中等强度有氧运动对女大学生大脑结构影响的VBM研究

目的 采用基于体素的形态学测量(voxel-based morphometry, VBM)方法探讨中等强度有氧运动对高低有氧能力女大学生大脑灰质结构可塑性的影响。材料与方法 纳入24名健康女大学生为研究对象,按照最大摄氧量分为高低有氧组,对其进行16周规律性中等强度有氧运动干预。在有氧运动干预前后采集T1WI脑结构像数据,以VBM方法比较中等强度有氧运动干预前后,高低有氧组女大学生大脑灰质体积变化。结果 重复测量方差分析显示,经过中等强度有氧运动干预后,高低有氧能力女大学生的最大摄氧量均显著提升(P<0.001);低有氧能力女大学生在双侧颞上回/颞中回/缘上回/顶下小叶,右侧额中回/前扣带回/额内侧回灰质体积显著减小(GRF校正,体素水平P<0.001,团块水平P<0.01);高有氧能力女大学生在双侧额内侧回/前扣带回、左侧额中回/额下回、左侧颞上回/颞中回,右侧额上回/额下回/脑岛,右侧颞中回/颞下回灰质体积显著减小(GRF校正,体素水平P<0.001,团块水平P<0.01)。结论 中等强度有氧运动引起的女大学生大脑灰质结构的变化可能是运动引起大脑可塑性改变的机制之一,且与受试者的最大摄氧量存在一定的相关性。

维生素D对脑内多巴胺神经系统的调节作用

维生素D(vitamin D,VD)是一种神经活性类固醇,可以调节神经递质合成、维持细胞内钙稳态,在脑内发挥调节神经元兴奋性、保护神经细胞等作用。新近研究表明,VD与多巴胺(dopamine,DA)能神经元介导的动机、奖赏、学习和运动等行为有关,VD不仅可促进DA合成,调节脑内DA水平,还从多种角度对DA能神经元发挥神经保护作用。本文将介绍VD的合成、代谢及作用途径,探讨VD对DA能神经元调控机制,为动机、奖赏等行为的研究提供理论参考。

基于光电传感的小动物主动运动行为评价及运动动机的神经机制研究

目的:构建小鼠主动运动行为量化评价系统,为运动与主动健康机制研究、慢病运动干预搭建平台,并通过在体实时采集主动运动不同阶段的脑电信号,探讨运动动机的神经调控机制。方法:1)构建基于光电传感的主动运动多模态系统(voluntary exercise multimodal system, VEMS),包括基于霍尔传感电信号的运动行为采集系统和基于机器视觉的运动轨迹分析系统;2)以C57BL/6小鼠为研究对象,应用VEMS系统记录小鼠主动运动行为并进行量化分析;3)结合在体多通道电生理记录技术采集小鼠主动运动不同阶段中脑腹侧被盖区(ventral tegmental area,VTA)神经元电活动,分析运动动机的神经编码特征。结果:1)VEMS系统可实现小鼠运动节律、运动距离、运动圈数、运动速度、运动时长和运动频次等行为数据的采集及量化分析;2)小鼠日运动时间主要集中在19:00—次日7:00,表现出较强的夜行节律,日运动距离最多可达15 km。每小时最大运动量出现在夜间1:00—2:00,运动圈数为0圈/10 min~170圈/10 min,每小时最大运动频次为23次,速度区间分布在0~12 m/min;3)在运动准备期、运动期及运动停止期,VTA神经元表现出不同的局部场单位(local field potentials,LFPs)特征信号,与运动停止期相比,运动准备期和运动期LFPs信号的θ频段(4~8 Hz)功率谱密度显著升高(P<0.001),且振荡显著增强(P<0.001);4)研究记录到59个对运动特异性响应的多巴胺(dopamine,DA)神经元,平均放电频率为(5.01±0.89) Hz,其中21%的DA神经元(Type-Ⅰ)在运动准备期高频放电,42%的DA神经元(Type-Ⅱ)在运动期有较强放电活动,37%(Type-Ⅲ)在运动停止后放电活动增多(P<0.001)。结论:1)本研究首次创建了VEMS系统,该系统能够对小鼠的主动运动行为进行多维度采集与量化评价分析,不仅为后期精准运动处方制定提供参考模型,还为运动神经科学的研究提供在体实时脑信号采集平台;2)小鼠主动运动行为受到VTA神经元特异性调节,DA神经元在运动准备期、运动期、运动停止期发挥不同作用。Type-Ⅰ和Type-Ⅲ神经元分别在运动准备期和运动停止期双向正反编码,即Type-Ⅰ神经元对奖励性正面信号表现出放电增强,而Type-Ⅲ神经元在运动停止时表现出特异放电。

