游泳运动对肥胖大鼠的治疗作用和机制研究

李发炘 ， 杨康栋 ， 李伟强 ， 叶秋平 ， 黎杰轩 ， 潘华山

(广州中医药大学体育健康学院 ， 广东 广州 510006)

肥胖是指体内脂肪组织过度堆积引起正常生理功能受损的一种病理状态，目前已成为全球性的公共卫生问题。流行病学调查研究显示，全球超重患者15亿，肥胖患者5亿，美国肥胖发病率为33.8%[1]。2002-2012年间我国成年居民超重率从7.3%上升至30.1%，肥胖率从4.8%上升至11.9%[2]。肥胖不仅影响患者的正常生活和学习，打击患者自信心，导致心理障碍，而且还是多种慢性非传染性疾病的重要危险因素。肥胖是内分泌系统、心脑血管系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统、运动系统等各个系统疾病的重要危险因素，被世界卫生组织(WHO)认定为影响健康的第五大危险因素[3]。因此，积极干预肥胖对提高生活质量和改善身心健康具有重要的意义。研究表明[4]，运动是降低肥胖和减肥的有效手段，但是关于其作用机制尚不完全明确。因此，本试验复制了肥胖大鼠模型，用游泳运动进行干预，探讨游泳运动对肥胖大鼠的治疗作用和可能机制。

1 材料与方法

1.1 实验动物 健康雄性SD大鼠，50只，购自广东省医学实验动物中心(许可证号：SCXK(粤)2018-0002)。普通饲料和高脂饲料(蔗糖5%、猪油18%、蛋黄粉15%、胆酸钠0.5%、胆固醇1%、普通饲料60.5%)，均由广州市花都区花东信华实验动物养殖场提供。

1.2 主要试剂和仪器 总胆固醇(Total cholesterol，TC)、甘油三酯(Triglyceride，TG)、低密度脂蛋白胆固醇(Low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)、高密度脂蛋白胆固醇(High density lipoprotein cholesterol， HDL-C)、空腹血糖(Fasting blood glucose，FBG)、空腹胰岛素(Fasting insulin，FINS)、血清谷丙转氨酶(Alanine aminotransferase，ALT)、谷草转氨酶(Aspartate aminotransferase，AST)、自由脂肪酸(Free fatty acid，FFA)、脂联素(Adiponectin，APN)、瘦素(Leptin，P)、肿瘤坏死因子-ɑ(Tumor necrosis factor-ɑ，TNF-ɑ)、白细胞介素-6(Interleukin-6，IL-6)、白细胞介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、丙二醛(Malondialdehyde，MDA)、过氧化氢酶(Catalase，CAT)、肝脂酶(Hepatic lipase，HL)、脂蛋白脂肪酶(Lipoprotein lipase，LPL)试剂盒，均购自上海研谨生物科技有限公司。

1.3 方法 动物模型构建及给药采用高脂饲料喂养方法建立肥胖大鼠模型，将50只大鼠随机分为对照组(n=20)和造模组(n=30)，对照组给予普通饲料(120 g/d)喂养，造模组给予高脂饲料(120 g/d)喂养，连续喂养12周。肥胖模型判定标准[5]：造模组大鼠超过对照组大鼠体重的20%即为造模成功。12周后，造模组中24只大鼠达到肥胖标准，6只大鼠未达到肥胖标准。将造模成功的24只大鼠随机分为肥胖对照组(n=12)和肥胖运动组(n=12)，将对照组20只大鼠随机分为正常对照组(n=10)和正常运动组(n=10)。肥胖运动组和正常运动组大鼠进行无负重游泳运动：水温(30±2) ℃，水深50 cm， 先进行适应性训练，然后游泳强度由第1天的10 min/d增加至第4天的60 min/d，此后维持60 min/d 至试验结束，6次/周，连续进行游泳训练8周。正常对照组和肥胖对照组大鼠下水后即捞出，不游泳。

