康复训练对2型糖尿病大鼠认知功能障碍的影响

唐明薇 梅希 王风波

[摘要] 目的 观察康复训练对2型糖尿病大鼠认知功能障碍改善的影响。 方法 36只Wistar成年大鼠按随机数字表法分为2型糖尿病组（n=24）、空白对照组（n=12）。以高脂高糖饮食+链脲佐菌素腹腔注射法建立2型糖尿病大鼠模型，模型制备成功2型糖尿病组大鼠又随机分为非干预组（n=12）和康复训练组（n=12）。康复训练组大鼠于模型制备成功次日开始康复干预，每日1次，各组大鼠分别于干预第2、4、6周以Morris水迷宫测验认知功能（空间学习+记忆能力）。 结果 相比空白对照组大鼠，非干预组大鼠逃避潜伏期明显延长（P < 0.01），且呈逐渐加重趋势，穿越平台次数亦明显减少（P < 0.01）；相比非干预组，康复训练组大鼠逃避潜伏期明显改善（P < 0.01），穿越平台次数明显增加（P < 0.01）；第6周康复训练组大鼠与空白对照组比较，逃避潜伏期及穿越平台次数差异均无统计学意义（P > 0.05）。 结论 康复训练能显著改善2型糖尿病大鼠空间学习及记忆能力，随着训练时间的增加改善作用愈加显著，有利于糖尿病大鼠认知功能障碍的恢复。

[关键词] 康复训练；2型糖尿病；大鼠；认知功能

[中图分类号] R587 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）04（a）-0018-04

[Abstract] Objective To observe the effect of rehabilitation training on the improvement of cognitive impairment in type 2 diabetic rats. Methods 36 adult Wistar rats were divided into type 2 diabetes model group （n=24） and blank control group （n=12） by the random number table method. Preparation of type 2 diabetic rat model with high fat and high sugar diet plus intraperitoneal injection of streptozotocin. After the rat models were successfully prepared， the rats of type 2 diabetes group were randomly divided into non-intervention group （n=12） and rehabilitation training group （n=12）. The rehabilitation training group began to intervene on the following day after the success of the model preparation， 1 times a day. The cognitive function （space learning and memory ability） of all rats were tested by the Morris water maze in the second， fourth， sixth week of the rehabilitation training group. Results Compared with the blank control group， the escape latency in the non-intervention group was significantly prolonged （P < 0.01）， and gradually increased， and the number of crossing platform was also significantly reduced （P < 0.01）. Compared with non-intervention group， the escape latency of the rehabilitation training group was significantly improved （P < 0.01）， and the number of crossing platform increased significantly （P < 0.01）. There were no significant difference between the sixth week rehabilitation training group and the blank control group in the escape latency and the number of crossing platforms （P > 0.05）. Conclusion Rehabilitation training can significantly improve the spatial learning and memory ability of type 2 diabetes rats. With the increase of training time， the improvement effect is more significant， which is conducive to the recovery of cognitive dysfunction in diabetic rats.

[Key words] Rehabilitation training； Type 2 diabetes； Rat； Cognitive function

近年來随着人民生活方式的巨大变化及老龄化，糖尿病患病人数不断增多，我国已成为世界上糖尿病患病人数最多的国家，其中2型糖尿病患者已达9000万左右，约占糖尿病总数的90.0%，防治形势十分严峻[1]。糖尿病的并发症主要为神经、血管等慢性病变，但近年来其对认知功能的损害作用越来越受到重视。流行病学调查显示，存在不同程度认知功能障碍的糖尿病患者呈不断上升趋势，2型糖尿病患者认知功能障碍以注意力、记忆和学习能力下降等为主要表现，重者甚至发展为痴呆[2]。研究表明，糖尿病患者脑病病理生理改变又与血管性痴呆及阿尔茨海默病有诸多类似之处，特点为脑萎缩、脑血管病变、活性氧聚积等，并有炎症损伤、氧化反应、神经细胞凋亡、再生及存活等病理表现[3]。因此，糖尿病是认知障碍甚至痴呆的独立危险因素之一。本研究首次通过对2型糖尿病大鼠进行包括丰富环境、转笼、平衡木等方式的康复训练方式，来观察及评估康复训练对2型糖尿病大鼠空间学习及记忆能力的影响作用，以进一步探讨及指导临床2型糖尿病患者认知功能障碍的康复治疗方法。

1 材料与方法

1.1 材料

36只成年清洁级Wistar雄性大鼠，体重260～280 g，全部由成都医学院动物实验中心提供，合格证号SYXK（川）2015-196。链脲佐菌素（Sigma）；血糖仪（Roche）；Morris水迷宫及记录分析系统（上海吉量软件科技）。

