游泳訓(xùn)練對糖尿病大鼠降血糖作用的試驗研究

黎杰軒 ， 梁延昌 ， 李發(fā)炘 ， 黃泓慧 ， 李香香

(廣州中醫(yī)藥大學(xué)體育健康學(xué)院 ， 廣東廣州510006)

糖尿病(Diabetas Mullitus，DM) 是一種以高血糖為主要特征的代謝性疾病，臨床上常合并高血壓、血脂異常及中心性肥胖等[1]。流行病學(xué)調(diào)查研究顯示，全球約有糖尿病患者1.57億，預(yù)計2030年上升至5億，我國糖尿病患病率為9.7%，約近1億，糖尿病前期患病率更是15.5%。隨著社會進步，飲食、運動和生活方式的改變，糖尿病的患病率呈現(xiàn)上升的趨勢[2]。胰島素抵抗(Insulin resistance，IR)是糖尿病的主要病理生理基礎(chǔ)[3]。并且可以導(dǎo)致肥胖、高血壓等代謝性疾病的發(fā)生。糖尿病是心腦血管疾病的重要危險因素，可以促進動脈硬化進而引發(fā)心腦血管疾病[4-5]。因此，防治糖尿病對預(yù)防心腦血管疾病具有重要的意義。目前運動療法是治療糖尿病的基礎(chǔ)，是安全、有效的治療方式，在臨床應(yīng)該得到廣泛證實[6]，但是關(guān)于其機制尚不明確。因此，本實驗建立了糖尿病大鼠模型，用游泳訓(xùn)練進行干預(yù)，觀察了運動對糖尿病大鼠空腹血糖(Fasting blood-glucose，F(xiàn)BG)、糖化血清蛋白(Glycated serum protein，GSP)、空腹血清胰島素(Fasting serum insulin，F(xiàn)ins)、C-肽(C-peptide，C-P)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、丙二醛(Malondialdehyde，MDA)、葡萄糖轉(zhuǎn)運子蛋白4(Glucose transporter 4，GLUT4)和胰十二指腸同源盒因子1(Pancreatic duodenal homeobox-1，PDX-1)的水平的影響，探討了其防治DM的可能機制。

1 材料與方法

1.1 實驗動物和飼料 健康SPF級雄性大鼠45只，體質(zhì)量200 g±10 g；基礎(chǔ)飼料；高糖、高脂飼料(飼料配方：61.5%基礎(chǔ)飼料，10%豬油，20%蔗糖，2.5%膽固醇食鹽，1%膽酸鈉，5%蛋黃)。以上產(chǎn)品均由廣東省醫(yī)學(xué)實驗動物中心提供[許可證號：SCXK(粵)2013-0002]。

1.2 試劑和儀器 鏈脲佐菌素(北京酷來搏科技有限公司產(chǎn)品)；SOD、MDA ELLISA試劑盒(美國R&D Systems公司產(chǎn)品)；胰島素放免試劑盒(瑞典MERCODIA公司產(chǎn)品)；糖化血清蛋白 EllISA試劑盒(上海鈺博生物科技有限公司產(chǎn)品)；C-肽ELISA試劑盒(德國DRG公司產(chǎn)品)；葡萄糖轉(zhuǎn)運子蛋白4EllISA試劑盒(臺灣Abnova公司產(chǎn)品)； 胰十二指腸同源盒因子EllISA試劑盒(韓國Fine Test公司產(chǎn)品)；羅氏血糖儀(羅氏RACCU-CHEK產(chǎn)品)；KS16000G-W微量臺式高速冷凍離心機(冠森生物科技(上海)有限公司產(chǎn)品)；JA5003N電子分析天平(上海丙林電子科技有限公司產(chǎn)品)。

1.3 方法

1.3.1 造模和分組 所有大鼠在造模前均給予基礎(chǔ)飼料適應(yīng)性喂養(yǎng)1周，待其代謝狀態(tài)穩(wěn)定后隨機分為對照組(15只)、模型組(15只)和運動組(15只)，每5只分籠喂養(yǎng)。模型組和運動組給予高糖、高脂飼料喂養(yǎng)6周后，腹腔注射小劑量鏈脲佐菌素35 mg/kg·bw，72 h后檢測大鼠空腹血糖16.7 mmol/L為造模成功。對照組自由飲水和喂養(yǎng)基礎(chǔ)飼料，6周后腹腔注射等量的生理鹽水。6周后，對照組15只全部存活，模型組和運動組各有1只血糖未達糖尿病模型的標(biāo)準(zhǔn)，予以剔除。

1.3.2 運動方法 參照Benford[7]的運動方案，制備150×60×70 cm的游泳池，設(shè)置水深60 cm，水溫31 ℃±1 ℃，每次將大鼠放入泳池中進行1次連續(xù)的無負重游泳，每次90 min，每天1次。共進行游泳運動8周。

1.3.3 實驗室指標(biāo) 采血前禁食不禁飲12 h， 10%水合氯醛溶液(50 mg/kg·bw)經(jīng)腹腔注射麻醉，腹主動脈取血10 mL，3 000 r/min離心20 min后取血清，-80 ℃保存。放免法檢測空腹血清胰島素；ELISA法檢測超氧化物歧化酶、丙二醛、葡萄糖轉(zhuǎn)運子蛋白4、胰十二指腸同源盒因子、糖化血清蛋白和C-肽；羅氏血糖儀測定血糖水平。

