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        運(yùn)動(dòng)促進(jìn)人體健康的生理機(jī)制研究綜述:基于BDNF的視角

        2021-11-23 02:14:11馬偉龍
        體育科技文獻(xiàn)通報(bào) 2021年7期
        關(guān)鍵詞:營(yíng)養(yǎng)水平研究

        馬偉龍

        前言

        《2016年歐洲臨床實(shí)踐中預(yù)防心血管疾病的指南》及《心血管疾病歐洲指南(CVD)》都強(qiáng)烈建議將定期體育鍛煉預(yù)防和治療心血管疾病及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的手段和管理方法,大量研究也證明體育鍛煉是預(yù)防和治療諸如抑郁、焦慮等精神疾病及促進(jìn)身體健康的有效手段。

        腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,簡(jiǎn)稱BDNF)是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族的一員,對(duì)神經(jīng)元的存活、發(fā)育、分化以及神經(jīng)形成、軸突生長(zhǎng)有重要作用。目前很多研究已經(jīng)證明BDNF在運(yùn)動(dòng)與促進(jìn)人體健康中間起到了關(guān)鍵作用,BDNF對(duì)于人體的多種能力,如學(xué)習(xí)、記憶、理解等能力有著顯著促進(jìn)作用,并且對(duì)諸如阿爾茨海默?。ˋD)、輕度認(rèn)知障礙(MCI)、多發(fā)性硬化癥(MS)等神經(jīng)系統(tǒng)或心血管系統(tǒng)疾?。–VD)疾病有著預(yù)防和治療作用。探討運(yùn)動(dòng)基于BDNF對(duì)人體健康產(chǎn)生影響的機(jī)制具有重要意義,這可以更好提高運(yùn)動(dòng)促進(jìn)人體健康生理機(jī)制的科學(xué)化研究水平,并且可以更好地指導(dǎo)人們通過(guò)合理的體育運(yùn)動(dòng)來(lái)促進(jìn)身體健康。

        1 腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF的作用機(jī)制

        研究表明,BDNF往往會(huì)與體內(nèi)其他激素或者生長(zhǎng)因子協(xié)同完成調(diào)節(jié)任務(wù),可以在一定程度上調(diào)節(jié)其他激素水平,BDNF在微調(diào)細(xì)胞功能方面擁有強(qiáng)大的指揮力,具有高空間選擇性,可以激活神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的基因,制造更多的BDNF以及建立突觸所需要的血清素和蛋白質(zhì)。

        1.1 BDNF與神經(jīng)可塑性

        通過(guò)對(duì)人體和動(dòng)物的研究,研究人員得到了越來(lái)越多的證據(jù),并以此來(lái)支持體育鍛煉可以通過(guò)增強(qiáng)神經(jīng)的可塑性來(lái)降低幾類疾病的發(fā)生概率,并且使已發(fā)生的病癥得到緩解,如癡呆、癲癇、脂肪堆積等,在西方很多國(guó)家已經(jīng)將缺乏運(yùn)動(dòng)作為一個(gè)導(dǎo)致癡呆的可改變的危險(xiǎn)因素。在既往研究中,運(yùn)動(dòng)對(duì)于大腦健康的影響已經(jīng)成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究的核心之一,已有研究證據(jù)表明,運(yùn)動(dòng)通過(guò)BDNF的作用來(lái)誘發(fā)神經(jīng)的可塑性,它通過(guò)不同的途徑(如突觸發(fā)生、神經(jīng)發(fā)生、長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng))增強(qiáng)神經(jīng)可塑性,BDNF是運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的一個(gè)重要潛在介質(zhì)。很早以前,研究者發(fā)現(xiàn)往皮氏培養(yǎng)皿內(nèi)的神經(jīng)細(xì)胞撒上些BDNF,細(xì)胞就會(huì)形成新的分支,BDNF還與突觸上的受體結(jié)合,釋放離子流,增加電壓后迅速擴(kuò)大信號(hào)強(qiáng)度。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為運(yùn)動(dòng)可通過(guò)不同的機(jī)制影響大腦,而運(yùn)動(dòng)對(duì)BDNF信號(hào)通路的影響是最重要的機(jī)制之一。