高强度间歇性运动前后高水平女子足球运动员尿液代谢组学特征研究

目的:采用液相色谱-质谱联用(LC-MS)的代谢组学方法,探究高水平女子足球运动员在一场比赛前后能量代谢调节的变化情况,旨在为女子足球运动员机能评定与训练监控提供理论依据。方法:选取参加2021年大学生女子超冠联赛半决赛的10名运动员作为实验对象,分别采集运动员比赛当天晨尿、赛前30 min和赛后30 min的尿样。所有数据经过转换、峰检测、归一化处理后再进行多元统计分析。结果:高强度间歇性运动前后高水平女子足球运动员尿样代谢物色谱图发生了显著变化。与赛前相比,赛后的乳酸、肌酸、丙酮酸、肌酐、L-缬氨酸、色氨酸、丙氨酸等代谢物显著上调(VIP>1.3且P<0.01),腺嘌呤、β-葡萄糖、酪氨酸、柠檬酸、琥珀酸等代谢物显著下降(VIP>1.4且P<0.01)。结论:1)高水平女子足球运动员在大强度比赛后显著变化的代谢物主要涉及ATP-CP系统、糖酵解系统、有氧氧化系统、神经调节系统以及氨基酸代谢系统;2)代谢组学方法能够为运动员在备战期和赛前的饮食与营养补充以及运动效果的评价提供更全面、更具针对性的数据分析与指导。

微重力环境下航天员体能训练防护体系的研究进展

当前,构建并完善微重力环境下航天员体能训练防护体系是我国载人航天事业中亟待解决的课题。运用文献资料调研、逻辑分析等研究方法,从功能性角度梳理与分析微重力环境下对抗肌肉萎缩类与改善心血管功能类的体能训练防护设备相关研究进展,并对航天员适应微重力环境时期和空间站时期体能训练防护方案展开探讨。研究认为:1)体能训练防护设备在防护效果的全面性与针对性方面需进行更新研发。2)体能训练防护方案应结合中国医学防护措施以突出特色。3)制定适用于不同性别及高年龄段航天员的分级阶梯式方案。4)持续探索体能训练组合效果,构建体能训练防护方案库。未来,健全微重力环境下航天员体能训练防护体系是助力载人航天事业的应有之义与发展应然,同时体能训练与航天医学的交叉融合将助力建设体育强国、航天强国。

目标导向-习惯化控制:从环路、功能到运动康复帕金森病的神经可塑性机制

帕金森病(Parkinson disease, PD)是一种易发于老年人群的神经退行疾病,临床表现为静止性震颤、运动徐缓、肌强直和姿势步态异常等运动症状,以及情绪情感障碍和睡眠紊乱等非运动症状[1]。PD发生时,纹状体负责感觉运动控制的尾壳核(posterior pu-tamen)内多巴胺(dopamine, DA)最先减少,导致习惯化行为(如步行)的严重缺损;PD患者逐渐依赖于背内侧纹状体(dorsomedial striatum, DMS)的目标导向控制系统驱动行为执行.

