在类似超级马拉松的锻炼后，大鼠的大脑皮层仍能保持神经可塑性以及对氧化应激和炎症的抵御能力

《Brain Research》：The rat cerebral cortex maintains neuroplasticity, oxidative and inflammatory resilience following ultramarathon-like exercise

【字体：大中小】 时间：2026年07月23日 来源：Brain Research 3.2

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　　摘要超级马拉松比赛与大脑功能的变化有关。我们此前研究发现，有氧条件下的高强度训练会导致大鼠小脑出现氧化应激。而模拟超级马拉松的极限测试则会改变GFAP蛋白的表达模式，表明星形胶质细胞的反应能力下降。本研究旨在探讨此类氧化应激及星形胶质细胞反应是否也会出现在大脑皮层中。研究将成年雄

摘要

超级马拉松比赛与大脑功能的变化有关。我们此前研究发现，有氧条件下的高强度训练会导致大鼠小脑出现氧化应激。而模拟超级马拉松的极限测试则会改变GFAP蛋白的表达模式，表明星形胶质细胞的反应能力下降。本研究旨在探讨此类氧化应激及星形胶质细胞反应是否也会出现在大脑皮层中。研究将成年雄性大鼠分为四组：对照组、对照组加极限测试组、高强度训练组以及高强度训练加极限测试组。这些大鼠每周在跑步机上训练五次，持续12周，每次训练时间不超过90分钟。研究人员检测了大脑皮层的GFAP表达水平、活性氧种类、超氧阴离子、一氧化氮、GSH、GSSG、IL-1β、PSD-95、磷酸化的ERK1/2、JNK1/2和CREB蛋白含量，以及超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性。高强度训练提升了SOD和CAT的活性，且这一效应并未因极限测试而改变。高强度训练还提高了GSH/GSSG比值，降低了NO的产生，但对活性氧、超氧阴离子和IL-1β的水平没有影响。p-ERK1/2/总ERK1/2比率、p-JNK/总JNK比率、p-CREB和PSD-95的水平在高强度训练后并未发生变化，而高强度训练后再进行极限测试则使p-JNK/总JNK比率上升。39、45、50和55 kDa大小的GFAP蛋白水平在高强度训练后升高，但在极限测试后大部分恢复到了对照组的水平。大脑皮层对高强度训练引发的氧化损伤具有抵抗力，其氧化还原平衡和GFAP蛋白表达水平上升，NO水平下降，同时神经可塑性相关神经化学标志物也保持稳定。大多数由训练引起的变化在极限测试后要么消失要么保持不变，这表明类似超级马拉松的比赛能够在该大脑区域引发有益的适应性反应。

引言

超级马拉松是一种高强度的跑步运动，越来越受到那些寻求挑战的运动员的青睐（Jastrz?bski等人，2015年）。尽管这种运动的实际强度处于中等水平，但关于其可能带来的不良影响，目前仍存在许多未解之谜（O’Keefe等人，2020年）。

从全身影响来看，超级马拉松通常会导致生理疲劳、肌肉损伤以及心脏和肾脏功能受损（Jastrz?bski等人，2015年；Perrotta等人，2022年）。有研究认为，超级马拉松还会给肝脏带来巨大压力，即便在健康人身上也会导致急性但可逆的肝细胞损伤（Wu等人，2004年；Shephard和Johnson，2015年；Tiller和Stringer，2023年）。不过，目前还不清楚长期的高强度训练是否能够改变这个高度活跃器官的氧化状态。

参与超级马拉松的人还表现出寿命缩短（O’Keefe等人，2020年）、认知能力和情绪改变，以及脑容量出现可逆性变化（Anglem等人，2008年；Freund等人，2012年；Krokosz等人，2020年；Ozdurak Singin等人，2021年）。最新研究还发现，超级马拉松跑步会显著降低人类大脑中与运动协调、感觉处理和情绪整合相关的多个区域的髓鞘含量，不过这种变化是可逆的（Ramos-Cabrer等人，2025年）。这些神经结构的变化被认为可能与髓鞘脂质在极端代谢条件下作为胶质细胞能量储备的功能有关。因此，这些现象被视作一种新的代谢可塑性形式，有助于强化轴突的能量代谢和大脑功能。健康成年人心血管功能的变化也与超级马拉松引发的其它神经学效应有关（Perrotta等人，2022年）。

众所周知，不同的大脑区域对过度体育锻炼的敏感程度各不相同（Chalimoniuk等人，2015年）。超级马拉松后体积发生变化的大脑区域与运动、运动规划以及多种认知功能密切相关（Freund等人，2012年；Ozdurak Singin等人，2021年）。不过，目前针对长期高强度训练对星形胶质细胞功能标志物以及氧化和炎症反应的影响的研究还十分少见（Sangüesa等人，2022年）。

