頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動對IR大鼠肝臟功能的影響

康京京 徐曉陽 潘紅英 李捷 王欣

摘 要：目的 觀察頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動對高脂喂養(yǎng)的IR大鼠肝臟功能的影響。方法 將大鼠隨機(jī)分為正常對照組和IR模型組兩大組，高脂模型組R用于胰島素抵抗造模。將造模成功的IR大鼠隨機(jī)分為IR模型組1（R1）、IR模型組2（R2）、IR+頻譜水組（RH）、IR+運(yùn)動組（RD）和IR+頻譜水+運(yùn)動組（RHD）。R1組麻醉后取所需組織，R2、RH、RD和RHD組繼續(xù)以高脂飼料喂養(yǎng)8周后取所需組織進(jìn)行指標(biāo)檢測。檢測各組大鼠的血脂四項(xiàng)、肝臟功能、氧化應(yīng)激和TNF-α蛋白等指標(biāo)。結(jié)果 與模型組相比，頻譜水、有氧運(yùn)動、頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動對大鼠血脂水平、肝臟功能水平及氧化應(yīng)激水平具有顯著的改善作用（P<0.05），均可降低胰島素抵抗大鼠模型肝臟TNF-α蛋白表達(dá)（P<0.05）。與有氧運(yùn)動相比，頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動對大鼠肝臟功能水平、氧化應(yīng)激水平及TNF-α蛋白表達(dá)的改善更為顯著（P<0.05）。結(jié)論 超低頻電磁場處理水能在一定程度上改善IR 大鼠血脂紊亂水平，降低高脂飲食引起的肝臟功能紊亂水平。

關(guān)鍵詞：IR 頻譜水 有氧運(yùn)動 肝臟功能 氧化應(yīng)激 TNF-α

中圖分類號：G80 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2813（2018）02（a）-0017-05

胰島素抵抗（IR）是指外周靶器官對胰島素作用的敏感性下降。目前認(rèn)為，胰島素抵抗不僅是2型糖尿病的發(fā)病基礎(chǔ)，也是多種代謝性疾病的發(fā)病基礎(chǔ)，如肥胖、代謝綜合癥等。大量研究表明游離脂肪酸、細(xì)胞因子、炎癥、氧化應(yīng)激等多種因素共同參與胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展。氧化應(yīng)激是引起胰島素抵抗的關(guān)鍵性因素[1]。肝臟是人體代謝最活躍的合成和分解代謝器官之一，對糖、蛋白質(zhì)和脂肪代謝都有直接的影響。超低頻電磁場處理水（以下簡稱頻譜水）是將普通飲用水經(jīng)超低頻電磁場處理后，使其物理化學(xué)特性發(fā)生改變，如水分子團(tuán)簇變小，介電常數(shù)升高[2]，安全無毒且能提高機(jī)體免疫功能[3]。實(shí)驗(yàn)表明，小分子簇水具有明顯的改善老年大鼠血糖、血脂水平，保肝、清除體內(nèi)代謝物的保健功能[4-5]。本研究以高脂喂養(yǎng)建立胰島素抵抗大鼠模型，以有氧運(yùn)動和頻譜水為干預(yù)手段，為研究運(yùn)動聯(lián)合頻譜水對胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)下肝臟氧化應(yīng)激的作用及機(jī)制提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

實(shí)驗(yàn)對象為SPF級雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠80只，重量（120±10）g，在廣東省實(shí)驗(yàn)動物研究中心處所購。大鼠隨機(jī)分為正常對照組A和IR模型組（R）兩大組。正常對照組以普通飼料喂養(yǎng)，其中A1組喂養(yǎng)10周，A2組喂養(yǎng)18周。IR模型組以高脂飼料喂養(yǎng)10周，用于胰島素抵抗造模，選取IR造模成功的大鼠，分為IR模型組（R1）、IR模型組（R2）、IR+頻譜水組（RH）、IR+運(yùn)動組（RD）和IR+頻譜水+運(yùn)動組（RHD）。R1組麻醉后取材，R2、RH、RD和RHD組繼續(xù)以高脂飼料喂養(yǎng)8周。實(shí)驗(yàn)過程中所用高脂飼料和普通飼料均為廣東省實(shí)驗(yàn)動物研究中心提供。

