有氧运动对大鼠胰岛素敏感性的时相性影响

柏建清 (淮阴师范学院体育学院，江苏 淮安 223300)

胰岛素抵抗(IR)即胰岛素敏感性降低是非胰岛素依赖型糖尿病(NIDDM)的发病基础，也是其发病的中心环节，改善胰岛素敏感性对预防和治疗糖尿病有重要的意义。运动可增强人体对胰岛素的敏感性从而改善IR，是防治糖尿病的有效措施之一。而运动对胰岛素敏感性影响的时相性变化过程的文献报道甚少。本研究旨在观察经过6 w有氧运动的大鼠在最后一次训练结束后即刻、24 h、48 h、72 h血清胰岛素敏感性的时相性变化过程，为运动防治糖尿病提供有意义的理论依据。

1 材料与方法

1.1 动物及分组 健康雄性SD大鼠50只，8周龄，体重(202.18±23.57)g，组间差异不具有显著性，徐州医学院动物实验中心提供。随机分为5组(n=10):安静对照组(C):不外加运动。有氧运动组(T):分4组，均实施有氧运动方案。①有氧运动即刻组(T0):最后一次训练结束后即刻处死。②有氧运动后24 h组(T1):最后一次训练结束后24 h处死。③有氧运动后48 h组(T2):最后一次训练结束后48 h处死。④有氧运动后72 h组(T3):最后一次训练结束后72 h处死。饲养条件:单笼饲养，饲养笼选用塑料制品，并配合不锈钢罩，自然光照，通风条件良好，室温18℃ ～25℃，相对湿度50% ～55%，国家标准啮齿类动物固体混合饲料喂养，自由进食饮水。

1.2 预实验-测定乳酸阈跑速 乳酸阈跑速的测定:从所有大鼠中随机抽取6只，采用逐级递增负荷跑台运动，起始跑速为25 m/min，每5分钟递增3 m/min，至40 m/min。分别采取安静时和各级负荷后即刻大鼠尾血测定血乳酸(LA)。根据安静时和各级负荷血乳酸浓度的平均值，采用Beaver等的对数转换法，即Log-Log法，求得的乳酸阈跑速为30.2 m/min。

1.3 有氧运动方案 实验大鼠常规喂养1 w，并在水平跑台上进行适应性慢跑，前两天的速度为10 m/min，每次慢跑不超过5 min，2 d后分别以10、15 m/min速度各跑5 min。有氧运动组大鼠适应性训练后休息2 d，即在水平跑台进行正式训练，训练强度根据乳酸阈实验结果，采用逐级递增方式至第5周达到90%乳酸阈跑速(27 m/min)，以保证大鼠进行的均为有氧运动。正式训练共6 w，每周训练5 d，休息2 d。第1周为15 m/min、15 min，第 2 周为 18 m/min、20 min，第 3 周为21 m/min、30 min，第 4 周为 24 m/min、40 min，第 5 ～6 周为27 m/min、50 min。

1.4 样品的采集和制备 经过6 w的饲养和训练后，T0组于最后一次训练结束后即刻与安静对照组同时取材，T1～T3组分别于最后一次训练结束后24 h、48 h、72 h于安静状态下取材。各组取材时间均为上午8:00～10:00。所有大鼠均禁食12～14 h，其间自由饮水。取样前，腹腔注射20%氨基甲酸乙酯(1.5～2 g/kg)麻醉，摘除眼球取血，常规制备血清。

1.5 测试方法 放射免疫(RIA)法测定血清中胰岛素含量，测量仪器为GC-1200γ放射免疫计数器。胰岛素放射免疫分析试剂盒购于中国原子能科学研究院同位素所。血清葡萄糖含量采用GOD-PAP法测定，测量仪器为分光光度仪(7230 G)。葡萄糖测定试剂盒购于上海荣盛生物技术有限公司。

2 结果

与C组相比，有氧运动训练各组大鼠血糖无明显波动(P＞0.05)。与 C组相比，T0、T1组显著下降 (P＜0.05，P＜0.01)，T2、T3组下降不具有显著性(P＞0.05)。各组下降幅度分别为15%、56%、11%、8%。与C组相比，T1组胰岛素敏感指数(ISI)显著升高(P ＜0.01)，T0、T2、T3组有升高趋势，但不具有显著性差异(P＞0.05)。各组上升幅度分别为4.6%、15.5%、3%、2%。见表1。

表1 各组大鼠血糖、血清胰岛素含量和ISI的变化()

表1 各组大鼠血糖、血清胰岛素含量和ISI的变化()