能力导向的运动生理学课程混合式教学探索实践

运动生理学是体育学和运动医学的主干课程之一,因课程内容包括大量的医学基础知识和实践操作内容,学习难度较大。以教师讲授为主的传统教学模式存在教学评价和方法单一、学生无问题等问题,限制了学生知识内化及掌握,不利于推进运动是良医的实践应用,同时无法满足“健康中国”战略对复合型体医融合人才培养需求。本文构建了能力导向的考核评估系统,同时以雨课堂平台,采用问题本位学习的翻转课堂模式应用于运动生理学教学,通过线上优质资源推送和线下互动融合,可丰富学生的知识视野、提升科研素养,达到培养综合性运动生理学人才的目的。

ARED抗阻训练对微重力环境下骨丢失防护的研究进展

空间站特殊的微重力环境可以为基础科学研究和技术开发提供平台,但也会导致航天员出现骨密度下降和骨脆性增加等骨丢失问题。抗阻训练被证实能够有效防护骨丢失,国际空间站2009年投入使用了新型抗阻训练器械(ARED),可供航天员完成30余种抗阻训练动作,最大负载为272 kgf(600 ibf),为航天员通过运动防护骨丢失提供了锻炼平台。在梳理人体骨骼系统微重力环境下发生的适应性变化的基础上,对ARED的结构功能,以及基于ARED的抗阻训练方案等国际空间站防护骨丢失的设备和相关研究进行综述,为中国空间站未来的运动装备设计、航天员抗阻训练方案制定提供参考。

运动疲劳引起纹状体突触超微结构变化及D2DR介导的行为学干预研究

目的:观察运动疲劳后大鼠纹状体背外侧部(DLS)突触超微结构变化及D2DR干预对大鼠自主活动能力的影响,探讨黑质-纹状体通路在运动疲劳中枢调控中的作用。方法:Wistar大鼠建立运动疲劳模型,分为对照组(CG)、一次性力竭运动组(1FG)、3 d重复力竭组(3FG)、7 d力竭运动即刻组(7FG)、7 d力竭运动24 h恢复组(24RG)和7 d力竭运动48 h恢复组(48RG)。采用透射电子显微镜观察DLS突触超微结构变化,免疫组化检测PSD-95蛋白表达情况,并对其与超微结构相关性进行分析;采用D2DR拮抗剂、激动剂干预大鼠自主运动能力,对其旷场行为进行分析。结果:1)与CG组相比,1FG组DLS突触间隙显著减小(P<0.01),3FG和7FG组较CG和1FG组致密物厚度显著减小(P<0.05);2)24RG组PSD-95蛋白表达较CG和1FG组显著增加(P<0.05);3)各组大鼠运动总距离随运动强度增加而减少,且可恢复至安静水平。注射D2DR拮抗剂后力竭时间显著缩短(P<0.01),而激动剂干预后力竭时间显著增加(P<0.01)。结论:PSD厚度随着运动疲劳程度加深逐渐减小;运动疲劳影响PSD-95蛋白表达,但其与运动疲劳程度没有相关性;运动疲劳使大鼠自主活动能力降低,D2DR拮抗剂干预加深这一作用,而D2DR激动剂可缓解大鼠活动能力的降低,提示,D2DR的调节作用与黑质-纹状体DA能微环路突触可塑性有关,D2DR可作为改善运动疲劳的靶点。

运动疲劳对大鼠皮层-纹状体通路同步电振荡活动及DA信号系统影响的研究

目的:通过观察运动疲劳后大鼠初级运动皮层M1-纹状体通路局部场电位(Local field potential,LFPs)相位同步振荡活动,结合DA信号系统在运动疲劳后代谢表达变化,探讨皮层-纹状体通路电信号编码在运动疲劳中枢调控中的机制及其与黑质-纹状体DA系统的协同作用。方法:采用Wistar大鼠建立运动疲劳模型,分为对照组(CG),7天力竭运动即刻组(7FG)以及7天重复力竭运动24 h恢复组(24RG)。采用在体多通道电生理同步记录技术,结合实时视频录像观察M1及纹状体LFPs电振荡活动,分析皮层M1-纹状体同步振荡的相干性;采用免疫组化检测纹状体背外侧区DA受体及相关转运体蛋白在运动疲劳前后的表达。结果:1)与CG组相比,7FG组皮层M1区及纹状体α及β振荡增强(P<0.05),恢复24 h后较7FG组PSD值显著下降(P<0.05),且皮层M1-纹状体α及β振荡相干系数变大、同步性增强(P<0.05);2)与7FG组相比,24RG组相干系数及STWA比率均显著下降(P<0.05);3)与CG组相比,7FG组纹状体背外侧区D2DR表达降低,VMAT2表达上调且差异具有显著性(P<0.05);4)与7FG组相比,24RG组背外侧纹状体区D1DR表达显著降低(P<0.05)。结论:运动疲劳后,D2DR减少可能是导致突触后致密物厚度变化的原因之一,造成纹状体GABA能活动增强,使纹状体电活动增强,反馈至皮层影响皮层综合信号的输出,进而影响大鼠行为活动能力。表明皮层M1和纹状体脑区之间同步振荡活动的改变可能是运动疲劳症状产生的原因之一,且D2DR作为黑质-纹状体DA信号系统的关键受体,可作为改善运动疲劳的干预靶点。

