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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撰文｜clefable

审校｜冬鸢

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。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。

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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，且不会有损害认知能力。

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。

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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 图片来源于《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 图片来源于《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。

损害认知

在《细胞代谢》的论文中，中南大学的研究人员则是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（每周运动量达到了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会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） 图片来源于论文

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，也是和能量供应有关。

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。