与C组比较:1)P＜0.05，2)P＜0.01

组别 n 血糖(mmol/L)10 5.43±0.37 26.24±4.19 －4.96±0.44 T0组 9 5.09±0.46 22.25±4.251) －4.73±0.67 T1组 8 5.68±0.38 11.59±2.712) －4.19±0.232)T2组 8 5.29±0.25 23.30±2.97 －4.81±0.30 T3组ISI C组血清胰岛素(μIU/ml)9 5.36±0.36 24.14±3.67 －4.86±0.28

3 讨论

目前，越来越多的流行病学研究的结果已经证实，NIDDM的发病率与人群的运动水平密切相关。长期缺乏运动、高脂高糖饮食通常是造成IR和(或)高胰岛素血症的主要原因，而规则的体育运动、适度减重以及低脂肪、富含纤维素的低热量膳食可改善胰岛素的敏感性。张爱芳等〔1〕研究发现，大鼠在跑台上进行35 m/min，35 min的运动后即刻，血糖及胰岛素明显降低，24 h有恢复的趋势，但仍低于运动前水平。陈松娥等〔2，3〕分别用抗阻训练和有氧运动对绝经后妇女的研究发现，抗阻训练和有氧运动后血糖浓度无明显变化，但血胰岛素浓度下降，胰岛素敏感性显著增加，说明有氧运动可改善绝经后妇女的胰岛素抵抗。本研究发现，有氧运动各组大鼠血糖无明显波动可能与以下因素有关。首先，运动中交感神经兴奋，引起肾上腺素浓度增加。一方面，通过β-肾上腺素受体激活腺苷酸环化酶(CAMP)触发耦联反应，引起激素敏感性的脂肪酶活性增加，促进脂肪水解。另一方面，肾上腺素还抑制肌肉摄取葡萄糖，促进胰高血糖素的分泌，抑制胰岛素的分泌。其次，血浆FFA浓度升高，导致脂肪酸氧化增加，进而生成的乙酰辅酶A增多，这会抑制丙酮酸脱氢酶的活性，糖分解减少，从而节约了糖。乙酰辅酶A/辅酶A比率增加也会抑制磷酸果糖激酶(PFK)、己糖激酶(HK)的活性。这些因素综合作用的结果，使得糖酵解率和糖原分解率减少，血糖维持相对恒定。第三，肝脏、肾脏这些参与糖异生的器官对运动中血糖的相对恒定也具有重要的意义。有氧运动使各组大鼠血清胰岛素水平下降，胰岛素敏感性升高并具有时相性可能不仅仅是运动训练的结果，而且还可能与最后一次运动所产生的延迟作用有关。

