和组装核糖体的亚单位,核糖体的功能是合成蛋白体。因此,脊健腰能段前角细胞运动后胞核、核仁增大,可能是神经细胞接受和输出信息量增加诱导的结果,与前角运动神经元蛋白质合成能力增强相关。1.4运动对脑组织单胶类神经递质的影响Welch BL等认为,当给予动物中等强度的应激,脑内NE的浓度开始上升,但不久即可恢复到正常水平。长时期的耐力训练可使大鼠脑内NE和5-HT的含量明显升高,DA含量明显下降。脑内5-HT的含量与训练时间的长短有关,而与负荷强度的关系不大

8、。5一HT在中枢神经系统中属于抑制性递质。其中大脑中5-HT在力竭运动后即刻至24h明显升高,48h开始下降,力竭运动引起中枢的拟制性效应在力竭运动后对h达到最高。NE在力竭运动后24h明显升高,DA无明显变化,5-TH变化最为敏感,可作为研究和评定运动性中枢疲劳的客观指标之一。一次性高负荷运动后导致未经运动负荷训练的大鼠脑脊液中DA及其代谢产物高香草酸显著减少,而经过运动训练的大鼠则无显著变化。因此,运动锻炼对脑内多巴胺含量有一定的影响。1.5运动对脑、抗权化能力的影响脑作为生物体的中枢,由于其自身高代谢速率、高脂质含量及相对较低的过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH- Px)水

9、平而易于遭受氧化损伤。辛东等学者(1999)利用低温电子自旋共振(ESR)技术,对力竭性运动时大鼠脑组织进行了研究,发现脑组织在运动过程中氧自由基(0FR)信号强度逐渐增加,并具有对运动强度依赖的阶段性,超氧化物歧化酶(SOD)活性活动时无明显变化。恢复期2h升至峰值,脂质过氧化水平(MDA)在整个运动过程中及恢复期无显著变化。笔者认为脂质过氧化尚未累及中枢神经系统,脑组织可能存在重要而有效的抗氧化体系。所以力竭性游泳后SOD活性出现升高趋势,MDA无明显改变。2.对中枢神经系统障碍的影响体育锻炼对于在对精神病、抑郁症、阿尔茨海默病的缓解和预防上已有不少的研究，对于微观环境下对脑和脊髓形态学、

10、神经递质和神经调质的关系及脑抗氧化能力的影响等方面国内外也有不少研究，对于运动可以改善神经系统机能基本处在动物实验，只能简单的对疾病做出一些辅助的疗效，不能完全替代药物。2.1 运动对于神经系统功能障碍在运动应激反应过程中,中枢神经系统通过下丘脑发挥调节作用。同时,通过多种环路及间接通路,下丘脑也得到相应的反馈信息,进一步对神经-内分泌-免疫网络进行准确、精细、实时地调节整合。弓状核是乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)、多巴胺(dopamine,DA)、去甲肾上腺素(noradrenaline,NA)、肾上腺素(adrenaline,AD)四种神经递质在下丘脑传入传出的重要枢纽之一

11、。曾志刚在递增负荷运动对大鼠下丘脑弓状核ACh、DA、NA、AD的影响中指出在一次负荷运动中,下丘脑弓状核ACh、NA、AD与运动应激HPA轴的兴奋有密切关系,AD是促进HPA轴兴奋的主要因素之一。在6周运动训练过程中,HPA应激轴的兴奋可能在运动适应初期由NA、AD,后期由ACh起主导作用。有研究表明皮质激素高水平可能并不是造成抑郁症的主要生理病理基础,只是一个现象或应激指标,而5-HT系统功能紊乱可能是导致抑郁症的直接原因之一。上述也提示:下丘脑垂体肾上腺皮质轴功能、5-HT系统功能在抑郁症的发展过程中可能有着不同的影响机制。何松彬在不同时程游泳运动对抑郁症模型大鼠行为学及血清皮质醇的影响

