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过量运动真能“烧”脑,还会降低认知功能,这才是最适合的运动量!

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过量运动会给人体带来复杂的影响,其中一个影响是导致认知障碍。

生活中的一些事情常因为足够日常,而变得十分重要,比如睡眠、饮食和锻炼。

从近年来数之不尽的论文中,我们可以真切地感受到睡眠、饮食“牵一发而动全身”的威力。

其中很多研究都在透露一个观点:“适度”,或是“过犹不及”。例如,过度睡眠反而会影响大脑功能等。

锻炼也是如此,适当的运动可以缓解认知衰退,而运动量过大就会增加身体负荷,导致肌肉疲劳、心血管功能障碍等。

来源:Unsplash

而根据一项近期发表于《细胞代谢》(Cell Metabolism)的研究,中南大学湘雅医院的研究人员发现,过量运动还和认知能力下降有关。

我们通常会用锻炼时间、消耗的卡路里数来评估自己的锻炼情况,而研究人员则会用MET来表示日常运动量。

MET意为代谢当量(Metabolic Equivalent of Task),表示的是身体进行一项活动时的能量消耗相对于静息状态的倍数。

比如,散步的能量消耗约为静息状态下的3~6倍,就可以用3~6 MET表示。跑步、骑车的能耗通常会大于6MET。

来源:Unsplash

在新研究中,中南大学研究团队分析了来自英国生物银行(UK Biobank)超过31万名参与者的数据。

排除掉多种因素的影响后,他们发现活动量最高一组的人在各个认知领域的标准化得分,都会明显低于整个人群的平均值。

他们的发现也再次证实,总体力活动与认知障碍风险的关联呈一条J型曲线,最佳的总体力活动量为3972 MET-min/周。

如果将一个人一周所有的活动都折算为散步,大概就相当于每天散步3.1个小时左右。

不过只要时间合适,剧烈运动也不会影响认知。研究人员十分贴心地给出了适合不同的群体的剧烈运动量,超过这个数值就可能会影响认知了。

其中,女性是1013 MET-min/周,男性是1368 MET-min/周,老年人(大于等于65岁)是1165 MET-min/周,而年轻人(65岁以下)为1418 MET-min/周。

这项发现也十分符合世界卫生组织(WHO)给的运动建议,即每周至少进行75至150分钟的剧烈运动,可以减少死亡风险,且不会损害认知能力。

01

马拉松真“烧”脑

不过,过量运动究竟会如何影响大脑呢?

今年3月,在一项发表于《自然·代谢》(Nature Metabolism)的研究中,西班牙巴斯克大学的科学家发现一次长时间的剧烈运动——马拉松,足以让人脑发生一些明显的变化。

当前男子马拉松纪录的保持者是肯尼亚运动员Kelvin Kiptum。在2023年的芝加哥马拉松比赛中,他曾用2小时35秒跑完了全程。不过对于大部分参赛者来说,跑完42.195千米,一般需要4.5个小时左右。

来源:Unsplash

当参赛者调整呼吸,适应奔跑的节奏,全力以赴去完成这段旅程时,他们的身体也会调动全身能源。肌肉、肝脏和大脑中的糖原会先消耗完,下一个接力者是脂肪。

在人体内,脂肪占比很高,可以很好地为长时间的耐力运动提供持续的能量支持。

在《自然·代谢》论文中,研究人员关注了一种特别的脂肪:神经元髓鞘中的脂类。在大脑中,髓鞘会包裹神经元的轴突,当轴突髓鞘越厚时,它们传递神经信号的速度通常会更快。

一些科学家已经发现,这种厚度变化可以调节神经信号的传递,让不同脑区的神经元的电活动实现同步,从而增强学习和记忆能力。

由于髓鞘是一层层地包裹着轴突,研究人员正在借助磁共振成像技术(MRI)和算法,了解层与层之间的水分含量,从而确定髓鞘的含量。

在一次马拉松比赛前48小时内,他们构建了10名受试者的脑髓鞘水含量(MWF)图谱。随后,他们在比赛后2天、2周和2个月后又分别测了受试者的脑髓鞘水含量。

未比赛前,受试者大脑中的脑髓鞘含量大致相同,但在马拉松比赛后,他们的两个脑半球中的白质均出现了广泛的髓鞘丧失,且损失程度相当。

而这种损失涉及12个白质区域,包括脑桥交叉束、皮质脊髓束,以及前放射冠、后放射冠等。

定量分析显示,脑桥交叉束、皮质脊髓束的MWF信号分别下降了28%和26%。

这些区域主要参与运动功能的协调,以及大脑和小脑信息的整合。而前、后放射冠主要参与感觉情绪的整合。

需要补充的是,MWF信号测的髓鞘减少,相比于真实的髓鞘减少——通过离体组织检测获得——通常会更多。所以真实的损害可能没有那么多。

12个白质区域的变化(来源:《自然·代谢》论文)

另外值得庆幸的是,这种损失是可逆的,只是恢复得较慢。

研究人员发现,比赛结束2周之后,这种损失部分恢复;而等到2个月时,则可以完全恢复。

这似乎意味着,在大脑中,髓鞘就像一个储存能量的零钱包,在大脑缺乏营养物质时可以随时取用。

受试者大脑中的髓鞘在马拉松比赛前后的变化(来源:《自然·代谢》论文)

