不同运动间歇时间对2型糖尿病大鼠股四头肌GLUT4含量的影响

宗克强，郑 超

（1.齐齐哈尔大学体育学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006； 2.辽宁师范大学体育学院，辽宁 大连 116029）

运动人体科学

不同运动间歇时间对2型糖尿病大鼠股四头肌GLUT4含量的影响

宗克强1，郑 超2

（1.齐齐哈尔大学体育学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006； 2.辽宁师范大学体育学院，辽宁 大连 116029）

目的：分析不同运动间歇时间对2型糖尿病大鼠股四头肌GLUT4含量的影响。方法：选择60只健康大鼠，随机选择10只大鼠作为正常对照组（C组），其余50只为实验组，经过高糖高脂饲养1个月后，死亡6只，2型糖尿病造模成功44只，随机选择40只，将40只糖尿病大鼠分为糖尿病对照组（T组）、运动间隔24h组（T1组）、运动间歇48h组（T2组）、运动间歇72h组（T3组）。实验时，各组实验大鼠进行60min的一次性中等强度的运动，分别在各组大鼠休息24h、48h和72h后，测定大鼠体内胰岛素水平，以及取大鼠骨骼四头肌测定GLUT4的含量。结果：一次性中等强度的运动之后，经过不同时间长度的休息后，各组实验大鼠体内胰岛素水平较实验前有了明显的提高（显著性水平为P＜0.05），其中，T2组升高最为明显。经过不同时间长度的休息后，2型糖尿病各运动组（T1组、T2组、T3组）的大鼠股四头肌内GLUT4含量均出现明显的增加。其中，以T2组的效果最明显。结论：1）一次性中等强度运动后，经过不同间歇时间的休息后，糖尿病大鼠血糖水平与运动前相比都有了一定程度的降低，其中以间歇时间为48h组的大鼠血糖的降低水平最为明显；2）一次性中等强度运动后，不同运动间歇时间可以使糖尿病大鼠胰岛素水平得到很大程度的提升；3）一次性中等强度耐力运动后，不同间歇时间能够增加糖尿病大鼠骨骼肌中GLUT4含量，其中以间歇时间为48h组的大鼠的GLUT4含量的升高最明显。

2型糖尿病；一次性运动；GLUT4；胰岛素抵抗

人类与大鼠葡萄糖转运蛋白-4（GLUT4）的核苷酸序列相似度很高，相似度大约在95%左右。其中，GLUT4可以影响骨骼肌细胞对葡萄糖的吸收和利用，而葡萄糖在骨骼肌中的跨膜转运也同样受到GLUT4结构的影响。机体脂肪组织和骨骼肌、心肌细胞胞浆中的GLUT4具有很强的胰岛素敏感性，但一般情况下不会表现出来。只有在胰岛素的作用下，才能够激活GLUT4的活性，并将GLUT4转运到细胞膜上，从而促进机体组织中细胞储存与吸收葡萄糖。

人体中的骨骼肌是代谢葡萄糖的主要场所，正常情况下可以消耗机体20%的葡萄糖，而在高胰岛素刺激下可以消耗全身70%～85%的葡萄糖。

实验研究证实：胰岛素抵抗和胰岛β细胞的功能障碍是引起2型糖尿病的罪魁祸首。胰岛素抵抗致使GLUT4表达失常。胰岛素抵抗是诱发机体患上2型糖尿病的主要因素，胰岛素抵抗严重影响了糖尿病的治疗。而GLUT4的转运异常是诱发胰岛素抵抗的最主要原因。

GLUT4需要在激活的情况下才可以转运葡萄糖，否则它自己不可发生功效。运动锻炼与肌肉的收缩可以影响GLUT4的活性，这和胰岛素干扰葡萄糖的转运有着相似的效果。目前对运动训练与2型糖尿病的研究主要集中在不同运动时间与强度、有氧运动与抗组训练、运动干预等方面。而不同间歇时间的运动对2型糖尿病血糖的影响尚不多见，因此本文试图探讨中等强度运动时不同间歇时间的运动对2型糖尿病GLUT4含量的影响。

