頻譜水聯合有氧運動對IR大鼠肝臟功能的影響

康京京 徐曉陽 潘紅英 李捷 王欣

摘 要：目的 觀察頻譜水聯合有氧運動對高脂喂養的IR大鼠肝臟功能的影響。方法 將大鼠隨機分為正常對照組和IR模型組兩大組，高脂模型組R用于胰島素抵抗造模。將造模成功的IR大鼠隨機分為IR模型組1（R1）、IR模型組2（R2）、IR+頻譜水組（RH）、IR+運動組（RD）和IR+頻譜水+運動組（RHD）。R1組麻醉后取所需組織，R2、RH、RD和RHD組繼續以高脂飼料喂養8周后取所需組織進行指標檢測。檢測各組大鼠的血脂四項、肝臟功能、氧化應激和TNF-α蛋白等指標。結果 與模型組相比，頻譜水、有氧運動、頻譜水聯合有氧運動對大鼠血脂水平、肝臟功能水平及氧化應激水平具有顯著的改善作用（P<0.05），均可降低胰島素抵抗大鼠模型肝臟TNF-α蛋白表達（P<0.05）。與有氧運動相比，頻譜水聯合有氧運動對大鼠肝臟功能水平、氧化應激水平及TNF-α蛋白表達的改善更為顯著（P<0.05）。結論 超低頻電磁場處理水能在一定程度上改善IR 大鼠血脂紊亂水平，降低高脂飲食引起的肝臟功能紊亂水平。

關鍵詞：IR 頻譜水 有氧運動 肝臟功能 氧化應激 TNF-α

中圖分類號：G80 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2813（2018）02（a）-0017-05

胰島素抵抗（IR）是指外周靶器官對胰島素作用的敏感性下降。目前認為，胰島素抵抗不僅是2型糖尿病的發病基礎，也是多種代謝性疾病的發病基礎，如肥胖、代謝綜合癥等。大量研究表明游離脂肪酸、細胞因子、炎癥、氧化應激等多種因素共同參與胰島素抵抗的發生發展。氧化應激是引起胰島素抵抗的關鍵性因素[1]。肝臟是人體代謝最活躍的合成和分解代謝器官之一，對糖、蛋白質和脂肪代謝都有直接的影響。超低頻電磁場處理水（以下簡稱頻譜水）是將普通飲用水經超低頻電磁場處理后，使其物理化學特性發生改變，如水分子團簇變小，介電常數升高[2]，安全無毒且能提高機體免疫功能[3]。實驗表明，小分子簇水具有明顯的改善老年大鼠血糖、血脂水平，保肝、清除體內代謝物的保健功能[4-5]。本研究以高脂喂養建立胰島素抵抗大鼠模型，以有氧運動和頻譜水為干預手段，為研究運動聯合頻譜水對胰島素抵抗狀態下肝臟氧化應激的作用及機制提供實驗依據。

1 材料與方法

實驗對象為SPF級雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠80只，重量（120±10）g，在廣東省實驗動物研究中心處所購。大鼠隨機分為正常對照組A和IR模型組（R）兩大組。正常對照組以普通飼料喂養，其中A1組喂養10周，A2組喂養18周。IR模型組以高脂飼料喂養10周，用于胰島素抵抗造模，選取IR造模成功的大鼠，分為IR模型組（R1）、IR模型組（R2）、IR+頻譜水組（RH）、IR+運動組（RD）和IR+頻譜水+運動組（RHD）。R1組麻醉后取材，R2、RH、RD和RHD組繼續以高脂飼料喂養8周。實驗過程中所用高脂飼料和普通飼料均為廣東省實驗動物研究中心提供。

RD組和RHD組在建模成功后實施運動：實驗前先進行一周的適應性游泳運動，進行為期8周的游泳運動。RH和RHD組在建模成功后開始每天飲用頻譜水（由廣東駿豐頻譜股份有限公司提供）。第8周測試空腹血糖，以及OGTT和ITT，測試空腹胰島素水平。所有數據均采用SPSS 21.0統計軟件處理，測試結果以（）表示，組間比較用多因素方差分析，顯著性水平取P<0.05有統計意義。

2 結果

2.1.1 大鼠空腹血糖變化

從表1可以看出，第8周，IR模型組空腹血糖變化不大，與對照組相比無顯著差異，第10周，與正常對照組相比，IR模型組空腹血糖明顯增加。

2.1.2 OGTT測試和ITT測試

OGTT測試是一種葡萄糖負荷試驗，可以了解機體對葡萄糖的調節能力。表2所示，高脂喂養10周，IR模型組大鼠在30min、60min、90min血糖和曲線面積均顯著高于正常對照組（P<0.05，P<0.01）。ITT測試是目前廣泛評價個體葡萄糖代謝的實驗，可用于篩選胰島素抵抗。與正常對照組相比，IR模型組大鼠在30min、60min、90min、120min血糖和曲線面積顯著增加（P<0.05，P<0.01）。實驗結果顯示高脂飼養的大鼠出現糖耐量能力下降和胰島素耐量能力下降。

