有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病小鼠內(nèi)臟組織病理形態(tài)的影響

馬寶玲，王向東，馬寶娟，權(quán)超穎

(1 河北科技師范學(xué)院a體育與健康學(xué)院，b后勤與國(guó)有資產(chǎn)管理處，河北 秦皇島，066004；2 石家莊信息工程職業(yè)學(xué)院)

目前全球2型糖尿病發(fā)病率已呈爆發(fā)性增長(zhǎng)趨勢(shì)，中國(guó)糖尿病患者約占世界患病總?cè)藬?shù)的三分之一[1]。2型糖尿病是多因素綜合作用引起的內(nèi)分泌代謝性慢性疾病，可引起胰島功能受損、血糖控制效果降低和各器官并發(fā)癥發(fā)生的危險(xiǎn)性增高，嚴(yán)重影響國(guó)民的生活質(zhì)量和健康壽命[2，3]，在病情進(jìn)展過(guò)程中，糖尿病患者的胰腺與腎臟的損害不斷加深，早期是組織細(xì)胞形態(tài)與排列的異常，最終導(dǎo)致臟器不可逆的損傷。有研究發(fā)現(xiàn)，高糖環(huán)境會(huì)對(duì)腎臟組織造成不同程度的傷害[4]。電鏡下觀察組織細(xì)胞形態(tài)改變是組織結(jié)構(gòu)損傷最直接的證明?？棺栌?xùn)練結(jié)合有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)減少糖尿病并發(fā)癥有積極的促進(jìn)作用[5]。游泳運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病的胰腺、腎臟以及脂肪細(xì)胞有良好促進(jìn)作用[6]。為此，筆者采用高脂飲食飼喂4周+低劑量鏈尿佐菌素(STZ)腹腔注射的方法誘導(dǎo)建立2型糖尿病小鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?duì)其進(jìn)行8周有氧運(yùn)動(dòng)(跑臺(tái)運(yùn)動(dòng))的干預(yù)，旨在探討有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病小鼠的內(nèi)臟組織病理形態(tài)的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

表1 主要儀器、設(shè)備和試劑

1.1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 雄性C57BL/6J小鼠(6周齡，體質(zhì)量15.42 g±1.47 g)共60只，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物由北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司提供。分籠飼養(yǎng)，自由飲水進(jìn)食，明暗交替周期為12 h，動(dòng)物房溫度為(25±2) ℃，相對(duì)濕度為50%±5%。

1.1.2主要儀器與試劑 本次研究使用的主要儀器、設(shè)備和試劑見(jiàn)表1。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1預(yù)飼養(yǎng)與分組 小鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)7 d后隨機(jī)抽取6只飼喂標(biāo)準(zhǔn)普通飼料(RG,n=6)，其余小鼠飼喂高脂高糖飼料(HG，n=34)。喂養(yǎng)12周后將HG小鼠復(fù)制T2MD小鼠模型，并將造模成功的小鼠隨機(jī)分為模型組、運(yùn)動(dòng)組，每組不少于8只。

1.2.2復(fù)制T2MD小鼠模型 將用于建模的HG雄性小鼠34只，在實(shí)施了高脂高糖飼料喂養(yǎng) 12周后禁食 12 h，按120 mg/kg體質(zhì)量腹腔注射1%鏈脲佐菌素 (STZ)，72 h后尾靜脈采血檢測(cè)空腹血糖(FBG)，測(cè)完空腹血糖后，立即對(duì)每只建模組小鼠灌胃0.2 mL質(zhì)量濃度為500 g/L的葡萄糖溶液。糖耐量的測(cè)定設(shè)為5個(gè)時(shí)間點(diǎn)，分別為灌胃葡萄糖溶液后0，30，60，90，120 min。選空腹血糖≥11.1 mmol/L，糖耐量明顯下降，進(jìn)食量、飲水量、尿量明顯增多的小鼠為造模成功的2型糖尿病模型[7]。

1.2.3運(yùn)動(dòng)干預(yù) 為了使小鼠更好、更配合地做有氧運(yùn)動(dòng)，正式運(yùn)動(dòng)干預(yù)前需對(duì)運(yùn)動(dòng)組進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練1周(跑臺(tái)速度2 m/min,坡度0)。正式運(yùn)動(dòng)：中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)為12 m/min，運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間均為60 min，每周運(yùn)動(dòng)6 d，持續(xù)8周。每次訓(xùn)練前均做10 min的準(zhǔn)備活動(dòng)(跑臺(tái)速度2 m/min,坡度0)。模型組、空白組小鼠不運(yùn)動(dòng)。

