康復(fù)訓(xùn)練對2型糖尿病大鼠認知功能障礙的影響

唐明薇 梅希 王風(fēng)波

[摘要] 目的 觀察康復(fù)訓(xùn)練對2型糖尿病大鼠認知功能障礙改善的影響。 方法 36只Wistar成年大鼠按隨機數(shù)字表法分為2型糖尿病組（n=24）、空白對照組（n=12）。以高脂高糖飲食+鏈脲佐菌素腹腔注射法建立2型糖尿病大鼠模型，模型制備成功2型糖尿病組大鼠又隨機分為非干預(yù)組（n=12）和康復(fù)訓(xùn)練組（n=12）。康復(fù)訓(xùn)練組大鼠于模型制備成功次日開始康復(fù)干預(yù)，每日1次，各組大鼠分別于干預(yù)第2、4、6周以Morris水迷宮測驗認知功能（空間學(xué)習(xí)+記憶能力）。 結(jié)果 相比空白對照組大鼠，非干預(yù)組大鼠逃避潛伏期明顯延長（P < 0.01），且呈逐漸加重趨勢，穿越平臺次數(shù)亦明顯減少（P < 0.01）；相比非干預(yù)組，康復(fù)訓(xùn)練組大鼠逃避潛伏期明顯改善（P < 0.01），穿越平臺次數(shù)明顯增加（P < 0.01）；第6周康復(fù)訓(xùn)練組大鼠與空白對照組比較，逃避潛伏期及穿越平臺次數(shù)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P > 0.05）。 結(jié)論 康復(fù)訓(xùn)練能顯著改善2型糖尿病大鼠空間學(xué)習(xí)及記憶能力，隨著訓(xùn)練時間的增加改善作用愈加顯著，有利于糖尿病大鼠認知功能障礙的恢復(fù)。

[關(guān)鍵詞] 康復(fù)訓(xùn)練；2型糖尿病；大鼠；認知功能

[中圖分類號] R587 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）04（a）-0018-04

[Abstract] Objective To observe the effect of rehabilitation training on the improvement of cognitive impairment in type 2 diabetic rats. Methods 36 adult Wistar rats were divided into type 2 diabetes model group （n=24） and blank control group （n=12） by the random number table method. Preparation of type 2 diabetic rat model with high fat and high sugar diet plus intraperitoneal injection of streptozotocin. After the rat models were successfully prepared， the rats of type 2 diabetes group were randomly divided into non-intervention group （n=12） and rehabilitation training group （n=12）. The rehabilitation training group began to intervene on the following day after the success of the model preparation， 1 times a day. The cognitive function （space learning and memory ability） of all rats were tested by the Morris water maze in the second， fourth， sixth week of the rehabilitation training group. Results Compared with the blank control group， the escape latency in the non-intervention group was significantly prolonged （P < 0.01）， and gradually increased， and the number of crossing platform was also significantly reduced （P < 0.01）. Compared with non-intervention group， the escape latency of the rehabilitation training group was significantly improved （P < 0.01）， and the number of crossing platform increased significantly （P < 0.01）. There were no significant difference between the sixth week rehabilitation training group and the blank control group in the escape latency and the number of crossing platforms （P > 0.05）. Conclusion Rehabilitation training can significantly improve the spatial learning and memory ability of type 2 diabetes rats. With the increase of training time， the improvement effect is more significant， which is conducive to the recovery of cognitive dysfunction in diabetic rats.

