运动对1型糖尿病大鼠胰岛素分泌功能的影响和机制研究

桑立红(国家体育总局运动医学研究所， 北京 东城区 100061)



运动对1型糖尿病大鼠胰岛素分泌功能的影响和机制研究

桑立红
(国家体育总局运动医学研究所， 北京 东城区 100061)

【摘 要】目的:探讨运动对1型糖尿病大鼠胰岛素分泌功能的影响及其作用机制。方法:取Sprague-Dawley(SD)大鼠60只随机分组，采用一次性腹腔内注射链尿佐菌素(STZ)溶液的方法进行造模，建立I型糖尿病大鼠模型，进而随机分为糖尿病运动组、对照组。对糖尿病运动组大鼠进行连续6周，6 次/周，1h/次的游泳运动，对照组大鼠不进行运动。6周游泳运动结束后，测定各组大鼠血糖、血胰岛素的含量；测定胰腺组织中一氧化氮(NO)浓度，计算HOMA-细胞功能指数(HBCI)。结果:糖尿病运动组大鼠血糖浓度明显低于糖尿病对照组(P<0.01)，HBCI较糖尿病对照组有明显提高(P<0.01)，而胰岛素浓度两组之间并无显著性差异；糖尿病运动组大鼠胰腺的NO浓度低于糖尿病对照组(P<0.05)。结论:有氧运动可降低胰腺NO合成，减轻对胰腺β细胞的损伤，可能是运动改善1型糖尿病大鼠胰岛素分泌功能的有效机制之一。

【关键词】有氧运动； 1型糖尿病； 一氧化氮； 胰岛素； HOMA-β细胞功能指数

本文利用腹腔注射链脲佐菌素(streptoxolocin，STZ)制作1型糖尿病大鼠模型，通过施以6周的有氧运动，观察1型糖尿病大鼠血糖、血清胰岛素含量和胰腺组织中一氧化氮水平的变化，计算和比较各实验组大鼠的HOMA-β细胞功能指数(HBCI)，以期从一氧化氮合成代谢的角度探究运动对1型糖尿病大鼠早期胰岛素分泌功能的影响及其作用机制，为运动疗法对1型糖尿病的治疗研究提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 一般材料:选取60只健康雄性Sprague-Dawley (SD)大鼠，平均体重(130±10)g。行适应性分笼饲养，每笼5只，1周后依照随机数字表格法，留取6只作为正常对照组(Nc)，其余则纳入糖尿病组。

1.2 试剂与药物:链尿佐菌素(美国Sigma公司)；美国强生快速血糖测定仪配套试剂条(强生(中国)医疗器材有限公司)；血清葡萄糖测试盒(保定长城临床试剂公司)；尿糖目测试纸条(批号:041022，桂林市医疗电子仪器厂)；血清胰岛素测试盒(批号:050925，河南省焦作市解放免疫诊断试剂研究所)；蛋白定量测试盒、NO测定试剂盒、NOS测定试剂盒(南京建成生物工程研究所)。

1.3 方 法

1.3.1 建模:采用链尿佐菌素(STZ)溶液对糖尿病组大鼠进行左下腹腔内一次性注射，复制糖尿病模型。按照65mg/ kg大鼠体重，用pH4.2的0.1moL/ L柠檬酸缓冲液，以冰浴中新鲜配制浓度为10mg/ mL的STZ溶液[1]。在注射72h后进行尿糖检测。连续3d尿糖检测结果为+++～++++，且第7天时鼠尾静脉取血，测血糖值在16.7mmoL/ L以上者入选糖尿病大鼠组参加实验，从中再随机各抽取6只，分别入组糖尿病运动组(DMe)、糖尿病对照组(DMc)。对于正常对照组大鼠，予以左下腹腔内一次性注射同等剂量柠檬酸缓冲液。

1.3.2 运动方式:按照改进的Ploug方法[2]，在水深50cm，水温保持29～31℃条件下，对正常运动组和糖尿病运动组大鼠进行每周6d的无负重强迫有氧游泳训练。其中，第1周前3d为适应性训练，3d持续训练时间依次为20、30和45min；自第4天开始进入正式性训练，持续游泳时间每次60min，共计训练6周。糖尿病对照组大鼠未进行运动。

1.3.3 取材:于大鼠末次游泳训练结束48h并禁食12h后，称取体重并取材。采用0.4%戊巴比妥钠溶液腹腔注射的方法实施麻醉。行心脏穿刺取血6～8mL，以4℃下低温离心，取血清，置于-70℃冰箱保存，备检；取各组大鼠胰腺组织，于预冷的去离子水中灌洗，切取胰尾部分低温匀浆并低速离心，抽取上清液，保存于-70℃冰箱，备用。

1.3.4 检测方法及指标:以葡萄糖氧化酶法测定空腹血糖浓度，胰岛素放免法测定空腹血清胰岛素含量，硝酸还原酶法测定胰腺NO浓度，考马斯亮兰法测定蛋白含量，所有操作严格按照说明书进行。Homa-β细胞功能指数(HBCI)，按照公式计算:HBCI = 20x空腹血清胰岛素浓度(FIN) / (FPG–3.5)[3]计算。

1.3.5 统计学分析:应用SPSS11.5统计软件对检测数据进行分析处理，计量资料以均数±标准差(¯x±s)表示，采用单因素方差分析进行组间比较；多重比较采用S-N-K检验。以P<0.05为差异有统计学意义，其中P<0.01为差异具有极显著性。

2 结 果

2.1 空腹血清葡萄糖浓度:糖尿病各组血糖值均高于正常对照组，其中糖尿病运动组血糖明显低于糖尿病对照组(P<0.01)。(见表1)

