慢性睡眠剝奪對大鼠葡萄糖穩態的影響

王 亮 馬遠征 徐小文 張 妍 宋曉艷 蘇天嬌 陳立英 馬偉鳳 王天天 翟武杰 王 春 李 丹 孫雪嬌

(解放軍第309醫院全軍骨科中心骨內科，北京 100091)

慢性睡眠剝奪對大鼠葡萄糖穩態的影響

王 亮 馬遠征 徐小文 張 妍 宋曉艷 蘇天嬌 陳立英 馬偉鳳 王天天 翟武杰 王 春 李 丹 孫雪嬌

(解放軍第309醫院全軍骨科中心骨內科，北京 100091)

目的評估慢性睡眠剝奪和大鼠血糖穩態之間的關系。方法將24只大鼠隨機分為慢性睡眠剝奪(CSD)組和對照組，CSD組采用改良水平臺法(MMPM)建立慢性睡眠障礙模型，干預3個月后接受糖耐量試驗(IPGTT)和胰島素耐量試驗(ITT)，并檢測體重、天冬氨酸轉氨酶(AST)、丙氨酸氨基轉移酶(ALT)、肌酐、血脂和胰島素抵抗指數(HOMA-IR)。結果干預后3個月，兩組增重衰減，CSD組血糖水平顯著高于對照組(P<0.01)。CSD組較對照組胰島素抵抗指數和胰島素耐受顯著增加(P<0.01)。兩組AST、ALT、肌酐和大部分血脂參數沒有顯著性差異(P>0.05)。結論慢性睡眠剝奪對大鼠葡萄糖穩態如葡萄糖耐受不良和胰島素抵抗有顯著影響。

慢性睡眠剝奪；血糖穩態；胰島素抵抗；體重

慢性睡眠剝奪(CSD)導致睡眠持續時間縮短和睡眠質量下降，進而影響晝夜節律的神經生物學調節，對維持穩態的調節系統產生更多負擔〔1，2〕。研究顯示睡眠不足可導致慢性弱炎癥對身體健康不利〔3〕。另外，大規模實驗研究證實CSD與食物攝取、體重和能量消耗、代謝綜合征、心血管疾病和葡萄糖穩態有關聯〔4〕。大樣本臨床流行病學研究顯示CSD導致葡萄糖耐受不良和胰島素抵抗〔5〕。Matthews等〔6〕發現睡眠時間的減少和青春期胰島素抵抗增加有關。動物研究〔7〕CSD持續時間短于1個月，不能很好地反映CSD對人類的影響。本文研究大鼠長期CSD對葡萄糖穩態的影響。

1 材料與方法

1.1實驗設計 北京軍事醫學科學院實驗動物中心購入24只5月齡雌性SD大鼠(體重286～324 g)分別放在4個籠子里飼養，每個籠子6只，晝夜各12 h交替，環境溫度保持在22～24℃，進行糖耐量試驗(IPGTT)、胰島素耐量測驗(ITT)和血標本采集前禁食水12 h，每周稱量體重。嚴格按照國家衛生研究院實驗動物飼養和使用指南執行，動物使用協議經解放軍第309醫院動物飼養和使用委員會評審批準。隨機分為CSD組和對照組，每組各12只，并在實驗室進行為期1 w的適應性飼養。另外，CSD組實驗正式開始前給予每天30 min的CSD適應性訓練。然后將CSD組放置于改良后的水平臺上飼養，而對照組則在水平臺上安裝一層鐵絲網后放入飼養。3個月后進行IPGTT和ITT，將所有大鼠禁食水12 h后處死，8∶00～10∶00間采集血標本，離心機離心10 min后將血清存儲于-80℃冰箱。

1.2CSD模型建立 采用改良水平臺法建立。有機玻璃制作的水箱(123×44×44 cm3)中放置12個圓柱狀水泥平臺(直徑6.5 cm)，平臺表面高出水面1 cm，大鼠可以通過水泥平臺在水箱內自由行動。大鼠感到困倦需要睡眠時，因肌力松弛導致其頭部觸碰到水面而驚醒，從而建立CSD模型。對照組水箱跟CSD組相同，但在水泥平臺上鋪一層不銹鋼網以防止大鼠入睡時頭部觸碰到水面。1 w的適應性飼養之后，所有大鼠每天放置于水箱中生活18 h(16：00開始)，18 h的睡眠剝奪干預后放回各自的籠子里并允許睡眠6 h(10：00開始)。3個月的睡眠干預期間，水箱環境每天維持晝夜12 h交替(7：00～19：00開燈)，環境溫度22℃～24℃，水箱每天都要換水，大鼠自由飲食。