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠FBG、Fins、GSP、C-P的檢測結(jié)果 與對照組比較，模型組大鼠的FBG、GSP水平均明顯升高(P<0.05)，F(xiàn)ins、C-P水平明顯降低(P<0.05)；與模型組比較，游泳組大鼠FBG、GSP水平均明顯降低(P<0.05)，F(xiàn)ins、C-P水平明顯升高(P<0.05)。見表1。

表1 各組大鼠FBG、Fins、GSP、C-P的檢測結(jié)果

注：與對照組比較，*P<0.05；與模型組比較，ΔP<0.05，下表同

2.2 各組大鼠SOD、MDA的檢測結(jié)果 與對照組比較，模型組的MDA水平明顯升高(P<0.05)，SOD水平明顯降低(P<0.05)；與模型組比較，游泳組的MDA水平明顯降低(P<0.05)，SOD水平明顯升高(P<0.05)。見表2。

表2 各組大鼠SOD、MDA的檢測結(jié)果

2.3 各組大鼠GLUT4、PDX-1的檢測結(jié)果 與對照組比較，模型組的GLUT4、PDX-1水平明顯降低(P<0.05)；與模型組比較，游泳組GLUT4、PDX-1水平明顯升高(P<0.05)。見表3。

表3 各組大鼠GLUT4、PDX-1的檢測結(jié)果

3 討論

糖尿病是一種慢性非傳染性疾病，目前已經(jīng)成為全球性的公共健康問題[8]。目前普通人群中糖尿病的發(fā)病率高達9.7%，且隨著飲食、生活方式的改變，心理壓力的增加，運動的減少，我國糖尿病的發(fā)病率呈現(xiàn)上升的趨勢。流行病學(xué)調(diào)查研究顯示，預(yù)計到2030年全球糖尿病患者高達5億。糖尿病不僅影響我國居民的生活和工作，而且影響患者的身心健康，給家庭和社會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟負擔(dān)。而且糖尿病還可以導(dǎo)致心、腦、腎、眼等器官的血管發(fā)生動脈硬化，進而引發(fā)心腦血管疾病[9]，最終導(dǎo)致患者致死、致殘。因此，防治糖尿病對防治心腦血管疾病具有重要的意義。持續(xù)高血糖導(dǎo)致的糖毒性是糖尿病發(fā)生發(fā)展的重要因素。GSP是由血糖和血清蛋白不可逆結(jié)合生成，并與血糖濃度成正比，故測定血清中GSP含量可以反映近期的血糖水平[10]。糖毒性可以導(dǎo)致胰島素、C-肽的合成與分泌減少[11-12]。短期高血糖能促進胰腺PDX-1表達增加，從而促進胰島素分泌；但持續(xù)糖毒性會導(dǎo)致PDX-1表達下降。GLUT4是一種跨膜轉(zhuǎn)運蛋白，主要存在于心肌、骨骼肌、脂肪細胞等細胞的管狀囊泡網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，短期高血糖可以通過促進磷酸肌醇3激酶轉(zhuǎn)化為三磷酸肌醇，進而激活蛋白激酶B，促進GLUT4通過胞吞的作用轉(zhuǎn)運到細胞膜上，促進葡萄糖轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi)[13]，但是長期高血糖會導(dǎo)致GLUT4表達降低。糖毒性引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)同樣也是糖尿病的主要發(fā)病機制之一，氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的MDA等過氧化物質(zhì)可以損傷胰島β細胞，導(dǎo)致胰島細胞功能衰退[14]。而SOD是抗氧化物質(zhì)，可以降低氧化應(yīng)激反應(yīng)，SOD 是評價抗氧化能力的經(jīng)典指標(biāo)。

高糖、高脂飲食和腹腔注射鏈脲佐菌素法是糖尿病大鼠模型建立的經(jīng)典方法，具有復(fù)制成功率高、穩(wěn)定可靠和周期短等優(yōu)勢，是目前實驗研究中最常見的模型建立方法。本實驗采用高糖、高脂飲食聯(lián)合腹腔注射鏈脲佐菌素法建立糖尿病大鼠模型，結(jié)果提示，6周后，模型組大鼠FBG、GSP、MDA水平明顯升高(P<0.05)，F(xiàn)ins、C-P、SOD、GLUT4 mRNA、PDX-1mRNA水平明顯降低(P<0.05)，提示糖尿病大鼠模型復(fù)制成功。

運動是防治糖尿病簡單、有效的治療方式，是糖尿病最基本的治療方法和一切藥物治療的基礎(chǔ)。叢琳等[15]研究發(fā)現(xiàn)，通過12周中小強度的運動訓(xùn)練可以降低糖尿病大鼠血糖濃度，增加胰島素和C-肽的濃度。湯慶華等[16]研究發(fā)現(xiàn)，體育運動可以減輕糖尿病患者血糖和血脂水平。本實驗復(fù)制糖尿病大鼠模型，在成功建立糖尿病大鼠模型的基礎(chǔ)上，給予游泳訓(xùn)練8周。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，游泳組大鼠FBG、GSP、MDA水平明顯降低，F(xiàn)ins、C-P、SOD、GLUT4、PDX-1水平明顯升高，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。表明游泳治療糖尿病大鼠可能與游泳可以促進糖尿病大鼠GLUT4和PDX-1的表達，提高抗氧化能力，促進胰島素和C-肽分泌有關(guān)。

綜上所述，游泳可以促進糖尿病大鼠GLUT4和PDX-1的表達，提高抗氧化能力，促進胰島素和C-肽分泌，從而降低血糖，對預(yù)防糖尿病具有一定的意義。