李志剛 馬梅玉
營養(yǎng)性動(dòng)物肥胖模型在運(yùn)動(dòng)減肥研究中的應(yīng)用分析*
李志剛 馬梅玉
(百色學(xué)院 體育學(xué)院,廣西 百色 533000)
營養(yǎng)性動(dòng)物肥胖模型已成為運(yùn)動(dòng)減肥研究中常用的工具,從建模的動(dòng)物選擇、飼料喂養(yǎng)、肥胖的判斷標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)動(dòng)干預(yù)的應(yīng)用幾個(gè)方面進(jìn)行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)大鼠是建模效果相對(duì)較好、使用頻率最高的動(dòng)物;高脂飼料喂養(yǎng)因與人類單純性肥胖的狀態(tài)較為一致,是建模的重要手段;判斷肥胖的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以體重為主并結(jié)合體成分、糖脂代謝等指標(biāo)綜合判定最為客觀準(zhǔn)確。跑臺(tái)和游泳訓(xùn)練是運(yùn)動(dòng)干預(yù)最常用的手段,探究營養(yǎng)性肥胖動(dòng)物在急性、慢性和特殊條件下運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)和適應(yīng)性改變,模擬人類不同肥胖疾病狀態(tài)和年齡階段的模型應(yīng)運(yùn)而生。
營養(yǎng)性動(dòng)物肥胖模型;動(dòng)物選擇;運(yùn)動(dòng)方式;判斷標(biāo)準(zhǔn);應(yīng)用分析
肥胖主要是由于機(jī)體長期處于能量代謝正平衡狀態(tài),多余的能量以脂肪的形式儲(chǔ)存,超出了正常的代謝范圍而形成,全球范圍內(nèi),不同性別、年齡階段人群的肥胖和超重率呈持續(xù)升高趨勢[1]。肥胖作為僅次于吸煙的第二大健康影響因素,與多種慢性代謝疾病和癌癥的發(fā)生密切相關(guān)[2]。體力活動(dòng)作為公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)安全有效的減肥方式而受到廣泛關(guān)注,隨著研究的深入人體實(shí)驗(yàn)無法滿足對(duì)樣本取材的要求,因此,動(dòng)物肥胖模型成為運(yùn)動(dòng)減肥研究中常用的工具。實(shí)驗(yàn)中常用的動(dòng)物肥胖模型主要有遺傳性和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型、化學(xué)藥物損傷模型以及飲食誘導(dǎo)模型等[3],自由飲食造成的肥胖狀態(tài)與人類的單純性營養(yǎng)肥胖相似度較高[4,5],在運(yùn)動(dòng)減肥研究中的使用率較高。基于此,本研究對(duì)運(yùn)動(dòng)減肥實(shí)驗(yàn)中動(dòng)物肥胖模型的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述,了解其制作方法及應(yīng)用范圍等,以期為運(yùn)動(dòng)減肥研究領(lǐng)域的從業(yè)者提供借鑒和參考。
肥胖動(dòng)物的選擇主要有大鼠、小鼠、豚鼠、地鼠、家兔和豬[6]等。有研究認(rèn)為豬與人類有相似的代謝特征、血液循環(huán)系統(tǒng),適當(dāng)大小的器官,更適合觀察干預(yù)對(duì)肥胖的作用[7],但豬在經(jīng)濟(jì)性和可操作性方面要明顯低于嚙齒動(dòng)物,在體育科學(xué)領(lǐng)域的研究中使用豬作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的研究鮮見報(bào)道。嚙齒動(dòng)物跟人類的同源性較高,且具有繁殖速度快,經(jīng)濟(jì)性高的特點(diǎn),因此在動(dòng)物肥胖模型研究中使用頻率最高。