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运动习惯与认知功能的关联

董玮仲  
【摘要】:研究目的:长期体育锻炼不仅可以使个体获得生理的健康效益,研究证实长期体育锻炼对个体认知功能也有促进作用。尼古丁作为成瘾物质,长期尼古丁依赖对个体认知功能有慢性的负面影响,体现在工作记忆衰退、抑制能力减弱。因此,分析运动习惯对尼古丁依赖个体认知功能的影响,有助于我们理解体育锻炼对个体认知功能的积极影响。同时对尼古丁依赖个体的肠道菌群和代谢进行微生物多样性分析和非靶向代谢组学的研究,了解运动习惯对尼古丁依赖个体肠道菌群及代谢的影响,进一步探究尼古丁依赖个体肠道菌群、代谢与其认知功能的关系。研究方法:本研究选取尼古丁依赖男性大学生作为实验对象,并按照其运动习惯分为有运动习惯组(HE)和无运动习惯组(n-HE),每组15人。对不同运动习惯尼古丁依赖大学生的认知功能进行测量。其中,工作记忆选取改编斯滕伯格范式,抑制能力选取Go/NoGo范式。同时采集不同运动习惯尼古丁依赖个体的粪便样本,用于比较其肠道菌群和代谢的差异,并将肠道菌群及代谢结果与认知功能进行相关性分析。研究结果:1.认知能力方面,HE组斯滕伯格任务3位数字任务和5位数字任务反应时和正确率均显著好于n-HE组((反应时:3位数字任务:P0.05;5位数字任务:P0.05;正确率:3位数字任务:P0.01;5位数字任务:P0.01);Go/NoGo任务中Go任务反应时和NoGo任务正确率HE组显著好于n-HE组(Go任务反应时:P0.05;NoGo任务正确率:P0.05);2.肠道菌群方面,两组被试肠道菌群α多样性没有差异;n-HE组丰度显著高于HE组的有埃希氏菌属(Escherichia)(P=0.002),在HE组丰度显著高的肠道微生物中,纲水平上有β-变形菌纲(Betaproteobacteria,P=0.005)和丹毒丝菌纲(Erysipelotrichia,P=0.026);在目水平上有伯克氏菌目(Burkholderiales,P=0.005)和丹毒丝菌目(Erysipelotrichales,P=0.026);科水平上有产碱杆菌科(Alcaligenaceae,P=0.006)、克里斯滕森菌科(Christensenellaceae,P=0.035)和丹毒丝菌科(Erysipelotrichaceae,P=0.026);属水平上有萨特氏菌属(Sutterella,P=0.005)和克里斯滕森氏菌属(Christensenella,P=0.035);3.非靶向代谢组学分析结果表明,两组大学生代谢物含量排名前30的物种中有部分存在显著差异,例如γ-氨基丁酸GABA(gamma-Aminobutyric acid)、乙酰胆碱(Acetylcholine)、肌酸(Creatin)和植物鞘氨醇(Sphingosine);丙酮酸(Pyruvic acid)、米非司酮(Mifepristone)、芥子酸(Sinapic acid)和鞘氨酸(Sphinganine)等代谢物可作为区分两组被试的特征代谢物;尼古丁(nicotine)和熊果酸(Ursolic acid)可以作为显著预测两组被试的典型代谢物;代谢途径上两组被试的精氨酸和脯氨酸代谢(Arginine and proline metabolism)、赖氨酸降解(Lysine degradation)和戊糖磷酸途径(Pentose phosphate pathway)存在显著差异。4.相关性分析结果表明,肠道菌群和代谢与认知功能有关。与工作记忆准确性呈显著正相关的细菌有产碱杆菌科(Alcaligenaceae,P0.01),呈显著负相关的有噬几丁质菌科(Chitinophagaceae,P0.05)和普雷沃氏菌科(Prevotellaceae,P0.05),与工作记忆反应时呈显著负相关的有拟杆菌科(Bacteroidaceae,P0.05)、产碱杆菌科(Alcaligenaceae,P0.05)、孪生菌科(Gemellaceae,P0.05)、巴斯德氏菌科(Pasteurellaceae,P0.05)、黄色单胞菌科(Xanthomonadaceae,P0.05)和臭杆菌科(Odoribacteraceae,P0.05)等,与抑制能力反应时呈显著正相关的有mb2424菌科(P0.05),呈显著负相关的则有柄杆菌科(Caulobacteraceae,P0.05)等。吡哌酸(Pipecolic acid,P0.01)、吲哚(Indole,P0.05)等代谢物与NOGO任务准确率呈显著正相关,肌酸(Creatine,P0.01)、三乙胺(Triethylamine,P0.01)与5位数字任务准确率呈显著负相关;与工作记忆反应时呈显著正相关的有:油酸(Oleic acid,P0.01)、左旋天冬氨酸(L-Aspartic acid,P0.01)、L-谷氨酰胺(L-Glutamine,P0.05)、L-丝氨酸(L-Serine,P0.05)等,与工作记忆反应时呈显著负相关的有京尼平(Genipin,P0.05)等,与GO任务反应时呈负相关的有石碳酸(Phenol,P0.01)、4-乙酰氨基2-氨基丁酸(4-Acetamido-2-aminobutanoic acid,P0.05)等,呈正相关的有1,5-戊二胺(Cadaverine,P0.01)。研究结论:1.不同运动习惯尼古丁依赖大学生认知功能存在差异,长期锻炼可以改善认知功能;2.不同运动习惯尼古丁依赖大学生肠道菌群存在差异,体现在具体菌种丰度上存在差异;3.不同运动习惯尼古丁依赖大学生代谢物含量在组间存在差异;4.不同运动习惯尼古丁依赖大学生认知功能与肠道菌群、代谢有关。


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