不同運動間歇時間對2型糖尿病大鼠股四頭肌GLUT4含量的影響

宗克強，鄭 超

（1.齊齊哈爾大學體育學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006； 2.遼寧師范大學體育學院，遼寧 大連 116029）

運動人體科學

不同運動間歇時間對2型糖尿病大鼠股四頭肌GLUT4含量的影響

宗克強1，鄭 超2

（1.齊齊哈爾大學體育學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006； 2.遼寧師范大學體育學院，遼寧 大連 116029）

目的：分析不同運動間歇時間對2型糖尿病大鼠股四頭肌GLUT4含量的影響。方法：選擇60只健康大鼠，隨機選擇10只大鼠作為正常對照組（C組），其余50只為實驗組，經(jīng)過高糖高脂飼養(yǎng)1個月后，死亡6只，2型糖尿病造模成功44只，隨機選擇40只，將40只糖尿病大鼠分為糖尿病對照組（T組）、運動間隔24h組（T1組）、運動間歇48h組（T2組）、運動間歇72h組（T3組）。實驗時，各組實驗大鼠進行60min的一次性中等強度的運動，分別在各組大鼠休息24h、48h和72h后，測定大鼠體內(nèi)胰島素水平，以及取大鼠骨骼四頭肌測定GLUT4的含量。結(jié)果：一次性中等強度的運動之后，經(jīng)過不同時間長度的休息后，各組實驗大鼠體內(nèi)胰島素水平較實驗前有了明顯的提高（顯著性水平為P＜0.05），其中，T2組升高最為明顯。經(jīng)過不同時間長度的休息后，2型糖尿病各運動組（T1組、T2組、T3組）的大鼠股四頭肌內(nèi)GLUT4含量均出現(xiàn)明顯的增加。其中，以T2組的效果最明顯。結(jié)論：1）一次性中等強度運動后，經(jīng)過不同間歇時間的休息后，糖尿病大鼠血糖水平與運動前相比都有了一定程度的降低，其中以間歇時間為48h組的大鼠血糖的降低水平最為明顯；2）一次性中等強度運動后，不同運動間歇時間可以使糖尿病大鼠胰島素水平得到很大程度的提升；3）一次性中等強度耐力運動后，不同間歇時間能夠增加糖尿病大鼠骨骼肌中GLUT4含量，其中以間歇時間為48h組的大鼠的GLUT4含量的升高最明顯。

2型糖尿??；一次性運動；GLUT4；胰島素抵抗

人類與大鼠葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-4（GLUT4）的核苷酸序列相似度很高，相似度大約在95%左右。其中，GLUT4可以影響骨骼肌細胞對葡萄糖的吸收和利用，而葡萄糖在骨骼肌中的跨膜轉(zhuǎn)運也同樣受到GLUT4結(jié)構(gòu)的影響。機體脂肪組織和骨骼肌、心肌細胞胞漿中的GLUT4具有很強的胰島素敏感性，但一般情況下不會表現(xiàn)出來。只有在胰島素的作用下，才能夠激活GLUT4的活性，并將GLUT4轉(zhuǎn)運到細胞膜上，從而促進機體組織中細胞儲存與吸收葡萄糖。

人體中的骨骼肌是代謝葡萄糖的主要場所，正常情況下可以消耗機體20%的葡萄糖，而在高胰島素刺激下可以消耗全身70%～85%的葡萄糖。

實驗研究證實：胰島素抵抗和胰島β細胞的功能障礙是引起2型糖尿病的罪魁禍首。胰島素抵抗致使GLUT4表達失常。胰島素抵抗是誘發(fā)機體患上2型糖尿病的主要因素，胰島素抵抗嚴重影響了糖尿病的治療。而GLUT4的轉(zhuǎn)運異常是誘發(fā)胰島素抵抗的最主要原因。

GLUT4需要在激活的情況下才可以轉(zhuǎn)運葡萄糖，否則它自己不可發(fā)生功效。運動鍛煉與肌肉的收縮可以影響GLUT4的活性，這和胰島素干擾葡萄糖的轉(zhuǎn)運有著相似的效果。目前對運動訓練與2型糖尿病的研究主要集中在不同運動時間與強度、有氧運動與抗組訓練、運動干預等方面。而不同間歇時間的運動對2型糖尿病血糖的影響尚不多見，因此本文試圖探討中等強度運動時不同間歇時間的運動對2型糖尿病GLUT4含量的影響。