1.2.4取材

(1)對(duì)小鼠稱質(zhì)量。

(2)將小鼠摘眼球取血，所得血液置于離心管中，并用離心機(jī)分離(3 500 r/min，15 min，4 ℃)血清。

(3)解剖小鼠：取腎臟、胰腺、胸腺、網(wǎng)膜脂肪、腎周脂肪、皮下脂肪和附睪脂肪組織，電子天平稱質(zhì)量；取 0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm 腎臟組織、胰腺組織和網(wǎng)膜脂肪組織，置于福爾馬林中性緩沖液進(jìn)行固定，常規(guī)石蠟包埋，切片，進(jìn)行病理切片觀察。

2 結(jié) 果

2.1 有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)小鼠空腹血糖、血清胰島素的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，模型組血清胰島素水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空白組(P<0.001)，運(yùn)動(dòng)組血清胰島素水平也高于空白組(P<0.01)，但低于模型組(P>0.05)(表 2)。模型組空腹血糖遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空白組(P<0.001)，運(yùn)動(dòng)組空腹血糖也高于空白組(P<0.01)、但低于模型組(P>0.05)。研究結(jié)果表明，長(zhǎng)時(shí)間中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)可降低2型糖尿病小鼠空腹血糖水平和血清胰島素水平。

2.2 有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)小鼠臟器指數(shù)的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，2型糖尿病小鼠運(yùn)動(dòng)8周后，運(yùn)動(dòng)組的胸腺指數(shù)、胰腺指數(shù)、腎臟指數(shù)與空白組、模型組相比，均有所升高(P>0.05)(表3)。由此表明，有氧運(yùn)動(dòng)可以提升2型糖尿病小鼠臟器功能，提高免疫力；促進(jìn)胰腺組織生長(zhǎng)，提高胰腺組織功能；提升腎臟生理功能，避免2型糖尿病導(dǎo)致的腎臟組織損害、萎縮。

表2 各組小鼠空腹血糖、胰島素比較

表3 各組小鼠臟器指數(shù)的比較 mg/kg

2.3 有氧運(yùn)動(dòng)對(duì) 2 型糖尿病小鼠各組織形態(tài)的影響

2.3.1有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)2型糖尿病小鼠脂肪組織形態(tài)的影響 病理切片顯示，空白組小鼠網(wǎng)膜脂肪組織大小均勻，排列整齊、規(guī)則(圖1A，圖1B)；模型組小鼠脂肪細(xì)胞直徑與空白組相比有增大趨勢(shì)(本次研究未對(duì)脂肪細(xì)胞直徑進(jìn)行測(cè)量)，且大小不一，排列無(wú)序(圖1C，圖1D)；運(yùn)動(dòng)組小鼠脂肪細(xì)胞直徑有所減小，且排列較整齊(圖1E，圖1F)。結(jié)果提示，有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病小鼠脂肪細(xì)胞結(jié)構(gòu)排列有利好趨勢(shì)，對(duì)脂代謝有促進(jìn)作用。

注：A 空白組，放大倍數(shù)(×200)；B 空白組，放大倍數(shù)(×400) C 模型組，放大倍數(shù)(×200)；D 模型組，放大倍數(shù)(×400)E 中強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組，放大倍數(shù)(×200)；F 中強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組，放大倍數(shù)(×400)圖1 各組小鼠脂肪病理切片

2.3.2有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)2型糖尿病小鼠腎臟組織形態(tài)的影響 病理切片顯示，空白組小鼠腎組織 HE 染色結(jié)構(gòu)清晰完整，細(xì)胞大小相似，排列整齊(圖2A，圖2B)；模型組小鼠細(xì)胞排列不整齊，且大小不一，腎小球細(xì)胞出現(xiàn)萎縮趨勢(shì)(圖2C，圖2D)；運(yùn)動(dòng)組小鼠細(xì)胞排列與模型組相比略顯整齊，有腎小球細(xì)胞仍有萎縮趨勢(shì)，但病變減輕(圖2E，圖2F)。結(jié)果提示，2型糖尿病會(huì)引起小鼠腎臟病變，但經(jīng)過(guò)8周有氧運(yùn)動(dòng)后，病癥減輕。提示，運(yùn)動(dòng)可減輕2型糖尿病腎臟組織的病理?yè)p傷[15]，對(duì)2型糖尿病的腎病并發(fā)癥有一定的緩解作用。

