不同運動間歇時間對2型糖尿病大鼠股四頭肌GLUT4含量的影響

宗克強 王耀光

1.齊齊哈爾大學體育學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.遼寧師范大學，遼寧 大連 116029

不同運動間歇時間對2型糖尿病大鼠股四頭肌GLUT4含量的影響

宗克強1王耀光2

1.齊齊哈爾大學體育學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.遼寧師范大學，遼寧 大連 116029

目的:分析不同運動間歇時間對2型糖尿病大鼠股四頭肌GLUT4含量的影響。方法:選擇60只健康大鼠，隨機選擇10只大鼠作為正常對照組(C組)，其余為實驗組，制成2型糖尿病模型。將44只糖尿病大鼠分為糖尿病對照組(T組)、運動間隔24h組(T1組)、運動間歇48h組(T2組)、運動間歇72h組(T3組)。實驗時，各組實驗大鼠進行60min的一次性中等強度的運動，分別在各組大鼠休息24h、48h和72h后，取大鼠骨骼四頭肌測定GLUT4的含量。結果:一次性中等強度的運動之后，經過不同時間長度的休息后，2型糖尿病各運動組(T1組、T2組、T3組)的大鼠股四頭肌內GLUT4的量均出現明顯的增加。其中，以T2組的效果最明顯。結論:一次性中等強度的運動后，休息48h組的糖尿病大鼠股四頭肌內GLUT4含量的升高最明顯。

2型糖尿病；一次性運動；GLUT4；胰島素抵抗

人類與大鼠GLUT4的核苷酸序列相似度很高，大約在95%左右。其中，GLUT4可以影響骨骼肌細胞對葡萄糖的吸收和利用，而葡萄糖在骨骼肌中的跨膜轉運也同樣受到GLUT4結構的影響。機體脂肪組織和骨骼肌、心肌細胞胞漿中的GLUT4具有很強的胰島素敏感性，但一般不會表現出來。只有在胰島素的作用下，才能夠激活GLUT4的活性，并將其轉運到細胞膜上，從而促進機體組織中細胞儲存與吸收的葡萄糖。

人體中的骨骼肌是代謝葡萄糖的主要場所，正常情況下可以消耗機體20%的葡萄糖，而在高胰島素刺激下可以消耗全身70%-85%的葡萄糖。實驗研究證實，胰島素抵抗和胰島β細胞的功能障礙是引起2型糖尿病的罪魁禍首[1]。胰島素抵抗致使GLUT4表達失常。胰島素抵抗是誘發機體患上2型糖尿病的主要因素[2]，胰島素抵抗嚴重影響了糖尿病的治療。而葡萄糖轉運蛋白(GLUT4)的轉運異常是誘發胰島素抵抗的最主要的原因。

GLUT4需要在激活的情況下才可以轉運葡萄糖，否則它是不可自己發生功效。運動鍛煉與肌肉的收縮可以影響葡萄糖轉運蛋白(GLUT4)的活性，這和胰島素干擾葡萄糖的轉運有著相似的效果。目前對運動訓練與2型糖尿病的主要集中在不同運動時間與強度[3-4]、有氧運動與抗組訓練[5-6]、運動干預[7]等方面。而不同間歇時間的運動對2型糖尿病血糖的影響尚不多見，因此本文試圖探討中等強度運動時不同間歇時間的運動對2型糖尿病GLUT4含量的影響。

一、對象與方法

(一)研究對象

實驗動物是購自大連醫科大學實驗中心的60只10(±2)周的SD(Sprague-Dawley)雄性大鼠，飼養許可證號為SCXK(遼)2008-0002。將60只健康的雄性SD大鼠，在標準環境下分籠飼養，以常規飼料飼養一周后，隨機選取10只大鼠作為正常對照組(C組)，繼續以正常飼料喂養，其余為實驗組，以高糖高脂飼料喂養一個月，制成2型糖尿病模型，隨機選取40只造模成功的糖尿病大鼠，平均分為4組，分別為糖尿病對照組(T組)、運動間隔時間為24h組(T1組)、運動間歇時間為48h組(T2組)、運動間歇時間為72h組(T3組)，剩余的備用。

(二)研究方法

首先，要嚴格控制大鼠的飼養溫度，飼養溫度在18℃至24℃，高脂高糖飼料飼養一個月，對大鼠進行糖耐量實驗，往大鼠腹內注射30mg/kg的經過處理的藥品STZ，STZ溶于pH值為4.4，濃度為0.1mmol/L的檸檬酸緩沖液當中。

