第一部分大鼠大脑白质内无髓神经纤维老年改变的体视学研究目的进行老年大鼠大脑白质内无髓神经纤维定量研究,以期进一步认识老年大脑白质有髓神经纤维丢失的机制。方法雌性Long-Evans大鼠,青年组(6-8月龄)5只,中老年组(18月龄)5只,老年组(28月龄)8只。体重280±20 g。每只大鼠随机抽取一侧大脑半球,从中随机抽取4块白质组织块作成60 nm超薄切片,从每张切片上随机抽取8~12个视野在透射电子显微镜下放大20000倍拍照。运用体视学方法计算出大鼠大脑白质总体积、白质内无髓神经纤维总长度、白质内无髓神经纤维总体积。结果1、青年组大鼠大脑白质总体积为119±8.6 mm3,中老年组大鼠大脑白质总体积为108±5.6 mm3,老年组大鼠大脑白质总体积为68.5±11.4 mm3。中老年组与青年组大脑白质总体积不存在显著性差异;与青年组相比,老年大脑白质体积显著性降低了42.5% (p<0.01);与中老年组相比,老年大脑白质体积显著性降低了35.4% (p<0.01)。2、青年组大鼠白质内无髓神经纤维的总体积为32.8±3.2 mm3,中老年组大鼠白质内无髓神经纤维的总体积为18.6±7.8 mm3,老年组大鼠白质内无髓神经纤维的总体积为9.12±3.5 mm3。中老年组与青年组相比,无髓神经纤维总体积显著性降低了43.3% (p<0.05);老年组与青年组相比,无髓神经纤维总体积显著性降低了72.1% (p<0.01);老年组与中老年组相比,无髓神经纤维总体积显著性降低了51.0% (p<0.05)。3、青年组大鼠白质内无髓神经纤维总长度为409±130 km,中老年组大鼠白质内无髓神经纤维总长度为350±171 km,老年组大鼠白质内无髓神经纤维总长度为128±48 km。中老年组与青年组大脑白质内无髓神经纤维总长度不存在显著性差异;与青年组相比,老年大脑白质内无髓神经纤维总长度显著性降低了68.6% (p<0.01);与中老年组相比,老年大脑白质内无髓神经纤维总长度显著性降低了63.4% (p<0.01)。结论1、28月龄雌性大鼠大脑白质总体积、白质内无髓神经纤维总长度和总体积较6月龄和18月龄大鼠均出现明显的降低。18月龄雌性大鼠只出现了大脑白质内无髓神经纤维总体积较6月龄大鼠的显著性降低,但是18月龄雌性大鼠大脑白质内无髓神经纤维总长度与6月龄大鼠比较没有显著性差异。本研究结果表明18月龄雌性大鼠无髓神经纤维的减少主要发生在直径较大的无髓神经纤维。2、结合大脑白质内无髓神经纤维以及本研究小组以往对于有髓神经纤维老年性改变研究的结果,我们认为在中老年雌性大鼠细小直径的有髓神经纤维发生了脱髓鞘改变成为无髓神经纤维,所以无髓神经纤维总长度得到了较好的补充而对于无髓神经纤维总体积的补充却不充分。然而,在老年大鼠来自于细小直径有髓神经纤维脱髓鞘的无髓神经纤维已经不能够补偿随着年龄增长而导致的细小直径无髓神经纤维丢失,因此在老年组无髓神经纤维总长度和总体积均有显著性降低。第二部分大鼠大脑白质内有髓神经纤维髓鞘超微结构老年性改变的体视学研究目的进行老年大鼠大脑白质内有髓神经纤维髓鞘超微结构的定量研究,以期进一步认识老年大脑白质有髓神经纤维丢失的机制。方法雌性Long-Evans大鼠,青年组(6-8月龄)5只,中老年组(18月龄)5只,老年组(28月龄)5只。体重280±20 g。每只大鼠随机抽取一侧大脑半球,从中随机抽取4块白质组织块作成60 nm超薄切片,从每张切片上随机抽取8~12个视野在透射电子显微镜下放大20000倍拍照。运用体视学方法计算出大鼠大脑白质总体积、有髓神经纤维总长度、有髓神经纤维髓鞘总体积、有髓神经纤维平均内、外直径、有髓神经纤维平均内、外周长和有髓神经纤维髓鞘平均厚度。结果1、髓鞘超微结构存在着三种不同于正常成年大鼠髓鞘结构的典型改变:(1)主致密线分离。在27月龄大鼠大脑白质我们观察到一些有髓神经纤维髓鞘主致密线分离使得髓鞘向外膨出形成包含有高电子密度胞质的囊袋。(2)周期内线分离。周期内线裂开形成了球形的空腔,球形空腔内一般没有任何包含物,但有时会有一些膜状物或者致密颗粒状物附着在球形空腔内壁。