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研究目的:建立中等负荷运动模型,探讨中等负荷运动对大鼠空间学习记忆能力及海马生长相关蛋白(GAP-43)基因表达的影响,为揭示体育运动干预大脑学习记忆能力的研究机制提供有利帮助,进而为人们合理的体育锻炼提供理论依据。研究方法:32只4月龄健康SD大鼠(体重220±20克),适应性喂养一周后,随机分为2组,每组16只:空白组(Control,C组,自然喂养)、中等负荷运动组(Normal Exercise,E组,进行游泳训练:1次/day,6 d/week。第1次游5min,此后每日增加5 min,至第2周末达60 min,维持该运动量5周。);C组分为:空白对照组(C0组)、空白对照+Morris水迷宫训练组(CM组);E组分为:中等负荷运动组(E0组)和中等负荷运动+Morris水迷宫训练组(EM组)。游泳训练结束后,C0组、E0组取材保存;CM组、EM组进行10天Morris水迷宫行为学训练和一次空间探索测试之后取海马保存。每组大鼠按照造模设计时间分别处死,断头取脑,3例迅速分离海马,装入冻存管内,液氮冻存,应用real-timePCR、Western-blotting定量分析GAP-43的基因表达情况。5例4%多聚甲醛固定保存,采用HE染色观察海马的形态变化。研究结果:(1)Morris水迷宫检测:大鼠第一象限(站台所在象限)路程百分比与潜伏期具有较强的相关性(r=0.427,P=0.000)和一致性。该指标随着水迷宫训练天数的增加逐渐增大,CM组第3-10天与第1、2天相比,第5-10天与第3天相比均显著性增加(P<0.01),第5、6、7、10天与第4天相比显著性增加(P<0.01),第5天之后每天相比没有显著性差异(P>0.05)。EM组第3-10天与第1、2天相比,第4-10天与第3天相比均显著性增加(P<0.01);第4-10天与第3天相比非常显著性增加(P<0.01);第4天之后每天相比没有显著性差异(P>0.05)。显示,EM组较CM组较早形成空间记忆。表明,中等负荷运动对空间学习记忆能力的形成具有促进作用。空间探索实验表明EM组的大鼠穿越站台的次数显著性多于CM组(P<0.05)。显示,EM组平均穿越次数显著性多于CM组,结果显示,中等负荷运动能够促进大鼠空间记忆的保持。(2)EM组海马组织,神经纤维排列整齐,细胞间质致密,细胞结构形态完整,提示长期中等负荷运动能改善大脑海马形态结构,从而更有利于海马执行自己的功能。(3)GAP-43基因检测:与C0组比较,E0组GAP-43基因m RNA表达显著性上调(P<0.01),与CM组相比,EM组GAP-43基因m RNA表达显著性上调(P<0.01);与C0组比较,E0组海马GAP-43蛋白表达显著性上调(P<0.01);与CM组比较,EM组海马GAP-43蛋白表达显著性上调(P<0.01);CM组与C0组海马GAP-43蛋白表达均显著性上调(P<0.01),表明,长期的体育锻炼可使脑内血流量增加、红细胞数目增多和血红蛋白含量增高,提高了脑组织细胞的供氧量,从而改善了海马组织形态结构;EM组与E0组比较GAP-43蛋白表达均显著性上调(P<0.01),表明,空间学习记忆能力的形成与GAP-43的基因表达上调有关系,GAP-43在突触的联系和可塑的过程中发挥着重要的作用。研究结论:(1)第一象限路程百分比可以作为评价大鼠空间学习记忆能力的有效指标。(2)中等负荷运动对大鼠空间学习记忆能力的形成和保持具有促进作用。(3)中等负荷运动上调了大鼠GAP-43的基因表达,基因的上调可能与大鼠神经功能的改善和空间学习记忆能力提高有关。