有氧运动对2型糖尿病小鼠内脏组织病理形态的影响

马宝玲，王向东，马宝娟，权超颖

(1 河北科技师范学院a体育与健康学院，b后勤与国有资产管理处，河北 秦皇岛，066004；2 石家庄信息工程职业学院)

目前全球2型糖尿病发病率已呈爆发性增长趋势，中国糖尿病患者约占世界患病总人数的三分之一[1]。2型糖尿病是多因素综合作用引起的内分泌代谢性慢性疾病，可引起胰岛功能受损、血糖控制效果降低和各器官并发症发生的危险性增高，严重影响国民的生活质量和健康寿命[2，3]，在病情进展过程中，糖尿病患者的胰腺与肾脏的损害不断加深，早期是组织细胞形态与排列的异常，最终导致脏器不可逆的损伤。有研究发现，高糖环境会对肾脏组织造成不同程度的伤害[4]。电镜下观察组织细胞形态改变是组织结构损伤最直接的证明。抗阻训练结合有氧运动对减少糖尿病并发症有积极的促进作用[5]。游泳运动对2型糖尿病的胰腺、肾脏以及脂肪细胞有良好促进作用[6]。为此，笔者采用高脂饮食饲喂4周+低剂量链尿佐菌素(STZ)腹腔注射的方法诱导建立2型糖尿病小鼠实验模型，对其进行8周有氧运动(跑台运动)的干预，旨在探讨有氧运动对2型糖尿病小鼠的内脏组织病理形态的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料

表1 主要仪器、设备和试剂

1.1.1实验动物 雄性C57BL/6J小鼠(6周龄，体质量15.42 g±1.47 g)共60只，实验动物由北京维通利华实验动物技术有限公司提供。分笼饲养，自由饮水进食，明暗交替周期为12 h，动物房温度为(25±2) ℃，相对湿度为50%±5%。

1.1.2主要仪器与试剂 本次研究使用的主要仪器、设备和试剂见表1。

1.2 实验方法

1.2.1预饲养与分组 小鼠适应性饲养7 d后随机抽取6只饲喂标准普通饲料(RG,n=6)，其余小鼠饲喂高脂高糖饲料(HG，n=34)。喂养12周后将HG小鼠复制T2MD小鼠模型，并将造模成功的小鼠随机分为模型组、运动组，每组不少于8只。

1.2.2复制T2MD小鼠模型 将用于建模的HG雄性小鼠34只，在实施了高脂高糖饲料喂养 12周后禁食 12 h，按120 mg/kg体质量腹腔注射1%链脲佐菌素 (STZ)，72 h后尾静脉采血检测空腹血糖(FBG)，测完空腹血糖后，立即对每只建模组小鼠灌胃0.2 mL质量浓度为500 g/L的葡萄糖溶液。糖耐量的测定设为5个时间点，分别为灌胃葡萄糖溶液后0，30，60，90，120 min。选空腹血糖≥11.1 mmol/L，糖耐量明显下降，进食量、饮水量、尿量明显增多的小鼠为造模成功的2型糖尿病模型[7]。

1.2.3运动干预 为了使小鼠更好、更配合地做有氧运动，正式运动干预前需对运动组进行适应性训练1周(跑台速度2 m/min,坡度0)。正式运动：中等强度运动为12 m/min，运动持续时间均为60 min，每周运动6 d，持续8周。每次训练前均做10 min的准备活动(跑台速度2 m/min,坡度0)。模型组、空白组小鼠不运动。

1.2.4取材

(1)对小鼠称质量。

(2)将小鼠摘眼球取血，所得血液置于离心管中，并用离心机分离(3 500 r/min，15 min，4 ℃)血清。

(3)解剖小鼠：取肾脏、胰腺、胸腺、网膜脂肪、肾周脂肪、皮下脂肪和附睾脂肪组织，电子天平称质量；取 0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm 肾脏组织、胰腺组织和网膜脂肪组织，置于福尔马林中性缓冲液进行固定，常规石蜡包埋，切片，进行病理切片观察。

