游泳運動對肥胖大鼠的治療作用和機制研究

李發(fā)炘 ， 楊康棟 ， 李偉強 ， 葉秋平 ， 黎杰軒 ， 潘華山

(廣州中醫(yī)藥大學體育健康學院 ， 廣東 廣州 510006)

肥胖是指體內(nèi)脂肪組織過度堆積引起正常生理功能受損的一種病理狀態(tài)，目前已成為全球性的公共衛(wèi)生問題。流行病學調(diào)查研究顯示，全球超重患者15億，肥胖患者5億，美國肥胖發(fā)病率為33.8%[1]。2002-2012年間我國成年居民超重率從7.3%上升至30.1%，肥胖率從4.8%上升至11.9%[2]。肥胖不僅影響患者的正常生活和學習，打擊患者自信心，導致心理障礙，而且還是多種慢性非傳染性疾病的重要危險因素。肥胖是內(nèi)分泌系統(tǒng)、心腦血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、運動系統(tǒng)等各個系統(tǒng)疾病的重要危險因素，被世界衛(wèi)生組織(WHO)認定為影響健康的第五大危險因素[3]。因此，積極干預肥胖對提高生活質(zhì)量和改善身心健康具有重要的意義。研究表明[4]，運動是降低肥胖和減肥的有效手段，但是關(guān)于其作用機制尚不完全明確。因此，本試驗復制了肥胖大鼠模型，用游泳運動進行干預，探討游泳運動對肥胖大鼠的治療作用和可能機制。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 健康雄性SD大鼠，50只，購自廣東省醫(yī)學實驗動物中心(許可證號：SCXK(粵)2018-0002)。普通飼料和高脂飼料(蔗糖5%、豬油18%、蛋黃粉15%、膽酸鈉0.5%、膽固醇1%、普通飼料60.5%)，均由廣州市花都區(qū)花東信華實驗動物養(yǎng)殖場提供。

1.2 主要試劑和儀器 總膽固醇(Total cholesterol，TC)、甘油三酯(Triglyceride，TG)、低密度脂蛋白膽固醇(Low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)、高密度脂蛋白膽固醇(High density lipoprotein cholesterol， HDL-C)、空腹血糖(Fasting blood glucose，F(xiàn)BG)、空腹胰島素(Fasting insulin，F(xiàn)INS)、血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶(Alanine aminotransferase，ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(Aspartate aminotransferase，AST)、自由脂肪酸(Free fatty acid，F(xiàn)FA)、脂聯(lián)素(Adiponectin，APN)、瘦素(Leptin，P)、腫瘤壞死因子-ɑ(Tumor necrosis factor-ɑ，TNF-ɑ)、白細胞介素-6(Interleukin-6，IL-6)、白細胞介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、丙二醛(Malondialdehyde，MDA)、過氧化氫酶(Catalase，CAT)、肝脂酶(Hepatic lipase，HL)、脂蛋白脂肪酶(Lipoprotein lipase，LPL)試劑盒，均購自上海研謹生物科技有限公司。

1.3 方法 動物模型構(gòu)建及給藥采用高脂飼料喂養(yǎng)方法建立肥胖大鼠模型，將50只大鼠隨機分為對照組(n=20)和造模組(n=30)，對照組給予普通飼料(120 g/d)喂養(yǎng)，造模組給予高脂飼料(120 g/d)喂養(yǎng)，連續(xù)喂養(yǎng)12周。肥胖模型判定標準[5]：造模組大鼠超過對照組大鼠體重的20%即為造模成功。12周后，造模組中24只大鼠達到肥胖標準，6只大鼠未達到肥胖標準。將造模成功的24只大鼠隨機分為肥胖對照組(n=12)和肥胖運動組(n=12)，將對照組20只大鼠隨機分為正常對照組(n=10)和正常運動組(n=10)。肥胖運動組和正常運動組大鼠進行無負重游泳運動：水溫(30±2) ℃，水深50 cm， 先進行適應性訓練，然后游泳強度由第1天的10 min/d增加至第4天的60 min/d，此后維持60 min/d 至試驗結(jié)束，6次/周，連續(xù)進行游泳訓練8周。正常對照組和肥胖對照組大鼠下水后即撈出，不游泳。