[Key words] Rehabilitation training； Type 2 diabetes； Rat； Cognitive function

近年來隨著人民生活方式的巨大變化及老齡化，糖尿病患病人數(shù)不斷增多，我國已成為世界上糖尿病患病人數(shù)最多的國家，其中2型糖尿病患者已達9000萬左右，約占糖尿病總數(shù)的90.0%，防治形勢十分嚴峻[1]。糖尿病的并發(fā)癥主要為神經(jīng)、血管等慢性病變，但近年來其對認知功能的損害作用越來越受到重視。流行病學(xué)調(diào)查顯示，存在不同程度認知功能障礙的糖尿病患者呈不斷上升趨勢，2型糖尿病患者認知功能障礙以注意力、記憶和學(xué)習(xí)能力下降等為主要表現(xiàn)，重者甚至發(fā)展為癡呆[2]。研究表明，糖尿病患者腦病病理生理改變又與血管性癡呆及阿爾茨海默病有諸多類似之處，特點為腦萎縮、腦血管病變、活性氧聚積等，并有炎癥損傷、氧化反應(yīng)、神經(jīng)細胞凋亡、再生及存活等病理表現(xiàn)[3]。因此，糖尿病是認知障礙甚至癡呆的獨立危險因素之一。本研究首次通過對2型糖尿病大鼠進行包括豐富環(huán)境、轉(zhuǎn)籠、平衡木等方式的康復(fù)訓(xùn)練方式，來觀察及評估康復(fù)訓(xùn)練對2型糖尿病大鼠空間學(xué)習(xí)及記憶能力的影響作用，以進一步探討及指導(dǎo)臨床2型糖尿病患者認知功能障礙的康復(fù)治療方法。

1 材料與方法

1.1 材料

36只成年清潔級Wistar雄性大鼠，體重260～280 g，全部由成都醫(yī)學(xué)院動物實驗中心提供，合格證號SYXK（川）2015-196。鏈脲佐菌素（Sigma）；血糖儀（Roche）；Morris水迷宮及記錄分析系統(tǒng)（上海吉量軟件科技）。

1.2 分組及糖尿病模型制備

所有大鼠置于24℃左右室溫標準飼養(yǎng)7 d后按隨機數(shù)字表法分為空白對照組（12只）、2型糖尿病模型組（24只）。2型糖尿病大鼠模型制備方法[4-5]：高脂高糖飼養(yǎng)40 d，飼料中蔗糖、豬油各20.0%，膽固醇2.0%，以0.1 mol/L檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液稀釋鏈脲佐菌素，禁食12 h后一次性給予鏈脲佐菌素40 mg/kg腹腔注射，注射3 d后測得模型組大鼠尾靜脈血隨機血糖>16.7 mmol/L，為2型糖尿病模型制備成功。2型糖尿病組大鼠按隨機數(shù)字表法分為非干預(yù)組（12只）和康復(fù)訓(xùn)練組（12只）。空白對照組大鼠普通飼料常規(guī)飼養(yǎng)，不予注射鏈脲佐菌素。

1.3 康復(fù)訓(xùn)練

康復(fù)訓(xùn)練組大鼠于糖尿病模型制備成功次日開始康復(fù)干預(yù)[6]。①豐富環(huán)境刺激：設(shè)置有爬梯、管道、轉(zhuǎn)盤、階梯、秋千等，配合彩色燈光及音樂，2 h/次，每周改變環(huán)境兩次；②轉(zhuǎn)籠：圓形轉(zhuǎn)籠直徑約45 cm，內(nèi)徑10 cm，置大鼠于籠內(nèi)奔跑，10 min/次；③平衡木訓(xùn)練：平衡木長150 cm，寬4 cm，距地面20 cm處平置，置大鼠于平衡木上行走，10 min/次。所有訓(xùn)練每日1次，干預(yù)至第6周。

1.4 Morris水迷宮認知功能測驗

所有大鼠于康復(fù)訓(xùn)練組大鼠開始康復(fù)干預(yù)起第2、4、6周行Morris水迷宮實驗[7-8]。①定位航行：每天于固定時間訓(xùn)練4次，每次隨機從4個平均分布的象限將大鼠面部朝向池壁放入水中，水溫28℃左右，記錄大鼠90 s內(nèi)從入水到尋找到平臺所需的時間為逃避潛伏期，同時記錄游泳距離，若大鼠在90 s內(nèi)未找到平臺，重置于平臺15 s后移出水迷宮，逃避潛伏期記為90 s；連續(xù)訓(xùn)練3 d，第4天記錄大鼠從入水到四肢爬上平臺的時間，測試大鼠學(xué)習(xí)能力；平臺在訓(xùn)練及測試過程中保持同一位置。②空間探索：第5天除去平臺，隨機選擇一個入水點將大鼠面壁置于水池，記錄90 s內(nèi)大鼠穿越目標象限（虛擬平臺）的次數(shù)，考察空間記憶能力。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行數(shù)據(jù)分析，計量資料數(shù)據(jù)用均數(shù)±標準差（x±s）表示，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用q檢驗。以P < 0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 三組大鼠一般情況及血糖情況比較

