跑步锻炼对大鼠大脑皮质毛细血管的作用及机制研究

发布时间：2018-11-11 10:20

【摘要】：第一部分跑步锻炼对老年大鼠学习记忆能力和大脑皮质毛细血管作用的研究目的：研究从中年开始持续14个月跑步锻炼对老年SD大鼠学习记忆能力以及大脑皮质毛细血管的影响。以期探索长期跑步锻炼改善学习记忆能力的形态学基础,为延缓或防止大脑衰老提供理论依据。方法：14月龄SD大鼠雄性20只,雌性20只,随机分成雄性跑步组10只,雄性非跑步组10只,雌性跑步组10只,雌性非跑步组10只。跑步组给予速度：20 m/min,时间：20 min/d,5 d/week,为期14个月的跑步锻炼。非跑步组在相同条件下饲养但不进行任何干预。并对各组大鼠在28月龄时运用Morris水迷宫进行学习记忆能力的测试。水迷宫测试结束后,每组大鼠随机选取5只,每只大鼠随机抽取一侧大脑半球,运用体视学方法精确定量检测大鼠大脑皮质体积,以及大脑皮质内毛细血管的总长度、总体积和总表面积等参数。结果：1、水迷宫结果：在第一天可见平台实验,各组大鼠潜伏期未见显著性差异(p0.05)；第2-6天的空间探索实验：跑步锻炼持续14个月之后,雄性跑步组潜伏期与非跑步组相比显著性缩短(p0.05),雌性跑步组潜伏期与非跑步组相比无显著性差异(p0.05)。2、经过14个月跑步锻炼后,雄性和雌性跑步组大鼠与相应非跑步组相比,大脑皮质体积无显著性差异(p0.05)。3、经过14个月跑步锻炼后,在雄性大鼠：长期跑步组毛细血管总长度与非跑步组相比显著性增加(p0.05),毛细血管总体积与非跑步组相比显著性增加(p0.01),毛细血管总表面积与非跑步组相比显著性增加(p0.01)；在雌性大鼠：长期跑步组大脑皮质毛细血管总长度与非跑步组相比无显著性差异(p0.05),毛细血管总体积与非跑步组相比显著性增加(p0.05),毛细血管总表面积与非跑步组相比显著性增加(p0.05)。结论：1、长期跑步锻炼能够延缓老年雄性大鼠的学习记忆能力的老年性改变进程。2、长期跑步锻炼能够显著性延缓老年雄性与雌性大鼠大脑皮质毛细血管退行性变化的进程。第二部分内源性一氧化氮在跑步锻炼对大鼠学习记忆能力及大脑皮质毛血管影响中的作用研究目的：研究内源性一氧化氮(nitric oxide, NO)在跑步锻炼对大鼠学习记忆能力及大脑皮质毛细血管影响的作用。方法：将125只8周龄SD大鼠,在运用侧脑室置管术建立模型后,随机分为5个组,分别是假手术组(经侧脑室注射生理盐水5μl/day),干预组(经侧脑室注射左旋精氨酸甲酯(NG-nitro-L-Arginine-methyl ester, L-NAME) 5μmol/day,同时进行跑步训练),跑步组(经侧脑室注射生理盐水5μl/d,同时进行跑步训练),阻断剂组(经侧脑室注射L-NAME 5μmol/day),激动剂组(经侧脑室注射左旋精氨酸(L-Arginine, L-Arg) 0.5μmol/day),每组25只。药物和跑步干预时间为4周,跑步参数为速度：20 m/min,时间：20 min/d,7 d/week。在跑步及药物干预结束后,对各组大鼠运用Morris水迷宫进行空间学习、记忆能力的测试。水迷宫测试结束后,使用化学发光法测量大鼠大脑皮质内NOS活性；现代体视学方法精确定量检测大鼠大脑皮质体积,及大脑皮质内毛细血管的总长度、总体积和总表面积等参数。结果：1、Morris水迷宫结果：各组大鼠在第一天可见平台实验潜伏期均无显著性差异(p0.05)。第2-6天定位航行试验,干预组、激动剂组、阻断剂组潜伏期时间显著性长于假手术组(p0.05),跑步组潜伏期时间显著性短于干预组(p0.05),其余组别之间相互比较未见显著性差异(p0.05)。第7天空间探索试验穿台次数,跑步组穿台次数显著性高于假手术组与阻断剂组(p0.05),其余组别相互之间未见显著性差异(p0.05)。2、大脑皮质NOS活性测定结果：跑步组、激动剂组NOS活性高于阻断剂组(p0.05),其余组别之间相互比较未见显著性差异(p0.05)。