低氧運動改善實驗性糖尿病大鼠糖脂代謝

周燚 方彩華 李良鳴

(1貴州師范大學體育學院，貴州 貴陽 550001;2廣州體育學院；3湖南省體育科學研究所)

隨著經濟社會的快速發展，生活方式改變，糖尿病人群規模急劇增加，嚴重威脅人類健康。胰腺分泌功能障礙或胰島素(Insulin)抵抗引起血糖升高、代謝紊亂是其主要病理特征。Insulin分泌不足和(或)生物學效應下降而引起的代謝紊亂伴隨糖尿病的發生與發展，改善糖尿病機體糖脂代謝紊亂，防止病情惡化、預防并發癥是糖尿病防治的根本。運動可改善糖尿病機體Insulin分泌功能同時提高Insulin的敏感性，從而改善機體糖脂代謝。低氧環境可使機體應激，長期低氧應激可使機體糖脂代謝加快加強〔1〕。研究報道，低氧運動可顯著提高肥胖大鼠Insulin敏感性、改善Insulin抵抗，且效果優于單純運動〔2〕；王寧琦等〔3〕研究報道，4 w低氧運動可明顯降低肥胖青年體重、體重指數(BMI)、糖化血紅蛋白及Insulin抵抗，降低2型糖尿病患病風險。以上研究提示，運動、低氧以及兩者結合可能改善糖尿病患者的糖脂代謝，但何種組合效果更佳尚不清楚，本研究旨在比較運動、低氧或二者不同組合方式的效果，為低氧運動干預糖尿病的研究提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1動物與分組 雄性Wistar大鼠80只，體重180～200 g，購于廣州中醫藥大學實驗動物中心，分籠飼養，室溫(25±2)℃，光照時間12 h左右，實驗前適應性喂養3 d，隨機抽取8只作為正常對照組(NC組)，繼續普通飼料喂養，不做其他特殊干預，其余72只用于復制實驗性糖尿病大鼠模型，改喂高糖高脂飼料，均自由進食和飲用自來水。第5周末造模組大鼠一次性腹腔注射小劑量鏈脲佐菌素(STZ)溶液(30 mg/kg)，1 w后以空腹血糖≥7.9 mmol/L，且尿糖出現“++++”為成模標準。選取44只復制成功的模型大鼠，隨機分成5組，即模型對照組(MC組、8只)、低氧干預組(HI組、9只)、常氧運動組(NE組、9只)、低氧運動組(HE組、9只) 及運動低氧組(EH組、9只)，繼續高糖高脂飼料喂養。

1.2實驗方案 低氧環境采用美國Hypoxico公司生產的常壓低氧帳篷系統，MC組生活在常氧環境下(廣州，室內O2濃度約20.9%)，HI組每天定時在低氧帳篷內低氧暴露1 h(O2濃度15.4%±0.2%)，NE組、HE組分別在常氧環境下和低氧帳篷內運動1 h(跑速：18 m/min、坡度0°)，EH組常氧環境下運動1 h后低氧帳篷內低氧暴露1 h(跑速、低氧濃度同前)，每周休息1 d，共干預4 w。

1.3標本采集與指標測試 實驗干預前后分別測試大鼠體重并計算大鼠體重變化值(BWC)，取材前3 d進行單籠飼養，觀測并計算每只大鼠日均攝食量(FID)和飲水量(WID)。大鼠末次干預結束后休息1 d，禁食12 h，經10%水合氯醛麻醉，腹主動脈取血，使用京都血糖儀測定大鼠空腹血糖(FPG)，剩余部分分離血清，-80℃保存備測，取股外側肌制備10%組織勻漿備測。取腎周脂肪和附睪脂肪稱重計算內臟脂肪含量(VF/W)；測量大鼠體長，計算肥胖指數(Lee′s=體重1/3×103/體長)。

采用南京建成生物工程研究所生產的測試盒，分別測定糖化血清蛋白(GSP)、三酰甘油(TG)、游離脂肪酸(FFA)、總膽固醇(TC)及高、低密度脂蛋白(HDL、LDL)，骨骼肌琥珀酸脫氫酶(SDH)、乳酸脫氫酶(LDH)；采用Insulin放射免疫分析藥盒(中國原子能科學研究所生產)測定血清Insulin(FINS)，計算Insulin敏感指數(ISI=Ln〔1/FINS×FPG〕)及Insulin抵抗指數(HOMA-IR=Ln〔FINS×FPG/22.5〕)。

1.4統計學方法 采用SPSS17.0軟件進行t檢驗、方差分析。

2 結 果

2.1各組血糖Insulin指數水平比較 與NC組比較,MC組FPG、GSP、HOMA-IR均顯著升高(P<0.05),Insulin、ISI均顯著下降(P<0.05);與MC組比較,HI組FPG升高、Insulin水平略有下降,但均無統計學意義(P>0.05),其他各組FPG水平均顯著下降、Insulin水平均顯著上升,其中NE組、HE組及EH組FPG水平均顯著低于MC組和HI組(P<0.05),NE組、EH組Insulin水平顯著高于MC組(P<0.05),HE組有高于MC組趨勢(P=0.069),NE組、HE組及EH組Insulin水平均顯著高于HI組(P<0.05);實驗干預各組GSP、HOMA-IR、ISI均無明顯差異(P>0.05)。見表1。