實驗組分為2型糖尿病對照組(T組)和運動訓練組(T1組、T2組、T3組)；對照組采用自由活動，而T1至T3組大鼠進行60min一次性中等強度的運動(約50% VO2max，15m/min)，運動可以在跑臺上進行，T1組的間歇時間為24h，T2組的間歇時間為48h，T3的間歇時間為72h。

1.大鼠血糖、體質量以及胰島素的測量

安靜狀態下，測量大鼠的體質量并記錄，斷尾取血測試大鼠血糖及胰島素的含量，在測試血糖與胰島素時應該嚴格的按照試劑盒上的標注進行操作。

2.GLUT4含量的測量

(1)樣品制備與蛋白定量。提取蛋白質：研磨組織，加入RIPA組織裂解液，轉EP管勻漿，反復離心，離心后提取上清液，加入到小Tube管中，在-20℃的溫度下保存，待用。

蛋白質的定量：用Bradfold方法進行蛋白質定量，標準的蛋白質定量曲線采用1mg/ml BSA的方法進行制作。本次試驗我們利用酶標儀檢測595nm環境中實驗樣品的吸光值，收集測試數據，用excel表格整理數據，列出一個一元線性回歸方程(其中方程的表現形式就是y=kx+b)，規定表格，x值為實驗樣本上清液濃度數值，y為上清液在595nm的環境中的吸光值。通過這個方程式就可得出樣本的濃度數值。

(2)SDS-PAGE。制備凝膠，準備樣本，上樣、電泳本實驗用刀片在膠片上切一個小孔做標記，標記位置在左上角，這樣可以方便我們辨認和識別，標記方法是，當用刀切掉濃縮膠片的時候，記下順序。

(3)Western Blot。平衡，轉膜，封閉，免疫結合、顯色等環節觀察蛋白變化。

(三)統計方法

首先，本文采用SPSS21.0、EXCEL等統計軟件對數據進行整理與分析；其次，對組間顯著性差異的比較采用單因素方差分析(One-Way ANOTA)，顯著性水平α=0.05；最后對結果進行研究。

二、結果

(一)不同運動間歇時間對各組大鼠GLUT4含量的影響

由表1可知，實驗組(T1、T2、T3組)GLUT4的相對含量高于T、C組。并且C組與T組的GLUT4含量比其他糖尿病實驗組的含量要低。對比糖尿病實驗組，GLUT4含量最高的是T2組。糖尿病實驗組(T1、T2、T3組)大鼠股四頭肌GLUT4相對含量均呈現出上升的趨勢。對比IRI指數可知，糖尿病大鼠高于C組大鼠。通過上述分析可知，糖尿病組的大鼠表現出明顯的胰島素抵抗。而在運動之后，糖尿病實驗組(T1、T2、T3組)在IRI指數上都有了明顯的下降。這表明運動有抑制糖尿病大鼠胰島素抵抗的作用，還可以提高胰島素的敏感性。其中，正常組(C組)和糖尿病對照組(T組)都沒有出現明顯的GLUT4含量的變化。通過以上研究可知，GLUT4轉位缺陷能夠直接影響骨骼肌對葡萄糖吸收與利用。

通過對表1的數據進一步的分析可知，首先，運動是提高尿病大鼠的GLUT4的含量和胰島素的敏感性的重要方法，也可以提高對葡萄糖的有效吸收及消耗，從而實現血糖的動態平衡。其次，T2組的變化最為明顯，由此可以證明，間歇48h后再進行鍛煉，降低血糖水平的效果最為明顯。第三，降低血糖水平的效應在運動48h后達到最高值，之后開始出現下降。通過上述分析可知，在中強度訓練過程中，其兩次運動的間隔不能超過兩天。而當超過后就會加大血糖的波動幅度，導致AGES(晚期糖基化終末產物)堆積的出現，致使血管平滑肌細胞的增生，從而導致糖尿病并發癥。

表1 各組大鼠GLUT4的相對含量

注：與C組相比*P<0.01，與T組相比，○P<0.01。◎與T1及T3比，P<0.01。

(二)GLUT4的轉位

綜合所有實驗可知，不同強度、不同方式、不同運動時間的運動刺激，會使糖尿病大鼠細胞中的葡萄糖轉運蛋白(GLUT4)含量升高，綜合現有的研究來看，有氧運動與抗阻運動是增加機體內葡萄糖轉運蛋白(GLUT4)含量，提高葡萄糖轉運蛋白轉運葡萄糖能力的兩個最主要的途徑。目前，關于有氧運動與阻抗運動能否達到胰島素降低血糖效果的研究，還不系統。但大量實驗研究證實：降低血糖的主要方法有胰島素和有氧運動以及抗阻運動兩種。