2.1.3 胰島素敏感指數與胰島素抵抗指數

表3所示，10周高脂飼料喂養的IR模型組大鼠，FINS、ISI、HOMA-IR較普通飼料喂養的正常對照組差異顯著（P<0.05，P<0.01），空腹血糖無顯著差異。IR模型組大鼠空腹血糖沒有超出正常值范圍，空腹血清胰島素含量顯著升高（P<0.01），機體對胰島素的敏感性顯著降低（P<0.01），胰島素抵抗指數顯著高于A組（P<0.05）。通過間接的胰島素抵抗評價方式，可證明模型組大鼠IR模型建立成功。

2.2 大鼠血脂代謝的相關指標

表4所示，與A1組相比，R1組CHOL、TG、LDL-C升高顯著（P<0.01，P<0.05），HDL-C降低明顯（P<0.05）。與R2組相比，RD、RHD組CHOL顯著降低（P<0.01），RH、RD、RHD組TG顯著降低（P<0.01），RH、RD、RHD組LDL-C顯著降低（P<0.01），RH組HDL-C顯著升高（P<0.05，P<0.01）。與RD組相比，RHD組TG、LDL-C顯著升高（P<0.01，P<0.05）。

2.3 大鼠肝功，肝臟重量

表5所示，與A1組相比，R1組ALT、AST、肝臟重量顯著的升高（P<0.01），S/L值顯著降低（P<0.05）。與R2組相比，RH組和RHD組ALT、AST和肝臟重量均顯著下降（P<0.01，P<0.05），S/L值顯著上升（P<0.01，P<0.05）。RD組與R2組相比，ALT、肝臟重量明顯降低（P<0.01），S/L值明顯升高（P<0.01）。其中RHD組的ALT和AST均明顯低于RD組（P<0.05），且RHD組的ALT明顯低于A2組。

2.4 肝臟HE染色

通過圖1，HE染色可以看出R1組和R2組脂肪浸染情況比較嚴重，肝細胞結構不完整，界限不清楚。RH組脂肪浸染現象比R2組有所改善，肝細胞的結構也比較完整，但是依然有脂肪泡。RD組大鼠肝組織結構完整，細胞壁比較清晰，但是有少量的溶核現象。RHD大鼠肝組織結構完整，細胞壁比較清晰，溶核現象比較少，中央靜脈及其周圍放射狀排列的肝細胞索清晰，彼此連接成網狀，肝細胞呈多邊形，界限清楚，胞漿豐富，核質對比明顯，脂肪浸染的情況得到改善。說明8周的頻譜水聯合有氧運動具有改善肝臟脂肪浸染現象和維持細胞結構的作用。

2.5 各組大鼠肝臟氧化應激的變化

表6所示，與A1組相比，R1組SOD顯著降低（P<0.01），ROS、MDA顯著增加（P<0.01，P<0.05）。與R2組相比，各組SOD均顯著升高（P<0.01，P<0.05），MDA和ROS均顯著性降低（P<0.05，P<0.01）。與RD組相比，RHD組SOD顯著增加，MDA顯著降低。實驗結果提示飲用頻譜水可以顯著降低高脂引起的大鼠肝臟氧化應激水平。頻譜水聯合有氧運動，可提高有氧運動對IR大鼠肝臟氧化應激的改善作用。

2.6 各組大鼠TNF-α蛋白表達

圖2所示，與A1組相比，R1組TNF-α蛋白表達顯著升高（P<0.01）。與R2組相比，RH組、RD組、RHD組顯著降低（P<0.05，P<0.01）。與RD組相比，RHD組顯著降低（P<0.05）。

3 討論

3.1 頻譜水聯合有氧運動對血脂四項的影響

胰島素抵抗對人類的健康構成嚴重威脅，是多種代謝性疾病的主要誘因。血脂水平作為機體重要的健康指標，可直接反映體內代謝的穩態水平。TG、CHOL、LDL-C增高和HDL-C降低等血脂異常是代謝綜合癥發生的危險因素，與IR的病理進程密切相關。甘油三酯（TG）主要由動物肝臟和脂肪合成，可與蛋白質形成脂蛋白在血液中運轉，含量超標可造成高脂血癥，易引起繼發性疾病。研究發現，運動可加速TG的代謝，長期有氧運動可明顯降低體內TG含量。膽固醇（CHOL）是肝臟代謝脂肪時的合成物質，構成細胞膜的主要原料，但體內CHOL增高，尤其是CHOL和TG兩者皆高，容易造成高脂血癥。高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）與LDL-C作用正好相反，能將膽固醇從組織轉移到肝臟中去，能防治動脈粥樣硬化等疾病。本研究發現，10周的高脂引起IR模型組大鼠CHOL、TG、LDL-C增加，HDL-C降低。建模成功后繼續高脂飲食喂養8周，與IR模型組相比，RD、RHD組CHOL顯著降低，RH、RD、RHD組TG顯著降低，RH、RD、RHD組LDL-C顯著降低，RH組HDL-C顯著升高。提示，高脂引起大鼠血脂發生變化，飲用頻譜水可抑制高脂飲食引起的TG、LDL-C升高和緩解高脂飲食引起的HDL-C降低，對IR大鼠的血脂水平具有一定的改善作用。