(3)形成了过多的鞘磷脂,以至包绕轴突的髓鞘明显过大,整个轴突则偏离在整个有髓神经纤维断面的一侧。2、青年组大鼠大脑白质总体积为115±8.6 mm3,中老年组大鼠大脑白质总体积为110±5.6 mm3,老年组大鼠大脑白质总体积为69.0±12.7 mm3。中老年组与青年组大脑白质总体积不存在显著性差异;与青年组相比,老年大脑白质体积显著性降低了40.0% (p<0.01);与中老年组相比,老年大脑白质体积显著性降低了37.2% (p<0.01)。3、青年组大鼠白质内有髓神经纤维总长度为115±27 km,中老年组大鼠白质内有髓神经纤维总长度为135±47 km,老年组大鼠白质内有髓神经纤维总长度为62±25 km。中老年组与青年组大脑白质内有髓神经纤维总长度不存在显著性差异;与青年组相比,老年大脑白质内有髓神经纤维总长度显著性降低了46.1% (p<0.05);与中老年组相比,老年大脑白质内有髓神经纤维总长度显著性降低了54.1% (p<0.05)。4、三组间不同髓鞘厚度的有髓神经纤维总长度分布图表明,髓鞘厚度在0.08μm到0.18μm的有髓神经纤维占绝大多数。白质有髓神经纤维总长度在中老年组与年青组之间没有显著性改变,并且中老年组的较厚髓鞘的有髓神经纤维的总长度较年青组有所增加。通过对青年组与老年组,中老年组与老年组比较分布图观察发现有髓神经纤维总长度的降低主要是由于髓鞘厚度小于0.15μm的有髓神经纤维丢失所致。5、不同有髓神经纤维直径和不同髓鞘厚度区间有髓神经纤维长度分布图表明,中老年组和老年组直径在1.0μm以下同时髓鞘厚度在0.1μm以下的有髓神经纤维总长度比年青组降低。直径在1.4μm以下同时髓鞘厚度在0.1μm到0.14μm之间的有髓神经纤维总长度在老年雌性大鼠比年青雌性大鼠和中老年组雌性大鼠均有显著性降低。而髓鞘厚度在0.14μm到0.18μm的有髓神经纤维总长度在中老年雌性大鼠比年青大鼠和老年大鼠有显著性增加。有髓神经纤维直径在0.4μm以上同时髓鞘厚度在0.18μm到0.22μm之间的神经纤维在中老年组比年青组和老年组有显著性增加。6、白质内有髓神经纤维髓鞘总体积在年青组为34±3.6 mm3,中老年组为42±5.1 mm3,老年组为30±5.3 mm3。有髓神经纤维髓鞘总体积在中老年雌性大鼠比年青雌性大鼠显著性增加了19.0% (p<0.05)。白质内髓鞘总体积在老年组比中老年组显著降低了28.6% (p<0.01),但是髓鞘总体积在老年组与年青组的比较中并未见到显著性差异(p >0.05)。7、单位长度有髓神经纤维髓鞘体积,在年青组、中老年组和老年组分别为0.30±0.04 mm3/km,0.35±0.16 mm3/km,0.53±0.16 mm3/km。老年雌性大鼠单位长度有髓神经纤维髓鞘体积比年青雌性大鼠显著增加了43.4% (p<0.05),而老年组与中老年组之间的差异虽然不具有显著性但增加高达34.0% (p>0.05)。8、大脑白质内有髓神经纤维的内径和外径在年青组、中老年组、老年组之间的比较均没有显著性差异,但是老年组有髓神经纤维平均外径较年青组增加了17.9%。9、白质内有髓神经纤维髓鞘外周长在年青组、中老年组和老年组分别为3.39±0.72μm,3.5±0.95μm,3.90±0.54μm;髓鞘内周长在年青组、中老年组和老年组分别为2.60±0.66μm,2.55±0.81μm,2.60±0.36μm,有髓神经纤维髓鞘内、外周长在三组间的比较均无显著性差异(p>0.05)。有髓神经纤维髓鞘内、外周长差,其在年青组、中老年组和老年组中的平均值为0.78±0.07μm,0.94±0.14μm,1.31±0.19μm。有髓神经纤维髓鞘内、外周长差在中老年组与年青组间没有显著性差异,老年组有髓神经纤维髓鞘内、外周长差比年青组和中老年组分别显著增长了40.5%和28.2% (p<0.01)。10、有髓神经纤维髓鞘平均厚度在年青组为0.12±0.00μm,在中老年组为0.15±0.02μm,在老年组为0.18±0.02μm。有髓神经纤维髓鞘平均厚度在中老年组与年青组间没有显著性差异,老年组有髓神经纤维髓鞘平均厚度比年青组和中老年组分别显著增长了33.3%和16.7% (p<0.01)。