运动对老年人认知功能的影响及其脑结构基础

目的:随着年龄的老化,大脑认知功能呈现下降趋势,并伴随多种神经退行性疾病的发生。运动在脑老化过程中发挥怎样的作用,如何有效促进运动作为延缓认知功能下降的干预方式,成为本研究关注的问题。方法:BABRI数据库中入组的69名被试按照运动频率分为对照组和运动组。采用认知心理测量工具评估被试总体认知(MMSE)、逻辑推理(ST)、语言能力(VFT)、记忆能力(N1-N5、R-Odelay)以及执行功能(Stroop/TMT)等行为能力,结合影像学技术基于SPM8和VBM8对被试脑灰质结构进行差异分析,并采用偏最小二乘法(PLS)对感觉运动相关脑区进行灰质结构共变分析。结果:(1)运动组MMSE、ST、VFT、N1-N5、R-Odelay、Stroop、TMT等认知测试有较好的行为表现(P<0.05);(2)相较于对照组,运动组右侧旁海马、左侧顶上回、左侧额中回、左侧扣带中回、左侧辅助运动区、左侧中央前后回以及左侧小脑VIII等区域,有着更大的灰质体积以及更完整的右侧感觉运动网络(P<0.05);(3)左侧小脑Ⅷ与VFT和N1-N5呈显著正相关,与StroopB Time呈负相关,左侧中央前后回与VFT、N1-N5呈显著正相关,左侧辅助运动区和N1-N5、VFT呈显著正相关;(4)右侧感觉运动灰质结构网络的完整性与StroopA Time及TMT-B显著负相关。结论:运动可以延缓由衰老引起的认知功能下降,尤其在情景记忆以及执行功能等方面;认知功能的改变可能与运动引起老年人左侧小脑Ⅷ、左侧辅助运动区以及左侧中央前后回等脑区结构的改变有关。如何通过运动保护大脑灰质结构以及促进认知功能,还有待进一步探索。

运动疲劳对大鼠纹状体单胺类递质含量及多巴胺受体表达的影响

目的:通过测定纹状体单胺类神经递质及多巴胺受体表达量在运动疲劳前后的变化,探讨纹状体多巴胺系统信号通路在运动疲劳后中枢调控中的作用。方法:雄性SD大鼠随机分为对照组和实验组,每组12只大鼠。以10天递增负荷游泳运动建立大鼠运动疲劳模型。采用高效液相色谱法及实时荧光定量PCR技术,测定纹状体区5-羟色胺、去甲肾上腺素、5-羟基吲哚乙酸、肾上腺素、多巴胺、3,4-二羟基苯乙酸、高香草酸及多巴胺受体的表达量。结果:实验组纹状体5-羟色胺含量较对照组增加14.23%(P<0.05),多巴胺含量增加27.35%(P<0.01);运动疲劳后纹状体多巴胺Ⅰ型受体没有出现显著浓度变化,而多巴胺Ⅱ型受体浓度显著升高(P<0.01)。结论:运动疲劳使纹状体区5-羟色胺、多巴胺与多巴胺Ⅱ型受体含量增高,多巴胺可能与Ⅱ型受体结合激活间接通路影响锥体外系对运动功能的调节。

