1990年代中期,一群科學家決定觀察大腦的哪一部分受運動的影響最大。研究開始前,他們猜測大腦皮質和小腦(位於脊髓與大腦相交的位置),對於協調身體運動都很重要。因此,運動對這些區域的影響自然也是最大的,就像跑步對心血管健康的影響,要大於對肌肉力量的作用一樣。
這個研究以觀察老鼠在籠子中奔跑時,大腦的哪一部分產生最多腦源性神經營養因子(BDNF)為起點。奇怪的是,檢查小鼠的大腦時,科學家發現產出最多BDNF的地方,居然既不是大腦皮質也不是小腦,而是大腦的記憶中心海馬迴。這個發現,成為運動能強烈影響記憶的最重要線索之一。過去十年裡的動物實驗和人類研究都顯示,我們的記憶力可以透過運動得到加強。而且實際上,運動身體對記憶的影響力,似乎是最重要的。
在整個生命過程中,大腦會持續萎縮。不幸的是,它開始得比多數人想得要早得多。
大腦約在25歲時長到最大,之後每年都會略微萎縮。當然,我們一生中都在持續產生新的腦細胞,只是細胞死亡的速度比新生速度更快。我們每天每秒會持續損失大約十萬個腦細胞,而且這是常年不停歇的。但是即便大腦中含有大約一千億個細胞,有這樣基數龐大的腦細胞可以彌補,這種損失也會因時間的推移而變得十分明顯。每過一年,大腦的體積將減少0.5%至1%。
大腦的記憶中心海馬迴,是會隨年紀增長萎縮的一個部分。我們有兩個海馬迴,兩個大腦半球一邊一個,位於兩邊的顳葉深處。其大小每年會減少1%。這樣緩慢卻穩定縮小的海馬迴,正是讓記憶隨歲月流逝而變糟的主因。
很長一段時間以來,我們以為只有酒精和藥品等物品才會對大腦產生負面影響,而且是絕對負面的、沒有任何好處的,畢竟它們會加速大腦的老化和海馬迴的萎縮。想要阻止或扭轉這種趨勢,也一度被認為不可能。但現在因為發現運動在「增加記憶力」乃至「提升整個大腦功能」上有著驚人的效果,從而提供了令人信服的證據,推翻原先的說法。
美國科學家以磁振造影掃描檢查120人的大腦,並在兩個不同時間點測量他們的海馬迴,中間間隔一年。受試者被隨機分配到兩組,並進行兩種不同類型的活動。一組是耐力訓練,另一組則是伸展之類的輕度運動,運動時心率不會提高。
一年之後,耐力訓練組變得比輕度運動組更健康。到目前為止,實驗還沒有什麼令人驚奇的結果,但海馬迴發生什麼變化呢?輕度運動組的成員,海馬迴縮小了1.4%。不過這也不足為奇,因為它每年確實會縮小約1%。
非常有趣的是,耐力訓練組的海馬迴完全沒有縮小,反而變大了2%。這些人的海馬迴不僅恢復活力,而且從體積來講更是明顯年輕兩歲,而非老了一歲!這還不是全部的結果:測試對象身體變得越健康,其海馬迴體積就越大。在那些健康狀況改善最多的人中,海馬迴的增長率超過2%。
這一切是怎麼發生的?一個不那麼合理的假設是:隨著運動越多而增加的大腦肥料BDNF 發揮了作用。也許你還記得,BDNF 能真正加強腦細胞聯繫,因此影響了我們的記憶力。所以能合情合理地說:當科學家檢查受試者腦內BDNF 的濃度,他們注意到BDNF 增加得越多,海馬迴就長得越大。
有什麼神奇的訓練計畫可以倒退大腦的衰老一年,並且使海馬迴這樣一個重要的部分再生?受試者把自行車踩得如同搖滾音樂劇《地獄蝙蝠》(Bats Out of Hell)裡那樣,或嚴格進行劇烈的長跑嗎?都不是。事實是,他們既不騎車也不跑步,唯一的運動是每週3次、每次40分鐘的散步。這說明了你可以透過每週散步或慢跑幾次,來停止甚至扭轉大腦的老化,增強記憶力!
但是,讀這類實驗結果時,應該小心謹慎地下結論—實驗是一回事,現實是另一回事。保護海馬迴免於老化,甚至恢復其活力並讓體積變大,對我們的生活意味著什麼呢?我們真的能透過運動來改善記憶力嗎?
簡短的回答是:是的,絕對能!
