6周不同強(qiáng)度間歇性運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖大鼠體成分的影響*

趙述強(qiáng)， 時(shí)洪舉， 鄭寧寧

(1. 山東科技大學(xué)， 青島 266590； 2. 濟(jì)南市體育運(yùn)動(dòng)學(xué)校， 山東 濟(jì)南 250102)

如今，由于人們不良生活方式及飲食結(jié)構(gòu)等因素所引起的肥胖癥及相關(guān)慢性代謝性疾病，如高血壓、高血脂、心腦血管等發(fā)生率逐年上升。而大量研究表明，長(zhǎng)期高脂飲食及缺乏足夠體力活動(dòng)是誘導(dǎo)肥胖癥發(fā)生的主要因素[1]。因此，如何采取科學(xué)、經(jīng)濟(jì)有效的措施，預(yù)防并降低肥胖癥及相關(guān)慢性疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題備受關(guān)注。傳統(tǒng)研究認(rèn)為，適量的體力活動(dòng)，尤其是長(zhǎng)時(shí)間慢性有氧運(yùn)動(dòng)有利于機(jī)體多余熱量的代謝，是干預(yù)肥胖癥的首選運(yùn)動(dòng)方式之一。然而，近些年也有一些研究顯示，不同強(qiáng)度間歇性運(yùn)動(dòng)及其形式更有利于加深對(duì)機(jī)體的刺激，引起機(jī)體成分，如血糖、體脂、血脂等代謝的適應(yīng)性變化，達(dá)到抑制肥胖癥發(fā)生的作用[2]。然而，因間歇性運(yùn)動(dòng)受運(yùn)動(dòng)方式、類(lèi)型、時(shí)間、強(qiáng)度、頻率等因素影響，在干預(yù)人體還是高脂大鼠肥胖癥體成分方面的相關(guān)研究報(bào)道還十分有限且存在一定分歧。本研究通過(guò)采取不同間歇強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)方式對(duì)高脂飼養(yǎng)大鼠進(jìn)行干預(yù)，觀察不同強(qiáng)度間歇性運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖大鼠靜息代謝率、體脂、血糖、血脂、骨骼肌等體成分的影響，探討不同強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)對(duì)高脂肥胖大鼠的干預(yù)效果，旨在為肥胖癥的預(yù)防與治療提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與選取

選取健康純系雄性SD大鼠80只(7周齡)，體重為(257.38±23.03)g，由濟(jì)南市金豐實(shí)驗(yàn)動(dòng)物繁育有限公司提供，均為清潔級(jí)系列。實(shí)驗(yàn)大鼠中，60只采取四周高脂飼料(D12451，熱能含量為45% 脂肪、20%蛋白質(zhì)和35% 的碳水化合物)，20只采取普通飼料(D12450B，熱能含量為10%脂肪、20% 蛋白質(zhì)和70% 碳水化合物)適應(yīng)性喂養(yǎng)，D12450B和D12451 的能量密度分別為3.85 kcal/g 和4.73 kcal/g，飼料由美國(guó)Research Diets 公司提供。稱(chēng)量大鼠體重后選取符合標(biāo)準(zhǔn)的高脂飼料喂養(yǎng)肥胖型大鼠52只(高脂飼料喂養(yǎng)大鼠體重超過(guò)普通飼料喂養(yǎng)大鼠體重10%)及16只普通飼料喂養(yǎng)的大鼠進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練，強(qiáng)度為19 m/min×20 min→22 m/min×20 min→22 m/min×30 min→22 m/min×40→25 m/min×40 min→25 m/min×50 min→25 m/min×60 min，適應(yīng)性訓(xùn)練后，進(jìn)行一次強(qiáng)度為30m/min的力竭訓(xùn)練，結(jié)合力竭訓(xùn)練后肥胖型大鼠和普通大鼠的體重、力竭情況，淘汰體重超重和偏輕、力竭運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)和弱及有運(yùn)動(dòng)損傷和傷病的肥胖大鼠，最后，分別選取符合實(shí)驗(yàn)要求的32只肥胖型高脂飼料喂養(yǎng)大鼠及8只普通飼料喂養(yǎng)大鼠。

