間歇低氧運(yùn)動對肥胖大鼠食欲的影響及其機(jī)制分析

陳瑜文，林文弢，邱烈峰，翁錫全

（1.廣東海洋大學(xué) 體育與休閑學(xué)院，廣東 湛江 524008；2.廣州體育學(xué)院 省重點(diǎn)生化實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510075；3.信陽師范學(xué)院 體育學(xué)院，河南 信陽 464000）

間歇低氧運(yùn)動對肥胖大鼠食欲的影響及其機(jī)制分析

陳瑜文1，林文弢2，邱烈峰3，翁錫全2

（1.廣東海洋大學(xué) 體育與休閑學(xué)院，廣東 湛江 524008；2.廣州體育學(xué)院 省重點(diǎn)生化實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510075；3.信陽師范學(xué)院 體育學(xué)院，河南 信陽 464000）

探討間歇低氧運(yùn)動對營養(yǎng)性肥胖 SD大鼠攝食的影響并分析其可能機(jī)制，為間歇低氧減肥提供理論依據(jù)。為此，通過對雄性SD大鼠飼喂高脂飼料建立營養(yǎng)性肥胖模型，然后進(jìn)行為期4周的間歇低氧運(yùn)動(運(yùn)動速度為20 m/min， (O2)前2周為15.4%，后2周為14.5%)。間歇低氧運(yùn)動組進(jìn)行4周間歇低氧運(yùn)動刺激。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：與常氧安靜組相比，常氧運(yùn)動組和間歇低氧運(yùn)動組肥胖 SD大鼠下丘腦瘦素和瘦素受體含量增加(常氧運(yùn)動組 P<0.05，間歇低氧運(yùn)動組P<0.01)，大鼠的每日攝食量減少。與常氧運(yùn)動組相比，間歇低氧運(yùn)動組肥胖SD大鼠下丘腦瘦素和瘦素受體含量增加(瘦素P<0.05，瘦素受體P<0.01)。結(jié)果說明：1)間歇低氧運(yùn)動抑制了肥胖大鼠的食欲，減少了攝食量，減緩了大鼠體重的增加，并且間歇低氧效果比單純運(yùn)動效果好；2)間歇低氧運(yùn)動抑制大鼠食欲可能與大鼠下丘腦瘦素和瘦素受體含量增加，進(jìn)而抑制神經(jīng)肽Y有關(guān)。

運(yùn)動生物化學(xué)；食欲；間歇低氧運(yùn)動；肥胖大鼠

隨著生活水平的不斷提高和生活方式的改變，肥胖的發(fā)生率越來越高。肥胖常會導(dǎo)致許多疾病的發(fā)生，影響身體健康及壽命，如今已成為危害公眾健康的重要因素之一。因此，尋找預(yù)防和治療肥胖的有效方法成為醫(yī)學(xué)界亟待解決的問題。肥胖是由特定的生化因子引起的一系列進(jìn)食調(diào)控和能量代謝紊亂的疾病。在我們以往的低氧運(yùn)動實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)大鼠在低氧環(huán)境下運(yùn)動時攝食減少、體重下降、體脂降低。本研究試圖通過研究間歇低氧運(yùn)動對肥胖 SD大鼠攝食因子的影響，來分析間歇低氧運(yùn)動減少攝食、降低體重的機(jī)制，進(jìn)而為低氧運(yùn)動減控體重提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)對象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對象

實(shí)驗(yàn)對象為70只Sprague－Dawly(SD)雄性健康大鼠，出生21 d，斷奶3 d，由中山醫(yī)科大學(xué)動物研究中心提供(體質(zhì)量為(60±10) g，身長約10 cm)。實(shí)驗(yàn)大鼠隨機(jī)分為正常對照組(10只)和肥胖造模組(60只)。大鼠以5只一籠飼養(yǎng)于塑料籠內(nèi)，塑料籠口用不銹鋼網(wǎng)蓋好。網(wǎng)上放置飼料和水(每天更換)，大鼠自由攝食?；\內(nèi)底部鋪墊干燥墊料，并定時更換。動物房內(nèi)自然晝夜節(jié)律變化光照，利用排氣扇保持通風(fēng)，空調(diào)定溫((23±2) ℃)，相對濕度(RH)40%～60%。