1 实验对象与方法

1.1 实验对象实验动物是购自大连医科大学实验中心的60只10（±2）周的雄性SD（Sprague-Dawley）大鼠，饲养许可证号为SCXK（辽）2008-0002。将60只健康的雄性SD大鼠在标准环境下分笼饲养，以常规饲料饲养1周后，随机选取10只大鼠作为正常对照组（C组），继续以正常饲料喂养，其余为实验组，以高糖高脂饲料喂养1个月，制成2型糖尿病模型，其中6只死亡，造模失败，造模成功44只，随机选取造模成功的2型糖尿病大鼠40只，平均分为4组，分别为2型糖尿病对照组（T组）、运动间歇时间为24h组（T1组）、运动间歇时间为48h组（T2组）、运动间歇时间为72h组（T3组），剩余的4只备用。

1.2 实验方法要严格控制大鼠的饲养温度，饲养温度在18℃～24℃，高脂高糖饲料饲养1个月，对大鼠进行糖耐量实验，往大鼠腹内注射30mg/kg的经过处理的药品STZ，STZ溶于pH值为4.4、浓度为0.1mmol/L的柠檬酸缓冲液当中。

实验组分为2型糖尿病对照组（T组）和运动训练组（T1组、T2组、T3组）；对照组采用自由活动，而T1至T3组大鼠进行一次性中等强度的运动（约50%VO2max，15m/min）[1]，运动时间为60min[2]。运动可以在跑台上进行，T1组的间歇时间为24h，T2组的间歇时间为48h，T3组的间歇时间为72h。

1.2.1 大鼠血糖、胰岛素的测量安静状态下，测量大鼠的体质量并记录，断尾取血测试大鼠血糖及胰岛素的含量，在测试血糖与胰岛素时应严格按照试剂盒上的标注进行操作。

1.2.2 GLUT4含量的测量

1）样品制备与蛋白定量

提取蛋白质：研磨组织，加入RIPA组织裂解液，转EP管匀浆，反复离心，离心后提取上清液，加入到小Tube管中，在-20℃的温度下保存，待用。

蛋白质的定量：用Bradfold方法进行蛋白质定量，标准的蛋白质定量曲线采用1 mg/ml BSA的方法进行制作。

本次试验我们利用酶标仪检测595nm环境中实验样品的吸光值，收集测试数据，用Excel表格整理数据，列出一个一元线性回归方程（其中方程的表现形式为y=kx+b），规定表格x值为实验样本上清液浓度数值，y值为上清液在595nm的环境中的吸光值。通过这个方程式就可得出样本的浓度数值。

2）SDS-PAGE

制备凝胶，准备样本，上样，电泳，本实验用刀片在胶片上切一个小孔做标记，标记位置在左上角，这样可以方便我们辨认和识别，标记方法是：当用刀切掉浓缩胶片的时候，记下顺序。

3）Western Blot

平衡、转膜、封闭、免疫结合、显色等环节观察蛋白变化。

1.3 统计方法采用SPSS21.0、Excel等统计软件对数据进行整理与分析；对组间显著性差异的比较采用单因素方差分析（One-Way ANOTA），显著性水平α=0.05。

2 结果与分析

2.1 不同运动间歇时间对各组大鼠血糖水平的影响运动前后，各实验大鼠的血糖水平详见表1。

表1 不同运动间歇时间对各组大鼠血糖水平的影响（±SD）Tab.1 Different rest time will affect different groups of rats blood glucose

由表1可知，运动前，对照组（C组）的血糖水平（Blood glucose）明显低于实验组各组大鼠的血糖水平。分别将T1组、T2组、T3组与T组血糖水平相比，各组的差异性不大。一次性中等强度运动之后（Postexercise），并经过不同时间的休息后，各2型糖尿病运动训练组（T1、T2、T3）大鼠体内的血糖有不同程度的降低，其中，实验组T2组大鼠体内的血糖下降的最明显（P＜0.01）。