有研究對(duì)7種品系的大鼠進(jìn)行高脂飼料喂養(yǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn),SD大鼠和Wistar大鼠的致肥效果較好[8],并且長期的高脂飼料喂養(yǎng)后Wistar大鼠的肥胖效果可能要優(yōu)于SD大鼠[9]。小鼠的使用頻率也較高,其中C57BL/6J和KM小鼠最為常見,KM小鼠對(duì)高脂飼料的要求不同,不容易發(fā)生肥胖,只能達(dá)到超重的目標(biāo),不適用于營養(yǎng)性肥胖動(dòng)物模型的研究[10]。同時(shí),小鼠因積較小,血量較少等特點(diǎn),后期取材的難度較大,使用頻率低于大鼠。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行飲食干預(yù)的時(shí)間切入點(diǎn)也是決定建模成功與否的關(guān)鍵,以大鼠為例,剛離乳的動(dòng)物對(duì)高脂食物的反應(yīng)較為敏感,而70-75天后的動(dòng)物對(duì)高糖食物較為敏感,另外,對(duì)高脂食物誘導(dǎo)的動(dòng)物還存在性別差異[11],雌性動(dòng)物在腹內(nèi)及生殖器周圍的脂肪墊要高于雄性,而在前肢部分則較低,判斷肥胖時(shí)綜合考量性別引起的脂肪堆積部位的不同,因此可根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡男枰?,選擇適齡性別的動(dòng)物進(jìn)行干預(yù)[12]。除此之外,用同一批次大鼠進(jìn)行相同的飼料喂養(yǎng)時(shí),存在飲食誘導(dǎo)肥胖抵抗型大鼠[13],肥胖抵抗的比例在30%左右,可能是下丘腦黑皮素系統(tǒng)功能的差異導(dǎo)致[14]。因此,優(yōu)化方法是將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物先進(jìn)行2-4周的高脂飼料喂養(yǎng)后,將體重較低的30%剔除后,再繼續(xù)進(jìn)行高脂飲食的干預(yù)[15]。
營養(yǎng)性動(dòng)物肥胖模型主要是通過改變食物攝入的構(gòu)成及數(shù)量,造成動(dòng)物攝取的能量超過消耗導(dǎo)致肥胖。進(jìn)食方式常用自由進(jìn)食與灌胃相結(jié)合,食物的選用有三種,(1)高糖飼料喂養(yǎng),使用蔗糖代替食物中的淀粉,或用蔗糖溶液作為輔助飲食,誘發(fā)動(dòng)物肥胖或高血脂癥。(2)“自助餐飼料”,模擬人類食物攝入的模式,向動(dòng)物提供數(shù)十種人類使用的食物供動(dòng)物選擇,Barker[16]喂養(yǎng)大鼠的自助餐由炸土豆片、奶油巧克力、奶油餅干、奶酪、臘腸、花生米、爆米花和杏仁組成、干預(yù)后大鼠的體重與附睪脂肪墊重均明顯大于對(duì)照組。但也有學(xué)者認(rèn)為,這種飼養(yǎng)方式難以對(duì)食物的構(gòu)成及供能比進(jìn)行量化,配方難以標(biāo)準(zhǔn)化,因此應(yīng)用不多。(3)高脂飼料喂養(yǎng),其用法是將基礎(chǔ)飼料中添加豬油、植物油或富含脂肪的物質(zhì),提高飼料中脂肪的質(zhì)量比和供能比,造成脂肪的過度攝入、存儲(chǔ),進(jìn)而造成動(dòng)物肥胖。一般來說,將脂肪的質(zhì)量比提高到20%-40%就能明顯的提高大鼠和小鼠的體重和脂肪含量[17]。美國分析化學(xué)學(xué)會(huì)( AOAC) 和美國營養(yǎng)學(xué)會(huì)( AIN) 標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)脂肪供能比40%左右的造模用高脂飼料[18]。但有文獻(xiàn)報(bào)道, 用含豬油20%的飼料喂養(yǎng)大鼠, 大鼠食量減少,其飼料的質(zhì)地柔軟,浪費(fèi)嚴(yán)重[19],致肥率不高。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),12%的豬油添加6%植物油脂,脂肪總含量18%的改良配方,致肥效果明顯,見效速度快[20-22]。