注：A 空白組，放大倍數(shù)(×200)；B 空白組，放大倍數(shù)(×400) C 模型組，放大倍數(shù)(×200)；D 模型組，放大倍數(shù)(×400)E 中強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組，放大倍數(shù)(×200)；F 中強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)組，放大倍數(shù)(×400)圖2 各組小鼠腎臟病理切片

2.3.3有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)2型糖尿病小鼠胰腺組織形態(tài)的影響 病理切片顯示，空白組小鼠胰島細(xì)胞為細(xì)長(zhǎng)的橢圓形，細(xì)胞核大小均勻，分散于胰腺腺泡之間，胰島中細(xì)胞數(shù)量較多，細(xì)胞分布均勻，排列規(guī)整，結(jié)構(gòu)清晰(圖3A，圖3B)；模型組小鼠胰島結(jié)構(gòu)紊亂，組織疏松，細(xì)胞分布不均，細(xì)胞數(shù)目減少(圖3C，圖3D)；運(yùn)動(dòng)組小鼠胰島結(jié)構(gòu)較清晰，邊緣較整齊，細(xì)胞分布較均勻，組織疏松，胰島細(xì)胞數(shù)目相對(duì)于建模對(duì)照組增多(圖3E，圖3F)。結(jié)果提示，8周有氧運(yùn)動(dòng)可以改善胰島細(xì)胞組織形態(tài)，有緩解2型糖尿病病征的趨勢(shì)。

3 結(jié)論與討論

脂肪組織雖然不是主要的血糖吸收組織，但大部分2 型糖尿病患者多半與腹型肥胖高度相關(guān)，內(nèi)臟脂肪的增加提高胰島素抵抗和慢性炎癥的風(fēng)險(xiǎn)[8，9]。肥大的脂肪細(xì)胞會(huì)自動(dòng)釋放抑制性反饋信息，從而降低胰島素的敏感性，而肥胖者脂肪細(xì)胞合成甘油三酯的能力下降，使多余脂肪無(wú)法儲(chǔ)存于脂肪細(xì)胞，進(jìn)而刺激肝臟釋放葡萄糖，使血糖上升，促進(jìn)糖尿病發(fā)生。與單純肥胖相比，糖尿病且肥胖的患者，其脂肪組織的表達(dá)有明顯的炎癥反應(yīng)增強(qiáng)現(xiàn)象，這也從另一方面說(shuō)明糖尿病的發(fā)生可能與肥胖息息相關(guān)[10]。雖然脂肪組織對(duì)胰島素降糖效應(yīng)僅為10%左右，但脂肪組織的糖代謝紊亂卻可以影響整個(gè)機(jī)體的糖代謝穩(wěn)態(tài)[11]，肥胖是脂肪組織質(zhì)量的增多，而脂肪細(xì)胞的體積和數(shù)量是脂肪質(zhì)量的決定因素。而有研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)對(duì)降低脂肪細(xì)胞體積的效果比節(jié)食減脂、藥物減脂更為顯著。王漫卓[12]研究表明，中等強(qiáng)度耐力訓(xùn)練可以顯著降低脂肪含量、降低由高脂膳食誘導(dǎo)肥胖引起的脂肪組織FTO(fat mass and obesity-associated gene, FTO)表達(dá)的升高。脂肪體積的減小、排列有序都是脂肪組織對(duì)運(yùn)動(dòng)的積極應(yīng)答[13]，本次研究的脂肪組織病理切片結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。但試驗(yàn)中各臟器指數(shù)并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能由于運(yùn)動(dòng)干預(yù)時(shí)間較短，其康健效果不明顯，后續(xù)研究中將延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)期限進(jìn)行進(jìn)一步研究論證，對(duì)不同干預(yù)期限進(jìn)行分組研究，力爭(zhēng)找到運(yùn)動(dòng)顯效的期限閾值。

