真的这么简单-4: 锻炼可以保护和完善大脑
前期提要
真的如此简单-2: 有力的握手不仅仅是真诚-可助死亡风险降低
上期问题的投票及正确答案：
△第一题的正确答案应该是，跑步可以减少膝关节的损伤。
△第二题的正确答案应该是第四个，跑步对所有年龄段的膝关节均有益处。
本期话题：
锻炼，特别是跑步，有保护和完善大脑的作用。
人类的大脑是最发达的，从神经突触的网络交织和神经元的发达程度来讲，它可以说是最完美的。人脑有1300克重，而与我们700万年前是兄弟的大猩猩，或者再远一点的猿，它们的大脑只有300克。所以，在灵长类动物中，人类的大脑是最发达的。我们有最复杂的思维和认知能力，我们还有感情。我们大脑有强大的可塑性，也就是它可以去改变，或者去修复、去完善自己的功能。
但是我们的大脑又是最脆弱的，它对外部环境、以及对机体的衰老非常敏感。在衰老的过程中，大脑的功能会降低。同时，当大脑缺血的时候，它很容易造成神经元不可逆的损害，所以它非常脆弱。此外，大脑和机体一样，会随着我们生命周期的不断前进，而不断衰老，表现为神经元的减少、修复能力的降低，记忆力、判断力、学习能力的降低。
大脑和机体一样，可以通过某些方法，现在最可靠的就是通过锻炼，来延缓衰老，激活重塑能力，提高大脑功能。下面就跟大家来一起分享，我们怎样防止大脑的损伤或者衰老，怎样重塑/完善大脑的功能？
（△ 跑滚轮的大鼠）
如果放几个滚轮在野地里，野老鼠也会上来跑几圈。如果在一个笼子里放上滚轮，在滚轮里跑的大鼠，和旁边不放滚轮、不运动的大鼠，它们辨别盲道的能力、记忆学习的能力都有显著差别，经常去跑滚轮、去锻炼的大鼠更聪明。
大脑的结构通过锻炼是可以改善的，大脑的发达程度是可以改善的。神经介质，也就是释放出的化学信号或者电信号，也是可以增强、可以改善的。还有，神经元里的线粒体，它是小发动机，它也可以随着锻炼量和强度的增加而增加，像肌肉里的线粒体一样。再有就是供应大脑的血管，它们也会更发达。这些都有非常好的科学证据，特别是影像学证据和化学检测的证据提示了以上这几点。
在人类，如果每周跑三天，坚持三个月，就可以看到那些走向衰老的老年人的海马回，也就是掌握着记忆、判断以及学习能力，甚至情感能力的一个关键结构，它的萎缩被停止、或者逆转了，甚至是长出了新的神经元。所以，跑步可以激活神经元的再生，可以通过锻炼让新的神经元增加2倍~3倍，而且加速神经元的成熟，同时让神经元突触所形成的网络更加丰富，这些突触的完善对我们来讲非常重要。
我们的神经元数目在800亿到1000亿，实际上使用得非常少。但是，在几个关键大脑结构的部位，如果出现了衰老、萎缩、神经元的丢失，会造成我们一系列的疾病。
（图1：大鼠大脑的组织切片，绿色代表神经元）
图1中，对照组是不锻炼的，给它信号后，它神经元的激活现象是比较松散的。而旁边一组是跑步的，新生的神经元以及活跃的神经元显然比旁边的对照组要强大得多，各种刺激下它反射的状态，是有明显差异的。
大脑的神经是可以重塑的，效果就是改善记忆力，提高我们对信息的区别力以及我们的判断力——信息是真是假，有用无用？并提高我们对信息的区分力——这个信息是关于健康的，这个信息是关于金融、关于工作的，我们可以很好地区分开，不交织在一起。我们对时间/空间的判断力也是增强的——比如认路，对时间的掌控，都是大脑神经元决定的。而锻炼可以增强我们的这些能力。还有我们对信息数字的处理能力——我们对数字的处理能力是可以通过锻炼加强的，这就让我们变得更聪明。
