Science 上的一項最新研究發現，不愛運動，大腦會更加缺氧！
來自丹麥、瑞士和美國的研究人員，拍下了小鼠大腦中的氧氣分布：
圖中越亮的部分，代表氧氣含量越高，反之則表示氧氣較少，出人意料的是，缺氧才是大腦中的常态。
經過 20 分鍾的連續觀察，作者發現，即使在清醒狀态下，大腦中也會自發産生一系列缺氧的區域，稱之爲 " 缺氧口袋 "（hypoxic pockets）。
缺氧是常态，而大腦又是一個極其脆弱的器官，缺氧極有可能導緻腦細胞不可逆的損傷。
這可咋辦？
倒也不用太擔心——作者發現，隻要運動起來，這樣的缺氧負擔就能減少一半以上。
而對于這一發現背後的技術，論文通訊作者、羅切斯特大學神經科學家 Maiken Nedergaard 教授感到十分興奮：
這項技術爲研究阿爾茲海默症等與腦補缺氧相關的疾病，打開了新的大門，同時其與生活方式等因素之間的關系，也将有機會被揭開……
總之，爲了你的頭腦能一直保持清醒，還是得多多運動……
運動改善腦部缺氧
我們的大腦，是耗氧量極大的器官，以僅約 3% 的重量消耗了近三成的氧氣。
但它又十分脆弱，一旦氧氣缺乏，腦細胞就會出現不可逆的損害，損害的具體途徑包括但不限于以下幾點：
氧化磷酸化無法進行，導緻能量缺失和功能喪失
介導凋亡信号調節，釋放特定蛋白酶使細胞進入不可逆的凋亡程序
引起自由基的增加，損傷細胞膜、蛋白質和 DNA
細胞外興奮性氨基酸大量釋放堆積引起鈣離子内流，使細胞内遊離鈣超載
……
而 Science 這項研究又表明，缺氧的現象在大腦中，是天然存在的。
具體來說，研究人員使用生物發光氧指示劑，對清醒小鼠的大腦皮層進行了氧成像。
他們觀察到，在沒有任何外部刺激的情況下，大腦皮層的氧合狀态也并非恒定，而是動态變化的。
作者還發現了一些局部區域，這些區域的氧分壓水平比周圍組織低，即所謂的 " 缺氧口袋 "。
在這些缺氧口袋中，氧氣的分壓隻有 11 毫米汞柱（mmHg），遠低于 18mmHg 的腦缺氧阈值。
而且缺氧口袋出現的頻率還不低，僅僅 20 分鍾就有 200 個左右，還經常重複出現在同一區域。
進一步地，研究人員對這些缺氧口袋的形成原因進行了探究，結果是與局部毛細血管流動的中斷有關。
他們把直徑 4 微米的微球注入小鼠的血液中，以模拟和研究毛細血管流動受阻的情況，它們會在大腦的微循環系統中引起局部的血流中斷。
由于血液流動的中斷，氧氣無法有效地輸送到受影響的腦區，導緻這些區域的氧分壓下降，形成了缺氧口袋。
實驗觀察到，微球注射後，缺氧口袋的數量雖然有所減少，但每個口袋的覆蓋面積卻增加了。這可能是因爲微球阻塞了多個毛細血管，導緻相鄰的缺氧口袋合并成一個更大的區域。
此外，微球引起的血流中斷還可能導緻局部的血液重新分布，進一步影響周圍區域的氧合狀态。
而大量研究顯示，腦血流量的減少與認知功能下降之間存在着緊密的聯系——腦内毛細血管堵塞，升高了阿爾茨海默症等疾病的患病風險。
這可怎麽辦是好……作者很快想到，在靜息狀态下大腦會天然缺氧，那動起來會是什麽樣呢，并緊接着就進行了探究。
結果可以說是給人們吃上了一顆定心丸——改善這種缺氧口袋的方法十分簡單，隻要運動就可以了。
研究者們将小鼠分爲三組，分别在 KX 麻醉狀态下、清醒靜止狀态下和清醒運動狀态下進行實驗，分析了在不同狀态下收集的數據，比較了缺氧口袋的數量、覆蓋面積、持續時間和大小。
他們發現，在運動狀态下的小鼠大腦皮層中，缺氧口袋的數量和影響範圍顯著減少，減少幅度約爲 52%。
看到這裏，或許你有一個疑問——運動難道不會消耗更多氧氣嗎，怎麽缺氧口袋反而變小變少了一大半呢？
前面說過，缺氧口袋的形成與血液循環有關，進一步研究表明，剛好與阻塞相反，血管擴張可以減少缺氧口袋的數量和覆蓋面積。
作者通過給小鼠吸入二氧化碳的方式對其血管進行了擴張，結果發現在吸入開始後氧分壓開始增加，缺氧口袋的數量和面積都出現了明顯下降。
而運動也是可能導緻大腦中血管擴張的一個重要原因，增加了血流量，改善了氧氣的局部供應，從而減少了缺氧口袋的形成。
此外運動時心髒泵血也會增強，血液循環加快，從而提高了氧氣和營養物質輸送到大腦的效率。
看到這，你是不是覺得自己也該邁開腿、動起來了呢？（手動狗頭）
熒光技術将揭開大腦更多秘密
對于這一結果的發現，研究中運用到的生物熒光技術功不可沒。
具體來說，作者使用的是一種名爲 GeNL（Green enhanced Nano-lantern）的由基因編碼的熒光氧指示劑。
它結合了熒光素酶的活性和熒光蛋白的特性，用于實時監測活體組織中的氧分壓，克服了傳統氧測量技術在空間和時間分辨率上的限制。
GeNL 由熒光素酶 NanoLuc 和熒光蛋白 mNeonGreen 組成，前者可以催化底物 furimazine（呋喃嗪）的氧化反應，反應過程中會産生光；後者則起到了熒光放大器的作用。
利用基因工程技術，研究者将 GeNL 導入到了小鼠的星狀膠質細胞，并在小鼠頭部創建了一個透明的顱窗，以便進行大腦皮層的實時成像。
研究者們使用專門的生物發光成像系統來檢測和記錄由 GeNL 産生的光信号。這個系統能夠将光信号轉換成圖像，從而監測大腦皮層中的氧分壓變化。
這篇論文中的所有發現，都是這樣一套流程下的産物。
或許這項研究還需時日才能推廣到人類，但适當地動一動，總歸是沒壞處的。
論文地址：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn1011
參考鏈接：
https://healthsciences.ku.dk/newsfaculty-news/2024/03/new-imaging-method-illuminates-oxygens-journey-in-the-brain/
— 完 —
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