1 實驗對象與方法

1.1 實驗對象實驗動物是購自大連醫(yī)科大學實驗中心的60只10（±2）周的雄性SD（Sprague-Dawley）大鼠，飼養(yǎng)許可證號為SCXK（遼）2008-0002。將60只健康的雄性SD大鼠在標準環(huán)境下分籠飼養(yǎng)，以常規(guī)飼料飼養(yǎng)1周后，隨機選取10只大鼠作為正常對照組（C組），繼續(xù)以正常飼料喂養(yǎng)，其余為實驗組，以高糖高脂飼料喂養(yǎng)1個月，制成2型糖尿病模型，其中6只死亡，造模失敗，造模成功44只，隨機選取造模成功的2型糖尿病大鼠40只，平均分為4組，分別為2型糖尿病對照組（T組）、運動間歇時間為24h組（T1組）、運動間歇時間為48h組（T2組）、運動間歇時間為72h組（T3組），剩余的4只備用。

1.2 實驗方法要嚴格控制大鼠的飼養(yǎng)溫度，飼養(yǎng)溫度在18℃～24℃，高脂高糖飼料飼養(yǎng)1個月，對大鼠進行糖耐量實驗，往大鼠腹內(nèi)注射30mg/kg的經(jīng)過處理的藥品STZ，STZ溶于pH值為4.4、濃度為0.1mmol/L的檸檬酸緩沖液當中。

實驗組分為2型糖尿病對照組（T組）和運動訓練組（T1組、T2組、T3組）；對照組采用自由活動，而T1至T3組大鼠進行一次性中等強度的運動（約50%VO2max，15m/min）[1]，運動時間為60min[2]。運動可以在跑臺上進行，T1組的間歇時間為24h，T2組的間歇時間為48h，T3組的間歇時間為72h。

1.2.1 大鼠血糖、胰島素的測量安靜狀態(tài)下，測量大鼠的體質(zhì)量并記錄，斷尾取血測試大鼠血糖及胰島素的含量，在測試血糖與胰島素時應嚴格按照試劑盒上的標注進行操作。

1.2.2 GLUT4含量的測量

1）樣品制備與蛋白定量

提取蛋白質(zhì)：研磨組織，加入RIPA組織裂解液，轉(zhuǎn)EP管勻漿，反復離心，離心后提取上清液，加入到小Tube管中，在-20℃的溫度下保存，待用。

蛋白質(zhì)的定量：用Bradfold方法進行蛋白質(zhì)定量，標準的蛋白質(zhì)定量曲線采用1 mg/ml BSA的方法進行制作。

本次試驗我們利用酶標儀檢測595nm環(huán)境中實驗樣品的吸光值，收集測試數(shù)據(jù)，用Excel表格整理數(shù)據(jù)，列出一個一元線性回歸方程（其中方程的表現(xiàn)形式為y=kx+b），規(guī)定表格x值為實驗樣本上清液濃度數(shù)值，y值為上清液在595nm的環(huán)境中的吸光值。通過這個方程式就可得出樣本的濃度數(shù)值。

2）SDS-PAGE

制備凝膠，準備樣本，上樣，電泳，本實驗用刀片在膠片上切一個小孔做標記，標記位置在左上角，這樣可以方便我們辨認和識別，標記方法是：當用刀切掉濃縮膠片的時候，記下順序。

3）Western Blot

平衡、轉(zhuǎn)膜、封閉、免疫結(jié)合、顯色等環(huán)節(jié)觀察蛋白變化。

1.3 統(tǒng)計方法采用SPSS21.0、Excel等統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行整理與分析；對組間顯著性差異的比較采用單因素方差分析（One-Way ANOTA），顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同運動間歇時間對各組大鼠血糖水平的影響運動前后，各實驗大鼠的血糖水平詳見表1。

表1 不同運動間歇時間對各組大鼠血糖水平的影響（±SD）Tab.1 Different rest time will affect different groups of rats blood glucose

由表1可知，運動前，對照組（C組）的血糖水平（Blood glucose）明顯低于實驗組各組大鼠的血糖水平。分別將T1組、T2組、T3組與T組血糖水平相比，各組的差異性不大。一次性中等強度運動之后（Postexercise），并經(jīng)過不同時間的休息后，各2型糖尿病運動訓練組（T1、T2、T3）大鼠體內(nèi)的血糖有不同程度的降低，其中，實驗組T2組大鼠體內(nèi)的血糖下降的最明顯（P＜0.01）。