1.4 標本采集 最后一次運動結(jié)束24 h，采用20%戊巴比妥鈉腹腔麻醉大鼠，測量大鼠的體重、體長。腹主動脈采血30 mL，3 500 r/min離心，分離血清。取腎周和附睪周圍脂肪、腓腸肌、肝臟，生理鹽水沖洗后，置于-80 ℃冰箱中保存。

1.5 指標檢測

1.5.1 大鼠體重、體長、Lee’s指數(shù)、體脂百分比、肌肉質(zhì)量指數(shù)檢測 大鼠麻醉后，電子天平稱重。軟尺測量鼻子到肛門長度即為體長。Lee’s 指數(shù)計算：Lee’s 指數(shù)=體重(g)1/3×100/體長(cm)。體脂百分比(%)=腎周和附睪周圍脂肪重量(g)/體重(g)×100%。肌肉質(zhì)量指數(shù)(%)=腓腸肌重量(g)/體重(g)×100%。

1.5.2 血清指標檢測 采用美國強生血糖儀檢測FPG。采用酶法檢測血清TC、TG、LDL-C、HDL-C、ALT、AST的水平。采用酶聯(lián)免疫法(ELISA)檢測FINS、TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-10、FFA、APN、P、MDA、SOD、CAT、HL、LPL的水平。

1.6 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 18.0軟件進行分析，組間比較采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，兩兩間比較，采用LSD-t比較，P<0.05為差異具有顯著性。

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠體重、Lee’s指數(shù)、體脂百分比、肌肉質(zhì)量指數(shù)的水平 與正常對照組比較，肥胖對照組大鼠體重、Lee’s指數(shù)、體脂百分比顯著升高(P<0.05)，肌肉質(zhì)量指數(shù)水平明顯降低(P<0.05)；與肥胖對照組比較，肥胖運動組大鼠體重、Lee’s指數(shù)、體脂百分比顯著降低(P<0.05)，肌肉質(zhì)量指數(shù)水平顯著升高(P<0.05)。見表1。

表1 各組大鼠體重、Lee’s指數(shù)、體脂百分比、肌肉質(zhì)量指數(shù)的水平

2.2 各組大鼠血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、FPG、FINS、IRI的檢測 與正常對照組比較，肥胖對照組大鼠血清TC、TG、LDL-C、FPG、FINS、IRI水平明顯升高(P<0.05)，HDL-C水平明顯降低(P<0.05)；與肥胖對照組比較，肥胖運動組大鼠血清TC、TG、LDL-C、FPG、FINS、IRI水平明顯降低(P<0.05)，HDL-C水平明顯升高(P<0.05)。見圖1。

圖1 各組大鼠TC、TG、HDL-C、LDL-C、FPG、FINS、IRI 的檢測結(jié)果

2.3 各組大鼠血清TNF-α、IL-6、IL-1β、MDA、SOD、CAT的檢測 與正常對照組比較，肥胖對照組大鼠血清TNF-α、IL-6、IL-1β、MDA水平明顯升高(P<0.05)，SOD、CAT水平明顯降低(P<0.05)；與肥胖對照組比較，肥胖運動組大鼠血清TNF-α、IL-6、IL-1β、MDA水平明顯降低(P<0.05)，SOD、CAT水平明顯升高(P<0.05)。見圖2。

2.4 各組大鼠血清ALT、AST、FFA、APN、P、HL、LPL的的檢測 與正常對照組比較，肥胖對照組大鼠血清ALT、AST、FFA、P水平明顯升高(P<0.05)，APN、HL、LPL水平明顯降低(P<0.05)；與肥胖對照組比較，肥胖運動組大鼠血清ALT、AST、FFA、P水平明顯降低(P<0.05)，APN、HL、LPL水平明顯升高(P<0.05)。見圖3。

圖3 各組大鼠血清ALT、AST、FFA、APN、P、HL、LPL的的檢測結(jié)果

3 討論

隨之全球經(jīng)濟的發(fā)展、生活水平的提高、體力勞動的減少、代步工具的普遍和高脂以及高熱量食物的攝入，肥胖的發(fā)病率逐年升高，已成為全球性的嚴重醫(yī)學和安全問題。肥胖可影響全身各個系統(tǒng)，是2型糖尿病、高脂血癥、高血壓、脂肪肝、冠心病和腦梗死等心腦血管疾病、惡性腫瘤、慢性阻塞性肺疾病的重要危險因素。肥胖還可以打擊自尊心和自信心，導致心理障礙和抑郁癥等。因此，積極治療肥胖對提高生活質(zhì)量、改善身心健康具有重要的意義。運動是一種控制體重的有效手段，可以控制體重、改善體成分和調(diào)節(jié)代謝等，但是關(guān)于運動治療肥胖的具體機制尚不明確。

