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年復一年: 環境對腦老化的影響
發布時間: 2016-06-29 17:37:22| 作者:本站編輯| 來源: 本站原創

據預測65歲以上的美國人口將在2010年到2050年間翻一番,預計到本世紀中葉80歲以上人口的比例將比2000年翻兩番。因此,研究老年人群健康影響因素的重要性日益增加。通常與高齡有關的神經系統疾病與障礙,其中包括阿爾茨海默氏癥和帕金森氏病,癡呆與認知功能下降尤為令人關注。科研人員不僅研究當前暴露與身心鍛煉等環境影響造成的健康效應,而且也研究發生于生命更早期暴露的影響,該影響可能僅在年老時變得明顯。

長期以來,人們認為“一旦大腦得到其配額的神經細胞,其定數即不可改變。此后,時光的流逝穩定且不可逆地侵蝕我們的神經細胞,”羅切斯特大學醫學和牙科學院名譽教授Bernard Weiss于2007年如此寫道。然而現在有越來越多的證據表明,即使高齡時大腦仍能夠生成新的神經元和其它腦功能細胞。還有證據表明,老年人的大腦能夠迅速和積極地對外部影響,如體育鍛煉和智力刺激做出反應。這些都促使人們對制定保護和提高老年人神經功能的策略產生極大的興趣。

大腦有兩個最脆弱時期,Weiss說,即器官剛開始發育的早期,以及機體的防御和代償機制開始衰退的晚年期。大量且日益增多的證據表明這兩個生命脆弱期是有關聯的,早期發育階段遭受的傷害促進了疾病的發生,且在生命晚期才日益明顯。

Weiss還指出,防御機制下降可能會放大當代環境暴露的易感性。他說,當老年人遇到認知問題時,在診斷時醫生很少考慮到與環境化學物暴露有關的可能性,因為臨床問診時通常不會問及這些暴露問題。在過去的30年里,Weiss說,研究的重點主要集中在環境對早期發育階段的影響。環境化學物暴露可影響老年大腦健康的問題研究得遠不夠廣泛,但正在受到越來越多的關注。


神經毒性物質

在過去的10年里,有許多研究探索了慢性低水平鉛暴露對成人認知能力的影響。這些研究的結果表明,蓄積在骨骼中的鉛可隨老年化的進程推移而活躍起來,造成對成人生命晚期認知能力的不良影響。

弗吉尼亞州標準衰老研究中有一項評估466位老人非職業性鉛的環境暴露的研究。研究表明,骨鉛的水平高與這些人在數年隨訪中認知能力急劇下降有關,在對混雜因素進行調整后 結果仍然如此。在同一研究中還對811名老年男性研究對象的低水平鉛暴露,結合自我報告的慢性壓力的影響進行評估。同樣也發現以上暴露與認知能力受損有關。

其它金屬可通過對大腦的直接作用或者對維持神經功能健康的其它器官或激素的不良影響,對生命晚期的神經功能產生有害影響。例如,鎘可引起腎臟疾病,而腎臟疾病與認知問題有關。鎘與鉛一樣儲存在體內,主要在腎臟和肝臟中,但也儲存在關節與其它組織中,鉛在這些組織中的生物半衰期有數十年之久。嚙齒動物的研究表明鎘也可與雌激素受體相互作用并干擾身體對鈣和鋅的利用,而鈣與鋅在神經系統功能中起著重要作用。

鉛與汞同樣與肝病有關,肝病本身與不良神經健康影響有關,其中包括產生一種與阿爾茨海默氏病有關的神經斑塊性疾病。對肝腎功能有不良影響的化學暴露也可能妨礙身體的解毒與排泄環境毒物的能力,從而使它們留在體內,其影響在身體防御機制下降的高齡時尤其成問題。

有證據顯示某些金屬(如鉛、錳),殺蟲劑(如百草枯、代森錳)和溶劑(如甲苯、三氯乙烯)與帕金森氏癥特有的神經癥狀有關。已有研究的暴露有許多是職業性的,部分為急性,而非低水平慢性暴露。有必要通過更為廣泛的研究來確定這些物質的環境暴露在促進帕金森氏癥中可能起的確切作用。

更為大量的證據將各種溶劑暴露與其它神經系統疾病,包括認知障礙、神經病變以及所謂的“偽癡呆”——一種神經功能有短暫障礙時產生類似于癡呆的癥狀,聯系起來。包括甲苯在內的有機溶劑,也發現對色覺有損害,而其它溶劑暴露與聽力損失有關,尤其在同時有噪聲暴露的情況下。在職業場所已經對這種暴露進行過初步研究,但部分流行病學的研究表明周圍環境暴露也可能產生不良影響。