1.2 分组及糖尿病模型制备

所有大鼠置于24℃左右室温标准饲养7 d后按随机数字表法分为空白对照组（12只）、2型糖尿病模型组（24只）。2型糖尿病大鼠模型制备方法[4-5]：高脂高糖饲养40 d，饲料中蔗糖、猪油各20.0%，胆固醇2.0%，以0.1 mol/L柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液稀释链脲佐菌素，禁食12 h后一次性给予链脲佐菌素40 mg/kg腹腔注射，注射3 d后测得模型组大鼠尾静脉血随机血糖>16.7 mmol/L，为2型糖尿病模型制备成功。2型糖尿病组大鼠按隨机数字表法分为非干预组（12只）和康复训练组（12只）。空白对照组大鼠普通饲料常规饲养，不予注射链脲佐菌素。

1.3 康复训练

康复训练组大鼠于糖尿病模型制备成功次日开始康复干预[6]。①丰富环境刺激：设置有爬梯、管道、转盘、阶梯、秋千等，配合彩色灯光及音乐，2 h/次，每周改变环境两次；②转笼：圆形转笼直径约45 cm，内径10 cm，置大鼠于笼内奔跑，10 min/次；③平衡木训练：平衡木长150 cm，宽4 cm，距地面20 cm处平置，置大鼠于平衡木上行走，10 min/次。所有训练每日1次，干预至第6周。

1.4 Morris水迷宫认知功能测验

所有大鼠于康复训练组大鼠开始康复干预起第2、4、6周行Morris水迷宫实验[7-8]。①定位航行：每天于固定时间训练4次，每次随机从4个平均分布的象限将大鼠面部朝向池壁放入水中，水温28℃左右，记录大鼠90 s内从入水到寻找到平台所需的时间为逃避潜伏期，同时记录游泳距离，若大鼠在90 s内未找到平台，重置于平台15 s后移出水迷宫，逃避潜伏期记为90 s；连续训练3 d，第4天记录大鼠从入水到四肢爬上平台的时间，测试大鼠学习能力；平台在训练及测试过程中保持同一位置。②空间探索：第5天除去平台，随机选择一个入水点将大鼠面壁置于水池，记录90 s内大鼠穿越目标象限（虚拟平台）的次数，考察空间记忆能力。

1.5 统计学方法

采用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析，计量资料数据用均数±标准差（x±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用q检验。以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 三组大鼠一般情况及血糖情况比较

糖尿病造模成功第2～3天开始，糖尿病模型大鼠不同程度的出现多食、多饮、多尿现象，反应减慢，行动迟缓，毛泽度变差，随着康复训练时间增加，康复训练组大鼠上述现象逐步得到改善。与空白对照组比较，非干预组、康复训练组大鼠血糖均明显升高（P < 0.01）；与非干预组比较，康复训练组大鼠血糖明显降低（P < 0.01）；康复训练组大鼠第6周血糖明显低于第2周（P < 0.01）。见表1。

2.2 三组大鼠逃避潜伏期及穿越次数比较

逃避潜伏期：与空白对照组比较，非干预组大鼠显著延长（P < 0.01）；与非干预组比较，康复训练组大鼠明显缩短（P < 0.01），与空白对照组比较，第6周康复训练组大鼠差异无统计学意义（P > 0.05）。穿越次数：与空白对照组比较，非干预组大鼠明显减少（P < 0.01）；与非干预组比较，康复训练组大鼠显著增加（P < 0.01）；与空白对照组比较，第6周康复训练组大鼠差异无统计学意义（P > 0.05）。康复训练组大鼠第6周逃避潜伏期和穿越次数均明显优于第2周（P < 0.01）。见表2。