本試驗顯示，高脂飲食使肥胖對照組大鼠、體重、Lee’s指數(shù)、體脂百分比、血清TC、TG、LDL-C、FPG、FINS、IRI、TNF-α、IL-6、IL-1β、MDA、FFA、P水平明顯高于正常對照組，而HDL-C、SOD、CAT、APN、HL、LPL水平顯著降低。表明高脂飼料可以誘導肥胖，肥胖大鼠存在高脂血癥、高血糖、胰島素抵抗狀態(tài)、炎癥反應、脂質(zhì)過氧化、脂代謝紊亂等。肥胖患者可能處于一種長期的“低度炎癥反應狀態(tài)”，表現(xiàn)為血液循環(huán)中的TNF-α、IL-6、IL-1β等炎癥因子處于低于升高水平狀態(tài)。肥胖患者體內(nèi)脂肪細胞數(shù)量增加，巨噬細胞大量浸潤，分泌TNF-α、IL-6、IL-1β等多種炎癥因子，進入血液循環(huán)，激活多條炎癥反應信號通路，引發(fā)炎癥瀑布級聯(lián)反應。TNF-α可以通過細胞增殖、凋亡、分化等影響脂代謝[6]。IL-6不僅參與炎癥反應，而且可以通過細胞凋亡控制脂肪細胞數(shù)量，還可以造成肝損傷[7]。MDA是過氧化物質(zhì)，是判定脂質(zhì)過氧化水平和氧化損傷程度的重要指標。SOD是機體消除自由基的一種抗氧化酶，CAT主是一種催化過氧化氫分解的酶，SOD和CAT具有抗氧化損傷的作用[8]。肥胖患者機體內(nèi)SOD、CAT等減少或MDA增多，引起肝臟過氧化損傷，肝功能異常，表現(xiàn)為ALT、AST升高，并且引起脂質(zhì)代謝紊亂，促進肥胖發(fā)生發(fā)展。HL是一種由肝臟合成的具有多種脂酶活性物質(zhì)，可以促進肝臟吸收TC，也可以促進LDL-C與受體結(jié)合水解和TC水解為膽汁酸排出體外[9]。LPL是一種甘油三酯水解酶，可以促進TG分解為脂肪酸，降低血液中TG水平。HL、LPL分泌減少，引起脂代謝紊亂，促進肥胖發(fā)展。瘦素由脂肪細胞分泌，可以調(diào)控脂代謝和能量平衡，對調(diào)節(jié)肥胖等代謝性疾病具有重要的作用。肥胖患者體內(nèi)瘦素水平明顯升高，是因為存在瘦素抵抗現(xiàn)象，導致瘦素調(diào)節(jié)脂代謝和能量代謝作用減弱甚至消失[10]。APN是脂肪細胞分泌的細胞因子，具有調(diào)節(jié)糖脂代謝的作用，可通過促進肝糖原異生、脂肪酸氧化等改善胰島素抵抗，抑制肥胖[11]。因此，炎癥反應、脂質(zhì)過氧化、瘦素抵抗、糖脂代謝紊亂等在肥胖的發(fā)生、發(fā)展中具有重要的作用。本試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過游泳訓練后，肥胖運動組大鼠體重、Lee’s指數(shù)、體脂百分比、TC、TG、LDL-C、FPG、FINS、IRI、TNF-α、IL-6、IL-1β、MDA、FFA、P水平低于肥胖對照組(P<0.05)，肌肉質(zhì)量指數(shù)、HDL-C、SOD、CAT、APN、HL、LPL水平顯著高于肥胖對照組。表明游泳訓練可以減輕肥胖大鼠的體重和脂肪含量，控制肥胖，可能與改善糖脂代謝、胰島素抵抗、瘦素抵抗，抑制炎癥反應和脂質(zhì)過氧化損傷等密切相關(guān)。

綜上所述，游泳運動可能通過調(diào)節(jié)糖脂代謝、改善胰島素抵抗和瘦素抵抗、抗脂質(zhì)過氧化、抑制炎癥反應等發(fā)揮控制肥胖。