1.2 肥胖大鼠造模與分組

正常對照組喂養(yǎng)普通飼料，造模組大鼠喂養(yǎng)高脂飼料，模型飼料配方每100 g飼料中：奶粉10 g、豬油10 g、全蛋粉13 g、白糖7 g、普通飼料6O g以及濃縮魚肝油10滴[1]。所有飼料混勻后加適量水壓成條狀，烘干即成。飼養(yǎng)6周后根據(jù)大鼠體重來判斷造模情況。造模組體重超過用普通飼料喂養(yǎng)大鼠的平均體重10%的大鼠作為肥胖模型組大鼠[2-3]，并于造模成功的SD大鼠中挑選40只，隨機(jī)分為常氧安靜組、間歇低氧安靜組、常氧運(yùn)動組和間歇低氧運(yùn)動組，每組10只。

1.3 干預(yù)方式

對造模成功的肥胖SD大鼠進(jìn)行4周間歇低氧運(yùn)動干預(yù)。間歇低氧安靜組和間歇低氧運(yùn)動組每天進(jìn)行4 h的低氧(氧體積分?jǐn)?shù)為15.4%)刺激；實(shí)驗(yàn)過程中常氧運(yùn)動組的運(yùn)動強(qiáng)度與間歇低氧運(yùn)動組的低氧與運(yùn)動的復(fù)合強(qiáng)度(低氧+運(yùn)動)相一致，其運(yùn)動強(qiáng)度的設(shè)定均根據(jù)實(shí)驗(yàn)中常氧運(yùn)動組大鼠25 m/min跑速與間歇低氧運(yùn)動組大鼠 20 m/min的跑速時的血乳酸均為 4 mmol/L。常氧運(yùn)動組進(jìn)行25 m/min、5 d/周、1 h/d的跑臺運(yùn)動，間歇低氧運(yùn)動組進(jìn)行20 m/min、5 d/周、1 h/d的跑臺運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)中采用美國Hypoxico公司生產(chǎn)的低氧分壓系統(tǒng)(HTS)，造成人工的常壓低氧環(huán)境；動物跑臺為購于杭州立泰科技有限公司的 BCPT-98型電動動物跑臺。

1.4 樣品采集與測試方法

試驗(yàn)期間，每天定時稱量大鼠體重和計(jì)算24 h內(nèi)飼料消耗量。在末次干預(yù)24 h后，進(jìn)行禁食過夜、取樣。腹腔注射體積分?jǐn)?shù)為10%水合三氯乙醛溶液(劑量為0.3 mg/g)麻醉，用血清管進(jìn)行腹主動脈取血，然后進(jìn)行3 000 r/min離心20 min，取血清于-20℃低溫保存，待測有關(guān)指標(biāo)。

取完樣后，斷頭并剪開顱骨取出整個大腦，在冰浴上小心剝離出下丘腦組織并稱重，然后放入玻璃勻漿管中，加入2 mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.86%的生理鹽水于冰浴中充分勻漿，隨后離心20 min(3 000 r/min)，取上清液待測。

血清瘦素、神經(jīng)肽Y和下丘腦瘦素、瘦素受體等指標(biāo)采用酶聯(lián)免疫法測定，試劑盒分別由ADL和BPB公司生產(chǎn)。蛋白定量測定所用的考馬斯亮蘭試劑由西安沃爾森公司生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)蛋白由南京建成生物研究所生產(chǎn)。測試方法嚴(yán)格按照試劑盒說明書進(jìn)行。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

運(yùn)用肖維勒準(zhǔn)則對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行異常數(shù)值篩選。采用SPSS11.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行one-way ANOVA檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 間歇低氧運(yùn)動前后各組大鼠的體重

從表1可以看出，在間歇低氧運(yùn)動前常氧安靜組、間歇低氧安靜組、常氧運(yùn)動組和間歇低氧運(yùn)動組4組SD大鼠的體重差異無顯著性，但與正常對照組SD大鼠相比均顯著升高。表明營養(yǎng)性肥胖大鼠模型建立，運(yùn)動前各組大鼠的初始條件一致。

