靜力運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病大鼠胰島素抵抗的影響?

桑佳佳，陳莉莉，王賢嬌，方朝暉，吳云川△

(1. 南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，南京 210029； 2. 南京中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，南京 210023； 3. 安徽省中醫(yī)院，合肥 230031)

2型糖尿病(type2 diabetes mellitus，T2DM)是一組由多種原因引起的以高血糖、高胰島素血癥為特征的慢性代謝性疾病，臨床并發(fā)癥眾多，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，給國(guó)家和個(gè)人造成較重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1]。近年來(lái)，本病發(fā)病率呈年輕化和逐年上升趨勢(shì)，目前多項(xiàng)臨床及實(shí)驗(yàn)研究均表明胰島素抵抗(iInsulin resistance，IR)是本病發(fā)病的中心環(huán)節(jié)[2]，逆轉(zhuǎn)或減輕IR是治療T2DM的關(guān)鍵途徑。

運(yùn)動(dòng)是預(yù)防和治療T2DM的重要手段。Reynolds TH等[3]發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)挠醒踹\(yùn)動(dòng)可以增加骨骼肌細(xì)胞內(nèi)GLUT4的含量，加速葡萄糖的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，從而達(dá)到減輕IR、降低血糖的目的。靜力運(yùn)動(dòng)集低氧、耐力和高強(qiáng)度間歇等特點(diǎn)于一體，符合美國(guó)糖尿病學(xué)會(huì)(ADA)最新提出的運(yùn)動(dòng)干預(yù)方案[4]。因此本實(shí)驗(yàn)以2型糖尿病大鼠胰島素抵抗為模型并合理分組，研究靜力運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂膳食誘導(dǎo)的2型糖尿病大鼠胰島素抵抗的影響。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物與分組

SPF級(jí)SD大鼠28只，雄性，體質(zhì)量200±20 g，由北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司提供，動(dòng)物合格證號(hào)：[SCXK(京)2012-0001]，飼養(yǎng)于南京中醫(yī)藥大學(xué)SPF級(jí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心。隨機(jī)分為正常組、模型組、有氧組和靜力組各7只。實(shí)驗(yàn)前適應(yīng)性飼養(yǎng)1周，自然照明，自由取食、飲水，室溫(23±2)℃，濕度40%～50%。

1.2 主要試劑與儀器

10%水合氯醛(上海西唐生物科技有限公司)，ZH-PT動(dòng)物實(shí)驗(yàn)跑臺(tái)(安徽正華生物儀器有限公司)，大鼠靜力運(yùn)動(dòng)裝置(自制)，數(shù)碼相機(jī)(日本NIKON 公司)，光學(xué)顯微鏡(日本OLYMPUS 公司)，離心機(jī)(美國(guó)THERMO公司)，酶標(biāo)儀(美國(guó)BIO TEK公司)；血糖儀(日本QRKRAY公司)，GLUT4檢測(cè)試劑盒(南京建成生物科技有限公司)，5 ml無(wú)菌注射管帶針(江蘇華達(dá)醫(yī)療器械有限公司)。

1.3 動(dòng)物模型制備

參照都健等[5]提出的方法，給予模型組、有氧組和靜力組高脂膳食喂養(yǎng)方法建立IR模型。高脂膳食配方：脂肪熱比為59%(其中豬油占39%)，蛋白質(zhì)熱比為21%(其中酪蛋白占31%)，碳水化合物熱比為20%(其中玉米淀粉占30%)，此外附加必需的維生素及礦物質(zhì)，正常組喂飼普通飼料。各組大鼠隔日換水、墊料并增加食料。4周高脂膳食喂養(yǎng)后取前趾血檢測(cè)血糖，以不同時(shí)間測(cè)3次空腹血糖均≥7.8 mmol/L作為造模成功標(biāo)準(zhǔn)，造模成功為28只。

1.4 有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練

有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方案參照Bedford[6]的報(bào)道并進(jìn)行改進(jìn)，在高脂膳食喂養(yǎng)4周出現(xiàn)IR后，有氧組進(jìn)行為期4周的跑臺(tái)訓(xùn)練，跑速30 m/min，跑臺(tái)坡度0度，每周訓(xùn)練5 d休息2 d，前2周每天訓(xùn)練40 min，之后每天訓(xùn)練60 min。

