電針對胰島素抵抗肥胖大鼠胃腸動力和胰島素敏感性的影響

王文炎,陳瑞,梁鳳霞

(1.武漢市中醫醫院,武漢 430014;2.華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院,武漢 430022;3.湖北中醫藥大學針灸骨傷學院,武漢 430061)

肥胖是機體脂肪增多而影響健康的一種病理狀態,是2型糖尿病、心血管疾病、卒中以及某些癌癥等疾病發生和發展的重要危險因素,已成為全球健康的重大挑戰[1]。肥胖及其相關疾病嚴重危害身體健康,給社會和家庭造成沉重的經濟負擔。機體能量代謝失衡是肥胖發生和發展的主要病理環節。胃腸動力在維持能量代謝方面起十分重要的作用,既可影響物質的消化與吸收直接導致能量攝入過多,又可引起胰島素抵抗(insulin rsistance, IR)導致能量代謝紊亂[2],最終發為肥胖[3]。

近年來,研究顯示針灸治療肥胖病安全有效,可以有效調節肥胖患者的脂質代謝[4],降低胰島素抵抗。針灸在調節胃腸動力功能相關疾病方面,療效確切,安全性好,具有雙向良性調節作用[5]。目前,研究發現肥胖患者及高脂飲食所致的肥胖大鼠胃腸動力功能處于紊亂狀態[6],但目前關于針灸對其調節作用的機制研究較少。鑒于針灸對改善肥胖及調節胃腸動力具有良好的療效,為明確電針對IR肥胖機體胰島素敏感性和胃腸動力的影響,本實驗以IR肥胖模型大鼠為研究對象,通過觀察電針對其胰島素敏感性和胃腸動力的影響,以期為電針通過改善胃腸動力治療肥胖提供一定的實驗依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與分組

8周齡SPF級Wistar雄性大鼠60只,體質量220～260 g,購自遼寧長生生物技術有限公司(實驗動物合格證號211002300028524)。所有大鼠飼養于湖北中醫藥大學SPF級動物房,動物房保持12 h明暗周期,溫度(22±2)℃,相對濕度(50±10)%的環境,自由進食飲水。大鼠適應性飼養1周后,隨機選取13只繼續喂養普通飼料。其余喂養高脂飼料進行造模,8周后將造模成功的26只大鼠隨機分為模型組和電針組,每組13只。

1.2 主要試劑與儀器

2%戊巴比妥鈉(德國 Sigma公司);胰島素注射液(江蘇萬邦生化醫藥股份有限公司);羧甲基纖維素鈉(上海易恩化學技術有限公司);胰島素酶聯免疫吸附測定試劑盒(武漢Elabscience公司);淀粉、白糖、奶粉(自備)。

一次性無菌針灸(0.30 mm×15 mm);HANS LH202H型電針治療儀(北京華威科技有限公司);快速血糖測試儀(江蘇魚躍醫療設備有限公司);WZ-50C6型雙數字式微量注射泵(上海軟隆科技發展有限公司);F-400A型精密電子秤(上海電子科技公司);游標卡尺(寶雞量具廠);BL-420S生物機能實驗系統(成都泰盟科技有限公司)。

1.3 模型制備

采用高脂飼料喂養法建立胰島素抵抗肥胖模型,共飼養8周。高脂飼料總熱量為5.4 kcal/g(營養物質含量為碳水化合物38.5%、蛋白質15%、脂肪46.5%),由武漢春龍實驗動物部提供,其配方參考文獻[7]確定。以高脂飼料喂養大鼠體質量高于普通飼料喂養平均體質量的20%以上作為肥胖標準[8]。3組隨機選3只行高胰島素-正葡萄糖鉗夾術檢測全身胰島素敏感性[9]。葡萄糖輸注速率(glucose infusion rate, GIR)值低于正常組平均GIR的20%以上作為IR的標準。