經(jīng)過相同時間的一次性中等強度的運動后，2型糖尿病大鼠經(jīng)過不同時間的休息后，血糖水平都有明顯的降低。因此，在一次性中等強度的運動之后，不同運動間歇時間會對2型糖尿病患者體內(nèi)的血糖產(chǎn)生影響，使血糖水平降低，這對維持糖尿病患者血糖平衡有很重要的作用。還可以發(fā)現(xiàn)2型糖尿病大鼠休息48h后（T2組），體內(nèi)的血糖水平下降最為明顯，由此證明：當運動強度和運動時間一定時，48h小時后再進行鍛煉，能夠達到最佳的降低血糖的效果。

胰島素是由胰島細胞分泌的轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)激素，可以對血液中的血糖進行控制和調(diào)節(jié)，在維持血糖平衡方面有重要作用。機體外周組織攝取轉(zhuǎn)運葡萄糖的能力受到胰島素抵抗的影響而下降，當胰島素出現(xiàn)抵抗時就會降低機體吸收和消耗葡萄糖的能力。以科學合理的運動方式提高胰島素的敏感性，降低胰島素抵抗，并對2型糖尿病的治療進行干預，這是治療2型糖尿病最為簡單、最為有效的方法。

臨床試驗證明：科學合理的運動對增強胰島素敏感性有很大作用。誘發(fā)2型糖尿病發(fā)病的主要原因是人們長期不進行體育鍛煉、沒有養(yǎng)成規(guī)律的生活習慣以及過多的攝入高熱量、高脂肪的食物而造成的。運動對胰島素的影響持續(xù)時間大約為3天，1個星期后才開始消失[3]。科學合理的運動、適宜的運動時間、有效的運動強度及科學的運動頻率對2型糖尿病的治療有重要作用。有氧運動在降低與緩解血糖水平上有著很好的效果，能夠有效地緩解胰島素抵抗，同時還可以提高胰島素敏感性[4]。

運動作為最基本的能量消耗方式，主要依靠骨骼肌的收縮來消耗血糖，然后將消耗的血糖以糖原的形式儲存在機體的肌肉和肝臟之中，因此，血糖可以通過運動被分解為糖原，從而為運動提供能量，機體堆積的大量血糖可以被消耗掉，這樣就很好地降低了糖尿病患者的血糖水平。

2型糖尿病運動訓練組大鼠（T1組、T2組、T3組）經(jīng)過一次性中等強度跑臺運動后，大鼠的血糖水平都出現(xiàn)了下降，其中T2組下降的效果最明顯，這就證明了一次性中等強度耐力運動后，經(jīng)過一定時間的休息，會使人體的脂肪、肌肉等組織內(nèi)細胞中的胰島素活性增強，并且提高了胰島素與胰島素受體結(jié)合的效率，降低了胰島素抵抗，可以維持機體的血糖水平，即一次性中等強度的耐力運動可以使血液中的葡萄糖儲存在機體的骨骼肌和肝臟中，并且以糖原的形式儲存這些葡萄糖，這對降低血糖水平有明顯的作用。

2.2 不同運動間歇時間對各組大鼠胰島素的影響

表2 不同運動間歇時間對各組大鼠胰島素水平的影響（±SD）Tab.2 Different rest time will affect different groups of rats Insulin

由表2可知，對比運動前后，正常對照組（C組）的大鼠胰島素水平（Insulin）與2型糖尿病實驗對照組（T組）大鼠的胰島素水平均沒有明顯的變化；而經(jīng)過不同間歇時間休息后的其他3組（T1、T2、T3組），2型糖尿病運動訓練組大鼠體內(nèi)的胰島素水平都得到了提高；其中，T2組的提高水平最大。與C組大鼠的胰島素水平相比，不同間歇時間休息后，2型糖尿病實驗組大鼠的胰島素水平變化明顯，與運動前相比，所有2型糖尿病運動訓練組（T1、T2、T3組）大鼠的IRI都有明顯的下降，其中，最明顯的是T2組。