1.2 實(shí)驗(yàn)分組

將篩選出的32只高脂飼料喂養(yǎng)的肥胖型大鼠分成五組，每組8只，分別記為高脂安靜組(High diet-sedentary，HS)、高脂持續(xù)運(yùn)動(dòng)組(High diet-continual exercise，HC)，高脂長(zhǎng)時(shí)間低頻率間歇性運(yùn)動(dòng)組(High diet-long time-low frequency interval exercise，HLL)、高脂短時(shí)間高頻率間歇運(yùn)動(dòng)組(High diet-short time-high frequency interval exercise，HSH)，而普通飼料喂養(yǎng)的8只普通飼料大鼠，記為普通對(duì)照組( Control diet-sedentary，CS)，所有大鼠身體指標(biāo)趨于一致，均在飼養(yǎng)室SPF級(jí)屏障環(huán)境下飼養(yǎng)，大鼠采取自然光照，飼養(yǎng)室內(nèi)空氣自由流通；室溫控制在23℃～25℃之間，相對(duì)濕度40%～60%之間。在實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練期間，嚴(yán)格觀察大鼠、精神狀態(tài)、飲水及活動(dòng)，控制實(shí)驗(yàn)大鼠的生長(zhǎng)環(huán)境和飼養(yǎng)條件。

1.3 干預(yù)方式

選取的大鼠在4 d適應(yīng)性喂養(yǎng)后，HC組采取持續(xù)性跑臺(tái)訓(xùn)練(60 min/天×5天/周×6周，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為25 m/min);HLL組采取30 min/次×2次/天(間歇6h)×5天/周×6周，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為25 m/min的跑臺(tái)訓(xùn)練；HSH組采取20 min/次×3次/天(間歇3 h)×5天/周×6周，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為25 m/min的跑臺(tái)訓(xùn)練，所有實(shí)驗(yàn)大鼠訓(xùn)練期間均采取相同的高脂飼料喂養(yǎng)。

1.4 體重指標(biāo)測(cè)定

大鼠實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，將對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組大鼠禁食禁水2 h，稱(chēng)量所有大鼠體重，分別作好記錄；大鼠最后一次跑臺(tái)訓(xùn)練結(jié)束24 h后，將實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組大鼠禁食、禁水后，稱(chēng)量所有大鼠體重，作好記錄。測(cè)試時(shí)間為上午8:00～10:00之間進(jìn)行。

1.5 靜息代謝率指標(biāo)測(cè)定

大鼠靜息代謝率(resting metabolic rate，RMR)采用德國(guó)TSE動(dòng)物代謝測(cè)量分析系統(tǒng)(PhenoMaster-TSE)，購(gòu)于德國(guó)TSE公司。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，測(cè)定所有大鼠的靜息代謝率，分別作好記錄；大鼠最后一次跑臺(tái)訓(xùn)練結(jié)束24 h后，分別測(cè)定對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組大鼠靜息代謝率，并作好記錄。為保證實(shí)驗(yàn)規(guī)范及數(shù)據(jù)可靠性，在測(cè)試前將對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組大鼠放置于測(cè)試盒中，待所有大鼠適應(yīng)測(cè)試盒環(huán)境后，開(kāi)始測(cè)量大鼠耗氧量。測(cè)試中，待所有大鼠適應(yīng)測(cè)試盒環(huán)境后，連續(xù)測(cè)量1 h的大鼠耗氧量，每間隔5 min記錄大鼠耗氧量；然后，從記錄的耗氧量數(shù)據(jù)中選取穩(wěn)定的2個(gè)連續(xù)最低值來(lái)計(jì)算對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組大鼠靜息代謝率。測(cè)試時(shí)間為上午8：00～10:00之間進(jìn)行。

