肥胖胰岛素抵抗大鼠血气分析研究*

★ 曾国威 余日跃 盛译萱 李冰涛,3 张启云,3 姜丽,3 曾治君,3 徐国良,,3***（.江西中医药大学中医基础理论分化发展研究中心 南昌 330004；.江西省中药药理重点实验室 南昌330004；3.江西省中医病因生物学重点实验室 南昌 330004）

流行病学调查显示，我国成年人2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患病率为9.7%～11.6%［1-2］，已成为全球糖尿病患者最多的国家［3］。T2DM的治疗与预防亟待解决，明确其发病机制意义重大。肥胖是T2DM的独立危险因素，多数T2DM患者存在超重或肥胖［4］。肥胖是引发IR的主要因素［5］，而IR是T2DM的重要发病机制［6］。慢性组织缺氧是IR形成的可能诱因［7］。肥胖者脂肪组织生长速度过快，超过血管生长速度，组织供氧不足造成局部缺氧［8］，；T2DM患者也存在低氧血症［9］，但肥胖IR机体循环血液是否缺氧尚不明确。

动脉血血气分析可反应机体氧合状态。血气分析指标，如氧分压（pO2）、二氧化碳分压（pCO2）、血氧饱和度（sO2）等，在缺氧诊断中具有重大意义。本研究通过高脂饲料喂养SD大鼠，建立肥胖大鼠模型，诱导产生IR，检测其腹主动脉血液的pO2、pCO2、sO2、血细胞容积（Hct）、血红蛋白含量量（ctHb）、血氧含量（ctO2）等血气指标，探明肥胖IR机体循环血液是否缺氧，探讨血气指标变化与IR的相关性。

1 材料

1.1 动物及饲料 SPF级SD雄性大鼠36只，4～5周龄，体重（180±20）g，购买于湖南斯莱克景达实验动物有限公司［SCXK（湘）2014-0002］，饲养于江西中医药大学实验动物科技中心［SYXK（赣）2017-0004］。高脂饲料：36%脂肪供能，购于上海普路腾；普通饲料，购于武汉万千佳兴。

1.2 主要试剂及仪器试剂 葡萄糖试剂［GL8322］购于宁波普瑞柏。血清胰岛素ELISA试剂盒（Andygene，批号：201706）。仪器：罗氏Modular p800生化仪、高速冷冻离心机（德国Thermo Fisher）、BT225-电子分析天平（德国Sartorius）、雷度ABL80 血气分析仪（上海雷度米特）。

2 方法

2.1 肥胖大鼠模型的建立 36只雄性SD大鼠适应性饲养5d后按体重随机分为正常组和模型组，正常组大鼠10只，给予普通饲料，模型组大鼠26只，给予高脂饲料，饲养12周。

2.2 指标测量检测 称量大鼠体重，直尺测量体长（从大鼠鼻尖至肛门的长度），计算Lee’s指数，Lee’s指数 =［体重（g）（1/3）］/体长（cm）×1000。禁食12h，大鼠后眼眶采血1mL，分离血清，检测空腹血清胰岛素（FINS）及空腹血糖（FPG），计算IR指数，IR指数=FPG×FINS/22.5。腹腔注射10%水合氯醛麻醉后，腹主动脉取血，立即使用血气分析仪进行血气分析，检测pO2、pCO2、Hct、ctHb、sO2、ctO2。

2.3 模型组组内聚类分组 使用SPSS19.0软件K-均值聚类，以第12周IR指数大小为依据聚类，分为IR组与非IR组。

2.4 数据处理分析 采用SPSS 19.0进行统计分析，数据均以均值±标准差（±s）表示，两组间比较采用独立样本t检验，P＜0.05代表有显著差异；P＜0.01代表有极其显著差异。使用SPSS19.0软件K-均值聚类聚类，以第12周IR指数大小为依据聚类。

3 结果

3.1 模型组组内大鼠组内聚类分组 以模型组各大鼠12周末的IR指数（见表1）为依据进行K-均值聚类与组件联接法系统聚类，聚类得到聚类1（n=14）、聚类 2（n=2）、聚类 3（n=10），详见表 2、图1。将聚类2与和聚类3合并为胰岛素抵抗组（IR）组（n=12），聚类1作为非IR组（n=14），进行后续分析。IR组占模型组动物总数的46.16%。

表1 模型组第十二周各大鼠IR指数（n=26）

表2 模型组大鼠聚类中心

图1 模型组大鼠聚类分析树状图

3.2 大鼠Lee's指数、血糖、血清胰岛素、IR指数的变化 IR组与非IR组Lee's指数显著高于正常组（P＜0.05），表明高脂喂养的大鼠已形成肥胖；IR组IR指数显著高于正常组（P＜0.01），非IR组与正常组无显著差异，表明IR组的肥胖大鼠产生胰岛素抵抗。IR组、非IR组大鼠的空腹血糖与正常组无显著差异，IR组大鼠血清胰岛素显著高于正常组（P＜0.05）、非IR组显著低于正常组（P＜0.01）。结果见表3。

表3 IR大鼠Lee’s 指数、FPG、FINS、IR指数的变化（±s）

表3 IR大鼠Lee’s 指数、FPG、FINS、IR指数的变化（±s）

注：与正常组比较，*P＜0.05，**P＜0.01。

-1 -1组别 n Lee’s指数 FPG/mmol·LFINS/pmol·LIR指数正常组 10 332.09±5.10 4.77±1.07 17.55±3.11 3.66±0.85 IR 组 12 336.58±2.32* 5.86±1.81 20.46±2.64* 5.18±1.02**非 IR 组 14 336.19±3.09* 4.98±0.80 14.82±2.63** 3.22±0.42

