肥胖胰島素抵抗大鼠血氣分析研究*

★ 曾國威 余日躍 盛譯萱 李冰濤,3 張啟云,3 姜麗,3 曾治君,3 徐國良,,3***（.江西中醫(yī)藥大學中醫(yī)基礎(chǔ)理論分化發(fā)展研究中心 南昌 330004；.江西省中藥藥理重點實驗室 南昌330004；3.江西省中醫(yī)病因生物學重點實驗室 南昌 330004）

流行病學調(diào)查顯示，我國成年人2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患病率為9.7%～11.6%［1-2］，已成為全球糖尿病患者最多的國家［3］。T2DM的治療與預防亟待解決，明確其發(fā)病機制意義重大。肥胖是T2DM的獨立危險因素，多數(shù)T2DM患者存在超重或肥胖［4］。肥胖是引發(fā)IR的主要因素［5］，而IR是T2DM的重要發(fā)病機制［6］。慢性組織缺氧是IR形成的可能誘因［7］。肥胖者脂肪組織生長速度過快，超過血管生長速度，組織供氧不足造成局部缺氧［8］，；T2DM患者也存在低氧血癥［9］，但肥胖IR機體循環(huán)血液是否缺氧尚不明確。

動脈血血氣分析可反應機體氧合狀態(tài)。血氣分析指標，如氧分壓（pO2）、二氧化碳分壓（pCO2）、血氧飽和度（sO2）等，在缺氧診斷中具有重大意義。本研究通過高脂飼料喂養(yǎng)SD大鼠，建立肥胖大鼠模型，誘導產(chǎn)生IR，檢測其腹主動脈血液的pO2、pCO2、sO2、血細胞容積（Hct）、血紅蛋白含量量（ctHb）、血氧含量（ctO2）等血氣指標，探明肥胖IR機體循環(huán)血液是否缺氧，探討血氣指標變化與IR的相關(guān)性。

1 材料

1.1 動物及飼料 SPF級SD雄性大鼠36只，4～5周齡，體重（180±20）g，購買于湖南斯萊克景達實驗動物有限公司［SCXK（湘）2014-0002］，飼養(yǎng)于江西中醫(yī)藥大學實驗動物科技中心［SYXK（贛）2017-0004］。高脂飼料：36%脂肪供能，購于上海普路騰；普通飼料，購于武漢萬千佳興。

1.2 主要試劑及儀器試劑 葡萄糖試劑［GL8322］購于寧波普瑞柏。血清胰島素ELISA試劑盒（Andygene，批號：201706）。儀器：羅氏Modular p800生化儀、高速冷凍離心機（德國Thermo Fisher）、BT225-電子分析天平（德國Sartorius）、雷度ABL80 血氣分析儀（上海雷度米特）。

2 方法

2.1 肥胖大鼠模型的建立 36只雄性SD大鼠適應性飼養(yǎng)5d后按體重隨機分為正常組和模型組，正常組大鼠10只，給予普通飼料，模型組大鼠26只，給予高脂飼料，飼養(yǎng)12周。

2.2 指標測量檢測 稱量大鼠體重，直尺測量體長（從大鼠鼻尖至肛門的長度），計算Lee’s指數(shù)，Lee’s指數(shù) =［體重（g）（1/3）］/體長（cm）×1000。禁食12h，大鼠后眼眶采血1mL，分離血清，檢測空腹血清胰島素（FINS）及空腹血糖（FPG），計算IR指數(shù)，IR指數(shù)=FPG×FINS/22.5。腹腔注射10%水合氯醛麻醉后，腹主動脈取血，立即使用血氣分析儀進行血氣分析，檢測pO2、pCO2、Hct、ctHb、sO2、ctO2。

2.3 模型組組內(nèi)聚類分組 使用SPSS19.0軟件K-均值聚類，以第12周IR指數(shù)大小為依據(jù)聚類，分為IR組與非IR組。

2.4 數(shù)據(jù)處理分析 采用SPSS 19.0進行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)均以均值±標準差（±s）表示，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗，P＜0.05代表有顯著差異；P＜0.01代表有極其顯著差異。使用SPSS19.0軟件K-均值聚類聚類，以第12周IR指數(shù)大小為依據(jù)聚類。

