低氧運(yùn)動(dòng)改善實(shí)驗(yàn)性糖尿病大鼠糖脂代謝

周燚 方彩華 李良鳴

(1貴州師范大學(xué)體育學(xué)院，貴州 貴陽 550001;2廣州體育學(xué)院；3湖南省體育科學(xué)研究所)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，生活方式改變，糖尿病人群規(guī)模急劇增加，嚴(yán)重威脅人類健康。胰腺分泌功能障礙或胰島素(Insulin)抵抗引起血糖升高、代謝紊亂是其主要病理特征。Insulin分泌不足和(或)生物學(xué)效應(yīng)下降而引起的代謝紊亂伴隨糖尿病的發(fā)生與發(fā)展，改善糖尿病機(jī)體糖脂代謝紊亂，防止病情惡化、預(yù)防并發(fā)癥是糖尿病防治的根本。運(yùn)動(dòng)可改善糖尿病機(jī)體Insulin分泌功能同時(shí)提高Insulin的敏感性，從而改善機(jī)體糖脂代謝。低氧環(huán)境可使機(jī)體應(yīng)激，長期低氧應(yīng)激可使機(jī)體糖脂代謝加快加強(qiáng)〔1〕。研究報(bào)道，低氧運(yùn)動(dòng)可顯著提高肥胖大鼠Insulin敏感性、改善Insulin抵抗，且效果優(yōu)于單純運(yùn)動(dòng)〔2〕；王寧琦等〔3〕研究報(bào)道，4 w低氧運(yùn)動(dòng)可明顯降低肥胖青年體重、體重指數(shù)(BMI)、糖化血紅蛋白及Insulin抵抗，降低2型糖尿病患病風(fēng)險(xiǎn)。以上研究提示，運(yùn)動(dòng)、低氧以及兩者結(jié)合可能改善糖尿病患者的糖脂代謝，但何種組合效果更佳尚不清楚，本研究旨在比較運(yùn)動(dòng)、低氧或二者不同組合方式的效果，為低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)糖尿病的研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1動(dòng)物與分組 雄性Wistar大鼠80只，體重180～200 g，購于廣州中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心，分籠飼養(yǎng)，室溫(25±2)℃，光照時(shí)間12 h左右，實(shí)驗(yàn)前適應(yīng)性喂養(yǎng)3 d，隨機(jī)抽取8只作為正常對(duì)照組(NC組)，繼續(xù)普通飼料喂養(yǎng)，不做其他特殊干預(yù)，其余72只用于復(fù)制實(shí)驗(yàn)性糖尿病大鼠模型，改喂高糖高脂飼料，均自由進(jìn)食和飲用自來水。第5周末造模組大鼠一次性腹腔注射小劑量鏈脲佐菌素(STZ)溶液(30 mg/kg)，1 w后以空腹血糖≥7.9 mmol/L，且尿糖出現(xiàn)“++++”為成模標(biāo)準(zhǔn)。選取44只復(fù)制成功的模型大鼠，隨機(jī)分成5組，即模型對(duì)照組(MC組、8只)、低氧干預(yù)組(HI組、9只)、常氧運(yùn)動(dòng)組(NE組、9只)、低氧運(yùn)動(dòng)組(HE組、9只) 及運(yùn)動(dòng)低氧組(EH組、9只)，繼續(xù)高糖高脂飼料喂養(yǎng)。

1.2實(shí)驗(yàn)方案 低氧環(huán)境采用美國Hypoxico公司生產(chǎn)的常壓低氧帳篷系統(tǒng)，MC組生活在常氧環(huán)境下(廣州，室內(nèi)O2濃度約20.9%)，HI組每天定時(shí)在低氧帳篷內(nèi)低氧暴露1 h(O2濃度15.4%±0.2%)，NE組、HE組分別在常氧環(huán)境下和低氧帳篷內(nèi)運(yùn)動(dòng)1 h(跑速：18 m/min、坡度0°)，EH組常氧環(huán)境下運(yùn)動(dòng)1 h后低氧帳篷內(nèi)低氧暴露1 h(跑速、低氧濃度同前)，每周休息1 d，共干預(yù)4 w。

1.3標(biāo)本采集與指標(biāo)測試 實(shí)驗(yàn)干預(yù)前后分別測試大鼠體重并計(jì)算大鼠體重變化值(BWC)，取材前3 d進(jìn)行單籠飼養(yǎng)，觀測并計(jì)算每只大鼠日均攝食量(FID)和飲水量(WID)。大鼠末次干預(yù)結(jié)束后休息1 d，禁食12 h，經(jīng)10%水合氯醛麻醉，腹主動(dòng)脈取血，使用京都血糖儀測定大鼠空腹血糖(FPG)，剩余部分分離血清，-80℃保存?zhèn)錅y，取股外側(cè)肌制備10%組織勻漿備測。取腎周脂肪和附睪脂肪稱重計(jì)算內(nèi)臟脂肪含量(VF/W)；測量大鼠體長，計(jì)算肥胖指數(shù)(Lee′s=體重1/3×103/體長)。