經(jīng)過4周間歇低氧運(yùn)動后，與常氧安靜組相比，間歇低氧運(yùn)動組大鼠的體重顯著性下降(P<0.01)，已降至正常對照組水平。而間歇低氧安靜組和常氧運(yùn)動組大鼠的體重雖有下降趨勢，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 間歇低氧運(yùn)動前后各組大鼠體重(±s)的變化 g

表1 間歇低氧運(yùn)動前后各組大鼠體重(±s)的變化 g

1)與常氧安靜組比較P<0.01；2)與間歇低氧安靜組比較P<0.05

組別 運(yùn)動前 運(yùn)動后正常對照組 248.86±29.55 315.14±44.49常氧安靜組 317.56±31.56 376.13±52.68間歇低氧安靜組 313.00±41.05 361.13±48.20常氧運(yùn)動組 317.60±31.91 333.00±38.70間歇低氧運(yùn)動組 313.50±40.24 308.70±47.001)2)

2.2 間歇低氧運(yùn)動期間各組大鼠體重的變化

圖1顯示，低氧安靜組、常氧運(yùn)動組和間歇低氧運(yùn)動組3組大鼠的體重在4周間歇低氧運(yùn)動期間均比常氧安靜組低，表明低氧、運(yùn)動都可減緩 SD大鼠的體重增加，其中，以間歇低氧和運(yùn)動相結(jié)合的方式效果最好。

圖1 間歇低氧運(yùn)動期間大鼠的體重變化

2.3 間歇低氧運(yùn)動期間各組大鼠攝食情況

圖2表明，在4周的間歇低氧運(yùn)動期間，與常氧安靜組相比，間歇低氧安靜組、常氧運(yùn)動組和間歇低氧運(yùn)動組3組大鼠的平均日攝食量均下降。

圖2 間歇低氧運(yùn)動期間大鼠的平均日攝食量變化

2.4 四周間歇低氧運(yùn)動對大鼠攝食相關(guān)因子的影響

從表2可以看出，與常氧安靜組相比，間歇低氧安靜組、常氧運(yùn)動組和間歇低氧運(yùn)動組3組大鼠下丘腦的瘦素(Leptin)和瘦素受體(Leptin-R)均有升高的趨勢，其中，常氧運(yùn)動組和間歇低氧運(yùn)動組具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性意義(常氧運(yùn)動組 P<0.05，間歇低氧運(yùn)動組P<0.01)；與間歇低氧安靜組和常氧運(yùn)動組相比，間歇低氧運(yùn)動組大鼠下丘腦的瘦素和瘦素受體也顯著性升高(與間歇低氧運(yùn)動組比較P<0.01，與常氧運(yùn)動組比較P<0.05)。然而，試驗(yàn)中各組大鼠血清神經(jīng)肽 Y(NPY)變化不大。

表2 4周間歇低氧運(yùn)動對大鼠下丘腦的瘦素、瘦素受體及血清神經(jīng)肽Y的影響(±s)

表2 4周間歇低氧運(yùn)動對大鼠下丘腦的瘦素、瘦素受體及血清神經(jīng)肽Y的影響(±s)

1)與常氧安靜組比較P<0.05；2)與常氧安靜組比較P<0.01；3)與間歇低氧安靜組比較P<0.01；4)與常氧運(yùn)動組比較P<0.05；5)與常氧運(yùn)動組比較P<0.01

組別 c(血清NPY)/(μmol·L-1)ρ(血清Leptin）/(ng·mL-1)w(下丘腦Leptin)/(ng·mg-1)m(下丘腦Leptin－R)/(nmol·mg-1）正常對照組 3.85±0.44 21.23±4.14 1.65±0.851) 12.60±3.21常氧安靜組 3.66±0.57 26.19±1.172) 0.84±0.52 9.08±2.09間歇低氧安靜組 3.55±0.44 23.44±2.42 1.28±0.36 11.66±3.46常氧運(yùn)動組 3.54±0.70 21.71±3.481) 1.80±0.571) 12.61±1.151)間歇低氧運(yùn)動組 3.63±0.76 20.85±2.181) 2.36±0.492)3)4) 17.63±4.022)3)5)