随意运动控制的全脑功能磁共振成像研究

目的:利用全脑功能磁共振成像(fMRI)技术,对参与上下肢左右侧关节随意运动的大脑皮层控制区及皮层下基底神经节核团进行研究,探讨不同运动控制区在随意运动中的调控机制。方法:采用Siemens公司MAGNETOM Trio3.0T磁共振成像系统,对7名健康右利手志愿者进行左右侧踝关节以及利手、非利手随意运动时的全脑fMRI扫描。数据经过头动校正、空间标准化,高斯平滑等预处理后,通过相关分析分别获得左右侧踝关节、利手以及非利手随意运动的脑激活图,采用SPM软件对参与随意运动的脑区进行解剖定位并对其调控机制进行分析讨论。结果:利手运动主要激活对侧初级运动区(M1),双侧辅助运动区(SMA)和双侧小脑,各激活区域中心点激活范围为3.15～6.68。非利手运动主要激活双侧小脑、SMA以及苍白球、纹状体和丘脑等基底神经核团,各激活区域中心点激活范围为3.30～7.19,参与非利手运动控制的脑区激活量是利手的2.31倍。左右侧踝关节随意运动主要激活对侧M1、双侧SMA以及小脑,中心点激活量范围为3.15～7.41。结论:上下肢的随意运动主要依赖于大脑皮质和小脑等结构,同时基底神经节也是参与其调控的重要神经核团。

一次性力竭运动对大鼠苍白球外侧部神经元自发放电活动的影响

目的观察一次性力竭运动后大鼠苍白球外侧部神经元自发放电活动的变化,探讨苍白球在运动疲劳中枢调控中的作用。方法选取雄性SD大鼠为研究对象,随机分为对照组和运动疲劳组;采用跑台递增负荷运动方式建立运动疲劳动物模型。随后结合在体玻璃微电极单细胞记录技术,采集安静和运动疲劳状态下大鼠苍白球神经元自发放电信号,分析神经元放电形式、放电频率、爆发式放电峰峰间隔、爆发指数等指标变化。结果苍白球外侧部神经元主要表现高频间隔放电(HFP)和低频爆发放电(LFB)两种放电形式;运动疲劳后,HFP神经元比例显著降低(P<0.05),LFB神经元比例显著增多(P<0.05),其中LFB神经元放电频率较对照组显著增加77%,峰峰间隔显著降低41%(P<0.01),爆发串频率、平均峰电位个数及爆发指数显著高于对照组(P<0.05)。结论运动疲劳后苍白球LFB神经元放电频率显著增加,比例显著增高,神经元爆发活动得到增强,提示苍白球LFB神经元在运动疲劳中枢调控中发挥着重要作用;运功疲劳状态下,GPe与基底神经节其它核团网络连接更加紧密,神经元放电趋于规则同步化。

纹状体神经元在运动疲劳中枢调控中的区域特征分析

目的:观察运动疲劳后大鼠纹状体背内侧部和背外侧部神经元电活动的变化,探寻纹状体神经元在运动疲劳中枢调控中的区域特征。方法:筛选出36只雄性Wistar大鼠随机分为对照组(CG组)、一次性力竭运动组(SF组)和重复力竭运动疲劳组(RF组),每组各12只。疲劳模型建立采用递增负荷运动方案,CG组大鼠不运动,SF组大鼠进行一次力竭运动,RF组大鼠每天进行一次力竭运动,连续6天;各组大鼠建模结束后即刻采用玻璃微电极胞外技术分别记录纹状体背内侧部(n=6)和背外侧部(n=6)神经元自发电活动。采集到的电信号主要选择放电频率、放电特征及不同类型神经元放电频率等指标进行分析。结果:(1)一次性力竭运动疲劳后纹状体神经元放电频率显著高于对照组(P<0.05),而背外侧部重复力竭运动疲劳后较一次性力竭运动后明显降低(P<0.01);(2)重复力竭运动后纹状体神经元不规则放电比例较对照组降低(P<0.05),爆发放电显著增加(P<0.05);(3)运动疲劳后纹状体背内侧部中等多棘神经元(MSNs)放电频率显著增高(P<0.05),且重复力竭运动疲劳后显著高于背外侧部(P<0.01),快放电中间神经元(FS)在重复力竭运动疲劳后放电频率均明显降低,一次性力竭组大鼠背外侧大型胆碱能神经元(LANs)放电频率较对照组明显降低(P<0.05),而重复力竭组较一次性力竭组显著升高(P<0.05)。结论:(1)纹状体神经元在参与运动疲劳中枢调控中呈现区域特征,且在疲劳发生和积累的不同时段作用有所不同,这与纹状体背内侧部和背外侧部神经元分别接受不同类型投射神经元有关;(2)纹状体快放电中间神经元在运动疲劳后神经元电活动的剂量效应关系中起重要的调节作用。

