Roux-en-Y胃旁路術(shù)對糖尿病大鼠行為及能量代謝的影響

張 鵬，王月倩，曹 婷，梁永俊，張忠濤，章 雄，喬正東

(1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院普外科中心減重與代謝外科，北京，100050；2.復(fù)旦大學(xué)附屬浦東醫(yī)院醫(yī)學(xué)科研與創(chuàng)新中心)

由于基因易感性、不健康的生活方式、不斷變化的環(huán)境等，2型糖尿病(type 2 diabetes，T2D)的患病率在全世界迅速上升。據(jù)統(tǒng)計，T2D目前已成為世界上主要的慢性非傳染性疾病之一，仍缺乏有效的治療方式[1-2]。傳統(tǒng)治療方法包括降糖藥、運動療法、飲食控制、胰島素注射等，均側(cè)重于控制血糖、延緩T2D及其并發(fā)癥的進展，并不能逆轉(zhuǎn)疾病進程。最后，患者仍會死于糖尿病相關(guān)并發(fā)癥，如心血管疾病、腦血管疾病、糖尿病腎病等[3]。與傳統(tǒng)醫(yī)療方法相比，減重與代謝減肥手術(shù)已被證實是T2D的潛在有效的治療方法[4-7]。研究表明[8-9]，Roux-en-Y胃旁路術(shù)(Roux-en-Y gastric bypass，RYGB)能快速、有效地控制血糖，并對肥胖型T2D患者的糖尿病相關(guān)并發(fā)癥產(chǎn)生有利影響。RYGB是減重與代謝外科的主要手術(shù)方式之一，主要造成兩個解剖學(xué)改變：于胃食管交界處形成一個小胃囊(不大于30 mL)，從而降低胃容量；建立膽胰腸襻與Roux腸襻，與小胃囊進行Roux-en-Y式吻合。術(shù)后近端小腸被旁路曠置，食物由食管進入小胃囊，然后直接進入空腸中段，導(dǎo)致食物攝入與吸收減少[10]。盡管RYGB在T2D的臨床緩解方面顯示出積極結(jié)果，但其潛在的機制尚不完全清楚。大多數(shù)研究認為[11-14]，RYGB治療T2D的作用機制是術(shù)后熱量攝入減少與腸道激素改變的綜合結(jié)果。最近的臨床研究也表明，T2D患者在接受RYGB術(shù)后進食行為與食物偏好發(fā)生了變化[15-20]，這提示術(shù)后某些生理行為的改變可能與T2D的緩解有關(guān)。通常，術(shù)后患者的心理與生理狀態(tài)、應(yīng)激水平的變化會對機體的能量代謝、激素分泌造成影響，進而影響手術(shù)結(jié)果。本研究中，我們對非肥胖Goto-Kakizaki(GK)大鼠(自發(fā)性T2D動物模型)施行RYGB，以評估RYGB對個體行為模式與能量代謝的影響。

1 資料與方法

1.1 實驗動物 本研究獲得復(fù)旦大學(xué)附屬浦東醫(yī)院動物福利委員會的批準(zhǔn)，共納入10只8周齡雄性非肥胖糖尿病GK大鼠、5只正常雄性Wistar大鼠。單籠飼養(yǎng)，并對飼養(yǎng)環(huán)境進行環(huán)境控制，晝夜交替12 h，相對濕度為40%～70%，溫度為21～25℃，以適應(yīng)實驗室環(huán)境。大鼠適應(yīng)新環(huán)境2周后，按手術(shù)方式隨機分為兩組，RYGB組(行RYGB，n=5)與Sham組(行假手術(shù)，n=5)，另外將年齡匹配的正常Wistar大鼠作為正常對照(對照組，n=5)，不進行任何手術(shù)。

1.2 手術(shù)方法 動物禁食16 h后，腹腔注射3%戊巴比妥鈉，劑量為60 mg/kg，以誘導(dǎo)全身麻醉。腹部正中做5～6 cm垂直切口，辨識Treitz韌帶后，于遠端15 cm處橫斷空腸，近段為膽胰腸襻，斷端以遠空腸15 cm處做6 mm縱行切口，與膽胰腸襻進行端側(cè)吻合，并形成15 cm的Roux腸襻。于胃-食管交接處下方約3 mm處弧形切割胃小彎側(cè)，形成小胃囊，將曠置胃切緣進行連續(xù)縫合關(guān)閉，并將小胃囊切口與Roux腸襻近端以間斷縫合的方式進行吻合。給予Sham組動物相同的麻醉方式、腹部切口與小腸橫斷，然后重新原位對接縫合，不改變解剖結(jié)構(gòu)。術(shù)后大鼠均在恒溫籠中取暖，術(shù)后第1天取出手術(shù)動物的食物。術(shù)后第2天，再次補充1 g正常配方飼料、5%葡萄糖溶液。從術(shù)后第3天開始，大鼠均喂食正常配方飼料。5只年齡匹配的Wistar大鼠作為正常的非糖尿病對照組，不接受任何手術(shù)治療，但飲食方式與手術(shù)動物一致。