        1.2 BDNF對(duì)于LTP的影響

        BDNF屬于神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(NT)家族,在哺乳動(dòng)物中還包括神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子3(NT-3)和NT-4/5。神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)神經(jīng)發(fā)生、突觸發(fā)生、長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(LTP)和蛋白質(zhì)合成效率等重要神經(jīng)生物學(xué)過(guò)程具有重要的調(diào)控作用。BDNF可以激活神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的基因,制造更多的BDNF以及建立突觸所需要的血清素和蛋白質(zhì),學(xué)習(xí)記憶需要通過(guò)長(zhǎng)時(shí)增強(qiáng)效應(yīng)(LTP)的動(dòng)態(tài)機(jī)制來(lái)強(qiáng)化神經(jīng)元之間的關(guān)系。BDNF在LTP的誘導(dǎo)及神經(jīng)發(fā)生中發(fā)揮重要作用,被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)改善大腦功能最重要的調(diào)節(jié)因子之一。

        Brigadski,T和Huang,E.J等人研究發(fā)現(xiàn)BDNF可以通過(guò)不同的機(jī)制和時(shí)間尺度來(lái)介入和影響神經(jīng)的可塑性。BDNF通過(guò)與TrkB(酪氨酸激酶B)的結(jié)合發(fā)揮作用,在幾秒到幾分鐘內(nèi)誘導(dǎo)谷氨酸能突觸連接處的LTP和新的突觸棘的生長(zhǎng),從而使新的記憶痕跡在現(xiàn)有的突觸上初步形成。BDNF有助于依賴于持久LTP和記憶形成的蛋白質(zhì)合成的鞏固,甚至在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上,通過(guò)促進(jìn)神經(jīng)元和突觸形成,將新生神經(jīng)元整合到神經(jīng)元回路中,從而形成記憶體。通過(guò)這些方式,BDNF信號(hào)傳導(dǎo)關(guān)鍵地促進(jìn)了神經(jīng)元可塑性的細(xì)胞機(jī)制,從而驅(qū)動(dòng)了記憶的形成,鞏固和恢復(fù)。

        1.3 BDNF對(duì)于疾病的積極作用

        BDNF對(duì)LTP的積極影響對(duì)于一些疾病的控制和恢復(fù)意義重大,神經(jīng)突觸的增長(zhǎng)有助于形成新的記憶體從而對(duì)例如老年性癡呆、神經(jīng)衰弱、輕度認(rèn)知障礙(MCI)和阿爾茨海默?。ˋD)產(chǎn)生預(yù)防和恢復(fù)作用。BDNF與精神疾?。ɡ缇穹至寻Y、嚴(yán)重抑郁障礙、焦慮癥)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病也存在緊密的聯(lián)系,據(jù)報(bào)道,在輕度認(rèn)知障礙(MCI)或阿爾茨海默?。ˋD)患者中,大腦海馬體和血液中的BDNF水平降低。BDNF可以提高神經(jīng)細(xì)胞的功能,促使它們生長(zhǎng),同時(shí)可以鞏固和抵御其細(xì)胞死亡的自然進(jìn)程,BDNF是思想、情感和運(yùn)動(dòng)之間至關(guān)重要的生物學(xué)紐帶。

        除此之外,R.Linker等人和F.Luhder等人發(fā)現(xiàn)有一組神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)和神經(jīng)保護(hù)因子,調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的分化和存活,以及突觸可塑性,并支持神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞分泌神經(jīng)遞質(zhì),C.Ozkul等人和C.P.Mackay等人確認(rèn)了腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)和胰島素樣生長(zhǎng)因子1(IGF-1)是其中兩個(gè)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子,在多發(fā)性硬化癥(MS)的緩解或預(yù)防干預(yù)中起到重要作用。Weinstein等人研究發(fā)現(xiàn),血清中較高的BDNF水平,可以預(yù)防癡呆癥。