3.3 大鼠氧分压pO2、二氧化碳分压pCO2IR组、非IR组大鼠pO2、pCO2均与正常组无具有统计学意义的差异，见表4。

表4 IR大鼠pO2、pCO2的变化（±s）

表4 IR大鼠pO2、pCO2的变化（±s）

组别 n pO2/mmHg pCO2/mmHg正常组 10 103.10±8.35 35.86±4.43 IR组 12 102.08±5.37 37.64±2.75非IR组 14 101.71±6.06 35.71±3.36

3.4 大鼠血细胞容积Hct、血红蛋白含量ctHb、血氧饱和度sO2、血氧含量ctO2IR组Hct、ctHb、ctO2均高于正常组并有统计学意义（P＜0.05），非IR组与正常组无显著差异；sO2三组间无显著差异，结果见表5。

表5 IR大鼠Hct、ctHb、sO2、ctO2的变化 （±s）

表5 IR大鼠Hct、ctHb、sO2、ctO2的变化 （±s）

注：与正常组比较，*P＜0.05。

组别 n Hct/% ctHb/g·dL-1 sO2/% ctO2/Vol%正常组 10 43.70±2.00 14.28±0.61 97.72±0.48 19.58±0.83 IR 组 12 45.58±1.78*14.89±0.60*97.84±0.33 20.43±0.78*非IR组 14 43.64±1.74 14.28±0.53 97.98±0.44 19.64±0.78

4 讨论

阻塞性呼吸睡眠暂停综合征（OSA）的患者常伴有肥胖及更严重的IR［10］。肥胖者脂肪组织过度增生和肥大，与血管新生速度无法达到平衡，供氧不足使脂肪组织出现缺氧［11］。动物实验发现：间歇性缺氧即可增加ob/ob小鼠的IR［12］，也可使得正常小鼠的骨骼肌糖利用降低而发生急性IR［13］。缺氧诱导因子 -1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）是机体缺氧反应的一个重要的标志物，是一个转录因子，缺氧时水平增加，引起其它多种基因表达增加，从而刺激红细胞生成、血管生成和糖酵解［14］。王慧［15］对肥胖患者脂肪组织的研究表明，肥胖患者脂肪组织HIF-1α表达升高并存在IR，且两者存在相关性。张莉亚等［16］在高脂饮食诱导肥胖小鼠的白色脂肪组织中也观察到局部缺氧、糖耐量受损及IR。缺氧的脂肪细胞条件培养基孵育骨骼肌细胞可造成骨骼肌细胞IR［17］。以上研究均提示缺氧可能是周身IR形成的重要因素。本研究结果显示肥胖IR大鼠pO2、pCO2与正常组无显著差异，表明肥胖IR大鼠循环血液不缺氧。

血细胞比容（Hct）是反映红细胞数量与体积的综合指标，同时也是血液粘稠度的主要决定因素。Moan A等［18］的对健康男性研究表明葡萄糖利用率（GDR）与Hct及血液粘稠度度呈负相关。高水平的胰岛素增加肌肉毛细血管血流量和白蛋白转运，导致血浆容量的降低和随之而来的Hct提高。而Hct水平的增加，血流量的减少，通过降低葡萄糖和胰岛素向外周器官的转运，加剧IR，进而刺激机体提高胰岛素水平。同时，慢性缺氧也会使红细胞生成、血红蛋白量代偿性增多，以调节平衡缺氧状态，这将使血液中有形成分增多，影响血液粘稠度。长期缺氧将影响红细胞膜变形能力［19］，红细胞内粘稠度增强，而聚集性增强进一步增加了血液粘稠度。本研究中，肥胖IR大鼠Hct、ctHb、ctO2较正常大鼠显著升高，可能源于机体对慢性缺氧的自我调节导致的红细胞数量增多与体积增大。

Barbieri M等［20］研究发现胰岛素综合征与人血液的红细胞计数增加存在相关性。Unruh D［21］研究报道高脂饲料在肥胖早期诱发红细胞功能障碍。徐黔宁等［22］在糖尿病患者抗凝血标本血细胞分析中发现，糖尿病患者的红细胞平均体积较正常者显著升高。糖尿病病期内存在红细胞高凋亡状态［23］；红细胞存在能量代谢、糖代谢等多种代谢紊乱，红细胞膜脂质组成及膜骨架蛋白结构改变，导致红细胞形态改变、膜流动性降低、变形能力降低［24］，最终引起脏器的微循环血流灌注障碍，是糖尿病微血管病变的可能诱因［25］。以上研究均提示红细胞功能障碍与糖尿病及其并发症发展有关。本研究中，虽观察到肥胖IR大鼠Hct、ctHb、ctO2较正常大鼠显著升高，但未对红细胞数量、体积及功能做详细检测，红细胞功能障碍与IR形成的相关机制尚未完全阐明，有待进一步研究。

本研究表明肥胖IR大鼠循环血液不缺氧，Hct、ctHb、ctO2显著升高，可能源于血液粘稠度增高和机体对慢性缺氧的自我调节导致的红细胞增多与体积增大。