不同碳水化合物含量饮食对大鼠脑组织葡萄糖代谢的影响*

福建医科大学附属第一医院核医学科 缪蔚冰 张建媛 季泽强 黄 超



不同碳水化合物含量饮食对大鼠脑组织葡萄糖代谢的影响*

福建医科大学附属第一医院核医学科 缪蔚冰 张建媛 季泽强 黄 超

目的：探讨不同碳水化合物含量饮食对大鼠脑组织葡萄糖代谢的影响。方法：75只SD大鼠，随机分成3个饮食组：低碳水化合物(LC)组、中碳水化合物(IC)组和高碳水化合物(HC)组，每个饮食组又分为一餐、二餐、三天、五天、七天等不同喂养时间组(5只/喂养时间/饮食组)。经尾椎静脉注射18F-FDG后1h，处死大鼠，取脑组织和肝脏组织，以γ放射免疫计数器测定其单位质量的放射性计数，并计算每克脑组织与肝脏放射性计数（脑/肝）比值。结果：LC组脑/肝比值明显高于其他两个饮食组(F=15.417，P<0.01)；IC组和HC组之间，差异无统计学意义(P>0.05)。LC组经一餐、二餐喂养，大鼠脑/肝比值虽有增高趋势，但差异无统计学意义(P>0.05)；而经过三天、五天的喂养时间，脑/肝比值逐渐增高，两组差异有统计学意义(P<0.05)，且明显高于一餐和二餐组(P<0.05)。IC组和HC组，经过不同喂养时间，大鼠脑/肝比值均无明显变化，各组间差异无统计学意义(F值分别为0.374和0.405，均P>0.05)。结论：一餐乃至一天的低碳水化合物饮食，对脑组织葡萄糖代谢的影响不大；持续3天以上的低碳水化合物饮食，才可以提高脑组织对葡萄糖的利用。

碳水化合物饮食18F-FDG 喂养时间

18F-FDG作为葡萄糖类似物，是目前临床PET/CT显像中应用最为广泛且成熟的放射性药物。18F-FDG显像反映了组织和细胞对葡萄糖的利用和代谢情况。国内外已有动物和临床研究报道饮食结构的改变可以影响心肌对18F-FDG的摄取[1-2]，但对脑18F-FDG摄取的影响，则尚未见有报道。本研究以SD大鼠作为观察对象，分别用不同碳水化合物含量饲料喂养不同的时间，通过测定大鼠脑组织对18F-FDG的摄取情况，探讨不同碳水化合物含量饮食对脑组织葡萄糖代谢的影响，从而为指导临床PET显像前饮食准备提供客观依据。

1 材料和设备

SD大鼠，雄性，4周龄，购于上海斯莱克实验动物有限责任公司。实验中三种不同碳水化合物含量的饲料由上海斯莱克实验动物有限责任公司提供。GC-1200γ放射免疫测定仪，安徽中科中佳科学仪器有限公司。

2 实验方法

2.1 饮食

低、中、高三种碳水化合物饲料构成见表1。

2.2 实验大鼠的喂养和分组

SD大鼠75只，普通饮食喂养2周后，将其随机分成三个饮食组(25只/饮食组)：低碳水化合物(LC)组、中碳水化合物(IC)组和高碳水化合物(HC)组。每个饮食组又分为一餐、二餐、三天、五天、七天等不同喂养时间组(5只/喂养时间/饮食组)。每个喂养组经尾椎静脉注射18F-FDG后1h，处死大鼠，取脑组织和肝脏组织，以γ放射免疫计数器测定其单位质量的放射性计数，并计算每克脑组织与肝脏放射性计数（脑/肝）比值。

表1 三种不同碳水化合物含量饲料构成

2.3 大鼠脑组织放射性摄取的测定

实验前一晚10时后开始对大鼠禁食10小时以上。实验当天经腹腔注射20% 水合氯醛(3mL/kg)麻醉后，尾椎静脉注射18F-FDG 3.7MBq，1h后剪开大鼠颈动脉放血处死，取全脑组织，另每只大鼠取相同部位的部分右肝组织，分别装入标记好的试管内，按编号顺序依次装入γ放射免疫计数仪的试管架上，测定脑组织与肝脏的放射性计数（CPM）。以电子天平测定脑组织和肝脏组织质量，并计算每克脑组织和肝脏的放射性计数比值（B/L）。

2.4 统计分析

采用SPSS17.0统计软件进行统计学分析，实验数据以均数±标准差(±)表示。各实验组之间结果差异用方差分析比较，<0.05为有统计学意义。

3 结果

不同饮食组大鼠经不同喂养时间，脑/肝比值见表2。

表2 不同碳水化合物含量饮食不同喂养时间大鼠B/L(±s)

表2 不同碳水化合物含量饮食不同喂养时间大鼠B/L(±s)

一餐二餐三天五天七天 LC组IC组HC组1.914±0.2282.008±0.2412.148±0.1752.365±0.2302.146±0.1592.058±0.1802.677±0.4682.031±0.2922.024±0.3183.389±0.7822.067±0.2582.002±0.2912.775±0.5131.981±0.2301.972±0.152