长期运动训练导致胰岛素敏感性增加的机制仍未完全阐明:(1)胰岛素的信号转导。在胰岛素的受体后信号转导中，研究得比较深入的主要为以下两条通路:①PI-3k途径。②Ras-MAPK途径。对肥胖者和NIDDM患者的骨骼肌研究发现，其胰岛素信号传导通路存在缺陷。特别是胰岛素受体底物-1(IRS-1)的磷酸化和磷脂酰肌醇3-激酶(PI-3K)的活性在胰岛素刺激下降低。胡瑞萍等〔4〕发现，8 w游泳训练后，大鼠骨骼肌中PI-3K和Ras途径中的关键下游蛋白的表达和磷酸化程度都显著增高。这表明运动可以通过提高胰岛素信号转导过程中的关键蛋白的活性来提高胰岛素的敏感性。(2)葡萄糖载体(GLUT4)。在周围组织中，利用葡萄糖最主要的是骨骼肌，目前研究表明，骨骼肌摄取葡萄糖是一种耗能的主动吸收，葡萄糖的跨膜转运是最主要的限速步骤，而这一过程依靠细胞膜上的特异转运蛋白-GLUT4。在基础状态下，90%GLUT4位于胞浆内，而在运动作用下 GLUT4可以转至细胞膜上。杨晓冰等〔5〕研究发现，6 w游泳运动的大鼠骨骼肌细胞内膜GLUT4含量增加16%，而细胞外膜GLUT4含量增加71.9%，说明运动不仅可增加骨骼肌细胞总体GLUT4含量，还具有促进细胞内膜GLUT4向细胞外膜转位的作用。(3)体成分和脂代谢。运动可以使肌肉量增加的效果已经是无可置疑。力量训练选手与一般跑步者比较在身体摄取葡萄糖时所需分泌胰岛素浓度较小，显示其胰岛素敏感性较高〔6〕。而脂肪组织内能源储存量多寡，可影响肌肉组织及肝脏对胰岛素的敏感性，高浓度FFA可在胰岛素信号转导的受体后各个位点抑制胰岛素信号传递，在IR发生过程中具有重要的作用，而规律运动可以使身体脂肪储存量以及血浆FFA水平下降，因此，运动训练可以有效地减轻胰岛素抵抗的发生。(4)毛细血管血流量。尽管运动引起血浆胰岛素浓度下降，但运动可以使得血液重新分配，骨骼肌中工作肌的血流量增多，从而使局部组织的胰岛素浓度并不减少，还有可能增多。此外，运动训练可明显提高肌肉血管一氧化氮合成酶(NOS)的活性〔6〕，使血管扩张能力增强，血液更有效地通往肌肉的各个部分，最终增加肌肉的葡萄糖吸收能力，提高肌肉的胰岛素敏感性。(5)肝葡萄糖输出和糖原合成。训练可使健康受试者运动期间肝葡萄糖输出下降，降低肝糖原分解和糖异生，但安静时的葡萄糖动力学没有改变。一次急性运动可通过提高糖原合成酶的活性加快糖原合成，从而降低血糖浓度，在运动所至的胰岛素敏感性提高中起了重要的作用。实际上，运动后糖原合成酶活性可见提高。有实验让大鼠负重游泳2 h后发现，一直到运动后6 h，糖原合成酶的活性仍见显著增高〔7〕。(6)氧化应激因素。链脲佐菌素和四氧嘧啶通过自由基对胰岛细胞的作用使实验大鼠患发糖尿病;抗氧化剂缺乏能够产生与链脲佐菌素诱发大鼠糖尿病相似的结果;毛晓明等〔8〕报道，抗氧化剂维生素能改善糖耐量受损患者IR。程守科等〔9〕研究发现，剧烈运动后的短时间内胰岛素敏感性随超氧化物歧化酶(SOD)的降低而下降，而当使用抗氧化剂阻止SOD下降使胰岛素敏感性下降幅度降低，说明运动下的氧化应激是胰岛素敏感性下降的原因之一。(7)内分泌激素。运动使交感肾上腺系统应答反应增强，致使血中儿茶酚胺类激素的浓度增加，抑制了胰岛素的分泌。规律运动可提高机体对胰岛素的敏感性并增加血浆性激素结合球蛋白的水平，人体对胰岛素的敏感性与血浆性激素结合球蛋白的水平呈负相关〔10〕。此外，脂联素是脂肪细胞产生的一种胶原样细胞因子，不仅具有调节胰岛素分泌、细胞胰岛素受体的敏感性和GLUT4的表达转位等维持糖脂代谢的作用，提高机体对胰岛素的敏感性〔11〕，而且还具有抗炎、抗动脉粥样硬化的作用。李斌等〔12〕研究发现，中等强度运动可改善NIDDM肥胖患者胰岛素敏感性，同时血浆脂联素水平明显升高。

有氧运动对大鼠血糖无明显影响，但使血清胰岛素时相性下降，胰岛素敏感性时相性升高，且可持续数天，有氧运动是预防非胰岛素依赖型糖尿病的较佳方案。

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2 陈松娥，彭峰林，邓树勋.抗阻训练对绝经后妇女血脂代谢和胰岛素敏感性的影响〔J〕.体育学刊，2006;13(6):48-50.

3 陈松娥.有氧运动对绝经后妇女血脂代谢和胰岛素敏感性的影响〔J〕.天津体育学院学报，2007;22(2):165-7.

4 胡瑞萍，吴 毅，胡永善.运动对大鼠骨骼肌胰岛素信号转导蛋白表达和活性的影响〔J〕.中国康复医学杂志，2005;20(6):409-11.

5 杨晓冰，吴 毅，李益明，等.运动促进大鼠骨骼肌细胞葡萄糖运载体4的转位〔J〕.中国运动医学杂志，2000;19(1):37-9.

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9 程守科，黄玉萍，于军一，等.剧烈运动后短时间内胰岛素敏感性改变及其氧化应激因素分析〔J〕.中国应用生理学杂志，2007;23(3):285.

10 王 玉，任 燕，曾 燕，等.运动对血 SHBG的影响以及与胰岛素敏感性关系研究〔J〕.成都体育学院学报，2005;31(4):95-8.

11 Hotta K，Funahashi T，Bodkin NL，et al.Circulating concentrations of the adipocyte protein adiponectin are decreased in parallel with reduced insulin sensitivity during the progression to type 2 diabetes in rhesus monkeys〔J〕.Diabetes，2001;50(5):1126-33.

12 李 斌，刘礼斌，刘小莺，等.中等强度运动对2型糖尿病伴肥胖患者胰岛素敏感性及血浆脂联素水平的影响〔J〕.中国临床康复，2005;39(9):22-4.