糖尿病腎病可導(dǎo)致末期腎衰竭，是2型糖尿病病死率增加的重要原因之一。李國(guó)立[14]研究表明，8周游泳運(yùn)動(dòng)可顯著降低2型糖尿病大鼠空腹血糖(GLU)、糖化血紅蛋白(GHb)、血清肌酐(Scr)、尿素氮(BUN)水平，提示游泳運(yùn)動(dòng)可改善2型糖尿病大鼠糖代謝紊亂的現(xiàn)象，對(duì)改善糖尿病大鼠腎小球?yàn)V過(guò)功能有一定的作用?？赡軝C(jī)制為運(yùn)動(dòng)可以增加機(jī)體能量消耗，提高機(jī)體胰島素敏感性，促進(jìn)機(jī)體對(duì)葡萄糖的吸收和利用，進(jìn)而顯著降低了血糖水平，從而使2型糖尿病大鼠腎損害得到一定程度的改善。朱洪竹[15]研究表明，6周有氧游泳訓(xùn)練可減輕2型糖尿病大鼠腎臟病理?yè)p傷，運(yùn)動(dòng)對(duì)下調(diào)2型糖尿病大鼠腎臟NF-κB-p65及相關(guān)蛋白表達(dá)有促進(jìn)作用。本次研究對(duì)2型糖尿病小鼠進(jìn)行為期8周的有氧運(yùn)動(dòng)，其腎臟病理組織切片的結(jié)果顯示，通過(guò)8周中等強(qiáng)度有氧運(yùn)動(dòng)，2型糖尿病小鼠的腎臟組織細(xì)胞的萎縮現(xiàn)象有很大程度的好轉(zhuǎn)，腎臟指數(shù)也有提高的趨勢(shì)。結(jié)果提示，有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)2型糖尿病小鼠的腎臟衰退功能有恢復(fù)作用，可以改善2型糖尿病小鼠腎臟組織形態(tài)。運(yùn)動(dòng)對(duì)降低2型糖尿病的腎臟并發(fā)癥有一定的促進(jìn)作用。

2型糖尿病發(fā)生發(fā)展的一個(gè)重要機(jī)制是體內(nèi)氧化和抗氧化作用失衡引起氧化應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞數(shù)量減少，其中胰島B細(xì)胞凋亡異常增多是導(dǎo)致胰島B細(xì)胞數(shù)量減少的重要原因。糖尿病小鼠的胰腺組織病理形態(tài)學(xué)和超微機(jī)構(gòu)改變，能改善糖尿病小鼠血脂代謝和胰腺組織的氧化應(yīng)激狀態(tài)進(jìn)而減少炎癥反應(yīng)[16]。吳亞文[17]以鏈脲霉素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行一段時(shí)間的游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，取胰腺組織作病理切片，觀察到運(yùn)動(dòng)改善了大鼠胰島的形態(tài)學(xué)指標(biāo)，糖尿病運(yùn)動(dòng)組的胰島最大直徑、胰島面積、胰島個(gè)數(shù)都顯著優(yōu)于糖尿病對(duì)照組。本次試驗(yàn)結(jié)果顯示，8周有氧運(yùn)動(dòng)不但可以降低2型糖尿病小鼠的血糖和胰島素水平，還能改善胰島細(xì)胞組織形態(tài)，使胰島細(xì)胞數(shù)量增多，在一定程度上提高胰島功能，減輕胰島受損傷程度，與多數(shù)游泳運(yùn)動(dòng)干預(yù)的研究結(jié)果較為一致[17，18]。

在本次研究條件下，8周有氧運(yùn)動(dòng)可降低2型糖尿病小鼠的血糖和胰島素水平，改善2型糖尿病小鼠的脂肪細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)，有降低內(nèi)臟脂肪含量的良好趨勢(shì)。對(duì)胰腺和腎臟組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)有利好作用。一定程度上改善了2型糖尿病小鼠的胰腺和腎臟的功能，降低了2型糖尿病小鼠腎臟并發(fā)癥的幾率。雖然運(yùn)動(dòng)組小鼠的空腹血糖水平降低了，但仍然超出正?？崭寡侵档姆秶?。提示，運(yùn)動(dòng)降糖是一個(gè)長(zhǎng)期干預(yù)的過(guò)程，2型糖尿病的運(yùn)動(dòng)降糖是否存在運(yùn)動(dòng)期限需后續(xù)研究進(jìn)一步論證。