3 結(jié)果

3.1 模型組組內(nèi)大鼠組內(nèi)聚類分組 以模型組各大鼠12周末的IR指數(shù)（見表1）為依據(jù)進行K-均值聚類與組件聯(lián)接法系統(tǒng)聚類，聚類得到聚類1（n=14）、聚類 2（n=2）、聚類 3（n=10），詳見表 2、圖1。將聚類2與和聚類3合并為胰島素抵抗組（IR）組（n=12），聚類1作為非IR組（n=14），進行后續(xù)分析。IR組占模型組動物總數(shù)的46.16%。

表1 模型組第十二周各大鼠IR指數(shù)（n=26）

表2 模型組大鼠聚類中心

圖1 模型組大鼠聚類分析樹狀圖

3.2 大鼠Lee's指數(shù)、血糖、血清胰島素、IR指數(shù)的變化 IR組與非IR組Lee's指數(shù)顯著高于正常組（P＜0.05），表明高脂喂養(yǎng)的大鼠已形成肥胖；IR組IR指數(shù)顯著高于正常組（P＜0.01），非IR組與正常組無顯著差異，表明IR組的肥胖大鼠產(chǎn)生胰島素抵抗。IR組、非IR組大鼠的空腹血糖與正常組無顯著差異，IR組大鼠血清胰島素顯著高于正常組（P＜0.05）、非IR組顯著低于正常組（P＜0.01）。結(jié)果見表3。

表3 IR大鼠Lee’s 指數(shù)、FPG、FINS、IR指數(shù)的變化（±s）

表3 IR大鼠Lee’s 指數(shù)、FPG、FINS、IR指數(shù)的變化（±s）

注：與正常組比較，*P＜0.05，**P＜0.01。

-1 -1組別 n Lee’s指數(shù) FPG/mmol·LFINS/pmol·LIR指數(shù)正常組 10 332.09±5.10 4.77±1.07 17.55±3.11 3.66±0.85 IR 組 12 336.58±2.32* 5.86±1.81 20.46±2.64* 5.18±1.02**非 IR 組 14 336.19±3.09* 4.98±0.80 14.82±2.63** 3.22±0.42

3.3 大鼠氧分壓pO2、二氧化碳分壓pCO2IR組、非IR組大鼠pO2、pCO2均與正常組無具有統(tǒng)計學意義的差異，見表4。

表4 IR大鼠pO2、pCO2的變化（±s）

表4 IR大鼠pO2、pCO2的變化（±s）

組別 n pO2/mmHg pCO2/mmHg正常組 10 103.10±8.35 35.86±4.43 IR組 12 102.08±5.37 37.64±2.75非IR組 14 101.71±6.06 35.71±3.36

3.4 大鼠血細胞容積Hct、血紅蛋白含量ctHb、血氧飽和度sO2、血氧含量ctO2IR組Hct、ctHb、ctO2均高于正常組并有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），非IR組與正常組無顯著差異；sO2三組間無顯著差異，結(jié)果見表5。

表5 IR大鼠Hct、ctHb、sO2、ctO2的變化 （±s）

表5 IR大鼠Hct、ctHb、sO2、ctO2的變化 （±s）

注：與正常組比較，*P＜0.05。

組別 n Hct/% ctHb/g·dL-1 sO2/% ctO2/Vol%正常組 10 43.70±2.00 14.28±0.61 97.72±0.48 19.58±0.83 IR 組 12 45.58±1.78*14.89±0.60*97.84±0.33 20.43±0.78*非IR組 14 43.64±1.74 14.28±0.53 97.98±0.44 19.64±0.78