2 结 果

2.1 有氧运动干预对小鼠空腹血糖、血清胰岛素的影响

试验结果表明，模型组血清胰岛素水平远远高于空白组(P<0.001)，运动组血清胰岛素水平也高于空白组(P<0.01)，但低于模型组(P>0.05)(表 2)。模型组空腹血糖远远高于空白组(P<0.001)，运动组空腹血糖也高于空白组(P<0.01)、但低于模型组(P>0.05)。研究结果表明，长时间中等强度有氧运动可降低2型糖尿病小鼠空腹血糖水平和血清胰岛素水平。

2.2 有氧运动干预对小鼠脏器指数的影响

试验结果表明，2型糖尿病小鼠运动8周后，运动组的胸腺指数、胰腺指数、肾脏指数与空白组、模型组相比，均有所升高(P>0.05)(表3)。由此表明，有氧运动可以提升2型糖尿病小鼠脏器功能，提高免疫力；促进胰腺组织生长，提高胰腺组织功能；提升肾脏生理功能，避免2型糖尿病导致的肾脏组织损害、萎缩。

表2 各组小鼠空腹血糖、胰岛素比较

表3 各组小鼠脏器指数的比较 mg/kg

2.3 有氧运动对 2 型糖尿病小鼠各组织形态的影响

2.3.1有氧运动干预对2型糖尿病小鼠脂肪组织形态的影响 病理切片显示，空白组小鼠网膜脂肪组织大小均匀，排列整齐、规则(图1A，图1B)；模型组小鼠脂肪细胞直径与空白组相比有增大趋势(本次研究未对脂肪细胞直径进行测量)，且大小不一，排列无序(图1C，图1D)；运动组小鼠脂肪细胞直径有所减小，且排列较整齐(图1E，图1F)。结果提示，有氧运动对2型糖尿病小鼠脂肪细胞结构排列有利好趋势，对脂代谢有促进作用。

注：A 空白组，放大倍数(×200)；B 空白组，放大倍数(×400) C 模型组，放大倍数(×200)；D 模型组，放大倍数(×400)E 中强度运动组，放大倍数(×200)；F 中强度运动组，放大倍数(×400)图1 各组小鼠脂肪病理切片

2.3.2有氧运动干预对2型糖尿病小鼠肾脏组织形态的影响 病理切片显示，空白组小鼠肾组织 HE 染色结构清晰完整，细胞大小相似，排列整齐(图2A，图2B)；模型组小鼠细胞排列不整齐，且大小不一，肾小球细胞出现萎缩趋势(图2C，图2D)；运动组小鼠细胞排列与模型组相比略显整齐，有肾小球细胞仍有萎缩趋势，但病变减轻(图2E，图2F)。结果提示，2型糖尿病会引起小鼠肾脏病变，但经过8周有氧运动后，病症减轻。提示，运动可减轻2型糖尿病肾脏组织的病理损伤[15]，对2型糖尿病的肾病并发症有一定的缓解作用。

注：A 空白组，放大倍数(×200)；B 空白组，放大倍数(×400) C 模型组，放大倍数(×200)；D 模型组，放大倍数(×400)E 中强度运动组，放大倍数(×200)；F 中强度运动组，放大倍数(×400)图2 各组小鼠肾脏病理切片

2.3.3有氧运动干预对2型糖尿病小鼠胰腺组织形态的影响 病理切片显示，空白组小鼠胰岛细胞为细长的椭圆形，细胞核大小均匀，分散于胰腺腺泡之间，胰岛中细胞数量较多，细胞分布均匀，排列规整，结构清晰(图3A，图3B)；模型组小鼠胰岛结构紊乱，组织疏松，细胞分布不均，细胞数目减少(图3C，图3D)；运动组小鼠胰岛结构较清晰，边缘较整齐，细胞分布较均匀，组织疏松，胰岛细胞数目相对于建模对照组增多(图3E，图3F)。结果提示，8周有氧运动可以改善胰岛细胞组织形态，有缓解2型糖尿病病征的趋势。