DA受体对运动疲劳后纹状体神经元信号转导调节作用的研究

目的通过观察多巴胺D1受体(Dopamine D1Receptors,D1DR)和多巴胺D2受体(Dopamine D2Receptors,D2DR)拮抗剂对运动疲劳后纹状体神经元电活动的影响,揭示DA系统对运动疲劳后纹状体腹外侧和背外侧神经元电活动的调节作用机制。方法 10天递增负荷游泳运动建立大鼠运动疲劳动物模型。采用玻璃微电极胞外记录技术,观察右脑室(A:0 mm,L:1.6 mm,H:3.4 mm)微量注射DA受体拮抗剂SCH23390和Spiperone l0μL前、后神经元电活动的变化。结果 (1)对照组有28.57%的神经元受到SCH23390的影响,其中使神经元自发放电频率加快兴奋性增加的占16.67%(7/42),兴奋性降低的占11.90%(5/42);SCH23390的诱发作用有一定的潜伏期,且能诱发单放电神经元产生爆发式放电;(2)Spiperone记录中,56.10%的神经元兴奋性受影响,兴奋性增加的占9.76%(4/41),降低的占46.34%(19/41)。Spiperone对实验组放电神经元产生抑制作用的比例显著高于兴奋作用的神经元(P(0.05)。结论运动疲劳后SCH23390可诱发神经元单放电向爆发式放电的转变,Spiperone对纹状体神经元的抑制作用加强。

磁共振波谱技术及其在神经科学研究领域中的应用

1973年Moon和Richard等利用磁共振波谱分析（magnetic resonance spectroscopy,MRS）技术对离体红细胞的特征物质变化进行了测定。这一研究成为MRS技术在生物学领域应用的开端。

纹状体神经细胞分型及其功能构建

根据基底神经节和丘脑的解剖结构及功能,他们被分为感觉运动区、辅助运动区、运动前区、联合边缘区。既构成皮质—基底神经节—丘脑—皮质环路,又存在发自皮质不同区域,影响此环路的神经亚环路。纹状体是基底神经节中接收传入信息的主要核团,新近研究表明,他不仅参与随意运动的执行,调节运动各参数,而且在运动可塑性方面也发挥特殊作用。山西大学体育学院运动人体科学实验室前期工作表明,新纹状体腹外侧区神经元在运动疲劳产生的中枢机制中也发挥一定的作用。

男性大学生运动疲劳前后大脑纹状体核磁共振1H谱特征分析

目的:观察运动疲劳前后大脑基底神经节纹状体1H谱物质的变化,寻找反映运动性中枢疲劳的特征物质。方法:采用磁共振氢谱检查技术,检测6名男性大学生在一次性递增负荷功率自行车运动前后脑内纹状体区域氮-乙酰天门冬氨酸(NAA)、胆碱复合物(Cho)、肌醇(mI)、α-氨基酸(α-Glx)、乳酸(Lac)以及肌酸(Cr)的含量变化并对其进行比较分析。结果:运动疲劳前后发生显著变化的特征物质包括NAA、α-Glx和Lac,其中NAA/Cr峰高较运动前显著降低(P<0.05);α-Glx/Cr峰高较运动前显著增高(P<0.05);Lac/Cr峰面积较运动前显著增加(P<0.05)。结论:运动疲劳后大脑纹状体NAA、α-Glx以及Lac水平发生变化,提示其可考虑作为运动性中枢疲劳临床诊断的参考物质。