3、各组大鼠大脑皮质毛细血管各参数体视学分析结果：①大脑皮质毛细血管总长度：干预组显著性短于假手术组(p0.01),跑步组显著性长于假手术组(p0.01),激动剂组显著性长于假手术组(p0.05),跑步组与激动剂组均显著性长于干预组和阻断剂组(p0.01),其余组别之间相互比较未见显著性差异(p0.05)。②大脑皮质毛细血管总体积：跑步组与激动剂组均显著性大于假手术组、干预组和阻断剂组(p0.01),其余组别之间相互比较未见显著性差异(p0.05)。③大脑皮质毛细血管总表面积：跑步组与激动剂组均显著性大于假手术组、干预组和阻断剂组(p0.01),其余组别之间相互比较未见显著性差异(p0.05)。结论：1、跑步锻炼可以增加大鼠大脑皮质内NOS活性。2、跑步锻炼可以增加大鼠大脑皮质毛细血管生成,而经侧脑室注射内源性NO阻断剂L-NAME则显著逆转了跑步锻炼对大鼠大脑皮质毛细血管的生成促进作用。3、内源性NO在跑步锻炼对大鼠大脑皮质毛细血管的生成中起到重要调节作用。第三部分内源性一氧化氮参与跑步锻炼对大鼠大脑皮质毛细血管作用机制研究目的：研究内源性NO在跑步锻炼对大鼠大脑皮质内促血管生成VEGF、FGF-2以及血管生长抑制因子Endostatin、Angiostatin表达的影响。方法：将第二部分所获得的大鼠大脑皮质标本,通过real time-PCR和western blot等方法检测各组大鼠大脑皮质毛细血管生长调控因子VEGF、FGF-2、Endostatin、Angiostatin在mRNA和蛋白水平上的表达差异。结果：1、mRNA水平：①VEGF mRNA:跑步组显著性高于假手术组、阻断剂组与干预组(p0.01),阻断剂组显著性低于假手术组(p0.05),激动剂组显著性高于阻断剂组(p0.05),假手术组、阻断剂组与干预组之间相互比较无显著性差异(p0.05)。②FGF-2 mRNA:跑步组显著性高于假手术组、阻断剂组和干预组(p0.05),假手术组、干预组、激动剂组与阻断剂组之间相互比较无显著性差异p0.05)。③Angiostatin mRNA:各组大鼠大脑皮质的Angiostatin mRNA表达无显著性差异(p0.05)。④Endostatin mRNA:跑步组显著性低于假手术组、阻断剂组和干预组(p0.01),激动剂组显著性低于干预组(p0.05),假手术组、阻断剂组与干预组相互之间比较无显著性差异(p0.05)。2、蛋白水平：①VEGF:跑步组、激动剂组与阻断剂组的表达显著性高于假手术组(p0.01),跑步组、激动剂组显著性高于干预组(p0.05),其余组别之间相互比较未见显著性差异(p0.05)。②FGF-2：跑步组、激动剂组与阻断剂组表达量均显著性高于假手术组和干预组p0.01),激动剂组表达量显著性高于阻断剂组p0.05),假手术组与干预组显著性低于阻断剂组(p0.01),其余组别之间相互比较未见显著性差异(p0.05)。③Angiostatin:各组大鼠大脑皮质Angiostatin表达无显著性差异(p0.05)。④Endostatin:干预组与跑步组均显著性低于假手术组(p0.01),激动剂组显著性低于假手术组(p0.05),跑步组显著性低于阻断剂组(p0.01),其余组别之间相互比较未见显著性差异(p0.05)。结论：1、在非跑步锻炼下,通过直接经侧脑室注射L-Arg和L-NAME干预大鼠大脑皮质内NO的含量可以影响大脑皮质内VEGF.FGF-2的表达。2、而跑步锻炼可以增加大鼠大脑皮质内VEGF.FGF-2的表达,可以降低大鼠大脑皮质内Endostatin的表达,而经侧脑室注射内源性NO阻断剂L-NAME则显著逆转了跑步锻炼对大鼠大脑皮质内VEGF、FGF-2、Endostatin的作用。3、本研究表明内源性NO参与调节跑步锻炼对大鼠大脑皮质内促血管生成因子VEGF、FGF-2以及血管生成抑制因子Endostatin的调控,其对血管生成调控因子的调控作用可以在跑步锻炼后得到增强。
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【学位授予单位】：重庆医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：G804.2

【参考文献】