RD組和RHD組在建模成功后實(shí)施運(yùn)動：實(shí)驗(yàn)前先進(jìn)行一周的適應(yīng)性游泳運(yùn)動，進(jìn)行為期8周的游泳運(yùn)動。RH和RHD組在建模成功后開始每天飲用頻譜水（由廣東駿豐頻譜股份有限公司提供）。第8周測試空腹血糖，以及OGTT和ITT，測試空腹胰島素水平。所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件處理，測試結(jié)果以（）表示，組間比較用多因素方差分析，顯著性水平取P<0.05有統(tǒng)計(jì)意義。

2 結(jié)果

2.1.1 大鼠空腹血糖變化

從表1可以看出，第8周，IR模型組空腹血糖變化不大，與對照組相比無顯著差異，第10周，與正常對照組相比，IR模型組空腹血糖明顯增加。

2.1.2 OGTT測試和ITT測試

OGTT測試是一種葡萄糖負(fù)荷試驗(yàn)，可以了解機(jī)體對葡萄糖的調(diào)節(jié)能力。表2所示，高脂喂養(yǎng)10周，IR模型組大鼠在30min、60min、90min血糖和曲線面積均顯著高于正常對照組（P<0.05，P<0.01）。ITT測試是目前廣泛評價個體葡萄糖代謝的實(shí)驗(yàn)，可用于篩選胰島素抵抗。與正常對照組相比，IR模型組大鼠在30min、60min、90min、120min血糖和曲線面積顯著增加（P<0.05，P<0.01）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示高脂飼養(yǎng)的大鼠出現(xiàn)糖耐量能力下降和胰島素耐量能力下降。

2.1.3 胰島素敏感指數(shù)與胰島素抵抗指數(shù)

表3所示，10周高脂飼料喂養(yǎng)的IR模型組大鼠，F(xiàn)INS、ISI、HOMA-IR較普通飼料喂養(yǎng)的正常對照組差異顯著（P<0.05，P<0.01），空腹血糖無顯著差異。IR模型組大鼠空腹血糖沒有超出正常值范圍，空腹血清胰島素含量顯著升高（P<0.01），機(jī)體對胰島素的敏感性顯著降低（P<0.01），胰島素抵抗指數(shù)顯著高于A組（P<0.05）。通過間接的胰島素抵抗評價方式，可證明模型組大鼠IR模型建立成功。

2.2 大鼠血脂代謝的相關(guān)指標(biāo)

表4所示，與A1組相比，R1組CHOL、TG、LDL-C升高顯著（P<0.01，P<0.05），HDL-C降低明顯（P<0.05）。與R2組相比，RD、RHD組CHOL顯著降低（P<0.01），RH、RD、RHD組TG顯著降低（P<0.01），RH、RD、RHD組LDL-C顯著降低（P<0.01），RH組HDL-C顯著升高（P<0.05，P<0.01）。與RD組相比，RHD組TG、LDL-C顯著升高（P<0.01，P<0.05）。

2.3 大鼠肝功，肝臟重量

表5所示，與A1組相比，R1組ALT、AST、肝臟重量顯著的升高（P<0.01），S/L值顯著降低（P<0.05）。與R2組相比，RH組和RHD組ALT、AST和肝臟重量均顯著下降（P<0.01，P<0.05），S/L值顯著上升（P<0.01，P<0.05）。RD組與R2組相比，ALT、肝臟重量明顯降低（P<0.01），S/L值明顯升高（P<0.01）。其中RHD組的ALT和AST均明顯低于RD組（P<0.05），且RHD組的ALT明顯低于A2組。

2.4 肝臟HE染色

通過圖1，HE染色可以看出R1組和R2組脂肪浸染情況比較嚴(yán)重，肝細(xì)胞結(jié)構(gòu)不完整，界限不清楚。RH組脂肪浸染現(xiàn)象比R2組有所改善，肝細(xì)胞的結(jié)構(gòu)也比較完整，但是依然有脂肪泡。RD組大鼠肝組織結(jié)構(gòu)完整，細(xì)胞壁比較清晰，但是有少量的溶核現(xiàn)象。RHD大鼠肝組織結(jié)構(gòu)完整，細(xì)胞壁比較清晰，溶核現(xiàn)象比較少，中央靜脈及其周圍放射狀排列的肝細(xì)胞索清晰，彼此連接成網(wǎng)狀，肝細(xì)胞呈多邊形，界限清楚，胞漿豐富，核質(zhì)對比明顯，脂肪浸染的情況得到改善。說明8周的頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動具有改善肝臟脂肪浸染現(xiàn)象和維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的作用。