经过相同时间的一次性中等强度的运动后，2型糖尿病大鼠经过不同时间的休息后，血糖水平都有明显的降低。因此，在一次性中等强度的运动之后，不同运动间歇时间会对2型糖尿病患者体内的血糖产生影响，使血糖水平降低，这对维持糖尿病患者血糖平衡有很重要的作用。还可以发现2型糖尿病大鼠休息48h后（T2组），体内的血糖水平下降最为明显，由此证明：当运动强度和运动时间一定时，48h小时后再进行锻炼，能够达到最佳的降低血糖的效果。

胰岛素是由胰岛细胞分泌的转运蛋白质激素，可以对血液中的血糖进行控制和调节，在维持血糖平衡方面有重要作用。机体外周组织摄取转运葡萄糖的能力受到胰岛素抵抗的影响而下降，当胰岛素出现抵抗时就会降低机体吸收和消耗葡萄糖的能力。以科学合理的运动方式提高胰岛素的敏感性，降低胰岛素抵抗，并对2型糖尿病的治疗进行干预，这是治疗2型糖尿病最为简单、最为有效的方法。

临床试验证明：科学合理的运动对增强胰岛素敏感性有很大作用。诱发2型糖尿病发病的主要原因是人们长期不进行体育锻炼、没有养成规律的生活习惯以及过多的摄入高热量、高脂肪的食物而造成的。运动对胰岛素的影响持续时间大约为3天，1个星期后才开始消失[3]。科学合理的运动、适宜的运动时间、有效的运动强度及科学的运动频率对2型糖尿病的治疗有重要作用。有氧运动在降低与缓解血糖水平上有着很好的效果，能够有效地缓解胰岛素抵抗，同时还可以提高胰岛素敏感性[4]。

运动作为最基本的能量消耗方式，主要依靠骨骼肌的收缩来消耗血糖，然后将消耗的血糖以糖原的形式储存在机体的肌肉和肝脏之中，因此，血糖可以通过运动被分解为糖原，从而为运动提供能量，机体堆积的大量血糖可以被消耗掉，这样就很好地降低了糖尿病患者的血糖水平。

2型糖尿病运动训练组大鼠（T1组、T2组、T3组）经过一次性中等强度跑台运动后，大鼠的血糖水平都出现了下降，其中T2组下降的效果最明显，这就证明了一次性中等强度耐力运动后，经过一定时间的休息，会使人体的脂肪、肌肉等组织内细胞中的胰岛素活性增强，并且提高了胰岛素与胰岛素受体结合的效率，降低了胰岛素抵抗，可以维持机体的血糖水平，即一次性中等强度的耐力运动可以使血液中的葡萄糖储存在机体的骨骼肌和肝脏中，并且以糖原的形式储存这些葡萄糖，这对降低血糖水平有明显的作用。

2.2 不同运动间歇时间对各组大鼠胰岛素的影响

表2 不同运动间歇时间对各组大鼠胰岛素水平的影响（±SD）Tab.2 Different rest time will affect different groups of rats Insulin

由表2可知，对比运动前后，正常对照组（C组）的大鼠胰岛素水平（Insulin）与2型糖尿病实验对照组（T组）大鼠的胰岛素水平均没有明显的变化；而经过不同间歇时间休息后的其他3组（T1、T2、T3组），2型糖尿病运动训练组大鼠体内的胰岛素水平都得到了提高；其中，T2组的提高水平最大。与C组大鼠的胰岛素水平相比，不同间歇时间休息后，2型糖尿病实验组大鼠的胰岛素水平变化明显，与运动前相比，所有2型糖尿病运动训练组（T1、T2、T3组）大鼠的IRI都有明显的下降，其中，最明显的是T2组。

2型糖尿病大鼠胰岛素的敏感性可以受到运动的影响而得到一定的提高，胰岛分泌的胰岛素的量也会增加，胰岛素抵抗受到抑制，可以降低血糖水平。其中，相同时间的中等强度运动后，大鼠分别休息24h、48h和72h后，对2型糖尿病大鼠胰岛素的分泌量情况进行研究，可以发现：休息48h后的效果最为明显。说明经过中等强度的有氧运动后，2型糖尿病患者经过48h的休息后再进行锻炼，胰岛素分泌的促进效果最明显，实现血糖水平降低的效果最明显。