2.2 空腹血清胰岛素值和HBCI:与正常对照组相比，糖尿病各组大鼠胰岛素浓度和HBCI均明显偏低，且组间比较差异均有统计学意义(P<0.01)。与糖尿病对照组相比，糖尿病运动组大鼠胰岛素浓度虽有所提高，但组间比较差异无统计学意义(P>0.05)；糖尿病运动组大鼠HBCI却高于糖尿病对照组(P <0.01)。(见表1)

2.3 胰腺一氧化氮的浓度:糖尿病各组NO含量均高于正常对照组(P<0.01)。糖尿病运动组则低于糖尿病对照组(P<0.01)。(见表2)

表1　各组大鼠血糖、胰岛素、HBCI比较

表2　各组大鼠胰腺NO浓度的比较

3 讨 论

3.1 运动对1型糖尿病大鼠胰岛素分泌功能的影响:胰岛β细胞的重要功能是合成、储存和释放胰岛素，维持血糖的平稳，参与机体重要的生理过程。胰岛β细胞损伤，胰岛素分泌不足或衰竭是糖尿病发病的中心环节。当今糖尿病治疗理念是，在实施血糖管理的同时，更加注重对β细胞的早期保护，最大限度地去延缓胰岛β细胞的衰竭的进程。

STZ对大鼠的胰岛β细胞有选择性破坏作用，能诱发其产生糖尿病，是目前国内外使用较多的制备糖尿病动物模型的药物。本实验采用腹腔一次注射STZ65mg/ kg制备了1型糖尿病大鼠模型。该模型大鼠具有血糖无回退，比较稳定的特点。糖尿病大鼠经过6周游泳训练后，血糖明显降低，而血清胰岛素的水平虽然增加但差异不具有显著性。说明运动可以降低血糖，但与提高胰岛素分泌功能没有直接的关系。此结论与吴亚文等[4]屏蔽胰岛素抵抗因素后，认为运动可以提高胰岛素分泌功能的研究结果不同。

胰岛素分泌功能虽然可以通过胰岛素值来评价，但由于其分泌受到胰岛素抵抗、糖脂毒性等多种因素的影响，因而可能导致评估结果存在偏差。为此，本实验进一步采用HOMA-β细胞功能指数研究运动对糖尿病大鼠胰岛素分泌功能的影响。

HOMA-β细胞功能指数(HBCI)[5]是依据空腹胰岛素和血糖值，经由公式计算所得出。因简单易行，被广泛应用于β细胞胰岛素分泌功能的评估。在本研究中，糖尿病大鼠运动组HBCI值较非运动组明显升高，血清胰岛素有增加的趋势与HBCI变化保持一致，提示运动显著改善了糖尿病大鼠β细胞胰岛素的分泌功能。

3.2 运动对1型糖尿病大鼠胰岛素分泌功能作用机制的探讨:在生物体内具有信息分子与效应分子作用的NO，由于在生理、病理情况下具有复杂的双向调节作用的特点，其在糖尿病发病机制中的作用渐为医学研究领域所关注。目前大多研究证实，过量的NO可介导多种细胞的凋亡，其中糖尿病胰岛β细胞凋亡就与体内NO的过量产生有关。过量的NO能通过使线粒体功能受损、糖无氧酵解增加、钙超载等机制，参与组织病理损伤的过程，启动胰岛β细胞凋亡，降低胰岛细胞内DNA和胰岛素含量，导致胰岛β细胞损害，减少胰岛素的分泌和释放，最终导致血糖持续升高，加重糖尿病的症状。大量研究证实，从糖尿病早期开始干预NO的合成，减少胰岛β细胞的损伤，促进内源性胰岛素的分泌，有利于保持长效、平稳的降糖作用，并延缓糖尿病的发展进程。

本实验使用STZ制备1型糖尿病大鼠模型，STZ[6]能够特异性地作用于β细胞，导致细胞DNA烷基化和DNA断裂来破坏其结构，并产生β细胞毒物质—NO，直接破坏胰岛β细胞，减少胰岛素分泌和释放，引发糖尿病。糖尿病大鼠运动实验6周，正好处于糖尿病早期一氧化氮升高的时期，经过6周游泳训练，胰腺组织中NO的水平明显降低，与HBCI值的变化方向相反，提示运动可有效地降低早期糖尿病大鼠胰腺内NO的浓度，进而减轻过量NO对胰腺β细胞造成的损伤，减少细胞凋亡，从而起到保护残存胰腺β细胞的作用，可能是运动改善1型糖尿病大鼠胰岛素分泌功能的机制之一。

【参考文献】

[1] 张巨彪，苏秀兰，欧阳晓晖.1型糖尿病大鼠模型的建立及观察[J].医学综述，2013，19(2):335～337.

[2] 吴毅，孙莉敏，胡永善.不同运动量对糖尿病大鼠血清瘦素水平的影响[J].中国康复医学杂志，2007，22(5):387 ～390.

[3] 熊婷，邱少红，余蓉.利用HOMA指数评价胰岛素抵抗及β细胞分泌胰岛素功能[J].湖北中医杂志，2012，34 (10):16～17.

[4] 吴亚文，江钟立，李红卫，等.运动训练对糖尿病大鼠胰岛形态和β细胞功能的影响[J].中国康复医学杂志，2009，24(6):6，44～48.

[5] 张宗兰，王佑民.胰岛β细胞功能评价[J].安徽医药，2010，14(3):349～351.

[6] 罗亮，吴语宁，赵默晗，等.1型糖尿病动物模型研究进展[J].吉林农业，2011，12(262):212～213.

【文章编号】1006-6233(2016)04-0642-03

【文献标识码】B 【doi】10.3969/ j.issn.1006-6233.2016.04.044