12、指出不同时程的运动对抑郁症模型大鼠行为学及血清皮质醇具有不同的影响作用。崔冬雪在游泳运动对实验性抑郁症大鼠行为学指标及皮质酮含量的影响中指出游泳锻炼可以拮抗因应激刺激导致的动物行为指标以及肾上腺组织、海马组织及血浆中皮质酮水平的异常。推测游泳锻炼可能通过降低肾上腺组织、海马组织及血浆皮质酮含量,保护海马组织不受损伤,维持海马对HPA轴的正常调控功能来预防抑郁的发生。杏仁核是边缘系统中重要的皮质下核团,其结构复杂,纤维联系和功能十分广泛。杏仁核内含有多种神经递质,具有多种生理效应。钙离子是神经细胞信息传递的重要第二信使,细胞内钙稳态失衡将严重影响神经递质的释放,膜内外信息传递,酶活性调节及基因表

13、达。从运动开始到结束后的一段时间里,中枢神经元细胞即经历了一个钙稳态由平衡和失衡交替出现的一个动态变化过程张安民持续游泳运动对大鼠脑杏仁核神经细胞内钙离子的影响运动后即刻杏仁核神经细胞内游离钙离子浓度较安静状态下显著升高并开始逐渐下降, 1h后游离钙离子浓度下降至最低点, 2h后开始逐步回升,至4h左右时逐渐恢复至接近安静状态水平。温晓妮在运动对海马结构及功能的研究进展综述得到运动可改善中风、脊髓损伤、癫痫等中枢神经系统疾病所致的运动和认知损害,一方面可能与运动刺激了海马的神经发生、诱导了海马苔藓纤维发芽、提高了海马的突触可塑性有关,另一方面与运动可能通过抑制海马神经元凋亡、减少脑损伤后的海马

14、氧化应激损害、通过改变海马神经递质、生长因子等表达而发挥了神经保护作用有关。2.2运动对于神经系统疾病的研究阿尔茨海默病阿尔茨海默病也称老年痴呆症，是一种以进行性认知障碍和记忆能力损害为主的中枢神经系统退行性疾病，影响意识内容而非意识水平。AD患者多有记忆力定向力及社会活动障碍，导致患者日常生活、社交和工作能力明显减退，生活质量严重降低，同时带来很大的社会问题和经济问题。王正珍在体力活动与阿尔茨海默病指出适当运动能够像预防心血管疾病那样预防和延缓 AD的发生发展进程!降低AD 患者跌倒风险，增加独立生活能力，且改善程度与体力活动水平成正相关!主要作用机制有改善脑部血液循环、延缓大脑萎缩甚至增加

15、大脑海马回体积、促进神经细胞和突触的发生发展，减少淀粉样蛋白肽沉积及神经原纤维缠结的形成!影响认知功能衰退或预防痴呆的体力活动量较低，每周 150min 中等强度的运动对AD有确切地预防和缓解作用，可采用有氧运动、力量练习等多种运动形式!增加生活中的体力活动和社会交往有明确的缓解作用!探讨预防和缓解 AD的最佳运动方式和最小有效运动量，对促进体力活动、预防阿尔茨海默病的发生发展有较重要的意义。精神分裂精神分裂症是一组病因未明的重性精神病，多在青壮年缓慢或亚急性起病，临床上往往表现为症状各异的综合征，涉及感知觉、思维、情感和行为等多方面的障碍以及精神活动的不协调。患者一般意识清楚，智能基本正常，

16、但部分患者在疾病过程中会出现认知功能的损害。病程一般迁延，呈反复发作、加重或恶化，部分患者最终出现衰退和精神残疾，但有的患者经过治疗后可保持痊愈或基本痊愈状态。吴金丽在体育锻炼在慢性精神分裂症患者康复中的作用指出在抗精神病药治疗基础上辅以体育疗法,对慢性精神分裂症患者的康复疗效肯定,对糖尿病预防有益处。张秋红在体育锻炼对精神疾病恢复过程影响的试验性研究指出体育锻炼虽然没能在短期内明显改善身体素质 , 但是明显提升了患者的自信心 , 对疾病的恢复过程起到了积极的支持作用。抑郁症抑郁症是一种常见的心境障碍，有单相抑郁（unipolar depression）和双相抑郁（双相情感障碍，bipolar