1.3 體重與空腹血糖(fasting plasma glucose，F(xiàn)PG)的測定 動物的體重通常于禁食6 h后用電子秤測量，并于術(shù)前及術(shù)后2周、4周用手持式血糖儀測定尾靜脈血中的血糖。

1.4 活動行為與代謝參數(shù)的測量 術(shù)后3周，應(yīng)用TSE PhenoMaster/LabMaster代謝監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測各組動物的活動行為與全身代謝。監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄前，動物均被單獨放置在TSE系統(tǒng)的代謝籠中進行24 h的環(huán)境適應(yīng)。動物適應(yīng)測試環(huán)境后，系統(tǒng)開始記錄與計算參數(shù)：(1)主動活動參數(shù)，包括行走活動與精細活動量；(2)飲水與進食行為參數(shù)，包括飲水量與攝食量；(3)機體代謝參數(shù)，包括耗氧量、產(chǎn)熱量。行走活動指身體活動，如行走、跑步，通過在代謝籠內(nèi)較低水平X-Y軸平面的任意兩個不同X或Y光束的間斷來計算；精細活動是指身體未移動情況下的活動，通過在代謝籠內(nèi)X-Y軸平面一束光連續(xù)兩次中斷計算得出(圖1)。水與食物消耗量直接由TSE PhenoMaster/LabMaster監(jiān)控系統(tǒng)記錄。耗氧量不僅反映了對能量消耗的精確測定，而且反映了對運動所造成的整體生理應(yīng)激的測量，身體產(chǎn)生的熱量與代謝率成正比。

圖1 通過代謝籠內(nèi)的傳感器進行運動測量。在X-Y軸平面，傳感器的任何兩個不同X或Y光束的中斷被記錄為步行移動，而連續(xù)兩個單一光束的中斷被記錄為精細運動

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，連續(xù)數(shù)值以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。采用雙向方差分析與Bonferroni檢驗進行多重比較，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 體重與FPG RYGB組與Sham組術(shù)前大鼠體重差異無統(tǒng)計學(xué)意義，術(shù)后第2周、第4周，RYGB組低于Sham組(P<0.0001)，見圖2A。術(shù)前，RYGB組與Sham組FPG均高于對照組，RYGB組大鼠于術(shù)后2周、4周，血糖均顯著降低，恢復(fù)至正常對照組水平，并低于Sham組(P<0.001)，見圖2B。

圖2 各組大鼠術(shù)前及術(shù)后2周、4周的體重與FPG。***P<0.001；***P<0.0001(與假手術(shù)組比較)

2.2 步行活動與精細活動 術(shù)后3周，應(yīng)用TSE代謝監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測各組動物的步行活動與精細活動。由于大鼠為夜間活動的動物，因此，RYGB組、Sham組與對照組動物夜間步行活動、精細活動均多于白天。在白天，RYGB組與Sham組的步行活動、精細活動差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但在夜間，RYGB組動物的步行活動、精細活動均少于Sham組(P<0.05)。見圖3。

圖3 術(shù)后3周各組大鼠的步行活動(A)與精細活動(B)。*P<0.05 vs.Sham組

2.3 飲水量與攝食量 術(shù)后3周，3組動物日間的飲水量與攝食量差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(圖4A)，但RYGB組動物夜間攝食量顯著少于Sham組(P<0.001)，夜間飲水量亦少于Sham組(P<0.001)，見圖4B。

圖4 術(shù)后3周各組大鼠的進食量與飲水量。***P<0.001 vs.Sham組

2.4 耗氧量與產(chǎn)熱量 3組動物在夜間的耗氧量與產(chǎn)熱量均高于白天，與Sham組相比，RYGB組日間耗氧量(P<0.05)、日間產(chǎn)熱量(P<0.01)、夜間耗氧量(P<0.001)、夜間產(chǎn)熱量(P<0.05)均增高，表明RYGB組的機體代謝率與應(yīng)激水平均高于Sham組。見圖5。

圖5 術(shù)后3周各組大鼠的耗氧量(A)與產(chǎn)熱量(B)。*P<0.05，***P<0.001 vs.Sham組

3 討 論

本研究觀察了非肥胖T2D的GK大鼠模型在RYGB術(shù)后的生理行為(包括飲食行為、自主活動)與全身代謝(包括耗氧量、產(chǎn)熱)的變化，以假手術(shù)GK大鼠與正常對照Wistar大鼠為對照。結(jié)果表明，RYGB術(shù)后動物食物攝入量、活動量均減少，理論上，機體代謝率也應(yīng)相應(yīng)降低。然而，本研究發(fā)現(xiàn)，RYGB術(shù)后動物耗氧量與產(chǎn)熱量增加，意味著實際的全身代謝率在RYGB術(shù)后升高，這可能與手術(shù)所引起的生理應(yīng)激變化、代謝調(diào)節(jié)相關(guān)。