高胰島素-正葡萄糖鉗夾術,大鼠麻醉后尾動、靜脈插管,雙通道微量注射泵相連,分別泵入胰島素(0.1 U/mL)和 30%葡萄糖注射液;輸注前,取尾動脈血測血糖,記為基礎血糖;恒定速率(6.0 U/kg·h)泵入胰島素5 min,再調整速率(0.25 U/kg·h)繼續泵入胰島素5 min;即時血糖低于基礎血糖0.5 mmol/L時,泵入 30%葡萄糖;監測血糖,調整葡萄糖泵入速率使血糖穩定在基礎血糖上下0.5 mmol/L。連續3次測量均在這一范圍內,則達到穩態。取穩態后的GIR值12次,計算平均值。GIR平均值越高,胰島素敏感性越好。

1.4 干預方法

正常組和模型組分別喂養普通飼料和高脂飼料,不予任何干預,但在電針組干預時進行抓取固定;電針組給予高脂飼料喂養,電針干預,穴位取中脘、關元、足三里和豐隆。參考《實驗動物學》及相關文獻[10]確定穴位、針刺方向及深度。足三里和豐隆直刺3～5 mm,關元向劍突方向、中脘向恥骨聯合方向斜刺3～5 mm。采用韓氏電針儀,參數設置為連續波、2 Hz、1 mA。關元和中脘連接一組電極;同側足三里和豐隆連接另一組電極,兩側交替使用。刺激強度以局部肌肉輕微收縮或輕微抖動為度。每次10 min,隔日1次,每周3次,共8周[11]。

1.5 觀察指標與檢測方法

1.5.1 體質量與進食量

干預前(0周)和干預后2周、4周、6周、8周分別測量體質量、24 h進食量。

1.5.2 胰島素敏感性

以腹腔葡萄糖耐量實驗(intraperitoneal glucose tolerance test, IPGTT)、腹腔胰島素耐量實驗(intraperitoneal insulin tolerance test, IPITT)、血清胰島素(insulin, INS)和GIR評價胰島素敏感性。干預6周后,3組大鼠禁食14 h,尾尖采血測空腹血糖(0 min),然后腹腔注射 50%葡萄糖(2 g/kg)或腹腔注射 INS(1 U/kg),第 15 min、30 min、60 min、120 min分別測量大鼠血糖,檢測3組大鼠的IPGTT和IPITT。干預8周后心尖取血,用ELISA試劑盒檢測血清INS。GIR檢測方法同上。

1.5.3 大鼠胃與小腸肌生物電

參照文獻[12]制定本操作方法。干預8周后,3組大鼠禁食不禁水18 h。2%戊巴比妥鈉(0.2 mL/100 g)腹腔注射麻醉,切開腹壁,充分暴露胃與小腸。采用自制銀針三電極法,將不銹鋼針狀三電極正極、負極和接地極分別埋置在胃竇、十二指腸肌層中及大腿內側皮下,關閉腹腔,覆蓋濕潤的紗布。電極線與BL-420S生物機能實驗系統相連接,穩定后觀察并記錄 3組大鼠胃竇部及十二指腸肌電生理的變化。采集慢波,參數設置為放大倍數5000,時間常數0.001 s,頻率2 Hz。參考相關文獻[13]標準,記錄胃肌電慢波變化數據,分析振幅的變化與慢波節律。使用BL-420S生物信號處理系統軟件提供的區間測定方法測量相同時間段大鼠胃腸肌電波形圖振幅峰峰值毫伏(mV),慢波頻率(Hz)。由于慢波振幅數值較小,將單位轉換為微伏(μV),慢波頻率以次/分(cpm)計。