1.5 靜力運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練

根據(jù)靜力運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)自制裝置，將靜力組大鼠雙后足捆綁倒掛于橫桿，在橫桿上放置食物誘使其行前屈以便雙前肢和頭部靠攏后肢，使其全身肌肉處于靜止性用力狀態(tài)，大鼠肌肉疲勞后自行恢復(fù)倒掛，再行食物誘惑，反復(fù)持續(xù)30 min后把大鼠放下，參照此法訓(xùn)練4周。

1.6 觀察指標(biāo)及檢測(cè)方法

1.6.1 糖代謝指標(biāo)檢測(cè) 4周干預(yù)后，各組大鼠均禁食12 h過(guò)夜，次日空腹于眼眶靜脈竇處采血，收集約5 ml血液樣品，放入試管中并以3500 r/min離心15 min，溫度至-4 ℃分離紅血細(xì)胞與血漿。取1 ml血清為檢測(cè)FPG和FINS含量的原料，胰島素抵抗指數(shù)(HOMA-IR)參照Haffner SM等[7]改良的HOMA-IR=FPG× FINS/22.5方法計(jì)算。

1.6.2 骨骼肌組織形態(tài)學(xué)觀察及GLUT4含量測(cè)定 4周干預(yù)后，給予各組大鼠約5 ml麻醉藥，待大鼠進(jìn)入深麻醉期后迅速分離雙側(cè)前后肢骨骼肌，放入密閉容器并送置于-70 ℃液氮罐中，后轉(zhuǎn)移至-70 ℃冰箱中，待集齊所有標(biāo)本后將組織勻漿，用ELISA試劑盒檢測(cè)GLUT4含量。每組大鼠處死前取兩側(cè)長(zhǎng)約1 cm的骨骼肌，置于10%福爾馬林液中固定，用于HE染色，行鏡下形態(tài)學(xué)觀察。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠干預(yù)后糖代謝相關(guān)指標(biāo)及GLUT4含量比較

表1顯示，實(shí)驗(yàn)選用SPF級(jí)雄性健康SD大鼠28只，正常組大鼠不明原因死亡2只，進(jìn)入結(jié)果分析共計(jì)26只。運(yùn)動(dòng)干預(yù)4周后，有氧組和靜力組大鼠FPG、FINS及HOMA-IR與模型組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，且靜力組在改善FPG和HOMA-IR方面較有氧組具有優(yōu)越性(P<0.05)。運(yùn)動(dòng)干預(yù)后正常組和模型組的GLUT4含量無(wú)明顯差異，有氧組和靜力組的GLUT4表達(dá)量明顯高于模型組(P<0.01)，且以靜力組更為顯著(P<0.01)。

表1 干預(yù)后各組大鼠FPG、FINS、HOMA-IR、GLUT4值比較

注：與模型組比較：#P<0.05，##P<0.01；與有氧組比較：^P<0.05，^^P<0.01

2.2 各組大鼠光鏡下骨骼肌組織形態(tài)學(xué)比較

圖1顯示，正常組大鼠光鏡下骨骼肌肌束排列緊密，粗細(xì)一致，細(xì)胞未見(jiàn)增生肥大、萎縮、變性及壞死，間質(zhì)無(wú)水腫及炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，胞膜完整圓潤(rùn)，胞核充盈清晰；模型組、有氧組和靜力組大鼠骨骼肌組織較正常組均出現(xiàn)細(xì)胞萎縮退行性改變。與正常組比較，模型組大鼠骨骼肌肌纖維區(qū)域性壞死，胞核固縮，核質(zhì)比縮小；與模型組比較，有氧組大鼠骨骼肌組織細(xì)胞雖有肌纖維區(qū)域性壞死、胞核固縮、核質(zhì)比縮小等變化，但損傷較?。慌c有氧組比較，靜力組大鼠骨骼肌組織細(xì)胞雖存在萎縮退行性改變，但肌束排列較為緊密，粗細(xì)相對(duì)一致。