當然,這些溶劑與農藥的暴露可發生于任何年齡。但由于其對神經系統的影響表現為衰老時運動和感覺功能下降,它們可被誤診為年齡影響或老年性疾病,如帕金森氏病和阿爾茨海默氏病。同樣,溶劑與農藥的長期非急性暴露可影響言語記憶、注意力、空間技能,其影響可能直到晚年才明顯,因此也可能與老齡化相關疾病相混淆或混在一起。

 較輕微的環境暴露也被認為與老年時表現出的神經系統健康效應有關。其中包括可能破壞參與神經調節激素正常功能(主要是甲狀腺激素)的化學品暴露。

激素密切參與神經功能的調節;一個正常大腦的發育離不開健康的甲狀腺激素功能,而胎兒大腦對甲狀腺激素極為敏感。所以,一個人如果幼年有甲狀腺功能低下,可能會影響其成年后的認知能力。馬薩諸塞州大學阿姆赫斯特分校(University of Massachusetts –Amherst)生物學教授R. Thomas Zoeller如此說道。

在衡量晚年神經功能時,甲狀腺激素特別值得注意,Zoeller說,因為這些激素“在生命周期的不同時間起不同作用,”所有這一切都是維持健康的關鍵。甲狀腺激素的功能波動可產生非常微妙的亞臨床效應(個人意識不到他們自己體內的這些影響),然而卻對其后晚年的其它健康有影響。

Weiss說性激素(即雄激素和雌激素)對中老年人神經系統功能的影響也值得更多的研究關注。這些激素決定性別分化,但它們也參與神經的形成,并已證明對成年雌雄動物的神經有保護作用。

當環境因素影響甲狀腺素等激素時,其結果可以是神經功能的損傷。例如,有證據表明,包括二惡英和某些多氯聯苯、鹵代阻燃劑與殺蟲劑在內的難降解有機污染物暴露可產生促進肥胖和糖尿病的激素介導作用,增加血管健康問題的風險。還有證據表明,以上化合物的暴露可以直接增加高血壓與心血管疾病的風險。這些心血管疾病反過來又可導致不太明顯的神經血管效應,有時會導致失憶,或所謂的“血管性癡呆,”此時大腦血流量減少使腦細胞缺少氧氣,相當于發生小中風。

已有證據表明,雖非環境難降解性卻因使用廣泛而無處不在的化學物暴露有著同樣影響。其中之一便是雙酚A(BPA)。馬薩諸塞州大學阿姆赫斯特分校環境健康研究助理教授Laura Vandenberg解釋說,大量的動物實驗研究表明生命早期的雙酚A暴露會產生代謝綜合征特有的健康影響。代謝綜合征患者的高血壓風險增加,可帶來不良神經影響的風險。對于超重或肥胖,心血管疾病或糖尿病的患者來說,還常常伴有運動困難。而晚年有氧運動似乎是維持(如果不是提高)老年人腦功能的重要因素。

保護因素

目前,有大量關于體育活動與鍛煉如何影響大腦功能的研究。這可能是最容易對動物實驗與人類研究進行直接比較的研究領域。正如伊利諾大學伊貝克曼尖端科學技術研究所(University of Illinois Beckman Institute for Advanced Science and Technology)總監Arthur Kramer及其同事們所描述的那樣:“豐富的數據表明,體育活動減少可減少各種疾病的風險,包括那些引起認知和腦功能受損,進而影響生活獨立性與生活質量的疾病(例如心臟病、中風、肥胖)”。

Kramer研究的重點之一是了解體育鍛煉如何保護與恢復大腦的機制。他與同事們一直在研究體育鍛煉如何影響海馬的結構和功能(海馬在記憶及信息組織和存儲方面起著重要作用),以及體育鍛煉對個人的記憶容量的影響。“凡有氧運動似乎都能產生有益的影響,”Kramer說。

嚙齒類動物的研究表明,體育鍛煉(眾所周知增加大腦的血流量)似乎也增加海馬的新神經元生成。體育活動還似乎進一步提高突觸的可塑性(被描述為靈活性和改變能力),血管生成(或血管重構)以及神經營養蛋白(即調節神經細胞生長與維持神經健康的蛋白質)的水平。

