随着人类寿命的延长,衰老带来的影响已经成为我们面临的重大问题,这其中,大脑的衰老又尤其引人关注。而在脑的各个结构中,海马结构又是最易受到衰老影响的区域之一。由于海马结构与学习记忆功能关系密切及其对衰老的易感性,使得众多学者将研究重点集中于此,包括对海马结构的体积、海马结构内神经元及突触的数目老年改变的研究。随着新的定量研究方法——体视学技术的出现,越来越多的研究表明,老年认知能力的降低与海马神经元和突触的数量改变并没有明显的联系;那么,什么是导致老年大脑功能降低的原因呢?神经纤维,特别是有髓神经纤维对海马结构内神经元冲动传导的完整性起着重要作用,因此,神经纤维的改变很可能是影响大脑认知能力的结构基础之一,但是到目前为止,国内、外尚未见对海马结构内有髓神经纤维进行定量研究的报道。Tang等在国际上首次应用了体视学方法对大脑白质内神经纤维进行定量研究,从而为神经纤维的三维定量研究提供了有效的研究手段。因此,本实验运用透射电子显微镜技术和体视学技术研究Long-Evans大鼠大脑海马结构及其内有髓神经纤维的老年性改变。老年大脑比我们想象的具有更大的可塑性。目前,因此,我们选用SD大鼠作为研究对象,分别研究运动训练及丰富生存环境这两种简易的行为学干预手段是否能够延缓老年大脑功能下降的进程,运动训练及丰富生存环境改善老年大脑空间学习能力的结构基础正在研究中。第一部分1材料与方法1.1雌性Long-Evans大鼠,青年组(6月龄)5只,中老年组(18月龄)5只,老年组(28月龄)6只。体重280±20 g。1.2从每只大鼠随机抽取一侧大脑半球,再从中随机抽取5～6块海马结构组织块(1mm3),制作成60 nm超薄切片,从每张切片上随机抽取15个视野在透射电镜下放大7000倍拍照。1.3运用体视学方法分别计算出大鼠大脑海马结构总体积、海马结构内有髓神经纤维长度密度和总长度、海马结构内有髓神经纤维体积密度和总体积、海马结构内有髓神经纤维平均直径。2结果2.1青年组大鼠海马结构总体积为85.9±14.0 mm3,中老年组大鼠大脑海马结构总体积为95.6±22.5 mm3,老年组大鼠大脑海马结构总体积为79.5±10.1 mm3,三组之间无显著性差异(p>0.05)。2.2青年组大鼠海马结构内有髓神经纤维总长度为9.1±3.8 km,中老年组大鼠海马结构内有髓神经纤维总长度为14.9±5.3 km,老年组大鼠海马结构内有髓神经纤维总长度为7.8±2.4 km。与青年组相比,中老年组大鼠海马结构内有髓神经纤维总长度显著性增加了63.6%(p<0.05);与中老年组相比,老年组大鼠海马结构内有髓神经纤维总长度显著性降低了47.5%(p<0.05)。老年组大鼠海马结构内有髓神经纤维总长度与青年组相比没有显著性改变(p>0.05)。2.3青年组大鼠海马结构内有髓神经纤维的总体积为4.3±1.2 mm3,中老年组大鼠海马结构内有髓神经纤维的总体积为5.1±1.0 mm3,老年组大鼠海马结构内有髓神经纤维的总体积为4.4±1.4 mm3,三组之间没有显著性差异(p>0.05)。2.4青年组大鼠海马结构内有髓神经纤维平均直径为0.74±0.07μm,中老年组大鼠海马结构内有髓神经纤维平均直径为0.70±0.10μm,老年组大鼠海马结构内有髓神经纤维平均直径为0.75±0.04μm,三组之间没有显著性差异(p>0.05)。第二部分1材料与方法1.1跑步训练组1.1.1 SD大鼠,14月龄,雌雄各10只,随机分为跑步训练组(雌雄各5只)和对照组(雌雄各5只);24月龄,雌雄各10只,随机分为跑步训练组(雌雄各5只)和对照组(雌雄各5只)。1.1.2跑步训练组动物每周训练5天,休息2天,每天20 min,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,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。1.1.3训练时间结束后,用Morris水迷宫进行连续5天的空间学习能力的测试,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)。1.2丰富生存环境组1.2.1 SD大鼠,14月龄,雌雄各20只,随机分为丰富生存环境干预组(雌雄各10只)和对照组(雌雄各10只);24月龄,雌雄各20只,随机分为丰富生存环境干预组(雌雄各10只)和对照组(雌雄各10只)。1.2.2将丰富生存环境组大鼠分年龄和性别放入自制大木箱中(120 cm×60 cm×50 cm)饲养,每箱10只动物。箱内除给予足够的食物和水外,放置各种形状的管道和玩具等刺激物,每周更换一次,干预时间为4个月。将对照组大鼠分年龄和性别在普通标准铁笼中(40 cm×30 cm×30 cm)饲养,3～4只/笼,只给予足够的食物和水,饲养时间为4个月。1.2.3干预时间结束后,用Morris水迷宫进行连续5天的空间学习能力的测试,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)。2结果2.1跑步训练组2.1.1 14月龄雌性跑步训练组大鼠的隐藏平台实验潜伏期均明显短于对照组大鼠(p<0.05);而两组大鼠可见平台实验的潜伏期没有明显差异(p>0.05)。14月龄雄性跑步训练组大鼠和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)。2.1.2 24月龄的雌、雄性跑步训练组大鼠与对照组雌、雄性大鼠的隐藏平台与可见平台实验潜伏期均不存在显著性差异(p>0.05)。2.2丰富生存环境组2.2.1 14月龄雌性丰富生存环境干预组大鼠的隐藏平台实验潜伏期均明显短于对照组大鼠(p<0.05,);可见平台实验的潜伏期没有明显差异(p>0.05)。14月龄雄性丰富生存环境干预组和对照组大鼠的隐藏平台实验和可见平台实验潜伏期均不存在显著性差异(p>0.05)。2.2.2 24月龄雌、雄性丰富生存环境干预组大鼠与对照组雌、雄性大鼠的隐藏平台与可见平台实验潜伏期均不存在显著性差异(p>0.05)。全文结论1.本研究在国际上首次把新的体视学方法和电子显微镜技术结合起来定量研究大鼠海马结构内有髓神经纤维的老年改变。2.首次发现老年雌性Long-Evans大鼠海马结构内有髓神经纤维总长度显著性降低。3.虽然中老年雌性大鼠海马结构内有髓神经纤维总长度较青年大鼠显著性增加的原因尚待进一步研究,但结合我们课题组以前在大脑白质与皮质中的研究结论,本研究结果进一步支持正常老年大脑的有髓神经纤维存在广泛性老年改变。4.首次获得了雌性大鼠海马结构体积、海马结构内有髓神经纤维的总长度和总体积及纤维平均直径的基本数值,这些数值为今后运用该动物模型探讨中枢神经系统退化性疾病对海马结构内有髓神经纤维的影响提供了重要的参考数据。5.短期跑步训练及丰富生存环境可使中老年雌性大鼠的空间学习能力显著提高,这一结论为今后运用跑步训练和丰富生存环境等手段来延缓老年人大脑功能下降的进程提供了重要的理论依据。