1.5.4 胃排空率及小腸推進率

參考文獻[14]制定檢測方法。干預8周后,3組大鼠禁食不禁水24 h。處死前,隨機選取3只半固體糊灌胃,2 mL/只。30 min后,行腹腔注射麻醉,打開腹腔,結扎胃賁門和幽門,取出胃,濾紙吸干,稱全重;然后剪開胃體,洗去胃內容物,濾紙吸干,稱凈重。同時,迅速取出小腸,鋪于白紙上,測量幽門至乳白色半固體糊前沿的距離(L1)及幽門至回盲腸部全長(L2)。胃排空食物重量占半固體糊重量的百分比為胃排空率。小腸推進率＝(L1/L2)×100%。

1.6 統計學方法

采用SPSS19.0軟件進行統計學分析。符合正態分布的計量資料采用均數±標準差表示,組間比較采用單因素方差分析,若有差異則采用 LSD法進行兩兩比較。不符合正態分布計量資料比較采用秩和檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 3組大鼠不同時間體質量、進食量比較

與正常組比較,模型組體質量增高(P＜0.01),且大于正常組 20%以上,達到肥胖標準。與模型組比較,從第 6周開始到整個干預結束,電針組的體質量下降(P＜0.01)。與正常組比較,整個干預過程中,模型組進食量高于正常組(P＜0.01)。與模型組比較,從第4周開始,電針組的進食量開始下降(P＜0.01)。詳見圖1。

圖1 3組大鼠不同時間體質量與進食量比較(±s, n＝10)

2.2 3組大鼠不同時間IPGTT、IPITT試驗血糖值比較比較

與正常組比較,從 30 min開始直到結束,模型組IPGTT血糖值始終高于正常組(P＜0.01);與模型組比較,電針組從30 min開始直到結束血糖始終較低(P＜0.01)。IPITT試驗中,腹腔注射胰島素 15 min后,3組血糖快速下降,60 min后下降到最低,隨后逐步上升;與正常組比較,從30 min開始直到結束,模型組血糖升高(P＜0.05,P＜0.01);與模型組比較,從30 min開始,電針組的血糖值降低(P＜0.05,P＜0.01)。詳見圖2。

圖2 3組大鼠不同時期IPGTT與IPITT試驗血糖值比較(±s, n＝10)

2.3 3組大鼠干預前后GIR值、血清胰島素含量比較

干預前,與正常組比較,模型組與電針組GIR顯著降低(P＜0.01),且低于正常組的20%,達到IR標準。干預后,與正常組比較,模型組 GIR顯著降低(P＜0.01);與模型組比較,電針組的 GIR顯著升高(P＜0.01)。

干預后,與正常組比較,模型組血清胰島素含量明顯高于正常組(P＜0.01);與模型組比較,電針組血清胰島素含量降低(P＜0.01)。詳見圖3和圖4。

圖3 3組大鼠干預前后GIR值比較(±s, n＝3)

圖4 3組大鼠干預后血清胰島素含量比較(±s, n＝10)

2.4 3組大鼠干預后胃與小腸肌電慢波振幅與頻率比較

干預后,與正常組比較,模型組胃肌電振幅與頻率升高(P＜0.01);與模型組比較,電針組胃肌電振幅與頻率下降(P＜0.05,P＜0.01)。詳見圖5。

圖5 3組大鼠干預后胃肌電慢波振幅及頻率比較(±s, n＝3)

干預后,與正常組比較,模型組小腸肌電振幅升高,頻率下降,差異有統計學意義(P＜0.05,P＜0.01);與模型組比較,電針組小腸肌電振幅下降,頻率增快,差異有統計學意義(P＜0.01)。詳見圖6。

圖6 3組大鼠干預后小腸肌電慢波振幅及頻率比較(±s, n＝3)

2.5 3組大鼠干預后胃排空率及小腸推進率比較

干預后,與正常組比較,模型組的胃排空率上升(P＜0.01),小腸推進率下降(P＜0.01);與模型組比較,電針組的胃排空率下降(P＜0.05),而小腸推進率上升(P＜0.05)。詳見圖7。

圖7 3組大鼠干預后胃排空率及小腸推進率比較(±s, n＝3)