 尤其令人感興趣的是了解體育鍛煉如何增加新神經元生成以及體育鍛煉如何提高某些記憶功能。人們關注的功能包括所謂的“關系綁定” —例如,記住你最近見過面的某人的名字,以及在何處見過該人。體育鍛煉似乎也提高了“視覺模式分離”,使你能夠辨別和記憶不同模式,這是提高記憶準確性的過程。這兩項功能均涉及海馬特別易受年齡影響的齒狀回區。

有研究報告指出,有運動的嚙齒動物的齒狀回區生成新神經元的能力提高了一倍甚至兩倍。由于體育鍛煉或有氧運動提高了與調節神經營養蛋白分泌有關的,特別是腦源性神經營養因子分泌有關的基因的表達,對學習與記憶有著重要作用的新的樹突棘的生長似乎受到刺激,匹茲堡大學腦老化與認知健康實驗室首席研究員Kirk Erickson說。對此的假設之一,他解釋說,是由于運動刺激血流量,可能也提高了腦源性神經營養因子的利用水平。

在用小鼠進行的實驗中,有氧運動與空間記憶的改善有關。這種運動也與海馬的大小增加有關,Erickson在2014年美國科學促進協會(American Association for the Advancement of Science)的年會上解釋說,“沒有任何藥物治療能夠復制這一效應。”據Kramer 與 Erickson說,研究健步走等有氧運動效果的人類研究結果,與動物研究的結果是一致的。

體育鍛煉還有助于血管生成增加,而海馬血流量的增加反過來又與認知功能的改善有關。一項使用核磁共振成像檢查腦血管的研究發現,高度活躍的中老年人(即在過去連續10年內每周從事有氧運動至少180分鐘者)的腦血管結構與年輕人的腦血管結構相類似。作者指出,該研究尚無法說明是否是有氧活動可引起的解剖學差異,抑或擁有“較年輕”大腦的人體育運動更活躍。

“總而言之,”Kramer及其同事在2013年關于鍛煉與大腦可塑性證據的綜述中寫道,“匯集的證據表明運動對腦功能與認知功能的好處貫穿哺乳類動物的一生,對人類來說使阿爾茨海默氏癥的疾病風險降低。”他們所進行的一項帕金森氏病I期/II期患者臨床試驗表明,即使有氧鍛煉45分鐘每周三次,也可顯著改善腦功能。

在進入老年時保持理想腦功能的另一個重要因素被認為是認知儲備,即大腦的優化性能與補償腦損傷的能力。哥倫比亞大學內外科醫學院的認知神經科學分部主任Yaakov Stern的研究認為“鍛煉改變大腦本身,”Stern說,可能是負責突觸可塑性和提高神經血管功能的重要腦區域的大小增加。該項研究還表明,除體育鍛煉外,智力和社會刺激也可能會增加腦儲備,或者增大該器官的物理結構。然而,對發生這種情況的機制尚不夠了解,因而無法設計干預措施,在某種程度上這是因為難以將該領域的動物研究結果推斷到人類體驗。

在以成人為對象的研究中,Stern及其同事正在對所謂的效率與能力,或者說對個體如何努力地工作才能完成特定認知任務進行衡量。他們利用磁共振成像技術來確定當個人思考他們完成該任務方式時大腦發生的生理變化。這些研究人員還在研究當激活代償神經網絡,以彌補其它方面功能缺乏時大腦所發生的變化。該研究試圖理解為什么有些人有較好的效率和能力,以及更有效的補償網絡,而且為什么有些人在步入晚年后還具有較強大的認知儲備。

人們正在探討的一個問題是,正規教育的刺激是否增強認知靈活性(分析性思維的關鍵,即以不同方式構建信息的能力)和大腦可塑性。另一個問題是,認知刺激或其它因素在終生或特定生命階段如何影響晚年的大腦靈活性。在一項新研究中,Stern及其同事打算研究體育鍛煉與認知刺激的聯合作用,看看它們是否有相加或協同效應。很顯然,老年人的大腦對認知或智力刺激會有積極的響應,但目前尚不清楚,Stern解釋道,特殊游戲、拼圖或其它記憶任務是否或如何建立認知儲備。然而有證據表明社交與智力積極的老年人有著更好的認知功能。

在這一點上,要研究的問題可能多于答案,但迄今的證據強烈表明在影響老年人神經功能方面,環境因素可發揮積極作用。化學物暴露產生的健康影響可促進神經系統疾病與失調,而體力與智力鍛煉則增強大腦的靈活性和健康的認知儲備。盡管研究者尚未設計出能達到最大效益的具體干預措施,但Kramer相信體育鍛煉與有氧運動對神經系統健康有著積極作用,他認為運動可以逆轉,至少暫時性逆轉老齡對認知和大腦健康的一些負面影響。


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