采用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的測試盒，分別測定糖化血清蛋白(GSP)、三酰甘油(TG)、游離脂肪酸(FFA)、總膽固醇(TC)及高、低密度脂蛋白(HDL、LDL)，骨骼肌琥珀酸脫氫酶(SDH)、乳酸脫氫酶(LDH)；采用Insulin放射免疫分析藥盒(中國原子能科學(xué)研究所生產(chǎn))測定血清Insulin(FINS)，計(jì)算Insulin敏感指數(shù)(ISI=Ln〔1/FINS×FPG〕)及Insulin抵抗指數(shù)(HOMA-IR=Ln〔FINS×FPG/22.5〕)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS17.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)、方差分析。

2 結(jié) 果

2.1各組血糖Insulin指數(shù)水平比較 與NC組比較,MC組FPG、GSP、HOMA-IR均顯著升高(P<0.05),Insulin、ISI均顯著下降(P<0.05);與MC組比較,HI組FPG升高、Insulin水平略有下降,但均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),其他各組FPG水平均顯著下降、Insulin水平均顯著上升,其中NE組、HE組及EH組FPG水平均顯著低于MC組和HI組(P<0.05),NE組、EH組Insulin水平顯著高于MC組(P<0.05),HE組有高于MC組趨勢(P=0.069),NE組、HE組及EH組Insulin水平均顯著高于HI組(P<0.05);實(shí)驗(yàn)干預(yù)各組GSP、HOMA-IR、ISI均無明顯差異(P>0.05)。見表1。

表1 各組血糖指數(shù)水平比較

2.2各組BWC、Lee′s、FID、WID水平比較 實(shí)驗(yàn)干預(yù)后,NC 組BWC增長,與NC組比較，MC 組BWC、Lee′s 均顯著降低,FID和WID均顯著增加(P<0.05);HI組、NE組、EH組BWC下降幅度均顯著大于 MC組 (P<0.05);HI 組、NE 組、HE 組、EH 組FID 均顯著低于 MC 組(P<0.05);HE 組Lee′s 最低,有低于 MC 組的趨勢(P=0.053),其他各組均無顯著性差異(P>0.05);各組WID均無顯著差異(P>0.05)。見表2。

表2 各組BMC、Lee′s、FID、WID及股四頭肌LDH、SDH活性比較

2.3各組股四頭肌LDH、SDH活性比較 與NC組比較,MC組骨骼肌SDH活性顯著降低(P<0.05)、LDH活性無顯著性差異(P>0.05)。EH組LDH活性最高,顯著高于NE組(P<0.05),其他各組間無顯著差異(P>0.05);EH組SDH活性最高,顯著高于MC組和HI組(P<0.05),其他各組均無顯著差異(P>0.05)。見表2。

2.4各組血脂水平比較 MC組血清TC、LDL均顯著高于NC組(P<0.05),FFA、VF/W顯著低于NC組(P<0.05),NC組和MC組TG、HDL水平均無顯著差異(P>0.05);HE組、EH組TC水平均顯著低于MC組，且EH組TC水平顯著低于HI組(P<0.05),HE組TC水平有低于HI組趨勢(P=0.074);各組HDL水平均無顯著差異(P>0.05);NE組、HE組、EH組LDL水平均顯著低于MC組和HI組(P<0.05);NE組、HE組、EH組TG水平均顯著低于HI組(P<0.05),NE組、EH組有低于MC組趨勢(P=0.062,0.059);EH組VF/W最低,有低于MC組的趨勢(P=0.074),其他各組間均無顯著差異(P>0.05)。見表3。

表3 各組血脂水平比較

3 討 論

本研究復(fù)制的實(shí)驗(yàn)性糖尿病大鼠模型既有1型糖尿病Insulin分泌絕對(duì)不足又有2型糖尿病Insulin敏感性降低、Insulin抵抗的雙重病理特征，糖脂代謝紊亂特征明顯。