RYGB手術(shù)通過縮小胃容積及旁路曠置近端小腸導(dǎo)致熱量攝入、吸收減少，對T2D個體產(chǎn)生減輕體重與控制血糖的積極作用，其潛在機制除與熱量攝入限制有關(guān)外，手術(shù)所產(chǎn)生的有益的胃腸內(nèi)分泌變化也是主要機制之一[21-25]。本研究中，RYGB術(shù)后體重與FPG均顯著降低，表明RYGB手術(shù)動物模型造模成功，這也是準(zhǔn)確進行后續(xù)的行為與代謝研究的基礎(chǔ)。

研究顯示，增加中等程度以上的體育活動并減少久坐行為利于降低疾病發(fā)生率、延長壽命[26-27]，RYGB術(shù)后的適度運動可提高心肺功能[28]。Woodlief等的一項隨機試驗也顯示，RYGB術(shù)后，適量的結(jié)構(gòu)性運動可進一步改善胰島素敏感性[29]。但本研究結(jié)果顯示，在沒有任何運動與行為指導(dǎo)的情況下，T2D的GK大鼠于RYGB術(shù)后夜間主動運動包括步行活動量與精細活動量均會自然減少。嚙齒動物的晝夜節(jié)律與人類相反，通常在夜間保持清醒與運動，在白天休息。本研究結(jié)果與Berglind等的研究一致。Berglind等報道，兒童通常自律性較差，RYGB術(shù)后中至劇烈程度的體力活動顯著減少，久坐行為會增加[30]。他們還調(diào)查了接受RYGB的女性患者，自我報告的活動量與客觀評估的活動量之間存在差異[31]，患者自我報告的RYGB術(shù)后的運動時間較術(shù)前增加75%，然而加速計客觀評估的運動時間顯示，術(shù)后僅比術(shù)前增加了0.9%[31]。這一有趣的發(fā)現(xiàn)表明，患者自我報告的運動量可能存在不可靠性，術(shù)后患者可能并未堅持所要求的運動。

RYGB所制造的小胃囊具有限制攝食量的作用，本研究結(jié)果顯示，RYGB術(shù)后大鼠夜間清醒狀態(tài)的進食量明顯減少，RYGB組與Sham組大鼠的晝夜節(jié)律差異無統(tǒng)計學(xué)意義，與Sham動物相比，RYGB動物在夜間的飲水量也減少。盡管Marshall等先前進行的動物研究表明，RYGB對每日耗水量無影響[32]，但從結(jié)果來看，實際耗水量低于Sham動物，只是未達到統(tǒng)計顯著性。一個可能的原因是他用于測量飲食量的方法不如應(yīng)用TSE代謝監(jiān)測系統(tǒng)精確。

健康人在耐力訓(xùn)練后，最大耗氧量會持續(xù)增加[33-34]。然而，本研究結(jié)果顯示，RYGB術(shù)后動物白天與夜間的耗氧量、產(chǎn)熱量均增加，但活動量減少。有臨床研究也表明，接受RYGB的患者術(shù)后產(chǎn)熱量增高[35-36]，其他應(yīng)用試驗動物進行的研究也得到類似的結(jié)果[37-39]，這表明RYGB術(shù)后機體代謝率增強。由于耗氧量也是生理應(yīng)激的一個參數(shù)，因此運動量與攝食量減少，耗氧量與體溫增加之間產(chǎn)生矛盾的合理解釋是動物于RYGB后處于生理應(yīng)激狀態(tài)。換句話說，RYGB會導(dǎo)致動物的應(yīng)激水平升高。潛在的機制可能是大腦中的某些神經(jīng)遞質(zhì)在術(shù)后增加代謝率中發(fā)揮了作用[40-41]。對于減重手術(shù)患者，術(shù)后是否應(yīng)通過心理咨詢來減輕生理性應(yīng)激仍存有爭議，因為生理性應(yīng)激增加了機體代謝率，從而導(dǎo)致更好的臨床結(jié)果，然而，高應(yīng)激水平可能會對其他器官系統(tǒng)造成不良影響。因此，需要進一步研究生理應(yīng)激在RYGB術(shù)中的作用，以驗證相關(guān)健身指導(dǎo)與心理咨詢對術(shù)后應(yīng)激控制的必要性。

除RYGB術(shù)后生理應(yīng)激水平升高外，其他因素也可能與術(shù)后整體代謝率升高的機制相關(guān)。如小胃囊在進食時能迅速產(chǎn)生飽腹感，這可能通過腸-腦軸向中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出“飽腹”與“過度進食”的錯誤信號，從而通過神經(jīng)遞質(zhì)上調(diào)機體代謝率，抵消“過度進食”。

總之，本研究結(jié)果顯示，RYGB術(shù)后個體的自主活動與飲食量均減少，但能量消耗增加，這可能由于術(shù)后生理應(yīng)激水平與全身代謝率升高所致。研究結(jié)果提示，減重手術(shù)后患者予以體育鍛煉指導(dǎo)，是術(shù)后康復(fù)的一個重要補充，利于改善與保證手術(shù)治療效果。此外，盡管生理性應(yīng)激客觀上增加了能量消耗，這可能導(dǎo)致更好的代謝調(diào)節(jié)作用，但為了RYGB術(shù)后患者的全身生理、心理健康，建議對患者進行必要的心理疏導(dǎo)干預(yù)，以減少生理與心理應(yīng)激水平。