3.2 頻譜水聯合有氧運動對肝臟功能和形態結構的影響

對成模后的IR大鼠進行8周的高脂喂養，與R2組相比，RH組和RHD組ALT、AST和肝臟重量均顯著下降，S/L值顯著上升。RD組與R2組相比ALT、肝臟重量明顯降低，S/L值明顯升高。其中RHD組的ALT和AST明顯低于RD組。結果提示，飲用頻譜水能夠緩解高脂飲食帶來的肝臟功能指標的變化和肝臟增重的現象，對大鼠肝臟的功能狀況具有一定的改善作用。飲用頻譜水聯合有氧運動，可提高有氧運動對胰島素抵抗大鼠肝臟功能的改善作用。

通過肝臟HE染色觀察肝臟的形態結構以及肝臟炎癥浸染情況發現，RHD組肝臟脂肪浸染狀況較A組接近，中央靜脈及其周圍放射狀排列的肝細胞索清晰，彼此連接成網狀，肝細胞呈多邊形，界限清楚，胞漿豐富，核質對比明顯，脂肪浸染的情況得到改善。說明頻譜水聯合有氧運動對肝臟脂肪浸染現象有一定的改善作用。

3.3 頻譜水聯合有氧運動對肝臟氧化應激的影響

氧化應激是指體內的由于各種原因產生ROS過多和或內源性抗氧化防御系統的消除能力減弱，使得多余的ROS在體內聚集，參與氧化生物大分子的過程，產生細胞脂質過氧化，損傷溶酶體、線粒體等。過剩的ROS除了會對細胞內大分子導致損害外，還能激活應激敏感性信號通路，調節基因表達，損傷細胞[7]。氧化應激在IR的發展過程中起著十分重要的作用：IR會導致機體對血糖血脂的利用率減低，使得多余的糖類物質和游離脂肪酸（free fatty acid，FFA）在體內蓄積，通過自身氧化產生大量的自由基[8，12]，引發氧化應激反應[13，15]，繼而損傷細胞和組織。氧化應激產生的ROS可作為信號分子進一步激活細胞內的氧化應激信號通路，進一步損傷胰島細胞，使胰島素的分泌量減少[16，18]，此外ROS還會干擾多條氧化應激敏感的胰島素信號轉導通路，導致IR的發生。本研究發現，飲用頻譜水可以顯著降低高脂飲食大鼠的肝臟ROS和MDA含量、增加SOD活性，結果提示飲用頻譜水可以顯著降低高脂引起的大鼠肝臟氧化應激水平。與RD組相比，RHD組SOD顯著增加，MDA顯著降低，提示頻譜水聯合有氧運動，可提高有氧運動對IR大鼠肝臟氧化應激的改善作用。

3.4 頻譜水聯合有氧運動對TNF-α蛋白的影響

肝臟是TNF-α的重要靶器官，TNF-α在肝損傷的過程中起著重要作用。TNF-α具有干擾胰島素信號轉導、抑制葡萄糖轉運的作用[19]。近年來的研究顯示，炎癥是導致胰島素抵抗的重要因素之一，肝臟中多種炎性因子如TNF-α，IL-6等的信號傳導途徑與胰島素信號系統存在交叉作用，從而破壞了正常的胰島素信號轉導途徑并導致胰島素抵抗。在這些炎性因子中，TNF-α導致的胰島素抵抗正成為熱點。本研究發現，在建模期間，IR模型組與正常對照組相比，TNF-α蛋白表達顯著升高，推測很可能是高脂引起了機體的炎性反應，TNF-α蛋白表達增加，干擾胰島素信號傳導，誘發胰島素抵抗。造模成功后采用頻譜水、運動及頻譜水聯合運動干預，結果發現與R2組相比，RH組、RD組、RHD組顯著降低（P<0.05，P<0.01）。與RD組相比，RHD組顯著降低（P<0.05）。提示頻譜水、運動及頻譜水聯合有氧運動干涉均可降低胰島素抵抗大鼠模型肝臟TNF-α蛋白表達，改善大鼠胰島素抵抗。

4 結語

飲用頻譜水能在一定程度上改善IR大鼠的血脂水平，緩解高脂飲食帶來的肝臟功能指標的變化和肝臟增重的現象，降低高脂飲食引起的大鼠肝臟氧化應激紊亂水平，降低胰島素抵抗大鼠模型肝臟TNF-α蛋白表達。對大鼠肝臟具有一定的保護作用，從而改善大鼠胰島素抵抗狀況。在有氧運動的基礎上飲用頻譜水，可提高有氧運動對胰島素抵抗大鼠肝臟功能、氧化應激和TNF-α蛋白表達的改善作用，從而起到更好地保護肝臟以防止胰島素抵抗并發癥發生的作用。

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