肥胖建模成功是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)減肥干預(yù)的基礎(chǔ),但判斷肥胖模型的標(biāo)準(zhǔn)并不完全統(tǒng)一。判斷肥胖模型的常用指標(biāo)中,最常用的是體重、BMI、Lee’s指數(shù)、內(nèi)臟脂肪含量、脂肪細(xì)胞的形態(tài)、血脂四項(xiàng)[23]。白霞[24]等用高脂喂養(yǎng)C57BL/6J小鼠19周后,將小鼠按照體重的大小排序,取體重較大的1/3作為肥胖成功小鼠。顧琴[25]等使用C57BL/6小鼠進(jìn)行高脂飼料喂養(yǎng)16周后,以體重高于普通飼料喂養(yǎng)組體重的20%作為判斷肥胖的標(biāo)準(zhǔn)。另外,多數(shù)以大鼠為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的研究中,使用的是標(biāo)準(zhǔn)也是高脂飲食組體重大于普通飼料喂養(yǎng)組大鼠體重的20%。然而,劉慶春等[21]在研究中使用的標(biāo)準(zhǔn)是高脂喂養(yǎng)組大鼠體重超過普通膳食組大鼠體重的1.4倍的標(biāo)準(zhǔn)差。由此可見,使用體重評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)存在不同的標(biāo)準(zhǔn),而且體重不能客觀全面的反映體成分的改變,單一的使用體重作為判斷的標(biāo)準(zhǔn),存在一定誤差。BMI、Lee’s指數(shù)、脂肪百分比可以更為準(zhǔn)確的反映動(dòng)物體內(nèi)脂肪的堆積情況,結(jié)合脂肪細(xì)胞大小、血糖、血脂四項(xiàng)、胰島素抵抗等指標(biāo)可以更加全面、準(zhǔn)確的評(píng)估動(dòng)物的肥胖和糖脂代謝紊亂狀況[26]。
長期有氧運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)減肥的主要手段,研究結(jié)果表明4周以上的有氧運(yùn)動(dòng)能降低營養(yǎng)性肥胖動(dòng)物的肥胖程度,改善糖脂代謝的狀況,呈現(xiàn)強(qiáng)度越高效果越明顯的態(tài)勢[27-29]。急性運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖動(dòng)物的作用研究也較常見,唐光旭[30]等研究發(fā)現(xiàn),營養(yǎng)性肥胖SD在一次性跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)后24小時(shí)內(nèi),攝食量下降,血糖和血脂也有不同程度下降趨勢。張憲亮[31]等發(fā)現(xiàn),急性游泳運(yùn)動(dòng)抑制了高脂膳食誘導(dǎo)肥胖小鼠海馬內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活、減少了炎癥反應(yīng),降低了氧化應(yīng)激。高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練在控重減肥方面作用的研究逐漸增多,王冠棟[32]研究發(fā)現(xiàn)6周的大強(qiáng)度間歇游泳訓(xùn)練減肥效果優(yōu)于有氧運(yùn)動(dòng)并降低了肥胖引起的炎癥。另外,特殊環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖機(jī)體的影響研究也是關(guān)注的熱點(diǎn)。陳瑜文[33]等研究發(fā)現(xiàn)間歇低氧運(yùn)動(dòng)抑制了肥胖大鼠的食欲,減緩了大鼠體重的增加,且效果優(yōu)于單純運(yùn)動(dòng)。徐建方[34]等研究證實(shí)低氧訓(xùn)練控制肥胖大鼠血清Visfatin水平較常氧訓(xùn)練和低氧安靜更有效,低氧訓(xùn)練下調(diào)脂肪組織Visfatin基因表達(dá)作用更明顯。張荷[35]等發(fā)現(xiàn)低氧運(yùn)動(dòng)可有效改善肥胖誘導(dǎo)的大鼠胰島素抵抗,低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)胰島素敏感性的改善較單純低氧或常氧運(yùn)動(dòng)有更好的趨勢。