不同碳水化合物含量飲食對大鼠腦組織葡萄糖代謝的影響*

福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 繆蔚冰 張建媛 季澤強 黃 超

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不同碳水化合物含量飲食對大鼠腦組織葡萄糖代謝的影響*

福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 繆蔚冰 張建媛 季澤強 黃 超

目的：探討不同碳水化合物含量飲食對大鼠腦組織葡萄糖代謝的影響。方法：75只SD大鼠，隨機分成3個飲食組：低碳水化合物(LC)組、中碳水化合物(IC)組和高碳水化合物(HC)組，每個飲食組又分為一餐、二餐、三天、五天、七天等不同喂養(yǎng)時間組(5只/喂養(yǎng)時間/飲食組)。經(jīng)尾椎靜脈注射18F-FDG后1h，處死大鼠，取腦組織和肝臟組織，以γ放射免疫計數(shù)器測定其單位質(zhì)量的放射性計數(shù)，并計算每克腦組織與肝臟放射性計數(shù)（腦/肝）比值。結(jié)果：LC組腦/肝比值明顯高于其他兩個飲食組(F=15.417，P<0.01)；IC組和HC組之間，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。LC組經(jīng)一餐、二餐喂養(yǎng)，大鼠腦/肝比值雖有增高趨勢，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；而經(jīng)過三天、五天的喂養(yǎng)時間，腦/肝比值逐漸增高，兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，且明顯高于一餐和二餐組(P<0.05)。IC組和HC組，經(jīng)過不同喂養(yǎng)時間，大鼠腦/肝比值均無明顯變化，各組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(F值分別為0.374和0.405，均P>0.05)。結(jié)論：一餐乃至一天的低碳水化合物飲食，對腦組織葡萄糖代謝的影響不大；持續(xù)3天以上的低碳水化合物飲食，才可以提高腦組織對葡萄糖的利用。

碳水化合物飲食18F-FDG 喂養(yǎng)時間

18F-FDG作為葡萄糖類似物，是目前臨床PET/CT顯像中應(yīng)用最為廣泛且成熟的放射性藥物。18F-FDG顯像反映了組織和細(xì)胞對葡萄糖的利用和代謝情況。國內(nèi)外已有動物和臨床研究報道飲食結(jié)構(gòu)的改變可以影響心肌對18F-FDG的攝取[1-2]，但對腦18F-FDG攝取的影響，則尚未見有報道。本研究以SD大鼠作為觀察對象，分別用不同碳水化合物含量飼料喂養(yǎng)不同的時間，通過測定大鼠腦組織對18F-FDG的攝取情況，探討不同碳水化合物含量飲食對腦組織葡萄糖代謝的影響，從而為指導(dǎo)臨床PET顯像前飲食準(zhǔn)備提供客觀依據(jù)。

1 材料和設(shè)備

SD大鼠，雄性，4周齡，購于上海斯萊克實驗動物有限責(zé)任公司。實驗中三種不同碳水化合物含量的飼料由上海斯萊克實驗動物有限責(zé)任公司提供。GC-1200γ放射免疫測定儀，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司。

2 實驗方法

2.1 飲食

低、中、高三種碳水化合物飼料構(gòu)成見表1。

2.2 實驗大鼠的喂養(yǎng)和分組

SD大鼠75只，普通飲食喂養(yǎng)2周后，將其隨機分成三個飲食組(25只/飲食組)：低碳水化合物(LC)組、中碳水化合物(IC)組和高碳水化合物(HC)組。每個飲食組又分為一餐、二餐、三天、五天、七天等不同喂養(yǎng)時間組(5只/喂養(yǎng)時間/飲食組)。每個喂養(yǎng)組經(jīng)尾椎靜脈注射18F-FDG后1h，處死大鼠，取腦組織和肝臟組織，以γ放射免疫計數(shù)器測定其單位質(zhì)量的放射性計數(shù)，并計算每克腦組織與肝臟放射性計數(shù)（腦/肝）比值。

表1 三種不同碳水化合物含量飼料構(gòu)成

2.3 大鼠腦組織放射性攝取的測定

實驗前一晚10時后開始對大鼠禁食10小時以上。實驗當(dāng)天經(jīng)腹腔注射20% 水合氯醛(3mL/kg)麻醉后，尾椎靜脈注射18F-FDG 3.7MBq，1h后剪開大鼠頸動脈放血處死，取全腦組織，另每只大鼠取相同部位的部分右肝組織，分別裝入標(biāo)記好的試管內(nèi)，按編號順序依次裝入γ放射免疫計數(shù)儀的試管架上，測定腦組織與肝臟的放射性計數(shù)（CPM）。以電子天平測定腦組織和肝臟組織質(zhì)量，并計算每克腦組織和肝臟的放射性計數(shù)比值（B/L）。

2.4 統(tǒng)計分析

采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析，實驗數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±)表示。各實驗組之間結(jié)果差異用方差分析比較，<0.05為有統(tǒng)計學(xué)意義。

3 結(jié)果

不同飲食組大鼠經(jīng)不同喂養(yǎng)時間，腦/肝比值見表2。

表2 不同碳水化合物含量飲食不同喂養(yǎng)時間大鼠B/L(±s)

表2 不同碳水化合物含量飲食不同喂養(yǎng)時間大鼠B/L(±s)

一餐二餐三天五天七天 LC組IC組HC組1.914±0.2282.008±0.2412.148±0.1752.365±0.2302.146±0.1592.058±0.1802.677±0.4682.031±0.2922.024±0.3183.389±0.7822.067±0.2582.002±0.2912.775±0.5131.981±0.2301.972±0.152