葡萄糖轉運蛋白(GLUT4)活性被胰島素激活到一定活性的時候，可以把AMPK信號傳導給激活，而當機體內血糖水平升高時，會刺激胰島，使胰島分泌的胰島素增加，從而增加機體內胰島素的濃度，細胞膜上的胰島素受體活性會因為胰島素濃度的增加而被激活，胰島素受體的濃度也會因此增加。胰島素與胰島素受體結合的能力得到增強，胰島素受體1(IRS-1)作為胰島素與胰島素受體結合后的介導，胰島素受體1和胰島素受體1的β亞單位被磷酸化，反應結束后，葡萄糖轉運蛋白4(GLUT4)的轉運能力得到提升。

通過有氧運動與抗阻運動的影響，也可以實現將葡萄糖由細胞膜內轉運到細胞膜外的目的，這就是運動降低血糖水平的生理學原理。人體的細胞中有兩種不同功能的葡萄糖轉運蛋白4(GLUT4)，都會受到有氧運動、抗阻運動和胰島素的影響，敏感性會得到一定的提升，都可以促進葡萄糖轉運出細胞膜外。研究結果顯示：患有肥胖癥、糖尿病的人和健康人相比，可以發現前者的葡萄糖轉運蛋白4(GLUT4)活性下降，這是機體轉運葡糖糖異常的主要原因[4]。而目前關于GLUT4影響葡萄糖轉運的研究頗多，并多次提到了骨骼肌上的轉運蛋白4(GLUT4)轉運異常，GLUT4的含量的增加會提高葡萄糖的轉運能力，現如治療糖尿病急需解決的問題是如何高效的提高機體細胞內GLUT4的含量。大量實驗證實，運動能夠明顯降低糖尿病大鼠的血糖，提高胰島素的敏感性。現如今運動療法已經被人們認為是康復與預防2型糖尿病的最科學有效的方法，而最佳的運動間歇時間能夠使骨骼肌細胞中葡萄糖轉運蛋白4(GLUT4)轉運葡萄糖的能力達到最佳效果。

通過對表3分析可以發現，經過一次中等強度的運動后，經過不同時間的休息后，糖尿病實驗組大鼠股四頭肌中的GLUT4的含量比正常對照組有了一定程度的增加，其中，T2組大鼠GLUT4的含量增加的幅度最大，這也在一定程度上顯示出GLUT4的轉位在糖尿病大鼠休息48h小時后，會達到高峰。

三、討論

對糖尿病大鼠施加一定時間的中等強度耐力運動后，不同間歇時間能夠增加糖尿病大鼠骨骼肌中GLUT4含量，其中以間歇時間為48h組的大鼠的GLUT4含量的升高最明顯。

[1]呂月.2型糖尿病患者空腹和進食后2h檢驗結果的比較研究[J].糖尿病新世界，2015，12：21-22.

[2]史凌燕.氧化應激水平與肥胖和2型糖尿病的關系[J].糖尿病新世界，2015，08：237-238.

[3]劉龍波.中等強度有氧運動對2型糖尿病患者血糖血脂體重的影響[D].西安體育學院，2013.

[4]宋大為.不同運動時間對2型糖尿病大鼠股四頭肌GLUT4含量的影響[D].遼寧師范大學，2014.

[5]王薇，單承湘，劉霞.2型糖尿病大鼠在有氧運動干預中Apelin的變化及其對血壓的調節作用[J].西安體育學院學報，2016，02：226-230.

[6]霍朋.有氧運動和抗阻訓練對2型糖尿病患者空腹和葡萄糖負荷時自主神經功能的影響[J].山東體育學院學報，2014，04：68-71.

[7]王寶明，常波，衣雪潔，馮大志.運動與二甲雙胍聯合干預對2型糖尿病大鼠骨骼肌LKB1-AMPK-GLUT4信號通路的影響[A].中國體育科學學會運動生理與生物化學分會.2014年中國運動生理生化學術會議論文集[C].中國體育科學學會運動生理與生物化學分會，2014.2.

[8]叢琳，陳吉棣，郭啟煜.運動對糖尿病大鼠骨骼肌GLUT4和MAPK的作用[J].中國糖尿病雜志，2001，06：26-28+40.

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