2.3 不同运动间歇时间对各组大鼠葡萄糖转运蛋白-4（GLUT4）含量的影响

表3 各组大鼠GLUT4的相对含量（±SD）Tab.3 Each group of rats relative content of GLUT4

由表3可知，2型糖尿病运动训练组（T1、T2、T3组）大鼠股四头肌GLUT4相对含量均有上升；2型糖尿病运动训练组大鼠（T1、T2、T3组）GLUT4的相对含量高于T组；GLUT4含量最高的是T2组，高于C组。对比IRI指数可知，2型糖尿病组大鼠高于C组大鼠。通过上述分析可知：2型糖尿病组大鼠表现出明显的胰岛素抵抗。运动后，2型糖尿病运动训练组大鼠（T1、T2、T3组）的IRI指数都有了明显的下降。这表明运动有抑制2型糖尿病大鼠胰岛素抵抗的作用，还可以提高胰岛素的敏感性。通过以上研究可知，GLUT4转位缺陷能够直接影响骨骼肌对葡萄糖的吸收与利用：

1）运动是提高2型糖尿病大鼠GLUT4的含量和胰岛素敏感性的重要方法，也可以提高对葡萄糖的有效吸收及消耗，从而实现血糖的动态平衡；

2）T2组的变化最为明显，由此可以证明，间歇48h后再进行锻炼，降低血糖水平的效果最为明显；

3）降低血糖水平的效应在运动48h后达到最高值，之后开始出现下降。

通过上述分析可知：在中强度训练过程中，其2次运动的间隔不能超过2天；而当超过后就会加大血糖的波动幅度，导致AGEs（晚期糖基化终末产物）堆积的出现，致使血管平滑肌细胞的增生，从而导致糖尿病并发症。

综合所有实验可知：不同强度、不同方式、不同运动时间的运动刺激会使2型糖尿病大鼠细胞中的葡萄糖转运蛋白-4（GLUT4）含量升高，综合现有的研究来看，有氧运动与抗阻运动是增加机体内葡萄糖转运蛋白-4（GLUT4）含量、提高葡萄糖转运蛋白转运葡萄糖能力的2个最主要的途径[5]。

葡萄糖转运蛋白-4（GLUT4）活性被胰岛素激活到一定活性的时候，可以把AMPK信号传导激活，而当机体内血糖水平升高时，会刺激胰岛，使胰岛分泌的胰岛素增加，从而增加机体内胰岛素的浓度，细胞膜上的胰岛素受体活性会因为胰岛素浓度的增加而被激活，胰岛素受体的浓度也会因此增加。胰岛素与胰岛素受体结合的能力得到增强，胰岛素受体1（IRS-1）作为胰岛素与胰岛素受体结合后的介导，胰岛素受体1和胰岛素受体1的β亚单位被磷酸化，反应结束后，葡萄糖转运蛋白-4（GLUT4）的转运能力得到提升。

通过有氧运动与抗阻运动的影响，也可以实现将葡萄糖由细胞膜内转运到细胞膜外的目的，这就是运动降低血糖水平的生理学原理[6]。人体的细胞中有2种不同功能的葡萄糖转运蛋白-4（GLUT4），都会受到有氧运动、抗阻运动和胰岛素的影响，敏感性会得到一定的提升，都可以促进葡萄糖转运出细胞膜外。

研究结果显示：患有肥胖症、糖尿病的人和健康人相比，可以发现前者的葡萄糖转运蛋白-4（GLUT4）活性下降，这是机体转运葡糖糖异常的主要原因[4]。大量实验证实，运动能够明显降低糖尿病大鼠的血糖，提高胰岛素的敏感性。

通过本研究可以发现：经过一次中等强度的运动后，经过不同时间的休息后，2型糖尿病运动训练组大鼠股四头肌中的GLUT4的含量比2型糖尿病对照组有了一定程度的增加，其中，T2组大鼠GLUT4含量增加的幅度最大，这也在一定程度上显示出GLUT4的转位在糖尿病大鼠休息48h小时后会达到高峰。