2.5 各組大鼠肝臟氧化應(yīng)激的變化

表6所示，與A1組相比，R1組SOD顯著降低（P<0.01），ROS、MDA顯著增加（P<0.01，P<0.05）。與R2組相比，各組SOD均顯著升高（P<0.01，P<0.05），MDA和ROS均顯著性降低（P<0.05，P<0.01）。與RD組相比，RHD組SOD顯著增加，MDA顯著降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示飲用頻譜水可以顯著降低高脂引起的大鼠肝臟氧化應(yīng)激水平。頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動，可提高有氧運(yùn)動對IR大鼠肝臟氧化應(yīng)激的改善作用。

2.6 各組大鼠TNF-α蛋白表達(dá)

圖2所示，與A1組相比，R1組TNF-α蛋白表達(dá)顯著升高（P<0.01）。與R2組相比，RH組、RD組、RHD組顯著降低（P<0.05，P<0.01）。與RD組相比，RHD組顯著降低（P<0.05）。

3 討論

3.1 頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動對血脂四項(xiàng)的影響

胰島素抵抗對人類的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，是多種代謝性疾病的主要誘因。血脂水平作為機(jī)體重要的健康指標(biāo)，可直接反映體內(nèi)代謝的穩(wěn)態(tài)水平。TG、CHOL、LDL-C增高和HDL-C降低等血脂異常是代謝綜合癥發(fā)生的危險因素，與IR的病理進(jìn)程密切相關(guān)。甘油三酯（TG）主要由動物肝臟和脂肪合成，可與蛋白質(zhì)形成脂蛋白在血液中運(yùn)轉(zhuǎn)，含量超標(biāo)可造成高脂血癥，易引起繼發(fā)性疾病。研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動可加速TG的代謝，長期有氧運(yùn)動可明顯降低體內(nèi)TG含量。膽固醇（CHOL）是肝臟代謝脂肪時的合成物質(zhì)，構(gòu)成細(xì)胞膜的主要原料，但體內(nèi)CHOL增高，尤其是CHOL和TG兩者皆高，容易造成高脂血癥。高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）與LDL-C作用正好相反，能將膽固醇從組織轉(zhuǎn)移到肝臟中去，能防治動脈粥樣硬化等疾病。本研究發(fā)現(xiàn)，10周的高脂引起IR模型組大鼠CHOL、TG、LDL-C增加，HDL-C降低。建模成功后繼續(xù)高脂飲食喂養(yǎng)8周，與IR模型組相比，RD、RHD組CHOL顯著降低，RH、RD、RHD組TG顯著降低，RH、RD、RHD組LDL-C顯著降低，RH組HDL-C顯著升高。提示，高脂引起大鼠血脂發(fā)生變化，飲用頻譜水可抑制高脂飲食引起的TG、LDL-C升高和緩解高脂飲食引起的HDL-C降低，對IR大鼠的血脂水平具有一定的改善作用。

3.2 頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動對肝臟功能和形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

對成模后的IR大鼠進(jìn)行8周的高脂喂養(yǎng)，與R2組相比，RH組和RHD組ALT、AST和肝臟重量均顯著下降，S/L值顯著上升。RD組與R2組相比ALT、肝臟重量明顯降低，S/L值明顯升高。其中RHD組的ALT和AST明顯低于RD組。結(jié)果提示，飲用頻譜水能夠緩解高脂飲食帶來的肝臟功能指標(biāo)的變化和肝臟增重的現(xiàn)象，對大鼠肝臟的功能狀況具有一定的改善作用。飲用頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動，可提高有氧運(yùn)動對胰島素抵抗大鼠肝臟功能的改善作用。

通過肝臟HE染色觀察肝臟的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及肝臟炎癥浸染情況發(fā)現(xiàn)，RHD組肝臟脂肪浸染狀況較A組接近，中央靜脈及其周圍放射狀排列的肝細(xì)胞索清晰，彼此連接成網(wǎng)狀，肝細(xì)胞呈多邊形，界限清楚，胞漿豐富，核質(zhì)對比明顯，脂肪浸染的情況得到改善。說明頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動對肝臟脂肪浸染現(xiàn)象有一定的改善作用。

