间歇低氧运动对胰岛素抵抗大鼠体成分及血脂指标的影响

李旭武，翁锡全，林文弢

(1.广东外语外贸大学体育部，广东广州 510420;2.广州体育学院运动与健康系，广东广州 510500)

随着现代社会的发展，人类生活水平提高及生活方式改变，特别是高热量膳食和体力活动不足导致肥胖率越来越高。目前，肥胖已成为全球的一种非传染性流行疾病，肥胖产生的健康问题也已引起有关组织部门和专业人士的关注［1，2］。研究表明，肥胖引起胰岛素抵抗与体重增加时胰岛素敏感性下降有密切关系［3］，肥胖引起的胰岛素抵抗是糖尿病的根源，因此，预防和抑制肥胖及胰岛素抵抗的发生和发展是防治糖尿病的关键，也是该领域研究的热点。近年来低氧运动与健康的研究报道不断，并指出，低氧在某些疾病的治疗和康复方面具有广阔的应用前景［4］，目前，间歇低氧暴露可以通过提高机体瘦素含量调节脂代谢而降低体重［5］，并预防和抑制胰岛素抵抗的发生和发展［6］，但是迄今还未见间歇低氧运动对胰岛素抵抗机体体成分及血脂代谢的影响方面的报道。因此，本研究以高糖高脂膳食建立SD大鼠胰岛素抵抗模型基础上采用间歇低氧运动干预手段，观察胰岛素抵抗大鼠体成分和血脂指标的变化，探讨间歇低氧运动对胰岛素敏抵抗大鼠脂代谢的影响，为防治胰岛素抵抗方法提供实验依据。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象

56只SPF级6周龄健康雄性SD大鼠，体重为169.34±6.62g，购自南方医科大学动物中心(粤监证字:2006A064)。分笼饲养，自由饮食，室温22℃ ～26℃，相对湿度在50%左右，自然昼夜节律变化光照，大鼠适应环境1周后进行实验。实验大鼠以高脂膳食饲料(具体为基础饲料 59.4%、糖20%、猪油15%、蛋黄粉5%、胆盐0.2%、氯化胆碱0.15%、其他0.25%)饲养，分别在4、6周末禁食12h后，对大鼠进行糖耐量试验并测试胰岛素(FINS)，同时计算胰岛素敏感指数(ISI)=log(FBG×FINS)及胰岛素抵抗指数(IRI)=(FBG×FINS)÷22.5，以确定胰岛素抵抗［7］，结果显示6周末，大鼠达到胰岛素抵抗造模标准，之后将胰岛素抵抗造模成功中的48只大鼠随机分为常氧安静组、间歇低氧安静组、常氧运动组和间歇低氧运动组，每组12只。

1.2 间歇低氧运动干预

间歇低氧干预组4h/d在低氧环境下(O2浓度为14.5%，美国Hypoxico低氧分压系统制备)，低氧组其余时间常氧下;训练方式采用BCPT－98型跑台进行跑步运动，速度为25m/min，坡度为0°，1hr/d，7d/w，持续4w，实验期间仍以高脂饲料喂食。

1.3 样品采集与处理

各组SD大鼠在末次干预后禁食12 h左右，称重，然后用10%水合氯醛溶液腹腔注射麻醉实验大鼠，解剖后用真空血清管腹主动脉取血，并分别取肾周脂肪、附睾脂肪、股四头肌和腓肠肌，滤纸吸干，称重;动脉血室温静置1h后以3500r/min离心15min，分离血清后EP管分装，置 －20℃冰箱中保存，待测血脂指标。

1.4 测试指标与方法

大鼠体重、肾周脂肪、附睾脂肪、股四头肌和腓肠肌用国产BL－3000电子天平称量，精确至0.1g，并计算脂肪总量与肌肉总量比值。空腹血糖(FBG)采用GT－1640超级血糖仪测试;胰岛素(FINS)、采用ELISA法测试，仪器为RT－2100C型多功能酶标仪，试剂盒购自美国ADL公司;采用RT－1904型半自动生化分析仪测试血清TG、TC、HDL－C、LDL－C;所有指标均专人测试，操作步骤依据试剂盒要求严格进行。