2型糖尿病大鼠胰島素的敏感性可以受到運動的影響而得到一定的提高，胰島分泌的胰島素的量也會增加，胰島素抵抗受到抑制，可以降低血糖水平。其中，相同時間的中等強度運動后，大鼠分別休息24h、48h和72h后，對2型糖尿病大鼠胰島素的分泌量情況進行研究，可以發(fā)現(xiàn)：休息48h后的效果最為明顯。說明經(jīng)過中等強度的有氧運動后，2型糖尿病患者經(jīng)過48h的休息后再進行鍛煉，胰島素分泌的促進效果最明顯，實現(xiàn)血糖水平降低的效果最明顯。

2.3 不同運動間歇時間對各組大鼠葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-4（GLUT4）含量的影響

表3 各組大鼠GLUT4的相對含量（±SD）Tab.3 Each group of rats relative content of GLUT4

由表3可知，2型糖尿病運動訓練組（T1、T2、T3組）大鼠股四頭肌GLUT4相對含量均有上升；2型糖尿病運動訓練組大鼠（T1、T2、T3組）GLUT4的相對含量高于T組；GLUT4含量最高的是T2組，高于C組。對比IRI指數(shù)可知，2型糖尿病組大鼠高于C組大鼠。通過上述分析可知：2型糖尿病組大鼠表現(xiàn)出明顯的胰島素抵抗。運動后，2型糖尿病運動訓練組大鼠（T1、T2、T3組）的IRI指數(shù)都有了明顯的下降。這表明運動有抑制2型糖尿病大鼠胰島素抵抗的作用，還可以提高胰島素的敏感性。通過以上研究可知，GLUT4轉(zhuǎn)位缺陷能夠直接影響骨骼肌對葡萄糖的吸收與利用：

1）運動是提高2型糖尿病大鼠GLUT4的含量和胰島素敏感性的重要方法，也可以提高對葡萄糖的有效吸收及消耗，從而實現(xiàn)血糖的動態(tài)平衡；

2）T2組的變化最為明顯，由此可以證明，間歇48h后再進行鍛煉，降低血糖水平的效果最為明顯；

3）降低血糖水平的效應在運動48h后達到最高值，之后開始出現(xiàn)下降。

通過上述分析可知：在中強度訓練過程中，其2次運動的間隔不能超過2天；而當超過后就會加大血糖的波動幅度，導致AGEs（晚期糖基化終末產(chǎn)物）堆積的出現(xiàn)，致使血管平滑肌細胞的增生，從而導致糖尿病并發(fā)癥。

綜合所有實驗可知：不同強度、不同方式、不同運動時間的運動刺激會使2型糖尿病大鼠細胞中的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-4（GLUT4）含量升高，綜合現(xiàn)有的研究來看，有氧運動與抗阻運動是增加機體內(nèi)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-4（GLUT4）含量、提高葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運葡萄糖能力的2個最主要的途徑[5]。

葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-4（GLUT4）活性被胰島素激活到一定活性的時候，可以把AMPK信號傳導激活，而當機體內(nèi)血糖水平升高時，會刺激胰島，使胰島分泌的胰島素增加，從而增加機體內(nèi)胰島素的濃度，細胞膜上的胰島素受體活性會因為胰島素濃度的增加而被激活，胰島素受體的濃度也會因此增加。胰島素與胰島素受體結(jié)合的能力得到增強，胰島素受體1（IRS-1）作為胰島素與胰島素受體結(jié)合后的介導，胰島素受體1和胰島素受體1的β亞單位被磷酸化，反應結(jié)束后，葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-4（GLUT4）的轉(zhuǎn)運能力得到提升。

通過有氧運動與抗阻運動的影響，也可以實現(xiàn)將葡萄糖由細胞膜內(nèi)轉(zhuǎn)運到細胞膜外的目的，這就是運動降低血糖水平的生理學原理[6]。人體的細胞中有2種不同功能的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-4（GLUT4），都會受到有氧運動、抗阻運動和胰島素的影響，敏感性會得到一定的提升，都可以促進葡萄糖轉(zhuǎn)運出細胞膜外。

研究結(jié)果顯示：患有肥胖癥、糖尿病的人和健康人相比，可以發(fā)現(xiàn)前者的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-4（GLUT4）活性下降，這是機體轉(zhuǎn)運葡糖糖異常的主要原因[4]。大量實驗證實，運動能夠明顯降低糖尿病大鼠的血糖，提高胰島素的敏感性。

通過本研究可以發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過一次中等強度的運動后，經(jīng)過不同時間的休息后，2型糖尿病運動訓練組大鼠股四頭肌中的GLUT4的含量比2型糖尿病對照組有了一定程度的增加，其中，T2組大鼠GLUT4含量增加的幅度最大，這也在一定程度上顯示出GLUT4的轉(zhuǎn)位在糖尿病大鼠休息48h小時后會達到高峰。