LC組腦/肝比值明顯高于其它兩個飲食組(=15.417，<0.01)；IC組、HC組間腦/肝比值，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(>0.05)。

LC組經(jīng)一餐、二餐喂養(yǎng)，大鼠腦/肝比值雖有增高趨勢，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(>0.05)，三天、五天喂養(yǎng)時間組，大鼠腦/肝比值逐漸增高，兩組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(<0.05)，明顯高于一餐和二餐組(<0.05)；但經(jīng)七天喂養(yǎng)后，大鼠腦/肝比值低于五天組(<0.05)，但與三天組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(>0.05)。LC組中，三天、五天、七天喂養(yǎng)時間大鼠腦/肝比值明顯高于IC組、HC組的相同喂養(yǎng)時間，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(<0.05)。IC組經(jīng)過不同喂養(yǎng)時間，大鼠腦/肝比值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(=0.374，>0.05)；HC組大鼠隨喂養(yǎng)時間的延長腦/肝比值有少量減低，但各時間組之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(=0.405，>0.05)。

4 討論

18F-FDG是葡萄糖類似物，目前廣泛應(yīng)用于臨床PET/CT顯像中。同天然葡萄糖一樣，18F-FDG經(jīng)靜脈注入后，由位于細(xì)胞膜外表面的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（GLUT）介導(dǎo)跨膜進入細(xì)胞液內(nèi)[3]。飲食中含糖類、脂類以及蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，進入人體后經(jīng)過消化吸收，在體內(nèi)氧化分解，為機體提供能量。心臟可以利用葡萄糖、游離脂肪酸和酮體等多種物質(zhì)作為能量底物，而腦組織則不同，必須依靠細(xì)胞內(nèi)持續(xù)的葡萄糖代謝供能才可以維持腦組織結(jié)構(gòu)與功能的完整。在生理情況下，腦的唯一能量底物是葡萄糖；而在嚴(yán)重饑餓時，體內(nèi)酮體逐漸增加，腦組織也可以逐漸利用酮體來提供能量[4]。腦細(xì)胞攝取葡萄糖主要通過GLUT1和GLUT3來完成。

本研究表明，LC組大鼠的腦/肝比值明顯高于IC組和HC組；同時，大鼠經(jīng)一餐和兩餐的LC喂養(yǎng)，腦組織對葡萄糖的攝取并沒有明顯變化，直至第3天腦對葡萄糖的利用才開始增加，并在第5天達(dá)到高峰后有所下降時。由此可見，一餐乃至一天的低碳水化合物飲食對腦組織FDG的攝取影響不大；持續(xù)3天以上的低碳水化合物飲食，才可以增加腦組織對葡萄糖的利用。此外，本研究還表明，高碳水化合物飲食對腦組織葡萄糖代謝影響不大。我們分析認(rèn)為，可能是由于3天的低碳水化合物高脂飲食導(dǎo)致機體內(nèi)糖供給不足，血糖水平降低，腦組織為了保證能量的供給，增加了對葡萄糖的攝??；而經(jīng)過一段時間以后，大鼠體內(nèi)達(dá)到一個自身的平衡，血糖維持穩(wěn)定，因而對葡萄糖的攝取又逐漸下降。在高碳水化合物飲食時，由于血糖水平增高，機體為了防止過多的葡萄糖進入腦組織造成腦細(xì)胞損害而減少了對葡萄糖的攝取。Yutaka和Roman等[5,6]的研究結(jié)果也表明，機體血糖水平的改變與腦組織FDG的攝取密切相關(guān)。

綜上所述，一餐乃至一天低碳水化合物飲食，對腦組織FDG攝取的影響不大；持續(xù)3天以上的低碳水化合物飲食，才可以提高腦組織對FDG的攝取。因此，在臨床腦功能18F-FDG顯像中，通過改變飲食結(jié)構(gòu)來提高腦組織對18F-FDG的攝取不現(xiàn)實；而在腦腫瘤18F-FDG代謝顯像中，也很難可能通過增加飲食中碳水化合物的含量來降低腦組織對FDG的攝取，達(dá)到提高靶/非靶比值的目的。

[1] Williams G，Kolodny GM. Suppression of myocardial 18F-FDG uptake by preparing patients with a high-fat，low-carbohydrate diet[J]. Am J Roentgenol，2008，190（2）：W151-156.

[2] 繆蔚冰，王榮福，Blaufox MD，等.不同含量碳水化合物飲食對大鼠心臟和腦18F-FDG攝取的影響[J]. 中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2009，25（7）：1276-1278.

[3] 潘中允. PET/CT診斷學(xué)[M]. 北京：人民衛(wèi)生出版社，2009：160-162．

[4] Vannucci SJ, Simpson IA. Developmental switch in brain nutrient transporter expression in the rat [J]. Am J Physiol Endocrinol Metab，2003，285(5)：E1127-E1134.

[5] Uehara Y，Nipper V，McCall AL. Chronic insulin hypoglycemia induces Glut-3 protein in rat brain neurons [J]. Am J Physiol，1997，272(4 Pt 1): E716-E719.

[6] Duelli R, Maurer MH, Staudt R, et al. Increased cerebral glucose utilization and decreased glucose transporter Glut1 during chronic hyperglycemia in rat brain [J]. Brain Res，2000，858(2)：338-347.

福建省自然基金（2010J01154），福建省教育廳課題（JB09119）。

繆蔚冰。