《The FASEB Journal》：Strenuous Exercise Alters Brain Creatine and Glutamate/Glutamine (Glx) in Humans: Evidence From Dynamic 1H-MRS and 1H-MRSI
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本研究采用动态质子磁共振波谱（1H-MRS）和磁共振波谱成像（1H-MRSI）技术，首次系统揭示了单次剧烈运动后健康成人脑内总肌酸（tCr）、谷氨酸/谷氨酰胺（Glx）及乳酸（Lac）的时空动态变化。研究发现，运动可导致前额叶皮层tCr显著降低、Glx transient升高，并伴随乳酸积累，提示肌酸与乳酸可能作为替代性能量底物参与运动诱导的脑能量代谢重组，而Glx变化则反映了兴奋性神经传递的增强。该研究为理解运动改善脑健康的神经能量代谢机制提供了重要证据。
引言
规律运动对大脑健康具有广泛益处，但其对脑能量代谢的急性影响机制尚不明确。本研究利用动态1H-MRS和1H-MRSI技术，旨在探究单次剧烈运动后脑内关键代谢物——总肌酸（tCr）和谷氨酸/谷氨酰胺（Glx）的时空动态变化。研究假设运动后tCr保持稳定，而Glx升高，以反映能量缓冲与神经传递的适应性响应。
方法
16名健康年轻成人完成约15分钟高强度骑行运动（达最大预测心率85%）。在运动前（PRE）、运动后15分钟（POST15）和30分钟（POST30）分别采集前额叶皮层和视觉皮层的单体素1H-MRS数据；运动前及运动后25分钟（POST25）采集覆盖额顶叶区域的多体素1H-MRSI数据。数据通过OSPREY和TARQUIN软件处理，并严格进行质量控制和体素重叠验证。
结果
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tCr动态变化：前额叶皮层tCr浓度在POST15较PRE下降5.9%（6.87 vs. 6.47 mmol·L?1，p?<?0.001），POST30仍低于基线3.2%（p?=?0.030）。1H-MRSI显示全网格tCr信号在POST25降低5.1%（p?=?0.001），且下降主要源于肌酸亚甲基（Cr-CH2）共振峰。
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Glx响应特征：前额叶皮层Glx浓度在POST15较PRE升高28.9%（6.82 vs. 8.79 mmol·L?1，p?=?0.002），POST30恢复至基线水平。1H-MRSI中Glx信号整体升高11.4%（p?=?0.003），但初级运动皮层（M1）区域呈现相反趋势。
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乳酸探索性分析：前额叶皮层乳酸浓度在部分样本（n?=?5）中POST15升高76%，POST30仍维持46%的增幅，支持其作为替代能源的潜在作用。
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区域特异性：视觉皮层代谢物无显著变化，而M1/somatosensory皮层tCr与Glx响应方向与前额叶相反，凸显脑区代谢异质性。
讨论
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tCr下降机制：可能与磷酸肌酸（PCr）耗竭后游离肌酸（Cr）的磁共振信号可见性降低、亚细胞区室化或弛豫特性改变有关，类似于骨骼肌运动反应模式。
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Glx升高的神经意义：短暂Glx升高提示运动增强谷氨酸能神经传递，可能促进突触可塑性，为运动改善认知提供分子基础。
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乳酸与能量代谢：脑乳酸积累可能补偿运动期间葡萄糖利用下降，支持ATP合成与能量稳态恢复。
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技术局限性：缺乏31P-MRS直接监测PCr变化、运动期间实时数据及更长的恢复期监测。
结论
单次剧烈运动可诱发人脑区域特异性的tCr、Glx和乳酸动态变化，揭示脑在代谢应激下对替代能源底物的依赖及神经传递的急性调控。这些急性响应可能是长期运动益脑的重要代谢基础。