1.6 體脂及肌肉重量測(cè)定

跑臺(tái)訓(xùn)練干預(yù)6周后的48 h進(jìn)行取材，取材前禁食12 h，取樣時(shí)間為上午8：00～10:00之間進(jìn)行，稱(chēng)重后，向腹腔注射10%水合氯醛來(lái)麻醉試實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)大鼠(麻醉劑的體重劑量標(biāo)準(zhǔn)為 0.4 ml/100 g)。分離剪取對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)大鼠的腎周、附睪脂肪及腓腸肌、股四頭肌組織等肌肉組織，置于消毒后的濾紙上，使其肌肉組織液完全被濾紙吸收，然后在分別稱(chēng)其重量，作好記錄；最后，將分離出的腎周、附睪脂肪及腓腸肌、股四頭肌組織置于液氮中，冰箱保存的溫度控制在零下80℃，待測(cè)。

1.7 血液生化指標(biāo)測(cè)定

大鼠跑臺(tái)訓(xùn)練前、最后一次運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，各組大鼠禁食12 h，次日清晨7：00，在實(shí)驗(yàn)大鼠腹主動(dòng)脈位置采血，在血清分離器中采用3 000 r/min離心15 min來(lái)分離大鼠血清；然后，將分離的大鼠血清存置于EP管中，冰箱保存的溫度控制在-80℃，待測(cè)，檢驗(yàn)指標(biāo)包括空腹血糖(fasting blood glucose，F(xiàn)BG)與甘油三酯(triglyceride，TG)含量。對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組大鼠空腹血糖和甘油三酯等血液生化指標(biāo)的測(cè)量?jī)x器是科華卓越360全自動(dòng)生化分析儀，該儀器購(gòu)自于上?？迫A實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有限公司。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠靜息代謝率的比較

由表1可知，實(shí)驗(yàn)前各組大鼠RMR初始值處于同一水平。6周訓(xùn)練干預(yù)后，CS組與HS組之間RMR無(wú)明顯差異(P>0.05)；HC組、HLL組、HSH組RMR明顯高于HS、CS組(P<0.05)；HSH與HLL組RMR雖高于HC組，但無(wú)顯著性差異(P>0.05)；而HSH組RMR高于HLL組，但同樣無(wú)顯著性差異(P>0.05)。

GroupBefore After 6 weeks CS8.32±0.427.49±0.55HS8.55±0.677.66±0.37HC8.53±0.598.44±0.38?#HLL8.57±0.488.59±0.51?#HSH8.46±0.398.63±0.36?#

RMR: Resting metabolic rate

CS： Control diet； HS： High diet； HC： High diet-continual； HLL： High diet-long time-low frequency； HSH： High diet-short time-high frequency

*P<0.05vsgroup CS；#P<0.05vsHS

2.2 各組大鼠體重的比較

由表2可知，實(shí)驗(yàn)前HS、HC、HLL、HSH組大鼠體重初始值均明顯高于CS組(P<0.05)，但HS、HC、HLL、HSH組體重?zé)o顯著性差異(P>0.05)。6周干預(yù)后，HS組明顯高于CS組、HC組、HLL組、HSH組(P<0.05)；但HC、HLL、HSH組與CS組之間無(wú)顯著性差異(P>0.05)；另外，HSH組、HLL組與HC組之間無(wú)顯著性差異(P>0.05)；而HSH組雖低于HLL組，但兩組之間無(wú)顯著性差異(P> 0.05)。

Tab.2Comparison of weight in five groups before and after intervention(g,n=8)

Group Before After 6 weeksCS308.33±15.69352.31±20.71HS343.86±25.42?436.25±25.52?HC346.20±14.46?342.69±15.01#HLL345.14±15.15?344.32±18.01#HSH345.89±48.65?339.78±42.52#