4 討論

阻塞性呼吸睡眠暫停綜合征（OSA）的患者常伴有肥胖及更嚴重的IR［10］。肥胖者脂肪組織過度增生和肥大，與血管新生速度無法達到平衡，供氧不足使脂肪組織出現(xiàn)缺氧［11］。動物實驗發(fā)現(xiàn)：間歇性缺氧即可增加ob/ob小鼠的IR［12］，也可使得正常小鼠的骨骼肌糖利用降低而發(fā)生急性IR［13］。缺氧誘導因子 -1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）是機體缺氧反應的一個重要的標志物，是一個轉(zhuǎn)錄因子，缺氧時水平增加，引起其它多種基因表達增加，從而刺激紅細胞生成、血管生成和糖酵解［14］。王慧［15］對肥胖患者脂肪組織的研究表明，肥胖患者脂肪組織HIF-1α表達升高并存在IR，且兩者存在相關(guān)性。張莉亞等［16］在高脂飲食誘導肥胖小鼠的白色脂肪組織中也觀察到局部缺氧、糖耐量受損及IR。缺氧的脂肪細胞條件培養(yǎng)基孵育骨骼肌細胞可造成骨骼肌細胞IR［17］。以上研究均提示缺氧可能是周身IR形成的重要因素。本研究結(jié)果顯示肥胖IR大鼠pO2、pCO2與正常組無顯著差異，表明肥胖IR大鼠循環(huán)血液不缺氧。

血細胞比容（Hct）是反映紅細胞數(shù)量與體積的綜合指標，同時也是血液粘稠度的主要決定因素。Moan A等［18］的對健康男性研究表明葡萄糖利用率（GDR）與Hct及血液粘稠度度呈負相關(guān)。高水平的胰島素增加肌肉毛細血管血流量和白蛋白轉(zhuǎn)運，導致血漿容量的降低和隨之而來的Hct提高。而Hct水平的增加，血流量的減少，通過降低葡萄糖和胰島素向外周器官的轉(zhuǎn)運，加劇IR，進而刺激機體提高胰島素水平。同時，慢性缺氧也會使紅細胞生成、血紅蛋白量代償性增多，以調(diào)節(jié)平衡缺氧狀態(tài)，這將使血液中有形成分增多，影響血液粘稠度。長期缺氧將影響紅細胞膜變形能力［19］，紅細胞內(nèi)粘稠度增強，而聚集性增強進一步增加了血液粘稠度。本研究中，肥胖IR大鼠Hct、ctHb、ctO2較正常大鼠顯著升高，可能源于機體對慢性缺氧的自我調(diào)節(jié)導致的紅細胞數(shù)量增多與體積增大。

Barbieri M等［20］研究發(fā)現(xiàn)胰島素綜合征與人血液的紅細胞計數(shù)增加存在相關(guān)性。Unruh D［21］研究報道高脂飼料在肥胖早期誘發(fā)紅細胞功能障礙。徐黔寧等［22］在糖尿病患者抗凝血標本血細胞分析中發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者的紅細胞平均體積較正常者顯著升高。糖尿病病期內(nèi)存在紅細胞高凋亡狀態(tài)［23］；紅細胞存在能量代謝、糖代謝等多種代謝紊亂，紅細胞膜脂質(zhì)組成及膜骨架蛋白結(jié)構(gòu)改變，導致紅細胞形態(tài)改變、膜流動性降低、變形能力降低［24］，最終引起臟器的微循環(huán)血流灌注障礙，是糖尿病微血管病變的可能誘因［25］。以上研究均提示紅細胞功能障礙與糖尿病及其并發(fā)癥發(fā)展有關(guān)。本研究中，雖觀察到肥胖IR大鼠Hct、ctHb、ctO2較正常大鼠顯著升高，但未對紅細胞數(shù)量、體積及功能做詳細檢測，紅細胞功能障礙與IR形成的相關(guān)機制尚未完全闡明，有待進一步研究。

本研究表明肥胖IR大鼠循環(huán)血液不缺氧，Hct、ctHb、ctO2顯著升高，可能源于血液粘稠度增高和機體對慢性缺氧的自我調(diào)節(jié)導致的紅細胞增多與體積增大。