3.3 頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動對肝臟氧化應(yīng)激的影響

氧化應(yīng)激是指體內(nèi)的由于各種原因產(chǎn)生ROS過多和或內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)的消除能力減弱，使得多余的ROS在體內(nèi)聚集，參與氧化生物大分子的過程，產(chǎn)生細(xì)胞脂質(zhì)過氧化，損傷溶酶體、線粒體等。過剩的ROS除了會對細(xì)胞內(nèi)大分子導(dǎo)致?lián)p害外，還能激活應(yīng)激敏感性信號通路，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，損傷細(xì)胞[7]。氧化應(yīng)激在IR的發(fā)展過程中起著十分重要的作用：IR會導(dǎo)致機(jī)體對血糖血脂的利用率減低，使得多余的糖類物質(zhì)和游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA）在體內(nèi)蓄積，通過自身氧化產(chǎn)生大量的自由基[8，12]，引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)[13，15]，繼而損傷細(xì)胞和組織。氧化應(yīng)激產(chǎn)生的ROS可作為信號分子進(jìn)一步激活細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激信號通路，進(jìn)一步損傷胰島細(xì)胞，使胰島素的分泌量減少[16，18]，此外ROS還會干擾多條氧化應(yīng)激敏感的胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，導(dǎo)致IR的發(fā)生。本研究發(fā)現(xiàn)，飲用頻譜水可以顯著降低高脂飲食大鼠的肝臟ROS和MDA含量、增加SOD活性，結(jié)果提示飲用頻譜水可以顯著降低高脂引起的大鼠肝臟氧化應(yīng)激水平。與RD組相比，RHD組SOD顯著增加，MDA顯著降低，提示頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動，可提高有氧運(yùn)動對IR大鼠肝臟氧化應(yīng)激的改善作用。

3.4 頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動對TNF-α蛋白的影響

肝臟是TNF-α的重要靶器官，TNF-α在肝損傷的過程中起著重要作用。TNF-α具有干擾胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、抑制葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的作用[19]。近年來的研究顯示，炎癥是導(dǎo)致胰島素抵抗的重要因素之一，肝臟中多種炎性因子如TNF-α，IL-6等的信號傳導(dǎo)途徑與胰島素信號系統(tǒng)存在交叉作用，從而破壞了正常的胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑并導(dǎo)致胰島素抵抗。在這些炎性因子中，TNF-α導(dǎo)致的胰島素抵抗正成為熱點(diǎn)。本研究發(fā)現(xiàn)，在建模期間，IR模型組與正常對照組相比，TNF-α蛋白表達(dá)顯著升高，推測很可能是高脂引起了機(jī)體的炎性反應(yīng)，TNF-α蛋白表達(dá)增加，干擾胰島素信號傳導(dǎo)，誘發(fā)胰島素抵抗。造模成功后采用頻譜水、運(yùn)動及頻譜水聯(lián)合運(yùn)動干預(yù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與R2組相比，RH組、RD組、RHD組顯著降低（P<0.05，P<0.01）。與RD組相比，RHD組顯著降低（P<0.05）。提示頻譜水、運(yùn)動及頻譜水聯(lián)合有氧運(yùn)動干涉均可降低胰島素抵抗大鼠模型肝臟TNF-α蛋白表達(dá)，改善大鼠胰島素抵抗。

4 結(jié)語

飲用頻譜水能在一定程度上改善IR大鼠的血脂水平，緩解高脂飲食帶來的肝臟功能指標(biāo)的變化和肝臟增重的現(xiàn)象，降低高脂飲食引起的大鼠肝臟氧化應(yīng)激紊亂水平，降低胰島素抵抗大鼠模型肝臟TNF-α蛋白表達(dá)。對大鼠肝臟具有一定的保護(hù)作用，從而改善大鼠胰島素抵抗?fàn)顩r。在有氧運(yùn)動的基礎(chǔ)上飲用頻譜水，可提高有氧運(yùn)動對胰島素抵抗大鼠肝臟功能、氧化應(yīng)激和TNF-α蛋白表達(dá)的改善作用，從而起到更好地保護(hù)肝臟以防止胰島素抵抗并發(fā)癥發(fā)生的作用。

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