CS： Control diet； HS： High diet； HC： High diet-continual； HLL： High diet-long time-low frequency； HSH： High diet-short time-high frequency

*P<0.05vsgroup CS；#P<0.05vsHS

2.3 各組大鼠體脂的比較

由表3可知，6周的訓(xùn)練干預(yù)后，HS組PF、PF/W均明顯高于CS組(P>0.05)，但EF、EF /W兩組之間無(wú)顯著性差異(P>0.05)；HC組、HLL組、HSH組PF、EF、PF/W、EF /W低于CS組且與HS組之間有顯著性差異(P<0.01)；HSH組、HLL組與HC組之間PF、EF、PF/W、EF /W，均無(wú)顯著性差異(P> 0.05)；同樣，HSH組與HLL組之間也不存在顯著性差異(P>0.05)。

GroupPF(g)PF/W (‰)EF(g)EF /W (‰)CS4.18±0.4511.85±1.014.35±0.338.56±0.67HS7.58±0.39?17.37±0.42?4.98±0.268.69±0.21HC2.60±1.06?##7.53±2.81?##3.18±0.90?##4.60±1.41?##HLL2.85±0.81?##8.20±2.16?##3.18±1.10?##4.60±1.36?##HSH2.62±0.70?##7.77±1.58?##2.82±0.45?##4.26±0.63?##

PF： Perirenal fat； EF： Epididymis fat； PF/W: Perirenal fat/weight； EF/W: Epididymis fat/weight； CS： Control diet； HS： High diet； HC： High diet-continual； HLL： High diet-long time-low frequency； HSH： High diet-short time-high frequency

*P<0.05vsgroup CS；##P<0.01vsHS

2.4 各組大鼠腓腸肌及股四頭肌的比較

由表4可知，6周訓(xùn)練干預(yù)后，CS組、HS組、HC組、HLL組、HSH組之間GM、QF均無(wú)顯著性差異(P>0.05)；HS組GM/W、QF/W明顯低于CS組(P<0.05)；HSH組、HLL組、HC組GM/W、QF/W均明顯高于HS組(P<0.05)；HSH組、HLL組GM、QF、GM/W、QF/W高于HC組，但無(wú)顯著性差異(P> 0.05)；此外，HSH組GM、QF、GM/W、QF/W高于HLL組，但無(wú)顯著性差異(P>0.05)。

GroupGM (g)GM/W (‰)QF(g)QF/W (‰)CS4.38±0.3612.43±0.266.70±0.2619.01±0.39HS4.40±0.2610.08±0.53?6.74±0.2415.46±0.37?HC4.42±0.5112.89±0.81#6.83±0.8619.97±0.43#HLL4.48±0.2713.01±0.71#6.85±0.4719.89±0.54#HSH4.56±0.4113.42±0.77#6.95±0.4220.45±0.45#

GM： Gastrocnemius； QF: Quadriceps； GM/W： Gastrocnemius/weight； QF/W: Quadriceps/weight； CS： Control diet； HS： High diet； HC： High diet-continual； HLL： High diet-long time-low frequency； HSH： High diet-short time-high frequency

*P<0.05vsgroup CS；#P<0.05vsHS

2.5 各組大鼠血糖及血脂的比較

由表5可知，訓(xùn)練干預(yù)前HS組、HC組、HLL組、HSH組FBG、TG均明顯高于CS組(P<0.05)；6周實(shí)驗(yàn)干預(yù)后，HS組FBG、TG均明顯高于CS組，差異性顯著(P<0.05)；HC組、HLL組、HSH組FBG、TG均明顯低于CS、HS組(P<0.05)，但與HS組，差異性更顯著(P<0.01)；HLL組、HSH組FBG、TG低于HC組，但無(wú)顯著性差異(P>0.05)；同樣HSH組FBG、TG與HLL組之間無(wú)顯著性差異(P>0.05)。