糖尿病是一種常見的內(nèi)分泌代謝性疾病，規(guī)律運(yùn)動(dòng)可以改善糖尿病機(jī)體糖脂代謝，F(xiàn)PG降低、Insulin敏感性增加及Insulin抵抗改善早已被證實(shí)〔4～6〕，運(yùn)動(dòng)作為糖尿病治療的有效輔助手段廣泛應(yīng)用于臨床實(shí)踐〔7〕。彭衛(wèi)華等〔8〕報(bào)道平原士兵入伍藏北高原服役，隨服役時(shí)間延長FPG顯著升高；耿希有等〔9〕研究報(bào)道，2型糖尿病患者進(jìn)入高原后FPG顯著上升；還有研究報(bào)道，長期間歇低氧干預(yù)可導(dǎo)致脂聯(lián)素、瘦素等脂肪細(xì)胞因子分泌失調(diào)，大鼠糖耐量受損，加重Insulin抵抗〔10〕。以上研究結(jié)果表明，長期低氧(間歇低氧)干預(yù)或高原低氧環(huán)境可誘發(fā)或加重糖尿病。糖尿病機(jī)體組織細(xì)胞處于缺氧狀態(tài)，低氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1表達(dá)增加〔11～14〕，誘導(dǎo)分泌大量炎癥因子，從而抑制了Insulin生物學(xué)作用，造成Insulin抵抗〔15〕，使糖脂代謝發(fā)生紊亂，低氧干預(yù)在一定程度上加重了糖尿病機(jī)體的缺氧程度，從而加重Insulin抵抗程度。本研究并未發(fā)現(xiàn)低氧干預(yù)對(duì)實(shí)驗(yàn)性糖尿病大鼠糖脂代謝影響的主效應(yīng)，這可能與所采用的低氧濃度偏高，刺激時(shí)間和周期較短有關(guān)。

體育運(yùn)動(dòng)、低氧干預(yù)對(duì)糖尿病機(jī)體所產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)不同，目前低氧運(yùn)動(dòng)主要應(yīng)用于競技體育領(lǐng)域提高運(yùn)動(dòng)員有氧運(yùn)動(dòng)能力及減肥健身領(lǐng)域減少體脂含量、改善肥胖人群糖脂代謝。研究〔16，17〕對(duì)8例2型糖尿病患者進(jìn)行急性低氧和運(yùn)動(dòng)干預(yù)，發(fā)現(xiàn)常氧運(yùn)動(dòng)、持續(xù)低氧運(yùn)動(dòng)均可提高2型糖尿病患者運(yùn)動(dòng)后Insulin敏感性，改善運(yùn)動(dòng)后Insulin抵抗，并延遲至24 h以后，且運(yùn)動(dòng)和低氧存在交互作用，而間歇性運(yùn)動(dòng)低氧干預(yù)與常氧運(yùn)動(dòng)無明顯差異。本研究所設(shè)計(jì)的兩種低氧運(yùn)動(dòng)組合干預(yù)對(duì)改善實(shí)驗(yàn)性糖尿病大鼠糖脂代謝均無交互作用，而運(yùn)動(dòng)改善糖尿病大鼠糖脂代謝的主效應(yīng)顯著，提示運(yùn)動(dòng)對(duì)糖尿病的改善作用掩蓋了低氧干預(yù)的毒副作用。這可能與糖尿病機(jī)體運(yùn)動(dòng)應(yīng)激狀態(tài)下對(duì)缺氧不夠敏感有關(guān)。運(yùn)動(dòng)可增強(qiáng)糖尿病機(jī)體骨骼肌糖攝取能力、提高Insulin敏感性、改善Insulin抵抗、FPG降低，糖尿病癥狀得到改善〔18〕；運(yùn)動(dòng)中需氧量增加，機(jī)體處于相對(duì)缺氧狀態(tài)，低氧環(huán)境下運(yùn)動(dòng)，增加了機(jī)體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的缺氧程度，類似于機(jī)體承受更大負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)結(jié)束后機(jī)體處于過量氧耗的恢復(fù)過程，運(yùn)動(dòng)后低氧干預(yù)阻礙了其恢復(fù)過程，延長了機(jī)體過量氧耗時(shí)間，類似于機(jī)體承受更長時(shí)間的運(yùn)動(dòng)刺激。因此兩種低氧運(yùn)動(dòng)組合方式改善糖尿病大鼠糖脂代謝紊亂主要依賴于運(yùn)動(dòng)的積極效應(yīng)。另外，本研究并未發(fā)現(xiàn)低氧復(fù)合運(yùn)動(dòng)改善糖尿病機(jī)體Insulin抵抗存在交互作用，這與文獻(xiàn)〔16，17〕報(bào)道存在差異，可能與急性實(shí)驗(yàn)和慢性實(shí)驗(yàn)存在差異、2型糖尿病患者和實(shí)驗(yàn)性糖尿病大鼠發(fā)病機(jī)制存在差異對(duì)低氧復(fù)合運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)不同有關(guān)。