3 结 论

1）一次性中等强度耐力运动后，经过不同间歇时间的休息后，2型糖尿病大鼠血糖水平较运动前有了一定程度的降低，其中间歇时间为48h组的大鼠血糖的降低水平最为明显。

2）对2型糖尿病大鼠施加一定时间的中等强度耐力运动后，不同运动间歇时间可以使2型糖尿病大鼠胰岛素水平得到很大程度的提升，其中以间歇时间为48h组的大鼠的升高水平最大。

3）对2型糖尿病大鼠施加一定时间的中等强度耐力运动后，不同间歇时间能够增加2型糖尿病大鼠骨骼肌中GLUT4含量，其中以间歇时间为48h组的大鼠的GLUT4含量的升高最明显。

[1] 刘龙波.中等强度有氧运动对2型糖尿病患者血糖血脂体重的影响[D].西安：西安体育学院，2013.

[2] 宋大为.不同运动时间对2型糖尿病大鼠股四头肌GLUT4含量的影响[D].大连：辽宁师范大学，2014.

[3] 史凌燕.氧化应激水平与肥胖和2型糖尿病的关系[J].糖尿病新世界，2015（8)：237-238.

[4] 王薇，单承湘，刘霞.2型糖尿病大鼠在有氧运动干预中Apelin的变化及其对血压的调节作用[J]. 西安体育学院学报，2016（2)：226-230.

[5] 丛琳，陈吉棣，郭启煜.运动对糖尿病大鼠骨骼肌GLUT4和MAPK的作用[J].中国糖尿病杂志，2001（6）：26-28.

[6] 霍朋.有氧运动和抗阻训练对2型糖尿病患者空腹和葡萄糖负荷时自主神经功能的影响[J].山东体育学院学报，2014（4)：68-71.

The Efects of Diferent Intermittent Time on the Level of GLUT 4 in Type 2 Diabetes Mellitus Rats

ZONG Ke-qiang1，ZHENG Chao2
(1.College of Physical Education， Qiqihar University， Qiqihar 161006， Heilongjiang China；2.School of physical education， Liaoning Normal University，Dalian 116029，Liaoning China)

The objective of this study is to analyze diferent movement intermittent time on type 2 diabetic rats’ quadriceps GLUT4 content. Methods: select 60 healthy rats and among them 10 were randomly selected as control group (group C), the remaining 50 rates were in the experimental group. After a month of high-sugar high-fat feeding, 6 died, 44 were successfully build type 2 diabetes mellitus. 40 diabetes rats were divided into control group (T group), sport group interval of 24 h group (T1), sports 48 h group (T2), intermittent movement intermittent 72 h group (T3). During the experiment, the experimental rats did moderate-intensity exercise for 60 min one-time, then each group rests for 24 h, 48 h and 72 h rest respectively. After the rest, the insulin levels and the content of GLUT4 in rats were measured. Results:after the moderate-intensity exercise taking diferent length of time to rest, the insulin levels signifcantly grow in the groups of experimental rats, (signifcance level (P ＜ 0.05), among them, T2 rising group is most obvious. After diferent length of time to rest, the movement type 2 diabetes mellitus group (T1, T2, T3) of rats in the quadriceps signifcantly increased the amount of GLUT4 are increased obviously. Among them, the efect of T2 group is the most obvious. Conclusion: 1) After one-time moderate-intensity exercise and diferent intermittent time of rest, diabetic rats blood glucose levels compared with before exercise have reduced to a certain extent, among them with intermittent time for 48 h group of low blood sugar level was most significant in rats. 2) After one-time moderate-intensity exercise, intermittent time can make diferent movement diabetic rats insulin levels greatly been improved. 3) After one-time moderate endurance exercise, diferent intermittent time can increase the GLUT4 content in diabetic rat skeletal muscle, with intermittent time for 48 h group rats increased GLUT4 content of the most obvious.

Type 2 diabetes; one-time campaign; GLUT4; insulin resistance

G804.3

A

1004 - 7662(2016 )07- 0081- 05

2016-05-11

宗克强，助教，硕士研究生，研究方向：运动能量损耗与恢复。