结论1、有髓神经纤维在不同直径和不同髓鞘厚度区间内的长度改变更清晰地显示老年大脑白质内有髓神经纤维随年龄增长的丢失最先发生在直径细小、髓鞘厚度薄的有髓神经纤维。有髓神经纤维的脱髓鞘改变可以导致轴突传导速度的降低,这也可能是随年龄增长而出现认知能力降低的重要原因之一。2、有髓神经纤维在不同直径和不同髓鞘厚度区间内的长度改变另一个重要发现就是直径较大、髓鞘厚度厚的有髓神经纤维有随年龄增长而增加的趋势。同时,髓鞘内、外周长差和髓鞘平均厚度在老年雌性大鼠比年青雌性大鼠和中老年雌性大鼠均有显著性增加。本研究首次通过定量研究显示老年大脑白质内有髓神经纤维髓鞘确实存在着继续髓鞘化。第三部分短期跑步锻炼对大鼠空间记忆能力及大脑白质内有髓神经纤维的作用目的研究跑步训练对老年大鼠空间记忆能力的作用,并首次运用无偏体视学方法研究跑步锻炼是否能有效地阻止或者改善老年大脑白质及白质内有髓神经纤维的退行性改变。方法中老年(14月龄)SD大鼠,雌雄各10只,随机分为跑步锻炼组(雌雄各5只)和标准环境组(雌雄各5只);老年(24月龄)SD大鼠,雌雄各10只,随机分为跑步锻炼组(雌雄各5只)和标准环境组(雌雄各5只)。将跑步锻炼练组大鼠置于跑台上跑步,每周训练5天,休息2天,每天20分钟。训练强度为:第一周10 m/min,第二周15 m/min,从第三周开始20 m/min。干预时间为4个月。对照组大鼠不进行任何跑步训练。干预结束后,用Morris水迷宫进行连续5天的空间记忆能力的测试。前四天为隐藏平台实验,第五天为可见平台实验。记录动物的寻台时间(从入水到找到平台且四肢爬上平台的时间,即潜伏期)。每只大鼠随机抽取一侧大脑半球,从中随机抽取4块白质组织块作成60 nm超薄切片,从每张切片上随机选择4个视野在透射电子显微镜下放大6000倍拍照。运用体视学方法计算出大鼠大脑白质总体积、白质内有髓神经纤维总长度、总体积和有髓神经纤维平均直径。结果1、18月龄雌性跑步锻炼大鼠与标准环境中生长的雌性大鼠的隐藏平台实验中,跑步训练组大鼠每天的潜伏期均明显短于空白对照组(p<0.05);而在可见平台实验中,两组大鼠的潜伏期之间没有区别。但是18月龄雄性跑步锻炼组大鼠和18月龄雄性空白对照组大鼠隐藏平台与可见平台实验均不存在显著性差异(p>0.05)。在跑步训练干预下饲养至28月龄的雌、雄性与在普遍标准笼中饲养至28月龄的雌、雄性大鼠的隐藏平台与可见平台实验潜伏期之间均不存在显著性差异(p>0.05)。2、雌性中老年锻炼组白质体积与对照组相比没有显著性差异(p>0.05);雌性中老年锻炼组有髓神经纤维总长度比对照组显著增加了54.50%(p<0.05),根据有髓神经纤维直径分布图我们发现与对照组相比锻炼组直径在0.8μm以下的有髓神经纤维显著增加;雌性中老年锻炼组有髓神经纤维总体积与对照组相比并没有显著性改变(p>0.05),但是有髓神经纤维平均直径在锻炼组比对照组显著降低(p<0.05)。3、雄性中老年锻炼组在白质体积、有髓神经纤维总体积以及有髓神经纤维平均直径上均没有显著性差异(p>0.05),但雄性中老年锻炼组有髓神经纤维总长度比对照组显著增加了69.54%(p<0.01),根据有髓神经纤维直径分布图我们发现与对照组相比锻炼组直径在0.8μm以下的有髓神经纤维显著增加。4、与对照组相比较,雌性老年锻炼组在白质体积、有髓神经纤维总长度、有髓神经纤维总体积以及有髓神经纤维平均直径上均没有显著性差异(p>0.05)。5、雄性老年锻炼组在白质体积以及有髓神经纤维总体积显著性增长(p<0.05),而雄性老年锻炼组在有髓神经纤维总长度与对照组比较差异接近具有显著性(p = 0.056>0.05),根据有髓神经纤维直径分布图我们发现与对照组相比锻炼组直径在0.8μm以下的有髓神经纤维显著增加。结论1、短期跑步锻炼干预可以明显改善中老年雌性大鼠空间记忆能力的减退,这一结果为今后运用该手段来延缓老年大脑功能下降的进程提供了重要的理论依据。2、短期跑步锻炼干预可以不同程度增加中老年及老年大鼠大脑白质体积、白质内有髓神经纤维总长度,这一研究发现为下一步寻找延缓老年大脑衰老进程的手段提供了新的靶点和思路。