LC组脑/肝比值明显高于其它两个饮食组(=15.417，<0.01)；IC组、HC组间脑/肝比值，差异无统计学意义(>0.05)。

LC组经一餐、二餐喂养，大鼠脑/肝比值虽有增高趋势，但差异无统计学意义(>0.05)，三天、五天喂养时间组，大鼠脑/肝比值逐渐增高，两组差异有统计学意义(<0.05)，明显高于一餐和二餐组(<0.05)；但经七天喂养后，大鼠脑/肝比值低于五天组(<0.05)，但与三天组比较差异无统计学意义(>0.05)。LC组中，三天、五天、七天喂养时间大鼠脑/肝比值明显高于IC组、HC组的相同喂养时间，差异有统计学意义(<0.05)。IC组经过不同喂养时间，大鼠脑/肝比值差异无统计学意义(=0.374，>0.05)；HC组大鼠随喂养时间的延长脑/肝比值有少量减低，但各时间组之间差异无统计学意义(=0.405，>0.05)。

4 讨论

18F-FDG是葡萄糖类似物，目前广泛应用于临床PET/CT显像中。同天然葡萄糖一样，18F-FDG经静脉注入后，由位于细胞膜外表面的葡萄糖转运蛋白（GLUT）介导跨膜进入细胞液内[3]。饮食中含糖类、脂类以及蛋白质等营养物质，进入人体后经过消化吸收，在体内氧化分解，为机体提供能量。心脏可以利用葡萄糖、游离脂肪酸和酮体等多种物质作为能量底物，而脑组织则不同，必须依靠细胞内持续的葡萄糖代谢供能才可以维持脑组织结构与功能的完整。在生理情况下，脑的唯一能量底物是葡萄糖；而在严重饥饿时，体内酮体逐渐增加，脑组织也可以逐渐利用酮体来提供能量[4]。脑细胞摄取葡萄糖主要通过GLUT1和GLUT3来完成。

本研究表明，LC组大鼠的脑/肝比值明显高于IC组和HC组；同时，大鼠经一餐和两餐的LC喂养，脑组织对葡萄糖的摄取并没有明显变化，直至第3天脑对葡萄糖的利用才开始增加，并在第5天达到高峰后有所下降时。由此可见，一餐乃至一天的低碳水化合物饮食对脑组织FDG的摄取影响不大；持续3天以上的低碳水化合物饮食，才可以增加脑组织对葡萄糖的利用。此外，本研究还表明，高碳水化合物饮食对脑组织葡萄糖代谢影响不大。我们分析认为，可能是由于3天的低碳水化合物高脂饮食导致机体内糖供给不足，血糖水平降低，脑组织为了保证能量的供给，增加了对葡萄糖的摄取；而经过一段时间以后，大鼠体内达到一个自身的平衡，血糖维持稳定，因而对葡萄糖的摄取又逐渐下降。在高碳水化合物饮食时，由于血糖水平增高，机体为了防止过多的葡萄糖进入脑组织造成脑细胞损害而减少了对葡萄糖的摄取。Yutaka和Roman等[5,6]的研究结果也表明，机体血糖水平的改变与脑组织FDG的摄取密切相关。

综上所述，一餐乃至一天低碳水化合物饮食，对脑组织FDG摄取的影响不大；持续3天以上的低碳水化合物饮食，才可以提高脑组织对FDG的摄取。因此，在临床脑功能18F-FDG显像中，通过改变饮食结构来提高脑组织对18F-FDG的摄取不现实；而在脑肿瘤18F-FDG代谢显像中，也很难可能通过增加饮食中碳水化合物的含量来降低脑组织对FDG的摄取，达到提高靶/非靶比值的目的。

[1] Williams G，Kolodny GM. Suppression of myocardial 18F-FDG uptake by preparing patients with a high-fat，low-carbohydrate diet[J]. Am J Roentgenol，2008，190（2）：W151-156.

[2] 缪蔚冰，王荣福，Blaufox MD，等.不同含量碳水化合物饮食对大鼠心脏和脑18F-FDG摄取的影响[J]. 中国医学影像技术，2009，25（7）：1276-1278.

[3] 潘中允. PET/CT诊断学[M]. 北京：人民卫生出版社，2009：160-162．

[4] Vannucci SJ, Simpson IA. Developmental switch in brain nutrient transporter expression in the rat [J]. Am J Physiol Endocrinol Metab，2003，285(5)：E1127-E1134.

[5] Uehara Y，Nipper V，McCall AL. Chronic insulin hypoglycemia induces Glut-3 protein in rat brain neurons [J]. Am J Physiol，1997，272(4 Pt 1): E716-E719.

[6] Duelli R, Maurer MH, Staudt R, et al. Increased cerebral glucose utilization and decreased glucose transporter Glut1 during chronic hyperglycemia in rat brain [J]. Brain Res，2000，858(2)：338-347.

福建省自然基金（2010J01154），福建省教育厅课题（JB09119）。

缪蔚冰。