3 討論

從基本能量代謝的生物物理學(xué)角度來看，肥胖是能量過剩造成的。減少能量的攝入，對一部分肥胖者可以達(dá)到減重的目的。中樞神經(jīng)系統(tǒng)是能量平衡的重要調(diào)節(jié)者，下丘腦是控制采食量、能量消耗和體重的CNS區(qū)的關(guān)鍵部位之一，存在著復(fù)雜的“食欲調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)”(appetite regulation network，ARN)。下丘腦的“食欲調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)”通過各種食欲調(diào)節(jié)因子(包括食欲促進(jìn)因子和食欲抑制因子)的信號傳遞作用，對哺乳動物的食欲進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。

瘦素通過與瘦素受體的結(jié)合而影響著機(jī)體許多生理系統(tǒng)和代謝通路，在控制體脂、能量平衡等方面發(fā)揮作用[4]。多數(shù)資料顯示，瘦素參與攝食行為及體內(nèi)能量代謝調(diào)節(jié)的主要途徑是瘦素與中樞神經(jīng)系統(tǒng)瘦素受體結(jié)合后通過抑制下丘腦弓狀核神經(jīng)肽Y(Neuropeptide Y，NPY)神經(jīng)元合成與釋放NPY，進(jìn)而參與攝食行為和能量代謝的調(diào)控[5]。

NPY是下丘腦“食欲調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)”中重要的食欲促進(jìn)因子。NPY通過與受體Y1和Y5相互作用，發(fā)揮促進(jìn)食欲的作用。NPY對其他多種食欲促進(jìn)因子和抑制因子具有調(diào)節(jié)作用。同時，NPY對食欲的促進(jìn)作用也受其他食欲調(diào)節(jié)因子的影響。食欲抑制因子瘦素對其就有一定的抑制作用。在許多肥胖嚙齒類動物和禁食鼠模型中，下丘腦NPY的表達(dá)上升，通過瘦素處理可以直接抑制NPY從動物下丘腦釋放。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，模型組大鼠血清瘦素水平較正常組明顯升高，而下丘腦中瘦素水平明顯低于正常組，提示肥胖大鼠存在著高瘦素血癥。肥胖大鼠經(jīng)過4周間歇低氧運(yùn)動刺激后，大鼠血清瘦素水平明顯降低，與Zaccaria[6]的研究結(jié)果一致。然而，大鼠下丘腦瘦素和瘦素受體水平明顯升高，而大鼠攝食減少。提示，間歇低氧運(yùn)動對下丘腦的“食欲調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)”產(chǎn)生影響，進(jìn)而抑制大鼠的食欲。間歇低氧運(yùn)動可能是通過提高下丘腦中瘦素和瘦素受體的水平，使下丘腦NPY的水平降低，進(jìn)而抑制大鼠的食欲，使大鼠的攝食量減少。

下丘腦瘦素水平升高的原因可能是間歇低氧運(yùn)動通過使血中游離的瘦素量增加和(或)提高瘦素的血腦屏障通過率。而下丘腦瘦素受體水平升高的原因除間歇低氧運(yùn)動可能通過提高瘦素受體的血腦屏障通過率這一途徑外，還可能通過間歇低氧刺激促進(jìn)下丘腦瘦素受體基因表達(dá)這一途徑來實(shí)現(xiàn)。下丘腦瘦素和瘦素受體濃度升高可以通過抑制下丘腦弓狀核 NPY神經(jīng)元合成與釋放NPY，進(jìn)而參與攝食行為和能量代謝的調(diào)控[5]。瘦素可能通過2條途徑來抑制NPY的促攝食作用：1)直接作用。瘦素可能抑制下丘腦NPY mRNA的轉(zhuǎn)錄并促進(jìn) NPY的分解，從而降低 NPY的合成(Ahima，1996)；瘦素還可通過抑制 NPY神經(jīng)元上的cAMP-蛋白激酶A來減少細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度，從而直接抑制NPY神經(jīng)元的活性(Zhao等，2002)。2)間接作用。瘦素能激活其它神經(jīng)元，產(chǎn)生一些神經(jīng)遞質(zhì)，來抑制NPY的作用。如瘦素能增加α-促黑素細(xì)胞激素(α-MSH)和MCR-4受體的表達(dá)，并增加它們對NPY的抑制作用(Kask，2000)。此外，瘦素可通過激活產(chǎn)生CART、CRH等來抑制NPY的合成(Miyoung，1998；Matteri1，2001)。