歷史上多個研究結果都非常明確地指向同一個答案:短期和長期記憶都能透過運動得到改善,海馬迴的衰老也可以減緩甚至獲得逆轉。
運動不足以阻止海馬迴隨著年齡增長而不再萎縮,卻也許能減緩遺傳物質的老化。
與大腦和身體內的其他細胞一樣,海馬迴的組成細胞中也有遺傳物質。我們完整的DNA 和所有基因,都存在每一個腦細胞之中。通常,基因不會隨著年齡而改變,但是它們發揮作用的方式會隨著年齡而有所變化,並導致包括大腦在內的身體器官進入衰老過程。
如果檢查不同年齡段的小鼠海馬迴細胞,就會發現有一組基因隨著動物的衰老而變化。這些基因控制著腦細胞的生長,以及建立彼此連結的能力。隨著小鼠的年齡增長,這類基因會變得不那麼活躍。這種逐步發展的基因變化,不僅使海馬迴老化,更使得整個大腦衰老。
然而,即使基因會老化,也不意味著整個細胞在凋亡的過程中一去不回頭。
研究人員曾將動物放到跑步機上進行訓練,並觀察到可以被稱為奇蹟的現象:許多基因在受到老化的負面影響時,也受到了運動的影響,而且是正面的。儘管細胞變年輕的機制還沒有被完全破解,但在動物完成實驗規定的跑步訓練後,能觀察到它們的海馬迴細胞在基因上似乎變得更年輕了。
運動對基因的影響很大,但不會即時生效。參與測試的老鼠在8週內每天都跑步,這樣的強度相當於人類在幾年內每天都堅持跑步。這也說明了,那種「偶爾跑」的運動量是不足以影響基因的。值得注意的是,那些長期堅持運動的人,不僅長出了較大的海馬迴,也使原有的海馬迴細胞恢復活力。
• 本文摘自究竟出版社,安德斯・韓森(Anders Hansen)著,張雪瑩 譯《真正的快樂處方:瑞典國民書!腦科學實證的健康生活提案》一書。
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責任編輯/Dama
如果你在一週內跑超過八百公里,你的身體會發生什麼變化?英國一名33歲的冒險王上個月創下跑步機上的世界紀錄,在一週內跑524英里,相當於843公里。雖然破紀錄非常風光,但隨之而來的卻是三天後立馬被送進醫院,代表這樣的週跑量讓身體向他狠狠地報復。
許多跑者會為自己設定週跑量,大多是以參賽目標和個人跑力為規劃基礎(延伸閱讀:週跑量幾公里? 專家提出7條計算原則),每週跑上百公里就算相當多。然而,英國格洛斯特一名冒險運動員、作家暨演說家傑米麥當勞(Jamie McDonald),在今年5月6日以一週跑524英里,打破跑步機上週跑量最長距離的世界紀錄,不料,他在短短3天後被送進醫院,主因短時間內過度訓練帶來的併發症。
對於跑者而言,多跑代表著累積經驗、累積實力,然而跑多少算太「多」﹖每個跑者心中都應該有個界限,跨過去就可能增加危險。加州大學戴維斯分校醫學中心運動醫學博士Brandee Waite、C.S.C.S.肌力與體能專家認證運動生理學家Janet Hamilton針對這起事件,分析出一週跑出524英里的話,你的身體可能會發生什麼變化。
根據當地媒體Gloucestershire Live的報導,麥當勞先生雙腳腳踝都有潛在的疲勞性骨折,Waite和Hamilton認為這只是正常發揮、可被預料。當人在短時間內太快增加跑步里程數,因為施加過多重複壓力在骨頭上,小腿和腳底通常會發生疲勞性骨折。當雙腳骨頭有壓痛、腫脹和疼痛情形,請盡速就醫,因為它可能正是常見的跑步傷害-疲勞性骨折。
麥當勞在他就醫的格羅斯特郡皇家醫院接受血液檢驗,結果出爐,他體內的紅血球竟只剩突破世界紀錄之前的一半。Waite指出,紅血球在體內與氧氣結合,負責將氧氣運輸至各組織,長距離跑者例如超馬跑者,可能發生「足部衝擊引起紅血球破裂(footstrike hemolysis)」,重複撞擊腳會導致紅血球損壞,歷經很長一段時間,這可能導致血液中的紅血球數減少,使血液攜氧能力降低,造成貧血。
依據麥當勞在破紀錄後的檢驗報告,他的肌肉酵素「肌酸激酶(Creatine kinase,CK)」是正常值的3倍。CK是什麼﹖當肌肉在運動時努力運作,肌肉組織受破壞,造成CK水平升高;Waite提醒,如果剛完成一場馬拉松時CK稍高,那倒不是什麼大問題,但若CK水平明顯飆高,那就是個問題了!
依據CK活性測定試劑盒操作手冊,CK水平增加與心肌梗塞、肌營養不良、肺栓塞及腦腫瘤等許多疾病有關,若CK水平超過正常值5倍,表示發生橫紋肌溶解症,這時細胞會釋放出名為「肌紅素」的蛋白質進入血液,可能引起腎損傷、心率不整、高鉀血症,甚至死亡。
麥當勞在嘗試破紀錄的7天內,只有約16小時的睡眠時間,更有次持續36小時沒睡。Waite表示,過度疲勞會導致身體無法保持協調、更容易受傷,或是決策失誤。此外,睡眠不足會導致胰島素阻抗,身體無法正常吸收和處理葡萄糖的能量,對恢復產生負面影響。
雖然麥當勞的例子相當極端,但一般跑者仍能對此借鏡。即便在一般的馬拉松訓練期間,也很容易因為過度訓練導致負面影響,因此,在恢復跑時一定要確實已恢復跑的配速進行、建立足夠的休息日、充足睡眠,讓你的身體在努力之後能得到應有的恢復。
資料來源/Runner’s World、《跑步的科學》、太鼎生物科技
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