同时，锻炼还可以让我们更快乐，让我们的情绪改善。首先，锻炼可以降低焦虑和抑郁。在中间涉及到两种非常重要的物质，一个是谷氨酸，一个是氨基丁酸，这两种介质在锻炼的时候都会增加。它们在我们循环系统里都有，但是在跑步的时候，大脑就上调了谷氨酸的受体，谷氨酸可以让大脑兴奋的信号传导，让我们兴奋起来。另一种是氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA），跑步之后其受体在大脑中上调，它抑制信号的传导。我们的大脑里有很好的协调系统，兴奋的受体上调，让我们可以兴奋起来，不那么抑郁；抑制的受体上调，把焦虑感或者过于敏感的感觉压住，减缓不必要信号的传输。这非常有意思，我们的机体非常神秘，单从外界人为加入这些因子，是没有办法达到如此协调的效果的。
同时，锻炼还可以调节一系列的神经递质，它会让很多神经递质出现上调或者下调。比如多巴胺，在我们跑步的时候，刚进入跑步的状态，我们可能感觉到一种疲劳、不舒服，感觉到痛苦；慢慢跑起来以后，会感觉到痛苦减少了。为什么呢？内啡肽——内源性的吗啡/内源性的鸦片，这种介质开始上调了，它让我们减少痛苦。当你跑过10分钟，相当于热身以后，中枢神经系统就会释放出更多的多巴胺，让我们欣快。当你跑完步以后，这种欣快感还继续延续，你的多巴胺可能在一天之内的分泌量都是增加的，让你非常兴奋。
还有血清素，或者是5-羟色胺（serotonin），这种介质也可以调节我们的愉快感，或者让我们减少那些抑郁感、让我们不去痛苦。
此外，还有去甲肾上腺素，以及内源性的大麻素。大麻可以让我们产生镇静、欣快的感觉，抵抗痛苦。而我们大脑里就有这样的介质，叫内源性大麻素，还有内啡肽。还有，锻炼可以降低犬尿酸，而犬尿酸的增加会让我们抑郁，所以犬尿酸降低了，抑郁会得到缓解。
（图2）
锻炼后，在大脑里发生了什么？图2展示了锻炼给大脑带来的一系列事件。在大脑里，锻炼后，神经元的再生增加。还有，锻炼可以让神经元快速成熟。也就是锻炼可以刺激干细胞，让我们再生更多新的神经元，而神经元出现以后，又让它成熟。成熟的表现就是神经元的突触发展成熟，形成网络。锻炼可以让海马回、脑灰质、额叶、颞叶增大，也就是神经元更多了，其中，海马回是掌握我们认知、学习能力、记忆能力的主要部位。锻炼的时候会分泌几种物质，比如脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）上升，让神经元再生增加；成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）；同时，也刺激一系列的辅助细胞，包括神经细胞、神经元细胞再生；还有血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），让血管更发达，更好地营养大脑的神经。如果我们静止不动，血管就会像冬天的树枝一样枯萎掉。而如果锻炼，血管网络是更丰富的。
锻炼还有一个作用，就是让周边的组织支持大脑，去保护它、去完善它。第一个就是肌肉，在我们锻炼的时候，肌肉因子（myokines）分泌增加，比如组织蛋白酶分泌增加，它可以越过血脑屏障，进入大脑，增加大脑可塑性，也就是让神经元可以再生，可以按照良好的结构排列，形成合理的突触；还有鸢尾素（irisin），最早是在大鼠肌肉里发现的，鸢尾素可以通过血脑屏障进入到大脑，刺激大脑的星形胶质细胞、小胶质细胞，分泌脑源性神经营养因子（BDNF），而BDNF可以刺激神经元的生长，刺激突触网络的形成；还有白介素-6（IL-6），IL-6的提高可以形成一个淋巴因子的网络系统，可以刺激我们减少炎症，这是非常有意思的一个悖论——IL-6是一个炎症因子，它怎么能减少炎症呢？原来它可以刺激IL-10的分泌增加，从而压制炎症。如果你是一个自身免疫性疾病的患者，比如类风湿关节炎的患者，那么，通过锻炼，你的炎症水平是可以压制下去的，就是这个道理——先是IL-6上升，之后IL-10上升，让你的炎症可以压下去。
再看肝脏发生了什么？肝脏可以分泌β-羟基丁酸（β- Hydroxybutyrate，BHA），它是一种酮体，是糖代谢中间，三羧酸循环中间的一个副产物。β-羟基丁酸可以进入大脑，刺激BDNF的分泌，促进神经元再生。此外，还有胰岛素样生长因子（insulin-like growth factor-1，IGF-1），它可以替代胰岛素，参与糖代谢、能量代谢，但是它进入大脑后，可以刺激神经元的再生。