然而，本研究中各組試驗(yàn)大鼠血清NPY濃度變化不大，與下丘腦瘦素和瘦素受體沒有相關(guān)性，這可能是由于下丘腦中的NPY與血清中的NPY來自于不同的組織，各自有著不同的調(diào)控系統(tǒng)，完成各自的特定生理功能[6]，并且血清中的NPY可能不能通過血腦屏障。

當(dāng)然，間歇低氧運(yùn)動還可能通過其它的途徑來抑制食欲。如：1)低氧降低食欲肽在下丘腦的表達(dá)，進(jìn)而抑制食欲；2)低氧促進(jìn)促腎上腺皮質(zhì)激素分泌，進(jìn)而抑制食欲；3)運(yùn)動導(dǎo)致下丘腦中胰島素的增加，抑制下丘腦的神經(jīng)肽 Y(NPY)的 mRNA的表達(dá)，減少其含量，抑制其活性，減少攝食量[7]。

另外，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，間歇低氧安靜組大鼠與常氧安靜組大鼠的攝食量差值存在一定的波動，即在第 1周和第3周兩者的差值較大，而在第2周和第4周兩者的差距縮小。提示，大鼠對間歇低氧刺激可能存在一定的適應(yīng)性，隨著大鼠對間歇低氧刺激的不斷適應(yīng)，間歇低氧對大鼠攝食的抑制將逐漸減弱。

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Analysis of the effect of intermittent hypoxic exercising on the appetite of obese rats and its mechanism

CHEN Yu-wen1，LIN Wen-tao2，QIU Lie-feng3，WENG Xi-quan1
（1.School of Sports and Leisure，Guangdong Ocean Univesity，Zhanjiang 524088，China；2.Provincial Key Laboratory of Biochemistry，Guangzhou Sport University，Guangzhou 510075，China；3.School of Physical Education，Xinyang Normal University，Xinyang 464000，China）

The authors probed into the effect of intermittent hypoxic exercising on the ingestion of nutritional obese SD rats, so as to provide a theoretical criterion for weight reduction through intermittent hypoxic exercising. Hence,the authors established a nutritional obesity model for feeding male SD rats with high fat feed, then let the rats in the intermittent hypoxic exercising group do a 4-week intermittent hypoxic exercise (exercising speed: 20 m/min,(O2): 15.4% in the first two weeks, 14.5% in the last two weeks), and revealed the following findings: as compared with the rats in the normoxic calm group, the contents of hypothalamus leptins and leptin receptors of obese SD rats in the normoxic exercising group and intermittent hypoxic exercising group increased (the rats in the normoxic exercising group: P<0.05, the rats in the intermittent hypoxic exercising group: P<0.01), and the daily ingestion of the rats decreased; as compared with the rats in the normoxic exercising group, the contents of hypothalamus leptins and leptin receptors of obese SD rats in the intermittent hypoxic exercising group increased (leptins: P<0.05,leptin receptors: P<0.01). The findings indicated the followings: 1) intermittent hypoxic exercising restrained the appetite of obese rats, reduced their ingestion, and slowed down the increase of their weight; the effect of intermittent hypoxic exercising was better than the effect of simple exercising; 2) intermittent hypoxic exercising restraining the appetite of the rats may be related to the restraining of neuropeptide Y as a result of the increase of the contents of hypothalamus leptins and leptin receptors of the rats.

exercise biochemistry；appetite；intermittent hypoxic exercising；obese rat

陳瑜文(1962-)，男，講師，研究方向：體育教學(xué)、運(yùn)動生物化學(xué)。通訊作者：邱烈峰。

G804.7

A

1006-7116(2011)04-0133-04

2010-12-08

·運(yùn)動人體科學(xué)·