不过,研究人员列举了两种真实的病理情况,首先是在神经性厌食症患者中,饮食的匮乏(身体没有糖原等)会导致认知障碍。这些患者的灰质和白质髓鞘会发生改变,它们之间连接性也会有明显改变。

另外是关于肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 遗传易感人群,剧烈的体育活动通常是导致罹患这种疾病的一个风险因素。

他们总结道,规律的、中等强度的锻炼活动是维持大脑终生健康的关键因素。

02

损害认知

在《细胞代谢》的论文中,中南大学的研究人员则发现过度运动带来的大量乳酸,会损害认知功能,并揭示了其中一条详细的信号通路。

通过一些小鼠实验,他们观察到与适度运动的小鼠相比,过度运动(每周运动量达到450 MET-min)的小鼠在一些有点挑战性实验中的活动时间明显更短。

这显示它们的学习和记忆的能力,似乎出现了损伤。这种损伤可以一直追溯到小鼠的海马。

研究人员发现,这里神经元树突棘(树突表面的小突起)密度会明显降低,包括蘑菇状树突棘和细长树突棘。它们分别对应稳定的突触、新形成的突触等,对于大脑学习和处理新信息,以及记忆存储等十分重要。

研究人员还观察到了过量运动小鼠和适量运动小鼠的一个关键差别。在前者身体的另一端——肌肉中,线粒体会产生更多的出芽结构,并且通过这种方式释放更多囊泡。

他们发现这个过程主要受到过量运动导致的大量乳酸的影响。而短时剧烈运动(15-45分钟)只会导致乳酸短暂增加,囊泡释放并不明显,只有长时间剧烈运动,一般超过60分钟才会刺激囊泡大量释放。

让人惊讶的是,这些囊泡可以顺着血液循环,跨越一长段距离,并穿过血脑屏障,进入小鼠的海马中。实际上,过量运动本身也会增加血脑屏障的通透性,进一步促进这类囊泡进入大脑。

这种囊泡名为otMDV,它们有一些明显的特征,比如含有更多线粒体DNA,表面存在一种标志物——血小板活化因子(PAF)。如果给小鼠持续注射这种囊破长达8周,它们的认知功能会开始下降。

线粒体出芽(左)和分泌的囊泡(右)

而原因正是,这些囊泡破坏了海马中神经突触的密度、形态和突触标志物的表达,进一步导致了小鼠的认知功能下降。

在论文中,研究人员表示,otMDV是一个独立的、过度运动诱发认知功能障碍的危险因素。它的增加和流体智力、数字记忆能力,呈现为明显的负相关。

大脑是一个高耗能的器官,其中很多能量都会用于突触功能的加强、构建等等。而缺乏能量的神经突触将会迎来萎缩甚至消失的命运。而海马中突触密度降低,也和能量供应有关。

而囊泡中的线粒体DNA和PAF,都会影响海马神经元突触区域的能力供应。在神经元的轴突中,存在一种“静态锚定蛋白”,这种蛋白会将线粒体固定在靠近突触的微管上。

研究人员的观察发现,PAF可以作用于这种蛋白,占据线粒体锚定的位点,进而影响能量(也就是ATP)的产生和损害突触。

另一方面,线粒体DNA会激活一条相对复杂的信号通路,抑制海马中原有的线粒体向突触转移,进一步降低对突触的供能。

研究人员在小鼠实验中设置了3组,过量的剧烈活动会导致线粒体出芽 图片来源于论文

运动影响大脑认知的整个过程可以概括为,过量运动导致乳酸增加,促进囊泡otMDV的释放,这些囊泡进入海马后会影响其轴突中的线粒体,导致供能异常,突触异常和认知能力下降。

不过,研究人员发现PAF的中和抗体可以缓解海马中的这种能量不足,从而抵消这些影响,这个发现或许可以指导后续的药物开发等。

过量运动导致认知功能障碍的完整机制 图片来源于论文

但研究人员也提示,考虑到过度运动带来的影响过于庞大,这种复杂性可能会掩盖新发现的机制。

而对于每一个喜欢运动的人来说,想知道自己是否运动过量,单看MET值或许也并不准确,他们认为还需要结合炎症标志物、乳酸水平以及临床症状。

最后,重要的事情再说一遍:规律的中等强度锻炼是维持大脑终生健康的关键因素。

文章来源:“环球科学” (id:huanqiukexue)

本文来自微信公众号“环球科学”(id:huanqiukexue),如需转载请联系 newmedia@huanqiukexue.com

参考资料:

[1] https://www.nature.com/articles/s42255-025-01244-7

[2] https://www.cell.com/cell-metabolism/abstract/S1550-4131(25)00486-3

[3] https://www.qk.sjtu.edu.cn/tn/EN/10.1186/s40035-023-00341-5?refererToken=dbf085da0a244f5599b7eec8481d40a5

[4] https://www.frontiersin.org/journals/aging-neuroscience/articles/10.3389/fnagi.2021.755665/full

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