1.5 统计学分析

采用SPSS15.0统计软件包进行统计，实验数据以平均值±标准差表示。显著性差异采用one－way ANOVA检验，显著性水平为P＜0.05，极显著性水平为P＜0.01。

2 研究结果

2.1 4周间歇低氧运动后胰岛素抵抗大鼠体成分变化

表1可见，实验4周后，与常氧安静组比较，间歇低氧安静组、常氧运动组和间歇低氧运动组大鼠体重及肾周脂肪、附睾脂肪重量出现显著性及极显著性下降(P＜0.05，P＜0.01)，而股四头肌及腓肠肌未见显著性变化(P＜0.05)，脂肪/肌肉比值也出现显著性及极显著性下降(P＜0.05，P＜0.01);另外，与间歇低氧安静组比较，间歇低氧运动组大鼠体重下降最多，且有显著性差异(P＜0.05)，而肾周脂肪量及脂肪/肌肉比值则常氧运动组和间歇低氧运动组也均显著性减少(P＜0.05)，附睾脂肪量虽有减少，但无显著性差异(P＞0.05)。

表1 4周间歇低氧或(和)运动组与常氧安静组胰岛素抵抗大鼠体成分比较

2.2 4周间歇低氧运动后胰岛素抵抗大鼠血脂指标变化

表2可知，实验4周后，间歇低氧或(和)运动干预各组大鼠血清脂代谢指标TG、TC和LDL－C均出现显著或极显著性低于常氧安静组(P＜0.05，P＜0.01)，而HDL－C则极显著性高于常氧安静组(P＜0.01);与间歇低氧安静组比较发现，只有间歇低氧运动组大鼠血清TG、TC和LDL－C显著性下降(P＜0.05)，而HDL－C虽有升高，但有显著性意义(P＞0.05)。

表2 4周间歇低氧或(和)运动组与常氧安静组胰岛素抵抗大鼠血脂代谢有关指标比较

3 讨论

胰岛素抵抗是指正常浓度胰岛素的生理效应低于正常，主要表现为胰岛素抑制肝脏释放葡萄糖的能力及促进周围组织摄取和利用葡萄糖的能力下降［8］。与胰岛素抵抗病因及发病机制有关因素包括环境和遗传两类因素，前者主要有摄食过多(尤其脂肪类)、体力活动减少所引起的一系列代谢变化;后者与胰岛素信号传导通路、调节糖脂代谢的多种基因的多态性及突变有关。由此可知，如果从能量代谢平衡角度来说，控制体重，减少体内脂肪含量在改善胰岛素抵抗状态时应起着关键的作用，因此，在胰岛素抵抗的非药物治疗手段中，运动锻炼是较早提倡的方法之一，其目的是通过运动增加机体能量消耗，特别是脂肪分解代谢。以往研究证实，机体对长期有规律的有氧耐力练习最主要的适应性改变就是在中等强度的身体活动中利用脂肪的能力相对于利用糖的能力的提高［9］。有训练者比无训练者在消耗同等能量情况下，能代谢掉更多的脂肪。运动可直接或通过减少体脂对抗伴随腹部肥胖的代谢紊乱，降低肥胖者因脂代谢异常而提高的患CVD的危险性［10］。近期的一些研究也显示，间歇低氧也可以通过增加机体基础代谢率而减少体脂含量，从而达到降低体重的效果［11］。本研究结果显示，经6周高糖高脂膳食处于胰岛素抵抗状态的SD大鼠通过4周的间歇低氧或(和)运动后，与常氧安静组比较，无论是间歇低氧安静组还是运动组、间歇低氧运动组体重、肾周脂肪及附睾脂肪重量均出现极显著或显著性下降和减少，并且间歇低氧运动组的体重下降和肾周脂肪减少相对较多，此结果与以往研究基本一致，说明即使在胰岛素抵抗的状态下，间歇低氧运动干预仍然可以达到减体脂降体重的效果。间歇低氧运动对于减体脂降体重作用主要在于一方面低氧或(和)运动可以增加能耗，促进脂肪代谢;另一方面可以通过低氧来抑制食欲，降低胃肠道的消化吸收功能，减少能量摄入，从而达到降体重、减体脂的目的［12，13］。实际上，低氧运动还可通过影响机体的一些代谢酶的活性来影响机体的物质代谢，总体表现为促进机体物质的分解和抑制机体物质的合成［14］;另外，最近的研究显示，低氧还可提高ob基因的表达，使瘦素的含量提高，瘦素可从多方面调节脂代谢，达到减肥的目的［15］。