3 結(jié) 論

1）一次性中等強度耐力運動后，經(jīng)過不同間歇時間的休息后，2型糖尿病大鼠血糖水平較運動前有了一定程度的降低，其中間歇時間為48h組的大鼠血糖的降低水平最為明顯。

2）對2型糖尿病大鼠施加一定時間的中等強度耐力運動后，不同運動間歇時間可以使2型糖尿病大鼠胰島素水平得到很大程度的提升，其中以間歇時間為48h組的大鼠的升高水平最大。

3）對2型糖尿病大鼠施加一定時間的中等強度耐力運動后，不同間歇時間能夠增加2型糖尿病大鼠骨骼肌中GLUT4含量，其中以間歇時間為48h組的大鼠的GLUT4含量的升高最明顯。

[1] 劉龍波.中等強度有氧運動對2型糖尿病患者血糖血脂體重的影響[D].西安：西安體育學院，2013.

[2] 宋大為.不同運動時間對2型糖尿病大鼠股四頭肌GLUT4含量的影響[D].大連：遼寧師范大學，2014.

[3] 史凌燕.氧化應激水平與肥胖和2型糖尿病的關(guān)系[J].糖尿病新世界，2015（8)：237-238.

[4] 王薇，單承湘，劉霞.2型糖尿病大鼠在有氧運動干預中Apelin的變化及其對血壓的調(diào)節(jié)作用[J]. 西安體育學院學報，2016（2)：226-230.

[5] 叢琳，陳吉棣，郭啟煜.運動對糖尿病大鼠骨骼肌GLUT4和MAPK的作用[J].中國糖尿病雜志，2001（6）：26-28.

[6] 霍朋.有氧運動和抗阻訓練對2型糖尿病患者空腹和葡萄糖負荷時自主神經(jīng)功能的影響[J].山東體育學院學報，2014（4)：68-71.

The Efects of Diferent Intermittent Time on the Level of GLUT 4 in Type 2 Diabetes Mellitus Rats

ZONG Ke-qiang1，ZHENG Chao2
(1.College of Physical Education， Qiqihar University， Qiqihar 161006， Heilongjiang China；2.School of physical education， Liaoning Normal University，Dalian 116029，Liaoning China)

The objective of this study is to analyze diferent movement intermittent time on type 2 diabetic rats’ quadriceps GLUT4 content. Methods: select 60 healthy rats and among them 10 were randomly selected as control group (group C), the remaining 50 rates were in the experimental group. After a month of high-sugar high-fat feeding, 6 died, 44 were successfully build type 2 diabetes mellitus. 40 diabetes rats were divided into control group (T group), sport group interval of 24 h group (T1), sports 48 h group (T2), intermittent movement intermittent 72 h group (T3). During the experiment, the experimental rats did moderate-intensity exercise for 60 min one-time, then each group rests for 24 h, 48 h and 72 h rest respectively. After the rest, the insulin levels and the content of GLUT4 in rats were measured. Results:after the moderate-intensity exercise taking diferent length of time to rest, the insulin levels signifcantly grow in the groups of experimental rats, (signifcance level (P ＜ 0.05), among them, T2 rising group is most obvious. After diferent length of time to rest, the movement type 2 diabetes mellitus group (T1, T2, T3) of rats in the quadriceps signifcantly increased the amount of GLUT4 are increased obviously. Among them, the efect of T2 group is the most obvious. Conclusion: 1) After one-time moderate-intensity exercise and diferent intermittent time of rest, diabetic rats blood glucose levels compared with before exercise have reduced to a certain extent, among them with intermittent time for 48 h group of low blood sugar level was most significant in rats. 2) After one-time moderate-intensity exercise, intermittent time can make diferent movement diabetic rats insulin levels greatly been improved. 3) After one-time moderate endurance exercise, diferent intermittent time can increase the GLUT4 content in diabetic rat skeletal muscle, with intermittent time for 48 h group rats increased GLUT4 content of the most obvious.

Type 2 diabetes; one-time campaign; GLUT4; insulin resistance

G804.3

A

1004 - 7662(2016 )07- 0081- 05

2016-05-11

宗克強，助教，碩士研究生，研究方向：運動能量損耗與恢復。