糖尿病造模成功第2～3天開始，糖尿病模型大鼠不同程度的出現(xiàn)多食、多飲、多尿現(xiàn)象，反應(yīng)減慢，行動遲緩，毛澤度變差，隨著康復(fù)訓(xùn)練時間增加，康復(fù)訓(xùn)練組大鼠上述現(xiàn)象逐步得到改善。與空白對照組比較，非干預(yù)組、康復(fù)訓(xùn)練組大鼠血糖均明顯升高（P < 0.01）；與非干預(yù)組比較，康復(fù)訓(xùn)練組大鼠血糖明顯降低（P < 0.01）；康復(fù)訓(xùn)練組大鼠第6周血糖明顯低于第2周（P < 0.01）。見表1。

2.2 三組大鼠逃避潛伏期及穿越次數(shù)比較

逃避潛伏期：與空白對照組比較，非干預(yù)組大鼠顯著延長（P < 0.01）；與非干預(yù)組比較，康復(fù)訓(xùn)練組大鼠明顯縮短（P < 0.01），與空白對照組比較，第6周康復(fù)訓(xùn)練組大鼠差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P > 0.05）。穿越次數(shù)：與空白對照組比較，非干預(yù)組大鼠明顯減少（P < 0.01）；與非干預(yù)組比較，康復(fù)訓(xùn)練組大鼠顯著增加（P < 0.01）；與空白對照組比較，第6周康復(fù)訓(xùn)練組大鼠差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P > 0.05）。康復(fù)訓(xùn)練組大鼠第6周逃避潛伏期和穿越次數(shù)均明顯優(yōu)于第2周（P < 0.01）。見表2。

3 討論

糖尿病患者認知功能障礙表現(xiàn)為學(xué)習(xí)、記憶、理解、判斷、語言等能力下降，部分患者還伴有情緒及行為上的不良改變，重者可致喪失生活自理能力，不同類型糖尿病的認知功能障礙表現(xiàn)可能存在異同，其中2型糖尿病以學(xué)習(xí)及記憶力減退為主要特點[9]。目前一般認為，年齡、遺傳、高血糖及胰島素抵抗是2型糖尿病認知功能障礙的獨立影響因素，2型糖尿病患者是癡呆尤其血管性癡呆的易感人群[10]。研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠海馬區(qū)神經(jīng)元呈退行性改變，腦血管間隙變寬，膠質(zhì)細胞增多，電鏡下可見胞仁致密，線粒體水腫，嵴淡少，高爾基復(fù)合體擴張，核糖體腫脹變性，毛細血管管壁增厚，血管內(nèi)皮變性退化[11]。核磁共振（MRI）檢查顯示，伴有認知功能障礙的2型糖尿病患者腦灰質(zhì)密度下降，體積減小，同時伴有視網(wǎng)膜病變和尿蛋白量增多的2型糖尿病患者腦萎縮及認知功能改變更明顯[12]。隨著病程推移，伴有認知功能障礙的2型糖尿病患者腦萎縮狀況還可能較快進展，腦灰質(zhì)密度進行性下降，海馬區(qū)的萎縮相對明顯，兩側(cè)海馬體積均降低，但海馬區(qū)的萎縮可能和患者年齡相關(guān)[13]。彌散張量成像（DTI）可彌補MRI檢測中樞神經(jīng)系統(tǒng)軸突及腦白質(zhì)等精微結(jié)構(gòu)的不足，能早期發(fā)現(xiàn)神經(jīng)髓鞘、軸突損傷及腦白質(zhì)水腫等病變。2型糖尿病患者腦橋、內(nèi)囊、額葉、顳葉、枕葉及胼胝體等部位的各向異性分數(shù)（FA值）和平均擴散率（MD值）均顯示異常，而FA值、MD值的改變與患者即時記憶、任務(wù)執(zhí)行、注意力等認知能力具有密切相關(guān)性，值變化越大，表明患者認知能力往往越差[14]。