1.4 标本采集 最后一次运动结束24 h，采用20%戊巴比妥钠腹腔麻醉大鼠，测量大鼠的体重、体长。腹主动脉采血30 mL，3 500 r/min离心，分离血清。取肾周和附睾周围脂肪、腓肠肌、肝脏，生理盐水冲洗后，置于-80 ℃冰箱中保存。

1.5 指标检测

1.5.1 大鼠体重、体长、Lee’s指数、体脂百分比、肌肉质量指数检测 大鼠麻醉后，电子天平称重。软尺测量鼻子到肛门长度即为体长。Lee’s 指数计算：Lee’s 指数=体重(g)1/3×100/体长(cm)。体脂百分比(%)=肾周和附睾周围脂肪重量(g)/体重(g)×100%。肌肉质量指数(%)=腓肠肌重量(g)/体重(g)×100%。

1.5.2 血清指标检测 采用美国强生血糖仪检测FPG。采用酶法检测血清TC、TG、LDL-C、HDL-C、ALT、AST的水平。采用酶联免疫法(ELISA)检测FINS、TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-10、FFA、APN、P、MDA、SOD、CAT、HL、LPL的水平。

1.6 统计学方法 采用SPSS 18.0软件进行分析，组间比较采用单因素方差分析(one-way ANOVA)，两两间比较，采用LSD-t比较，P<0.05为差异具有显著性。

2 结果

2.1 各组大鼠体重、Lee’s指数、体脂百分比、肌肉质量指数的水平 与正常对照组比较，肥胖对照组大鼠体重、Lee’s指数、体脂百分比显著升高(P<0.05)，肌肉质量指数水平明显降低(P<0.05)；与肥胖对照组比较，肥胖运动组大鼠体重、Lee’s指数、体脂百分比显著降低(P<0.05)，肌肉质量指数水平显著升高(P<0.05)。见表1。

表1 各组大鼠体重、Lee’s指数、体脂百分比、肌肉质量指数的水平

2.2 各组大鼠血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、FPG、FINS、IRI的检测 与正常对照组比较，肥胖对照组大鼠血清TC、TG、LDL-C、FPG、FINS、IRI水平明显升高(P<0.05)，HDL-C水平明显降低(P<0.05)；与肥胖对照组比较，肥胖运动组大鼠血清TC、TG、LDL-C、FPG、FINS、IRI水平明显降低(P<0.05)，HDL-C水平明显升高(P<0.05)。见图1。

图1 各组大鼠TC、TG、HDL-C、LDL-C、FPG、FINS、IRI 的检测结果

2.3 各组大鼠血清TNF-α、IL-6、IL-1β、MDA、SOD、CAT的检测 与正常对照组比较，肥胖对照组大鼠血清TNF-α、IL-6、IL-1β、MDA水平明显升高(P<0.05)，SOD、CAT水平明显降低(P<0.05)；与肥胖对照组比较，肥胖运动组大鼠血清TNF-α、IL-6、IL-1β、MDA水平明显降低(P<0.05)，SOD、CAT水平明显升高(P<0.05)。见图2。

2.4 各组大鼠血清ALT、AST、FFA、APN、P、HL、LPL的的检测 与正常对照组比较，肥胖对照组大鼠血清ALT、AST、FFA、P水平明显升高(P<0.05)，APN、HL、LPL水平明显降低(P<0.05)；与肥胖对照组比较，肥胖运动组大鼠血清ALT、AST、FFA、P水平明显降低(P<0.05)，APN、HL、LPL水平明显升高(P<0.05)。见图3。

图3 各组大鼠血清ALT、AST、FFA、APN、P、HL、LPL的的检测结果

3 讨论

随之全球经济的发展、生活水平的提高、体力劳动的减少、代步工具的普遍和高脂以及高热量食物的摄入，肥胖的发病率逐年升高，已成为全球性的严重医学和安全问题。肥胖可影响全身各个系统，是2型糖尿病、高脂血症、高血压、脂肪肝、冠心病和脑梗死等心脑血管疾病、恶性肿瘤、慢性阻塞性肺疾病的重要危险因素。肥胖还可以打击自尊心和自信心，导致心理障碍和抑郁症等。因此，积极治疗肥胖对提高生活质量、改善身心健康具有重要的意义。运动是一种控制体重的有效手段，可以控制体重、改善体成分和调节代谢等，但是关于运动治疗肥胖的具体机制尚不明确。