我们团队之前的一项研究探讨了为期三个月、包含中等强度和有氧训练的高强度训练计划，无论是否搭配模拟超级马拉松的极限测试，对成年大鼠小脑的影响。研究结果表明，高强度训练会引发氧化应激，而在极限测试之后还会改变GFAP蛋白的表达模式，这说明星形胶质细胞的反应能力出现了下降（De Souza等人，2020年）。小脑中的星形胶质细胞与整个大脑皮层中的星形胶质细胞有所不同（Lee等人，2020年），后者即便面对氧气浓度变化或百草枯等农药引发的氧化应激，也比小脑中的星形胶质细胞更具抗损伤能力（Wang和Michaelis，2010年；Bhatia等人，2019年）。此外，还有研究指出，大脑皮层神经元对甲基汞、缺血再灌注等损伤也具有更强的抵抗力（Kaur等人，2007年；Scorziello等人，2001年）。

开展这项研究的主要目的是验证这样一个假设：整个大脑皮层对长期高强度训练以及超级马拉松带来的影响具有抵抗力。由于目前关于长期跑步对中枢神经系统神经化学参数影响的了解仍然有限，关于神经细胞可能受到的损伤，仍有许多问题尚未得到解答。因此，本研究的目标包括：1）探究有氧条件下的高强度训练是否能够改变大脑皮层的氧化还原平衡和炎症状态；2）分析这些变化是否会影响与活化星形胶质细胞表型相关的信号传导通路以及GFAP蛋白的表达；3）探索与后续超级马拉松比赛相关的神经可塑性机制；4）评估单纯高强度训练对肝脏抗氧化状态的影响。

章节节选

实验动物

本研究共使用了50只60天大的雄性Wistar大鼠，这些大鼠来自巴西帕拉伊巴联邦大学的动物饲养中心，其使用过程遵循了巴西伯南布哥联邦大学动物伦理委员会事先批准的实验室动物使用规范和标准（编号为0048/2023）。

这些大鼠的饲养环境为：采用反向光照周期，即晚上6点开始照明，每天有12小时的光照时间，同时饲养场所的温度也处于可控范围内。

统计分析

研究首先使用Shapiro-Wilk检验来判断数据是否服从正态分布。大部分检测参数都呈现正态分布特征，因此研究者们使用双因素方差分析来判定统计上的显著性差异，随后再通过Newman-Keuls或Tukey多重比较检验进一步分析。对于那些不呈正态分布的数据，则采用Kruskal–Wallis检验，必要时再通过Dunn检验进行多重比较。当只需要比较两组数据时，则使用t检验。

食物摄入量与体重变化

不同组别之间的食物摄入量没有明显差异（每组25只大鼠）。到第12周时，高强度训练组大鼠的体重明显低于对照组，这一结果如图1B和IC所示。随着时间的推移，各组大鼠的体重都按照正常的生长曲线逐渐上升[F(3, 47) = 88.25，p = 0.002]。对照组在第1周和第8周之间、以及第1周和第12周之间的体重也存在显著差异（p分别为0.035和0.0175）（见图1）。

讨论

开展这项研究的主要目的，就是验证这样一个假设：有氧条件下的高强度训练所引发的大脑皮层的抗氧化反应和星形胶质细胞反应，会比小脑的反应更为强烈（De Souza等人，2020年）。研究结果支持了这一假设，因为无论是高强度训练还是模拟超级马拉松的极限测试，都能提升大脑皮层的抵抗能力，并使其氧化还原平衡发生适应性变化。

结论

为期最多三个月、强度适中的高强度训练能够提升大鼠大脑皮层的抗氧化能力，从而保护该区域免受氧化应激的伤害。与此同时，四种不同分子量的GFAP蛋白水平也有所上升，而一氧化氮的生成量则有所下降。不过，这种训练方案并没有改变p-ERK1/2/总ERK1/2比率以及p-JNK/总JNK比率，其他神经化学标志物如p-CREB和PSD-95的水平也均未受到影响。

作者贡献说明

Lílian Vanessa da Penha Gon?alves：论文撰写——审阅与编辑、论文撰写——初稿撰写、方法学研究、实验实施、数据分析。Arthur Vinicius da Silva Cabral：方法学研究、实验实施。Daniele de Souza Andrade：方法学研究、实验实施、数据分析。Daniel Costa de Santana：方法学研究、实验实施。Joelson Germano Crispim：方法学研究、实验实施。Fernanda Priscila Barbosa Ribeiro：方法学研究、实验实施。Marry Aneyts de Santana Cirilo：方法学研究、实验实施。

未引用参考文献

Bellezza等人，2018年；Brockett等人，2015年；Buffo和Rossi，2013年；Gomez-Cabrera等人，2008年。

利益冲突声明

所有作者均声明，自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了巴西联邦研究生教育支持与评估机构（CAPES，资金编号001）、巴西国家科学技术发展委员会（CNPq，项目编号426342/2018-6）、PROPG-UFPE项目（编号09/2023）、伯南布哥州科学和技术支持基金会（FACEPE）、CNPq/SECTICS/CAPES/FAPs项目（编号46/2024，属于da GLIA研究小组）。Lilian Vanessa Penha Gon?alves还获得了CNPq提供的奖学金。本文的英文版本还经过了

巴西伯南布哥联邦大学生理学与药理学系，累西腓市

摘要

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