3 讨论

糖尿病患者认知功能障碍表现为学习、记忆、理解、判断、语言等能力下降，部分患者还伴有情绪及行为上的不良改变，重者可致丧失生活自理能力，不同类型糖尿病的认知功能障碍表现可能存在异同，其中2型糖尿病以学习及记忆力减退为主要特点[9]。目前一般认为，年龄、遗传、高血糖及胰岛素抵抗是2型糖尿病认知功能障碍的独立影响因素，2型糖尿病患者是痴呆尤其血管性痴呆的易感人群[10]。研究发现，糖尿病大鼠海马区神经元呈退行性改变，脑血管间隙变宽，胶质细胞增多，电镜下可见胞仁致密，线粒体水肿，嵴淡少，高尔基复合体扩张，核糖体肿胀变性，毛细血管管壁增厚，血管内皮变性退化[11]。核磁共振（MRI）检查显示，伴有认知功能障碍的2型糖尿病患者脑灰质密度下降，体积减小，同时伴有视网膜病变和尿蛋白量增多的2型糖尿病患者脑萎缩及认知功能改变更明显[12]。随着病程推移，伴有认知功能障碍的2型糖尿病患者脑萎缩状况还可能较快进展，脑灰质密度进行性下降，海马区的萎缩相对明显，两侧海马体积均降低，但海马区的萎缩可能和患者年龄相关[13]。弥散张量成像（DTI）可弥补MRI检测中枢神经系统轴突及脑白质等精微结构的不足，能早期发现神经髓鞘、轴突损伤及脑白质水肿等病变。2型糖尿病患者脑桥、内囊、额叶、颞叶、枕叶及胼胝体等部位的各向异性分数（FA值）和平均扩散率（MD值）均显示异常，而FA值、MD值的改变与患者即时记忆、任务执行、注意力等认知能力具有密切相关性，值变化越大，表明患者认知能力往往越差[14]。

运动疗法作为糖尿病常规治疗手段之一，具有降低血糖、血脂，改善胰岛素敏感性及防治并发症等作用，越来越受到临床重视及推广，并发展成为了糖尿病康复医学。基础研究发现运动干预可改善糖尿病模型大鼠血清瘦素敏感性，调控脂联素水平，促进甘丙肽分泌和骨骼肌胰岛素信号通路蛋白激酶磷酸化，上调心肌细胞GLUT-4、胰岛素受体和降低神经肽Y表达，并且可抑制糖尿病大鼠肿瘤坏死因子-α、C反应蛋白等多种炎症介质的释放[15]。有学者还发现进行有氧跑台训练的糖尿病模型大鼠海马区超氧物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶及过氧化氢酶等抗氧化酶活性均不同程度增加，凋亡脑细胞数明显降低，提示规律性有氧运动有助于减少糖尿病大鼠海马区脑组织氧化应激和细胞凋亡率[16]。

本研究采用丰富环境刺激、转笼及平衡木训练的综合方案对2型糖尿病大鼠进行康复干预，Morris水迷宫测验结果显示，康复训练组大鼠潜伏逃避期和平台穿越次数均明显改善，且随着干预疗程推进，改善愈加显著，大鼠血糖水平亦呈进行性降低趋势，说明康复训练可有效提升糖尿病大鼠空间学习认知能力，降低血糖。

糖尿病认知功能障碍的机制目前尚未完全阐明，可能与以下因素有关[17-18]：①慢性糖代谢异常，导致血脂紊乱，微循环障碍，神经纤维变性、损伤；②胰岛素信号通路异常，细胞生长、分化及能量代谢失调；③己糖胺、多元醇、蛋白激酶C激活、细胞内糖基化终产物前体的产生等多种通路增加，引起脑部血管病损；④神经元再生及神经突触可塑性功能受到糖尿病损害，抑制了脑血管病变脑高级功能的恢复；⑤脑细胞凋亡，尤其海马区脑细胞的凋亡；⑥炎性反应，如黏附因子等各类炎症相关因子表达增高；⑦其他，如氧化应激、自身免疫、遗传、低血糖等因素。另外，2型糖尿病认知功能障碍还与患者病程、年龄、性别、受教育程度、生活方式、性激素水平及焦虑抑郁状态等有关。

康复训练已较多的应用于脑损伤模型大鼠的研究，但用于2型糖尿病大鼠认知功能训练尚属首次，其改善大鼠认知功能机制可能为：①多感官的丰富环境刺激包含了视、触、嗅觉刺激和平衡协调功能等训练，促进了大鼠脑的可塑性，增强了对运动的控制、整合及协调能力[19]；②较长疗程的康复运动训练改善了血糖、血脂及胰岛素敏感性，抑制了炎症因子的释放；③转笼、平衡木训练可修复脑神经元、胶质细胞及微细血管的微结构，促进神经营养因子等表达，使脑功能发生积极性改变[20]。目前在糖尿病大鼠认知功能障碍运动疗法方面尚处于探索阶段，采用康复训练的方法更是未见相关报道，本研究首次将康复体系纳入到2型糖尿病大鼠认知功能障碍的治疗，很大地拓展了干预手段和思维，所获得的积极实验结果也为伴有认知功能障碍的糖尿病患者临床康复治疗提供了有力的理论依据。

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