本试验显示，高脂饮食使肥胖对照组大鼠、体重、Lee’s指数、体脂百分比、血清TC、TG、LDL-C、FPG、FINS、IRI、TNF-α、IL-6、IL-1β、MDA、FFA、P水平明显高于正常对照组，而HDL-C、SOD、CAT、APN、HL、LPL水平显著降低。表明高脂饲料可以诱导肥胖，肥胖大鼠存在高脂血症、高血糖、胰岛素抵抗状态、炎症反应、脂质过氧化、脂代谢紊乱等。肥胖患者可能处于一种长期的“低度炎症反应状态”，表现为血液循环中的TNF-α、IL-6、IL-1β等炎症因子处于低于升高水平状态。肥胖患者体内脂肪细胞数量增加，巨噬细胞大量浸润，分泌TNF-α、IL-6、IL-1β等多种炎症因子，进入血液循环，激活多条炎症反应信号通路，引发炎症瀑布级联反应。TNF-α可以通过细胞增殖、凋亡、分化等影响脂代谢[6]。IL-6不仅参与炎症反应，而且可以通过细胞凋亡控制脂肪细胞数量，还可以造成肝损伤[7]。MDA是过氧化物质，是判定脂质过氧化水平和氧化损伤程度的重要指标。SOD是机体消除自由基的一种抗氧化酶，CAT主是一种催化过氧化氢分解的酶，SOD和CAT具有抗氧化损伤的作用[8]。肥胖患者机体内SOD、CAT等减少或MDA增多，引起肝脏过氧化损伤，肝功能异常，表现为ALT、AST升高，并且引起脂质代谢紊乱，促进肥胖发生发展。HL是一种由肝脏合成的具有多种脂酶活性物质，可以促进肝脏吸收TC，也可以促进LDL-C与受体结合水解和TC水解为胆汁酸排出体外[9]。LPL是一种甘油三酯水解酶，可以促进TG分解为脂肪酸，降低血液中TG水平。HL、LPL分泌减少，引起脂代谢紊乱，促进肥胖发展。瘦素由脂肪细胞分泌，可以调控脂代谢和能量平衡，对调节肥胖等代谢性疾病具有重要的作用。肥胖患者体内瘦素水平明显升高，是因为存在瘦素抵抗现象，导致瘦素调节脂代谢和能量代谢作用减弱甚至消失[10]。APN是脂肪细胞分泌的细胞因子，具有调节糖脂代谢的作用，可通过促进肝糖原异生、脂肪酸氧化等改善胰岛素抵抗，抑制肥胖[11]。因此，炎症反应、脂质过氧化、瘦素抵抗、糖脂代谢紊乱等在肥胖的发生、发展中具有重要的作用。本试验发现，经过游泳训练后，肥胖运动组大鼠体重、Lee’s指数、体脂百分比、TC、TG、LDL-C、FPG、FINS、IRI、TNF-α、IL-6、IL-1β、MDA、FFA、P水平低于肥胖对照组(P<0.05)，肌肉质量指数、HDL-C、SOD、CAT、APN、HL、LPL水平显著高于肥胖对照组。表明游泳训练可以减轻肥胖大鼠的体重和脂肪含量，控制肥胖，可能与改善糖脂代谢、胰岛素抵抗、瘦素抵抗，抑制炎症反应和脂质过氧化损伤等密切相关。

综上所述，游泳运动可能通过调节糖脂代谢、改善胰岛素抵抗和瘦素抵抗、抗脂质过氧化、抑制炎症反应等发挥控制肥胖。