溫度的改變對(duì)運(yùn)動(dòng)減肥存在明顯的輔助作用。唐建芝[36]等研究發(fā)現(xiàn),高溫有氧運(yùn)動(dòng)促進(jìn)營養(yǎng)性肥胖大鼠脂質(zhì)代謝的生理效應(yīng)優(yōu)于常溫有氧運(yùn)動(dòng),對(duì)脂肪細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)趨勢比常溫條件下更為明顯。解娟[37]將肥胖大鼠置于低溫下進(jìn)行游泳干預(yù),結(jié)果表明低溫游泳能有效降低體脂率并且比常溫游泳運(yùn)動(dòng)更好的改善肥胖大鼠的血管內(nèi)皮功能。
肥胖引起的糖脂代謝紊亂促使機(jī)體產(chǎn)生多種慢性并發(fā)癥,在營養(yǎng)性肥胖動(dòng)物模型基礎(chǔ)上衍生出模擬多種代謝性疾病的動(dòng)物模型。2型糖尿病主要是由肥胖機(jī)體的胰島素抵抗引起,劉世強(qiáng)[38]等研究發(fā)現(xiàn)急、慢性游泳運(yùn)動(dòng)均能改善肥胖大鼠的胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)、降低胰島素抵抗大鼠的Gal-3表達(dá)。陳國志[39]等通過高脂飼料喂養(yǎng)SD大鼠12周建立了肥胖性高血壓(obesity hypertension,OH)動(dòng)物模型,研究發(fā)現(xiàn)8周的有氧運(yùn)動(dòng)可改善OH大鼠的高血壓和肥胖癥狀。另外,選用不同年齡階段的動(dòng)物模擬人類不同年齡肥胖的模型應(yīng)用增多。高峰[40]等以雌性SD大鼠為研究對(duì)象,妊娠期進(jìn)行游泳訓(xùn)練,通過調(diào)整每窩子代的數(shù)量,建立子代過度喂養(yǎng)模型,探究母鼠孕期游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)哺乳期過度喂養(yǎng)所致子代肥胖大鼠的生理發(fā)育、神經(jīng)行為發(fā)育和糖脂代謝水平產(chǎn)生的影響。柏友萍[41]等以3周齡的SD大鼠為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,通過7周的高脂飼料喂養(yǎng),建立了青春期飲食性肥胖大鼠動(dòng)物模型,探討不同強(qiáng)度的跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)青春期肥胖大鼠脂聯(lián)素表達(dá)的影響作用。宋威巍[42]等將SD大鼠高脂飼養(yǎng)60周后,制成老年肥胖動(dòng)物模型,觀察運(yùn)動(dòng)結(jié)合甲魚油對(duì)老年肥胖大鼠的血糖調(diào)節(jié)作用。
營養(yǎng)性肥胖動(dòng)物模型在運(yùn)動(dòng)減肥研究中應(yīng)用廣泛,大鼠為最優(yōu)的建模動(dòng)物。高脂飼料喂養(yǎng)是建模最常用的方式,但高脂飼料的配方和判斷建模成功的標(biāo)準(zhǔn)仍未統(tǒng)一。跑臺(tái)和游泳訓(xùn)練作為最常用的運(yùn)動(dòng)干預(yù)手段,運(yùn)動(dòng)結(jié)合藥物或飲食干預(yù)的研究日益增多,演化出模擬不同肥胖疾病狀態(tài)和不同人群的動(dòng)物肥胖模型。
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Application Analysis of Diet-Induced Obesity Animal Model in the Study of Weight Loss by Exercise
LI Zhigang, etal.
(Baise University, Baise 533000, Guangxi, China)
百色學(xué)院校級(jí)課題一般項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2012KB12)。
李志剛(1986—),碩士,講師,研究方向:運(yùn)動(dòng)減肥。