3 討論

FPG是糖尿病最常用的篩查指標(biāo)，是判斷血液中血糖濃度的重要標(biāo)準(zhǔn)，正常個(gè)體的FPG應(yīng)處于3.89～6.11 mmol/L，F(xiàn)INS由體內(nèi)胰島β細(xì)胞分泌，作為機(jī)體內(nèi)降低血糖的主要激素，正常機(jī)體FINS<24 mU/L，二者常作為糖尿病診斷與分型的參考指標(biāo)，若檢測(cè)結(jié)果高于正常值則提示有糖尿病的可能。HOMA-IR是用于評(píng)價(jià)IR的重要指標(biāo)，數(shù)值隨著IR水平的升高而增加。本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒M、有氧組和靜力組大鼠給予高脂膳食喂養(yǎng)造模后，F(xiàn)PG、FINS及HOMA-IR均明顯高于正常組，提示造模成功。

運(yùn)動(dòng)療法作為T2DM防治的重要手段，主要通過(guò)增加骨骼肌對(duì)葡萄糖的攝取起到改善糖代謝的作用[8]。本次實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)與靜力運(yùn)動(dòng)干預(yù)均可使2型糖尿病大鼠胰島素抵抗模型FPG、FINS下降，HOMA-IR增加，其中靜力運(yùn)動(dòng)調(diào)控作用更強(qiáng)，在改善FPG和HOMA-IR方面較有氧運(yùn)動(dòng)更具優(yōu)越性，這主要與靜力運(yùn)動(dòng)低氧、耐力和高強(qiáng)度間歇的優(yōu)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)代實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，低氧、耐力及高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)較常氧、持久無(wú)間歇運(yùn)動(dòng)對(duì)糖尿病大鼠葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)影響更顯著[9-11]。此外，靜力運(yùn)動(dòng)可以加大動(dòng)靜脈氧差，增加單位時(shí)間內(nèi)的肌肉血流量，提高組織細(xì)胞的氧化能力，并通過(guò)增加骨骼肌線粒體體積、數(shù)目等途徑增強(qiáng)骨骼肌肌細(xì)胞形成ATP的能力[12]。

骨骼肌作為運(yùn)動(dòng)與維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)的紐帶，與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)研究也證實(shí)了糖代謝、骨骼肌與運(yùn)動(dòng)三者的緊密聯(lián)系性。通過(guò)鏡下骨骼肌形態(tài)學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，糖代謝紊亂可表現(xiàn)有骨骼肌組織細(xì)胞萎縮退行性改變，而運(yùn)動(dòng)對(duì)損傷的骨骼肌有明顯的改善作用，且靜力組較有氧組肌束排列更為緊密，粗細(xì)相對(duì)一致。GLUT4作為GLUT族群中對(duì)胰島素最為敏感的轉(zhuǎn)運(yùn)體，其轉(zhuǎn)運(yùn)功能正常與否是限制骨骼肌肌細(xì)胞利用葡萄糖的關(guān)鍵步驟[13]。本實(shí)驗(yàn)IR動(dòng)物模型中，有氧組和靜力組大鼠運(yùn)動(dòng)干預(yù)后骨骼肌組織細(xì)胞中GLUT4的含量均明顯高于正常組，提示當(dāng)GLUT4處于高表達(dá)狀態(tài)時(shí)，糖代謝指標(biāo)也得到一定改善。與Kelly KR[14]等研究結(jié)果相似。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)可以增加骨骼肌細(xì)胞內(nèi)的GLUT4含量，提高胰島素與細(xì)胞受體的結(jié)合力，減輕胰島素抵抗，促進(jìn)葡萄糖進(jìn)入骨骼肌等周圍組織，糾正糖代謝紊亂，且靜力組的GLUT4表達(dá)量明顯高于有氧組。Andrew JS等[15]也提出相似觀點(diǎn)。

綜上所述，靜力運(yùn)動(dòng)依靠骨骼肌的紐帶作用，主要通過(guò)改善骨骼肌組織形態(tài)及增加骨骼肌細(xì)胞內(nèi)GLUT4的表達(dá)，起到減輕胰島素抵抗、糾正糖代謝紊亂的作用。本實(shí)驗(yàn)僅選取固定強(qiáng)度下的靜力運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病大鼠胰島素抵抗的影響研究，對(duì)靜力運(yùn)動(dòng)干預(yù)強(qiáng)度和時(shí)間的深入探索，將進(jìn)一步有利于2型糖尿病患者的恢復(fù)和個(gè)體化運(yùn)動(dòng)方案的制定。