衰老是一种不可避免的生物学过程。随着全球人口老龄化的来临,衰老已经成为科学家们不得不面对的问题。如何提高大脑可塑性延缓衰老呢?通过核磁共振成像(MRI)和正电子放射断层摄影(PET),研究人员发现跑步训练能使脑体积增加(主要反应在大脑的额叶和颞叶),诱导脑血管生成,并提高局部脑血流量。更多的研究表明,长期科学规律的跑步训练可以刺激新生神经元形成,防止脑损伤,增加大脑健康和可塑性以及降低老年认知功能下降。同时,也有研究人员发现跑步训练提高了脑源性神经营养因子(BDNF)和其它生长因子的水平,突触活动也变得活跃,代偿地引起血管发生,脑血管密度增加。由此看出,锻炼是一种简单易行的延缓衰老的行为学手段。以往的影像研究证实了跑步训练能提高脑血流量,而这样的改变是否伴随有血管的体积和长度等的变化?目前尚未见相关报道。体视学方法是一种基于对二维切片的观察而获得显微结构的三维定量信息的精确方法,因此,我们用这种三维定量研究手段对大脑白质的毛细血管进行定量研究。为了探讨跑步训练干预是否引起大鼠大脑白质毛细血管的改变,我们对中老年Sprague-Dawley大鼠进行为期4个月的跑步训练,之后应用免疫组织化学和新的体视学方法来研究大脑白质体积、白质内毛细血管总长度、总体积、总表面积的改变。这一研究结果将有助于我们进一步认识运动延缓大脑衰老的机制。1材料与方法1.1 20只14月龄的Sprague-Dawley大鼠,体重280±20 g,雌性对照组5只,雄性对照组5只,雌性跑步训练组5只,雄性跑步训练组5只。1.2跑步训练组动物每周训练5天,休息2天,每天20 min,上午九点钟开始跑步机跑步。跑步速度:第一周为10 m/min,第二周为15 m/min,以后均为20 m/min,训练时间4个月。对照组大鼠不进行任何训练,饲养时间为4个月。1.3训练结束后,将大鼠麻醉灌注固定。从每只大鼠随机抽取一侧大脑半球,制作2 mm厚的连续脑组织块,从每个脑块切取一张4μm厚的各向同性切片,进行免疫组化染色。在100倍油镜下拍每张切片的整个白质区域,拍得4~6个视野,每只动物共拍摄30张照片。1.4运用新的体视学方法分别计算出大鼠大脑白质总体积、白质内毛细血管长度密度和总长度、体积密度和总体积以及表面积密度和总表面积。2结果2.1对照组雌性大鼠大脑白质总体积为84.8±10.2 mm3,雄性大鼠大脑白质总体积为98.3±10.1 mm3,两组之间无显著性差异(p>0.05)。2.2对照组雌性大鼠白质内毛细血管总长度为15.9±2.70 m,总体积为0.49±0.06 mm3,总表面积为2.84±0.48 cm2。而对照组雄性大鼠白质内毛细血管总长度为19.9±4.10 m,总体积为0.57±0.15 mm3,总表面积为3.46±0.82 cm2。各参数雌雄性之间相比较没有显著性改变(p>0.05)。2.3跑步训练干预后,跑步训练组雌性大鼠白质总体积为112±14.9 mm3,跑步训练组雌性大鼠毛细血管总长度为20.6±3.40 m,总体积为0.57±0.12 mm3,总表面积为3.54±0.53 cm2。与雌性对照组相比较,雌性跑步训练组大鼠白质总体积显著性增加(p<0.01)。雌性跑步训练组白质毛细血管总长度也显著大于对照组(p<0.05)。2.4跑步训练干预后,跑步训练组雄性大鼠白质总体积为98.6±13.5 mm3,跑步训练组雄性大鼠白质内毛细血管总长度为26.1±4.20 m,总体积为0.60±0.10 mm3,总表面积为4.11±0.76 cm2。与雄性对照组相比较,雄性跑步训练组的白质毛细血管长度密度和总长度显著性增加(p<0.05)。全文结论1.首次发现了跑步训练干预后中老年雌性Sprague-Dawley大鼠大脑白质体积显著性增加。2.首次发现了跑步训练干预后中老年雌、雄性Sprague-Dawley大鼠大脑白质内毛细血管总长度显著性增加。3.短期跑步训练对中老年雌性大鼠白质、白质内毛细血管以及中老年雄性大鼠的大脑白质内毛细血管均有积极的作用。这些研究结果将为寻找延缓或阻止老年性大脑功能降低的药物及行为学手段提供科学依据。