运动改善神经可塑性促进缺血性脑卒中康复的机制研究

1 引言

缺血性脑卒中作为全球致残致死的主要脑血管疾病，其发病机制与脑血流中断引发的神经元程序性死亡及神经网络解构密切相关 [1]。病理特征表现为突触密度降低，导致运动调控系统与认知功能损伤[2]。尽管部分患者存在自主恢复状况，但受限于内源性修复能力，常遗留不可逆性神经功能障碍 [3]。近年研究发现，神经可塑性作为中枢神经系统应对卒中损伤的重要机制，通过增强突触可塑性（如长时程增强）和结构性可塑性（轴突发芽、新生突触形成）实现神经网络重构，为功能恢复提供基础[4]。临床证据表明，系统化运动训练可通过激活 BDNF/TrkB、VEGF/Notch 等关键通路，调控神经营养因子分泌与突触可塑性[5]。同时，运动刺激可促进缺血区新血管产生，优化半球间功能连接，进而重建受损神经网络结构。值得注意的是，不同运动模式呈现不同调控效应：有氧运动优先增强海马 - 皮层环路可塑性，而双侧对称训练显著改善运动皮层间功能耦合。本文系统探讨运动改善神经可塑性的多靶点机制，通过对比分析有氧运动、抗阻训练及机器人辅助训练等模式的干预效应，揭示运动与神经修复的内在关联，为构建精准化卒中康复体系提供理论依据和实践策略。

2. 运动促进神经可塑性的作用机制

研究表明，运动干预能有效提升大脑中多种神经营养因子的表达水平，例如脑源性神经营养因子（BDNF）、胰岛素样生长因子（IGF-1）和血管内皮生长因子（VEGF）。其中 BDNF 作为中枢神经系统内一种非常活跃的神经营养因子，在神经元存活、突触形成及神经网络重塑中起到重要作用。它通过与高亲和力受体TrkB（酪氨酸激酶受体B）结合来传递信号，激活包括 MAPK/ERK、PI3K/AKT 和 PLCγ 在内的多条细胞内信号通路。在卒中发生后，IGF-1 能激活 PI3K/AKT 通路，发挥抗神经元凋亡的保护作用。它还能通过增加血管生成、促进新生神经元的成熟以及促进突触可塑性。卒中造成的缺氧环境本身会增强 VEGF表达，适度的运动可以促进VEGF 增加。VEGF 通过促进新生血管形成，为神经元提供营养和氧气，进而增强受损脑区的代谢活性和修复能力。

突触可塑性指突触在结构或功能上受到刺激或信号而发生改变，涵盖突触强度调节、结构变化及连接重组。在缺血性脑卒中康复中，运动训练可显著提升突触标记物的表达。GAP-43 作为突触前关键蛋白，是突触可塑性与神经再生的标志物。运动训练通过提升 GAP-43 水平，促进新突触形成并增强神经元生长活性。PSD-95 是兴奋性突触后密度的支架蛋白，参与信号传递与突触结构稳定。运动训练可上调 PSD-95表达，增强突触后膜对神经递质的响应，提升信号传递效率与稳定性。

3 运动康复促进神经可塑性的常用措施

本部分探讨有氧运动、力量与协调训练及机器人辅助训练三种主要运动模式对卒中康复的影响，有氧运动通过改善全身循环、增加脑血流量及关键神经营养因子表达，促进神经元修复。有氧运动可以提升血氧水平和血流，为缺血/ 低代谢脑区提供营养，减少神经元凋亡和损伤，为神经可塑性奠定稳定的代谢基础。有氧运动还可以显著增加脑源性神经营养因子（BDNF）水平，增强突触后结构功能，提高信号传递效率。力量与协调训练主要通过复杂运动技能练习增强神经网络连接，提升运动控制能力和认知功能。此类训练通过激活脑区：运动皮层、小脑、基底神经节等，形成高度协同的神经活动。力量与协调训练可显著增加关键突触蛋白的表达， PSD-95 作为兴奋性突触支架蛋白，通过与NMDA受体等相互作用，稳定突触后结构、增强信号传递并提升突触可塑性。协调与多任务训练要求大脑快速整合多感觉信息并协调姿势控制与运动执行，提升不同脑区间同步化水平及协作能力。机器人辅助训练结合精密机械控制与人工智能，可以为卒中患者提供高精度、可控的重复性运动，有效提升运动功能，并通过促进神经重组与可塑性，促进患者康复。机器人能精确控制运动幅度、速度、方向，提供有效且稳定的运动刺激，机器人可无疲劳地提供高强度重复训练，确保充分的神经刺激，有效激活神经通路重组，增强神经元间信号传递效率。训练时可根据患者损伤程度、运动能力及恢复需求，灵活调整强度、速度、角度等参数，提供个性化刺激，优化肌肉、关节及神经系统锻炼效果。内置传感器实时捕捉运动轨迹、肌电活动、平衡性等数据，提供客观的进展评估和训练调整依据。即时反馈机制可以帮助患者纠正运动偏差，优化运动模式，建立良好肌肉记忆。

4. 临床应用挑战与未来方向

尽管大量研究证实运动对卒中后神经可塑性和功能恢复具有积极作用，但其临床应用仍面临关键挑战：如何有效应对显著的患者个体差异、精确设定最佳运动参数（强度、频率），以及高效整合多元化康复手段以实现个性化康复目标。为克服这些障碍并最大化康复效果，未来研究需深入探索运动干预参数的优化，并融合生物技术与创新康复方法，以设计更精准有效的康复方案。生物技术的发展为精细化康复提供了新契机。研究表明，BDNF 基因多态性（如Val66Met）等遗传因素显著影响个体神经可塑性潜能，及运动诱导神经营养因子（如 BDNF）的表达反应。新型辅助康复技术（如先进机器人、神经调控、数字化平台）的整合应用，将在未来个性化康复方案中发挥日益重要的作用。卒中康复的未来发展将深度融合大数据、人工智能（AI）、虚拟现实（VR） 及机器人技术，推动个性化、数据驱动的精准康复模式。VR 技术通过构建沉浸式、趣味性训练环境，有效提升患者主动参与度。

参考文献

[1] 王增武. 《中国高血压防治指南(2024 年修订版)》更新要点解读 [J]. 中国心血管杂志 , 2024, 29(05): 391-395.

[2] 焦丹阳 , 刘昊天 , 王金麒 , 等 . 缺血性脑卒中治疗相关国内外研究热点与前沿分析 [J]. 中华老年心脑血管病杂志 , 2024,26(09): 1110-1112.

[3] 吴志伟 , 宋朋飞 , 朱清广 , 等 . “筋骨平衡”理论在颈椎病推拿诊疗中的应用 [J]. 中华中医药杂志 , 2018, 33(08): 3399-3402.

[4] 王仲朋. 脑机交互运动训练的神经反馈响应关键机制及卒中康复应用 [J]. 2019.

[5] XING Y, BAI Y. A Review of Exercise-InducedNeuroplasticity in Ischemic Stroke: Pathology and Mechanisms[J]. Mol Neurobiol, 2020, 57(10): 4218-4231.