3 討論

肥胖是一種亞健康狀態,屬于中醫學“未病”的范疇。根據肥胖的臨床表現和特點,其類似于《黃帝內經》中記載的“脾癉”。肥胖者,胃強而受納亢進,脾弱而運化不及,痰濕內生。胃強脾弱是肥胖的基本病機,本虛標實,以瀉熱、抑胃納,補虛、助脾運為主要治法[15]。針對IR肥胖的病機特點與其胃腸運動狀態,緊扣基本病機,注重辨證與辨經相結合的思路,借鑒現代科學研究成果,發揮針灸學科“治未病”的特色和優勢,采用“標本配穴”法[16-18],即選用關元和足三里培本,助補虛,助脾運,增強抗御病邪能力;選用豐隆和中脘瀉胃熱,抑胃納,以化痰祛濕而治標。實驗結果顯示,高脂飲食誘導的 IR肥胖大鼠體質量及進食量均高于普通飼料喂養的大鼠,表明肥胖大鼠食欲亢進(胃強),攝入更多的能量,導致體內脂肪聚集。本研究結果與前期研究一致,電針干預能夠顯著降低肥胖大鼠的體質量和進食量,表明電針具有減肥降重和抑制食欲的作用[19-21]。

IR是肥胖及其相關疾病的病理基礎。早期干預肥胖,降低機體胰島素抵抗,對于預防肥胖及其相關疾病的發展具有積極的臨床意義,這與中醫學未病先防,既病防變的“治未病”思想不謀而合。血清INS含量、IPGTT、IPITT、GIR等都是評價胰島素敏感性的指標,其中高胰島素-正葡萄糖鉗夾術被國內外公認是衡量胰島素敏感性的金標準[22]。INS含量越低,GIR值越高,則胰島素敏感性越好。課題組前期研究顯示,電針能夠提高IR肥胖的胰島素敏感性。本研究結果與前期研究結果一致[21,23-24],電針干預后 IR肥胖的 INS降低,GIR值升高,這表明電針能夠提高IR肥胖胰島素敏感性。

胃腸運動的紊亂直接或間接導致能量代謝失衡[25],這可能是IR肥胖形成與發展的一個重要因素[6]。已有的研究發現,肥胖患者或高脂飲食誘導的肥胖大鼠胃腸動力處于紊亂狀態,表現為固體食物胃排空加速,近端小腸傳輸延遲,遠端小腸傳輸較慢[6]。本實驗的研究結果與其相一致,即高脂飲食誘導的IR肥胖大鼠胃腸動力處于紊亂狀態——胃運動活躍、小腸蠕動強度增大而傳輸減慢。該研究還顯示,電針既能夠降低IR肥胖大鼠胃肌生物電波的振幅、頻率,減慢胃排空,又能提高小腸推進率。這些表明電針能夠調節IR肥胖大鼠胃腸動力紊亂,既可抑制亢進的胃腸運動,又可促進小腸運動。

胃腸動力在IR肥胖的發生、發展中起十分重要的作用。一方面,胃腸動力功能通過影響腸道營養物質的消化和吸收,參與控制食欲和飽腹感,調控能量的攝入[26]。另一方面,胃腸動力功能異常降低胰島素敏感性,能量消耗減少。胃腸動力紊亂導致機體能量代謝失衡而發為肥胖。因此,從胃腸動力入手,針對影響胃腸動力的各種因素開發治療方法可能是防治 IR肥胖的一種新途徑。雖然前期研究發現,針灸可以通過對神經系統、Cajal間質細胞、胃腸肽、胃腸平滑肌以及信號通路等多層次、多系統、多靶點協調作用改善胃腸動力,但這些研究主要集中在胃腸動力障礙相關疾病[27],而對IR肥胖胃腸動力紊亂狀態調節作用的研究較少。本研究發現電針能夠調節 IR肥胖胃腸動力的紊亂狀態,提高胰島素敏感性,具有減肥降重和減少進食量的作用,但其作用機制尚不清楚,有待進一步研究。