表1 各組血糖指數水平比較

2.2各組BWC、Lee′s、FID、WID水平比較 實驗干預后,NC 組BWC增長,與NC組比較，MC 組BWC、Lee′s 均顯著降低,FID和WID均顯著增加(P<0.05);HI組、NE組、EH組BWC下降幅度均顯著大于 MC組 (P<0.05);HI 組、NE 組、HE 組、EH 組FID 均顯著低于 MC 組(P<0.05);HE 組Lee′s 最低,有低于 MC 組的趨勢(P=0.053),其他各組均無顯著性差異(P>0.05);各組WID均無顯著差異(P>0.05)。見表2。

表2 各組BMC、Lee′s、FID、WID及股四頭肌LDH、SDH活性比較

2.3各組股四頭肌LDH、SDH活性比較 與NC組比較,MC組骨骼肌SDH活性顯著降低(P<0.05)、LDH活性無顯著性差異(P>0.05)。EH組LDH活性最高,顯著高于NE組(P<0.05),其他各組間無顯著差異(P>0.05);EH組SDH活性最高,顯著高于MC組和HI組(P<0.05),其他各組均無顯著差異(P>0.05)。見表2。

2.4各組血脂水平比較 MC組血清TC、LDL均顯著高于NC組(P<0.05),FFA、VF/W顯著低于NC組(P<0.05),NC組和MC組TG、HDL水平均無顯著差異(P>0.05);HE組、EH組TC水平均顯著低于MC組，且EH組TC水平顯著低于HI組(P<0.05),HE組TC水平有低于HI組趨勢(P=0.074);各組HDL水平均無顯著差異(P>0.05);NE組、HE組、EH組LDL水平均顯著低于MC組和HI組(P<0.05);NE組、HE組、EH組TG水平均顯著低于HI組(P<0.05),NE組、EH組有低于MC組趨勢(P=0.062,0.059);EH組VF/W最低,有低于MC組的趨勢(P=0.074),其他各組間均無顯著差異(P>0.05)。見表3。

表3 各組血脂水平比較

3 討 論

本研究復制的實驗性糖尿病大鼠模型既有1型糖尿病Insulin分泌絕對不足又有2型糖尿病Insulin敏感性降低、Insulin抵抗的雙重病理特征，糖脂代謝紊亂特征明顯。

糖尿病是一種常見的內分泌代謝性疾病，規律運動可以改善糖尿病機體糖脂代謝，FPG降低、Insulin敏感性增加及Insulin抵抗改善早已被證實〔4～6〕，運動作為糖尿病治療的有效輔助手段廣泛應用于臨床實踐〔7〕。彭衛華等〔8〕報道平原士兵入伍藏北高原服役，隨服役時間延長FPG顯著升高；耿希有等〔9〕研究報道，2型糖尿病患者進入高原后FPG顯著上升；還有研究報道，長期間歇低氧干預可導致脂聯素、瘦素等脂肪細胞因子分泌失調，大鼠糖耐量受損，加重Insulin抵抗〔10〕。以上研究結果表明，長期低氧(間歇低氧)干預或高原低氧環境可誘發或加重糖尿病。糖尿病機體組織細胞處于缺氧狀態，低氧誘導因子(HIF)-1表達增加〔11～14〕，誘導分泌大量炎癥因子，從而抑制了Insulin生物學作用，造成Insulin抵抗〔15〕，使糖脂代謝發生紊亂，低氧干預在一定程度上加重了糖尿病機體的缺氧程度，從而加重Insulin抵抗程度。本研究并未發現低氧干預對實驗性糖尿病大鼠糖脂代謝影響的主效應，這可能與所采用的低氧濃度偏高，刺激時間和周期較短有關。

體育運動、低氧干預對糖尿病機體所產生的應激反應不同，目前低氧運動主要應用于競技體育領域提高運動員有氧運動能力及減肥健身領域減少體脂含量、改善肥胖人群糖脂代謝。研究〔16，17〕對8例2型糖尿病患者進行急性低氧和運動干預，發現常氧運動、持續低氧運動均可提高2型糖尿病患者運動后Insulin敏感性，改善運動后Insulin抵抗，并延遲至24 h以后，且運動和低氧存在交互作用，而間歇性運動低氧干預與常氧運動無明顯差異。本研究所設計的兩種低氧運動組合干預對改善實驗性糖尿病大鼠糖脂代謝均無交互作用，而運動改善糖尿病大鼠糖脂代謝的主效應顯著，提示運動對糖尿病的改善作用掩蓋了低氧干預的毒副作用。這可能與糖尿病機體運動應激狀態下對缺氧不夠敏感有關。運動可增強糖尿病機體骨骼肌糖攝取能力、提高Insulin敏感性、改善Insulin抵抗、FPG降低，糖尿病癥狀得到改善〔18〕；運動中需氧量增加，機體處于相對缺氧狀態，低氧環境下運動，增加了機體運動狀態下的缺氧程度，類似于機體承受更大負荷的運動；運動結束后機體處于過量氧耗的恢復過程，運動后低氧干預阻礙了其恢復過程，延長了機體過量氧耗時間，類似于機體承受更長時間的運動刺激。因此兩種低氧運動組合方式改善糖尿病大鼠糖脂代謝紊亂主要依賴于運動的積極效應。另外，本研究并未發現低氧復合運動改善糖尿病機體Insulin抵抗存在交互作用，這與文獻〔16，17〕報道存在差異，可能與急性實驗和慢性實驗存在差異、2型糖尿病患者和實驗性糖尿病大鼠發病機制存在差異對低氧復合運動的適應不同有關。