Tab.5Comparison of fasting blood glucose and triglyceride in five groups after intervention(mmol/L,n=8)

GroupBeforeFBGBeforeTGCS5.50±0.446.80±0.50O.48±0.150.80±0.48HS6.16±0.42?7.80±0.70?0.54±0.23?1.38±0.52?HC6.15±0.36?6.40±0.60?##0.53±0.28?0.52±0.46?##HLL6.09±0.38?6.40±0.30?##0.52±0.18?0.52±0.37?##HSH6.12±0.48?6.39±0.50?##0.54±0.16?0.49±0.42?##

FBG： Fasting blood glucose； TG： Triglyceride； CS： Control diet； HS： High diet； HC： High diet-continual； HLL： High diet-long time-low frequency； HSH： High diet-short time-high frequency

*P<0.05vsgroup CS；##P<0.01vsHS

3 討論

目前，世界衛(wèi)生組織(WHO)已經(jīng)明確指出肥胖已經(jīng)是21世紀(jì)危害全人類(lèi)的元兇之一，它的發(fā)生機(jī)制主要與遺傳因子、環(huán)境、飲食結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，而高脂飲食與缺乏運(yùn)動(dòng)成為肥胖癥及繼發(fā)性疾病的主因[3]。本研究采用高脂與普通飼料喂養(yǎng)，并結(jié)合6周不同形式的訓(xùn)練干預(yù)，高脂飼料喂養(yǎng)的高脂安靜組(HS)大鼠出現(xiàn)了體重快速增長(zhǎng)，腎周、附睪體脂、血糖、血脂等不同程度的紊亂。結(jié)果表明，高脂飼料明顯對(duì)大鼠的肥胖起到了誘導(dǎo)作用，這為接下來(lái)不同間歇性運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖大鼠體成分的影響提供依據(jù)。

當(dāng)前關(guān)于肥胖誘因的解釋更多是來(lái)自于能量代謝理論，該理論認(rèn)為肥胖是因體內(nèi)能量過(guò)度堆積造成，即機(jī)體能量的攝入遠(yuǎn)高于代謝，導(dǎo)致多余的能量以脂肪形式儲(chǔ)存，引起體重的增加。而國(guó)內(nèi)一些學(xué)者觀念認(rèn)為，持續(xù)一段時(shí)間的有氧運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)能量代謝的平衡，控制體重增幅，從而達(dá)到減肥效果[4]。但最新研究成果顯示，間歇性運(yùn)動(dòng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)中與運(yùn)動(dòng)后過(guò)量氧耗中的脂代謝的雙重作用，更利于機(jī)體對(duì)脂肪的消耗，進(jìn)而達(dá)到控制體重的目的[5-6]。本研究中，6周間歇性運(yùn)動(dòng)干預(yù)的大鼠體重得到很好的控制，明顯要低于安靜組大鼠，一方面間歇性運(yùn)動(dòng)提高了大鼠靜息代謝率，增加了基礎(chǔ)狀態(tài)下大鼠的能量代謝效率；另一方面，從各組大鼠的體脂變化看出，間歇性運(yùn)動(dòng)后的大鼠在腎周脂肪、附睪脂肪及腎周與附睪脂肪總量的增長(zhǎng)幅度要明顯低于安靜組大鼠，說(shuō)明間歇性運(yùn)動(dòng)很好的控制了肥胖大鼠的體脂含量。而兩組間歇性運(yùn)動(dòng)的大鼠中，雖體重?zé)o顯著性差異，但短時(shí)間高頻率間歇性運(yùn)動(dòng)大鼠要比長(zhǎng)時(shí)間低頻率間歇性運(yùn)動(dòng)大鼠在體重控制上效果更好，進(jìn)一步說(shuō)明了間歇強(qiáng)度的改變，對(duì)大鼠能量代謝產(chǎn)生了不同的效果，這也印證了MOREIRA等人認(rèn)為大強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)可有效的促進(jìn)糖脂代謝及增強(qiáng)機(jī)體氧化應(yīng)激能力的觀點(diǎn)[7]。