另外，本研究检测大鼠的股四头肌和腓肠肌的质量，发现各组肌肉含量变化不大，只是单独低氧干预组肌肉总重量略低，但高脂饲料喂养各组来比无显著差异，说明间歇低氧或(和)运动干预对肌肉的影响较小，运动和低氧主要是通过降低体内脂肪含量来降低大鼠体重。从脂肪和肌肉比来看，间歇低氧安静组比值最大，说明脂肪占体重比比较高，这是由于低氧环境使血清GH的水平下降，从而严重抑制肝脏分泌IGF－Ⅰ以血清IGF－Ⅰ的利用，导致蛋白质合成减少［16］，而运动组股四头肌含量相对较高，脂肪/肌肉比值接近，说明间歇低氧暴露同时进行运动的干预方式可能对于保持胰岛素抵抗大鼠的脂肪肌肉比趋向正常化更加有利。

运动可以改善血脂代谢。正常情况下，肝脏生成TG主要靠酯化脂肪酸生成。TG生成后由VLDL运至肝外。当外源性脂肪被大量摄入后，血中游离脂肪酸被大量酯化，造成血液中TG的含量增加，马国栋等［17］的试验证明:高脂组TG的浓度显著高于正常组。脂肪供能依赖于运动时间和运动强度，当运动负荷低于50%VO2max时，以脂肪供能为主，强度越小，脂肪供能比例越大。而脂肪主要以TG的形式存在。脂肪动员时，可分解TG为游离脂肪酸进行供能。运动影响血脂质水平的可能机制之一为LPL活性的增加［18］。LPL是TG水解关键酶，其活性的升高可有效地清除血浆中的TG。许多实验已证实运动可使LPL活性增加。说明运动具有显著的降TG作用。

低氧也可以改善机体脂代谢。机体脂肪的代谢与健康关系密切，脂代谢紊乱可引起肥胖及高脂血症，导致心血管疾病的产生。低氧条件下由于机体热能需要增加，引起高代谢、负氮平衡、应激性脂动员以及矿物质和维生素等变化，以适应能量需要为最终目的的整合调节过程，这种情况下，机体对能量的需要依靠贮备能量径路来供给。低氧条件下机体反馈性自身调节能力，提高了机体心肺系统的功能，促进脂代谢的过程［19］。翁锡全［20］等的研究表明，间歇低氧刺激均可以改善大鼠体内的血脂及载脂蛋白的代谢状况。本研究结果表明，4周，1h/d的常氧运动和低氧环境刺激，均可显著降低大鼠血清TC、TG水平，而低氧运动组大鼠降低的更明显，结果与Tin＇kovAN的研究一致［21］。长时间低氧刺激，机体能量消增加，分解代谢加强，脂肪酶活力减弱，分解酶活力增强，体内分解大于合成代谢，脂肪贮存量减少，且低氧时体内能量主要由糖和脂肪在体内经氧化代谢产生，使脂肪消耗过多［22］;另一方面，在低氧环境下，除氧气供应不足外，还有氧化还原酶系统活性降低，因而三羧酸循环受阻，氧化过程受抑制，糖酵解增强［23］，脂肪动员脂库中储脂经常被动员而消耗于骨骼肌和心肌的氧化供能，而运送入肝合成脂类的比例减少;同时，血脂浓度降低，也与低氧环境下小肠对脂肪的吸收大大降低有关。从本实验的结果来看，运动和低氧的干预可改善胰岛素抵抗大鼠的脂代谢状况。显著降低TG、TC和LDL－c的浓度，提高HDL－c含量;运动干预的效果要好于单独低氧干预;运动加低氧双重干预效果最好，与以往研究一致。

4 小结

4.1 间歇低氧运动可以有效降低胰岛素抵抗大鼠脂肪含量而增加肌肉比重，说明间歇低氧运动干预可促使胰岛素抵抗大鼠体成分向正常化发展。

4.2 间歇低氧运动可以有效降低胰岛素抵抗大鼠血脂TC、TG和LDL－C及提高HDL－C水平，提示间歇低氧运动干预可改善胰岛素抵抗大鼠血脂代谢。

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