        2 運(yùn)動(dòng)與BDNF的關(guān)系

        Karl Cotman通過(guò)對(duì)照試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)組內(nèi)的老鼠大腦BDNF增幅顯著超過(guò)了對(duì)照組,并且運(yùn)動(dòng)組老鼠大腦BDNF水平與運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)成正相關(guān)。Boehme等人同樣發(fā)現(xiàn)BDNF在大腦中的表達(dá)水平在運(yùn)動(dòng)鍛煉后顯著增加。Choi等人在報(bào)告中說(shuō),在阿爾茨海默病(AD)小鼠模型中,運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)的成年海馬體神經(jīng)發(fā)生了認(rèn)知改善、BDNF水平增加,在健康的人體中,體育鍛煉同樣會(huì)增加外周的BDNF水平。德國(guó)的研究人員發(fā)現(xiàn)人們?cè)谶\(yùn)動(dòng)后學(xué)習(xí)詞匯的速度比運(yùn)動(dòng)前提高了20%,而學(xué)習(xí)速度和BDNF水平有直接的關(guān)系。Duzel等人、Dordevic等人以及Dresler等人證明運(yùn)動(dòng)可以改善人的認(rèn)知水平(如在學(xué)習(xí)、記憶、理解等方面),在這個(gè)過(guò)程中通過(guò)BDNF,IGF-1、FGF-2等神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá)而實(shí)現(xiàn),正式運(yùn)動(dòng)促成了它們的表達(dá)。王燕軍等人也通過(guò)老鼠跑臺(tái)試驗(yàn)證明了體育鍛煉作為一種非藥物方法可有效改善糖尿病大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力,Madarshahian等研究發(fā)現(xiàn)有規(guī)律的體育鍛煉有助于提高Ⅱ型糖尿病患者的認(rèn)知功能,已有大量研究表明,運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的神經(jīng)可塑性離不開BDNF。這些研究表明,運(yùn)動(dòng)與BDNF在一定程度上是同步變化的,運(yùn)動(dòng)通過(guò)BDNF的中介作用,使運(yùn)動(dòng)達(dá)到了促進(jìn)人體健康的目的。

        3 討論

        運(yùn)動(dòng)通過(guò)BDNF及其中介作用達(dá)到了促進(jìn)人體健康功能,對(duì)于其功能機(jī)制我們已經(jīng)有了一定的研究和了解,但是在運(yùn)動(dòng)種類、強(qiáng)度、頻率以及運(yùn)動(dòng)環(huán)境等對(duì)BDNF水平的影響尚未完全明了,既往研究所得出的結(jié)論也存在不同,有研究發(fā)現(xiàn),與中高等連續(xù)運(yùn)動(dòng)相比,高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練更能喚醒其BDNF的水平,另有幾項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),BDNF似乎與血液中乳酸水平有關(guān),乳酸濃度越高,BDNF在血清或血漿中的水平越高。BDNF水平與不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、負(fù)荷之間存在一定聯(lián)系,似乎與持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)也存在關(guān)系,Ozkul等人研究發(fā)現(xiàn),進(jìn)行八周聯(lián)合訓(xùn)練的受試者與普通健康受試者相比BDNF水平?jīng)]有顯著差異,Khademosharie等人研究發(fā)現(xiàn)在MS患者在連續(xù)訓(xùn)練12周后,BDNF水平?jīng)]有顯著差異,Wens等人的研究發(fā)現(xiàn)MS患者在連續(xù)訓(xùn)練24周,BDNF水平顯著增加。因此可以確定運(yùn)動(dòng)對(duì)BDNF的水平有著重要影響,但是對(duì)于運(yùn)動(dòng)種類、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)頻率、運(yùn)動(dòng)環(huán)境等影響因素在其中所起到的作用尚未完全明了,具體影響機(jī)制還應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

        4 結(jié)論

        運(yùn)動(dòng)促進(jìn)人體健康在生理機(jī)制上通過(guò)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子BDNF的中介作用調(diào)節(jié)身體其他生理機(jī)制和體成分的變化,從而實(shí)現(xiàn)改善人體機(jī)能、促進(jìn)人體健康的作用。但是不同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間等因素對(duì)BDNF的水平也存在著影響。未來(lái)應(yīng)該針對(duì)運(yùn)動(dòng)種類、強(qiáng)度、頻率等影響因素做進(jìn)一步深入細(xì)化研究,這可以幫助人們更有針對(duì)性地、更科學(xué)合理地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)鍛煉,對(duì)于運(yùn)動(dòng)康復(fù)計(jì)劃、運(yùn)動(dòng)處方的制定也具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

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