另外，還有研究顯示，間歇性運(yùn)動(dòng)可以激活LIF-LIFR-STAT3信號(hào)和誘導(dǎo)骨骼肌細(xì)胞增殖、糖酵解酶和氧化酶活性等，促進(jìn)骨骼肌質(zhì)量與力量的增加，而劉瑞東等人(2017)研究進(jìn)一步證實(shí)可高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練相比于低強(qiáng)度持續(xù)性訓(xùn)練效果更為明顯[8-9]。本研究結(jié)果顯示，6周實(shí)驗(yàn)干預(yù)后，參與跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的三組肥胖大鼠腓腸肌、股四頭肌重量絕對(duì)值較高脂安靜組大鼠提高顯著，尤其是短時(shí)間高頻率間歇組大鼠腓腸肌、股四頭肌重量絕對(duì)值提高明顯，雖然與其余運(yùn)動(dòng)組大鼠在改善骨骼肌變化上并不顯著，但從數(shù)值上也出現(xiàn)了略微的差異。其根源可能是在長(zhǎng)期高強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)中，GLUT4表達(dá)上調(diào)與轉(zhuǎn)位似的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)將會(huì)增加，進(jìn)而誘導(dǎo)骨骼肌糖原含量增多，促進(jìn)骨骼肌含量增加[10]。而從骨骼肌代謝層面看，長(zhǎng)期大強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)將刺激Rev-erb表達(dá)上調(diào)，增加對(duì)脂代謝調(diào)節(jié)因子的調(diào)控，維持骨骼肌脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)適應(yīng)的新機(jī)制[11]。當(dāng)然，運(yùn)動(dòng)刺激肌肉質(zhì)量的增加需要一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，而其他具體骨骼肌影響機(jī)制還尚需深入研究。

此外，還有研究表明大強(qiáng)度間歇性運(yùn)動(dòng)可有效地刺激機(jī)體神經(jīng)分泌活動(dòng)，提高機(jī)體胰島素敏感性，預(yù)防胰島素抵抗發(fā)生，對(duì)控制血糖濃度及血脂具有重要意義[12-13]。本研究中，6周跑臺(tái)訓(xùn)練后，短時(shí)間多頻率間歇性運(yùn)動(dòng)組大鼠空腹血糖與甘油三酯濃度要低于其他各組大鼠。由此可知，相對(duì)于持續(xù)運(yùn)動(dòng)及長(zhǎng)時(shí)間低頻率間歇性運(yùn)動(dòng)而言，短時(shí)間多頻率間歇性運(yùn)動(dòng)更好地提高了機(jī)體胰島素、腎上腺素的敏感性，加快了空腹血糖與甘油三酯的分解。此外，我們還認(rèn)為，短時(shí)間多頻率性間歇運(yùn)動(dòng)后機(jī)體的恢復(fù)時(shí)間增加，參與器官、組織、骨骼肌等、神經(jīng)元等恢復(fù)需要消耗能量，進(jìn)一步加大了對(duì)糖、脂肪的消耗[14]。

綜上所述，每日3次，每次20 min，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為25 m/min，間歇3 h，持續(xù)6周的間歇性運(yùn)動(dòng)能夠較好的控制肥胖大鼠體重及血糖、血脂等體成分變化。因此，對(duì)于肥胖人群而言，可作為一種有效鍛煉方式應(yīng)用于日常的減肥中，如一天清晨、傍晚、晚上分別進(jìn)行低強(qiáng)度慢跑性有氧訓(xùn)練、抗阻力訓(xùn)練及輕中度有氧運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)期堅(jiān)持以達(dá)到科學(xué)減肥的目的。