很多人说，既然胰岛素样生长因子可以刺激神经元再生，那我们打到体内不就完了吗？但是令人非常吃惊的是，相关研究得出来的数据很不一致，而且有的是矛盾的，有的说可以增加神经元的增长，有的说可以起到反作用。这就是一个神秘的地方——我们的机体有非常好、非常完美的调节系统，体内胰岛素样生长因子的上调、增加，是可以完美实现神经再生的，而外源性的打入却很难做到这一点。
在锻炼的时候，会消耗脂肪，脂肪在供应我们能量的同时，还分泌了一系列的脂肪因子（adipokines），其中有一个因子就叫脂联素（adiponectin）。脂联素也可以通过血脑屏障，增加神经元的再生，同时可以调节情绪。还有，在我们运动的时候，脂肪组织在IL-6之后就分泌了IL-10，也就是肌肉分泌的IL-6，诱导了IL-10的分泌，而IL-10是非常好的抑制炎症的一个因子。衰老过程和微炎症有关，而IL-10是可以压制微炎症的。
所以，在运动之后，可以诱导一系列的神经修复和神经再生的机制。同时，当我们锻炼的时候，肌肉、肝脏、脂肪都分泌出一系列因子促进神经元再生，起到保护和完善大脑的作用。
而且，现在有非常强的证据表明，锻炼是可以改善这几种疾病的：
·老年痴呆（Alzheimer disease）
·焦虑（anxiety）
·自闭症（autism）
·多发性硬化症（multiple sclerosis）
·帕金森病（Parkinson disease）
·创伤后应激综合征（post traumatic stress disorder，PTSD）
·失忆症（dementia）
·抑郁（depression）
·癫痫（epilepsy）
·舞蹈症（Huntington disease）：该病目前没有治疗方法，只有通过锻炼。
·精神分裂（Schizophrenia）
·脑卒中（stroke）
·物质滥用（substance abuse）：烟草、酒精、安非他命、可卡因，通过锻炼可以减少它们的依赖性，帮助戒毒。
·脑损伤（traumatic brain injury）
以上这一系列的神经系统疾病都是可以通过锻炼来缓解的。
锻炼可以保护、完善我们的大脑，但是背后有很复杂的机理，科学家们还在不断地揭示背后的机理。我们在学习这些知识后，都会恍然大悟地感叹：原来如此！我们完全可以阻止大脑的衰老，让它和机体的衰老一样，可以延缓。
我们的机体非常神奇——它协同和协调的机制极其完美。科学家可以把体内的关键因子和分子因素都找到，我们常常认为外源性的给机体一些因子，比如吃啥补啥，少什么就补什么，可以带来效果。但是，大部分的研究都让我们失望了，达不到预想的效果。比如，刚才讲的IL-6，外源性的IL-6打进人体，就立刻引发炎症风暴。但是，通过锻炼肌肉产生的IL-6，它对我们整个内环境的稳定，包括诱导出抑炎因子IL-10的产生，减少微炎症，这样的作用就非常明显，同时还有一定程度的直接或间接保护神经元的作用。再比如，胰岛素样生长因子，外源性的打进去达不到应有的效果，但是锻炼产生的胰岛素样生长因子的上升，就可以刺激新神经元的产生和成熟。所以，我们通过锻炼产生的这些内源性的一系列因子，通过机体的内部协同和调节，恰到好处地让我们的机体，特别是大脑受益。
小结：
锻炼不单单可以强健肌肉，通过锻炼，可以起到保护神经元的作用，让新的神经元再生。特别是跑步，跑步之后这一系列的变化，可以起到延缓衰老、修复损伤、完善大脑、让神经元更丰富的作用。
所以，生命在于运动是有道理的。希望大家通过运动，实现精神的健康和躯体的健康。
参考文献：Cold Spring Harb Perspect Med 2018;8:a029736