17、 affectivedisorder，BAD）之分。单相抑郁症以显著而持久的心境低落为主要临床特征，又分为轻性抑郁（hypo depression）和重症抑郁（major depressive disorder，MDD）。临床症状典型的表现包括三个维度活动的降低：情绪低落、思维迟缓、意志活动减退，典型的抑郁心境还具有晨重夜轻节律的特点，即情绪低落在早晨较为严重，而傍晚时可有所减轻；双相情感障碍又被称为躁郁症，即躁狂-抑郁症。是指既有躁狂（极度欣快）或轻躁狂发作，又有抑郁发作的一类心境。其特点是从一个情感极端（抑郁）转换到另一个极端（躁狂）反复循环、交替出现，或以混合方式存在。抑郁症严重影响患者

18、的社会功能，严重者可出现自杀念头和行为，是精神科自杀率最高的疾病。多数病例有反复发作的倾向，每次发作大多数可以缓解，部分可有残留症状或转为慢性。很多观念认为抑郁症只不过是一种“心理感冒”、“闹情绪”，或者仅仅是大脑功能失调，而无器质性的病变。但近来的许多研究证明抑郁症不仅仅是脑部功能性疾病，抑郁症患者可能伴随着脑细胞代谢和结构上的改变。伴随着脑部的病变，抑郁症患者不仅仅是情绪上出现问题，而且还会产生较为严重的认知障碍。运动有明显的抗抑郁作用，一定强度、时间和频度的运动对抑郁症有着显著的影响。抑郁症不仅仅是脑部的功能性疾病，抑郁的发生与脑递质和受体（如 5-HT 及其受体）以及脑部海马结构上的改

19、变密切相关。伴随着脑部的病变，抑郁患者不仅是情绪上出现问题，而且还存在认知上的障碍。抗抑郁药物靠提高突触间隙 5-HT 的含量或增强其受体的功能发挥抗抑郁作用。而运动主要通过 VGF、内啡肽、VEGF、BDNF、IGF-1和 5-TH 来发挥抗抑郁作用。虽然抑郁患者存在的认知障碍属于特质性或状态性目前的研究观点并不统一，但药物或运动改善抑郁患者情绪的同时也提高了患者的认知水平，尽管提高后的认知水平与正常对照组仍然可能存在差异。抑郁症是一种长期慢性的疾病，复发率高。采用复合疗法治疗抑郁症可能比单纯的药物治疗更有效。尤其是进行运动干预和提高 BDNF、VGF 多肽在脑组织的表达是今后治疗抑郁的可能

20、手段。结论综上所述,长期适度的运动训练不仅可引起脑、脊髓形态学上的一些变化,而且还会引起神经递质及抗氧化能力的变化,这些变化是有益的,可起到促进神经系统的发育完善及抗衰老的作用。但这些研究成果大部分都是基于动物获得的,是否适合于人类还有待于进一步的证实。关于脑的实验研究,受到技术和仪器设备、试剂等的限制,在运动医学界尚需要更加深人的研究,并逐步应用于人体,才能从本质上弄清运动负荷与脑、神经的关系,以便更好地为运动实践服务。主要参考文献1张秋红.体育锻炼对精神疾病恢复过程影响的试验性研究J.继续医学教育,2014,28(2):62-64.2张安民.持续游泳运动对大鼠脑杏仁核神经细胞内钙离子的影响

21、J.成都体育学院学报,2009,35(6):72-74.3曾志刚.递增负荷运动对大鼠下丘脑弓状核ACh、DA、NA、AD的影响J.中国应用医学杂志,2012,28(2):121-123.4王正珍.体力活动与阿尔茨海默病J.北京体育大学学报,2013,36(7):1-3.5吴金丽.体育锻炼在慢性精神分裂症患者康复中的作用J.中国明康医学2007,19(9):799-801.6崔冬雪.游泳运动对实验性抑郁症大鼠行为学指标及皮质酮含量的影响J.北京体育大学学报,2007,30(1):39-40.7温晓妮.运动对海马结构及功能的研究进展J.西安体育学院学报,2011,28(1):94-98.8曹新志，陈小龙.运动训练对中枢神经系统的影响J.咸阳师范学院学报,2001,16(4):68-70.9童 伟,李凤英,陈淑菁,等.大鼠垂体细胞ACTH分泌的调节控制J.生理学报, 1992, 44(4): 414-419.10郝选明.运动员免疫功能降低的机理及其调理措施J.体育科研, 2003, 24(4): 47-49.