1.3統計學分析 使用SPSS17.0軟件進行t檢驗和Mann-Whitney秩和檢驗。

2 結 果

2.1兩組體重比較 CSD組體重睡眠干預1 w后顯著低于對照組(P<0.05)，見表1。

表1 兩組體重比較

與對照組比較：1)P<0.05，下表同

2.2兩組生化指標和胰島素抵抗指數比較 兩組血清谷丙轉氨酶(ALT)、谷草轉氨酶(AST)、肌酐(CRE)、總膽固醇(TC)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)差異無統計學意義(P>0.05)，兩組甘油三酯(TG)、胰島素抵抗指數(HOMA-IR)、空腹血糖有顯著差異(P<0.01)，見表2。

2.3兩組IPGTT、IIT比較 兩組IPGTT、IIT血糖、受試者工作特征曲線下面積(AUC)差異顯著(P<0.05)。見表3。

表2 兩組生化指標和胰島素抵抗指數比較

表3 兩組IPGTT、IIT血糖及AUC比較

3 討 論

本研究結果證明，造成睡眠時間減少和睡眠質量下降的CSD對大鼠糖代謝有重要影響。以往研究中，多功能水平臺和傳動裝置是制造CSD最常用的兩種方法。本研究使用改良后水平臺制作CSD模型，其優點是不會帶來附加應力如社交孤立或不安等，可以誘導心理應激并刺激下丘腦-垂體-腎上腺軸〔8〕。此外，本研究持續3個月，時間較其他相關動物實驗長。因此，該CSD動物模型更貼近人類CSD，使實驗數據更精確。

許多基于臨床的CSD和葡萄糖穩態的研究顯示，較短的睡眠時間和較差的睡眠質量可以導致葡萄糖耐受不良〔9〕。本研究表明CSD大鼠葡萄糖耐量受損，該結果與先前一些動物實驗研究〔9〕結果一致。睡眠持續時間和胰島素敏感度的關系還未確定，有研究結果顯示較短睡眠時間與胰島素抵抗增加有獨立相關性〔10〕，此外，根據近期的一項研究結果表明睡眠持續時間與胰島素抵抗呈U形關系〔11〕。本研究提示CSD與胰島素抵抗有關。迄今為止，CSD和葡萄糖穩態的關系尚沒有明確的解釋機制。CSD可以帶來心理應激，導致糖耐量受損，且跟胰島素分泌減少有關聯。心理應激和葡萄糖穩態的關系可能涉及成纖維細胞生長因子受體(FGFRs)〔12〕。CSD可以刺激下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸，從而影響血漿皮質醇的水平。研究〔8〕表明CSD的血漿皮質醇與循環中的兒茶酚胺一起升高，此外，有報道稱升高的皮質醇跟葡萄糖耐受性有關聯〔13〕。葡萄糖穩態主要通過胰島素和胰島素敏感性調控，雖然胰島素分泌減少是血糖水平升高的一個因素，但也有報道〔7〕稱葡萄糖耐受不良大鼠在睡眠干擾后血漿胰島素反應沒有變化。試驗證實CSD跟肥胖和高血脂相關，并降低胰島素敏感性〔1〕。本研究與其他一些動物實驗研究結果顯示CSD導致大鼠增重減少，但并無高血脂，這意味著體重和血脂不能反映CSD后的胰島素耐受性。當CSD大鼠進食不變或增強時增重反而減少，說明CSD可導致能量消耗增加，然而，有報道稱能量消耗有助于控制血糖且不會增加胰島素抵抗〔14〕。一些其他研究表明CSD會加重胰島素抵抗，原因包括交感神經興奮、提高的夜間皮質醇水平、激素水平增高和炎癥狀態改變，可能的機制涉及活性氧(ROS)、白細胞介素(IL)-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α和β細胞功能紊亂等〔15〕。CSD和胰島素抵抗的關系還需進一步深入研究闡述。

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R587.7

A

1005-9202(2017)23-5769-02；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.23.010

全軍十一五課題(06MA303)

馬遠征(1961-)，男，主任醫師，博士生導師，主要從事骨科學臨床研究。

王 亮(1971-)，女，主任醫師，博士，碩士生導師，主要從事內分泌、代謝疾病研究。

〔2017-08-23修回〕

(編輯 張 慧)