運動療法作為糖尿病常規(guī)治療手段之一，具有降低血糖、血脂，改善胰島素敏感性及防治并發(fā)癥等作用，越來越受到臨床重視及推廣，并發(fā)展成為了糖尿病康復(fù)醫(yī)學(xué)。基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)運動干預(yù)可改善糖尿病模型大鼠血清瘦素敏感性，調(diào)控脂聯(lián)素水平，促進甘丙肽分泌和骨骼肌胰島素信號通路蛋白激酶磷酸化，上調(diào)心肌細胞GLUT-4、胰島素受體和降低神經(jīng)肽Y表達，并且可抑制糖尿病大鼠腫瘤壞死因子-α、C反應(yīng)蛋白等多種炎癥介質(zhì)的釋放[15]。有學(xué)者還發(fā)現(xiàn)進行有氧跑臺訓(xùn)練的糖尿病模型大鼠海馬區(qū)超氧物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶及過氧化氫酶等抗氧化酶活性均不同程度增加，凋亡腦細胞數(shù)明顯降低，提示規(guī)律性有氧運動有助于減少糖尿病大鼠海馬區(qū)腦組織氧化應(yīng)激和細胞凋亡率[16]。

本研究采用豐富環(huán)境刺激、轉(zhuǎn)籠及平衡木訓(xùn)練的綜合方案對2型糖尿病大鼠進行康復(fù)干預(yù)，Morris水迷宮測驗結(jié)果顯示，康復(fù)訓(xùn)練組大鼠潛伏逃避期和平臺穿越次數(shù)均明顯改善，且隨著干預(yù)療程推進，改善愈加顯著，大鼠血糖水平亦呈進行性降低趨勢，說明康復(fù)訓(xùn)練可有效提升糖尿病大鼠空間學(xué)習(xí)認知能力，降低血糖。

糖尿病認知功能障礙的機制目前尚未完全闡明，可能與以下因素有關(guān)[17-18]：①慢性糖代謝異常，導(dǎo)致血脂紊亂，微循環(huán)障礙，神經(jīng)纖維變性、損傷；②胰島素信號通路異常，細胞生長、分化及能量代謝失調(diào)；③己糖胺、多元醇、蛋白激酶C激活、細胞內(nèi)糖基化終產(chǎn)物前體的產(chǎn)生等多種通路增加，引起腦部血管病損；④神經(jīng)元再生及神經(jīng)突觸可塑性功能受到糖尿病損害，抑制了腦血管病變腦高級功能的恢復(fù)；⑤腦細胞凋亡，尤其海馬區(qū)腦細胞的凋亡；⑥炎性反應(yīng)，如黏附因子等各類炎癥相關(guān)因子表達增高；⑦其他，如氧化應(yīng)激、自身免疫、遺傳、低血糖等因素。另外，2型糖尿病認知功能障礙還與患者病程、年齡、性別、受教育程度、生活方式、性激素水平及焦慮抑郁狀態(tài)等有關(guān)。

康復(fù)訓(xùn)練已較多的應(yīng)用于腦損傷模型大鼠的研究，但用于2型糖尿病大鼠認知功能訓(xùn)練尚屬首次，其改善大鼠認知功能機制可能為：①多感官的豐富環(huán)境刺激包含了視、觸、嗅覺刺激和平衡協(xié)調(diào)功能等訓(xùn)練，促進了大鼠腦的可塑性，增強了對運動的控制、整合及協(xié)調(diào)能力[19]；②較長療程的康復(fù)運動訓(xùn)練改善了血糖、血脂及胰島素敏感性，抑制了炎癥因子的釋放；③轉(zhuǎn)籠、平衡木訓(xùn)練可修復(fù)腦神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞及微細血管的微結(jié)構(gòu)，促進神經(jīng)營養(yǎng)因子等表達，使腦功能發(fā)生積極性改變[20]。目前在糖尿病大鼠認知功能障礙運動療法方面尚處于探索階段，采用康復(fù)訓(xùn)練的方法更是未見相關(guān)報道，本研究首次將康復(fù)體系納入到2型糖尿病大鼠認知功能障礙的治療，很大地拓展了干預(yù)手段和思維，所獲得的積極實驗結(jié)果也為伴有認知功能障礙的糖尿病患者臨床康復(fù)治療提供了有力的理論依據(jù)。

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