3 结论与讨论

脂肪组织虽然不是主要的血糖吸收组织，但大部分2 型糖尿病患者多半与腹型肥胖高度相关，内脏脂肪的增加提高胰岛素抵抗和慢性炎症的风险[8，9]。肥大的脂肪细胞会自动释放抑制性反馈信息，从而降低胰岛素的敏感性，而肥胖者脂肪细胞合成甘油三酯的能力下降，使多余脂肪无法储存于脂肪细胞，进而刺激肝脏释放葡萄糖，使血糖上升，促进糖尿病发生。与单纯肥胖相比，糖尿病且肥胖的患者，其脂肪组织的表达有明显的炎症反应增强现象，这也从另一方面说明糖尿病的发生可能与肥胖息息相关[10]。虽然脂肪组织对胰岛素降糖效应仅为10%左右，但脂肪组织的糖代谢紊乱却可以影响整个机体的糖代谢稳态[11]，肥胖是脂肪组织质量的增多，而脂肪细胞的体积和数量是脂肪质量的决定因素。而有研究发现，运动对降低脂肪细胞体积的效果比节食减脂、药物减脂更为显著。王漫卓[12]研究表明，中等强度耐力训练可以显著降低脂肪含量、降低由高脂膳食诱导肥胖引起的脂肪组织FTO(fat mass and obesity-associated gene, FTO)表达的升高。脂肪体积的减小、排列有序都是脂肪组织对运动的积极应答[13]，本次研究的脂肪组织病理切片结果也证明了这一点。但试验中各脏器指数并无统计学意义，可能由于运动干预时间较短，其康健效果不明显，后续研究中将延长运动期限进行进一步研究论证，对不同干预期限进行分组研究，力争找到运动显效的期限阈值。

糖尿病肾病可导致末期肾衰竭，是2型糖尿病病死率增加的重要原因之一。李国立[14]研究表明，8周游泳运动可显著降低2型糖尿病大鼠空腹血糖(GLU)、糖化血红蛋白(GHb)、血清肌酐(Scr)、尿素氮(BUN)水平，提示游泳运动可改善2型糖尿病大鼠糖代谢紊乱的现象，对改善糖尿病大鼠肾小球滤过功能有一定的作用。可能机制为运动可以增加机体能量消耗，提高机体胰岛素敏感性，促进机体对葡萄糖的吸收和利用，进而显著降低了血糖水平，从而使2型糖尿病大鼠肾损害得到一定程度的改善。朱洪竹[15]研究表明，6周有氧游泳训练可减轻2型糖尿病大鼠肾脏病理损伤，运动对下调2型糖尿病大鼠肾脏NF-κB-p65及相关蛋白表达有促进作用。本次研究对2型糖尿病小鼠进行为期8周的有氧运动，其肾脏病理组织切片的结果显示，通过8周中等强度有氧运动，2型糖尿病小鼠的肾脏组织细胞的萎缩现象有很大程度的好转，肾脏指数也有提高的趋势。结果提示，有氧运动对2型糖尿病小鼠的肾脏衰退功能有恢复作用，可以改善2型糖尿病小鼠肾脏组织形态。运动对降低2型糖尿病的肾脏并发症有一定的促进作用。

2型糖尿病发生发展的一个重要机制是体内氧化和抗氧化作用失衡引起氧化应激导致细胞数量减少，其中胰岛B细胞凋亡异常增多是导致胰岛B细胞数量减少的重要原因。糖尿病小鼠的胰腺组织病理形态学和超微机构改变，能改善糖尿病小鼠血脂代谢和胰腺组织的氧化应激状态进而减少炎症反应[16]。吴亚文[17]以链脲霉素诱导的糖尿病大鼠为实验对象，对其进行一段时间的游泳运动干预后，取胰腺组织作病理切片，观察到运动改善了大鼠胰岛的形态学指标，糖尿病运动组的胰岛最大直径、胰岛面积、胰岛个数都显著优于糖尿病对照组。本次试验结果显示，8周有氧运动不但可以降低2型糖尿病小鼠的血糖和胰岛素水平，还能改善胰岛细胞组织形态，使胰岛细胞数量增多，在一定程度上提高胰岛功能，减轻胰岛受损伤程度，与多数游泳运动干预的研究结果较为一致[17，18]。

在本次研究条件下，8周有氧运动可降低2型糖尿病小鼠的血糖和胰岛素水平，改善2型糖尿病小鼠的脂肪细胞形态结构，有降低内脏脂肪含量的良好趋势。对胰腺和肾脏组织的形态结构有利好作用。一定程度上改善了2型糖尿病小鼠的胰腺和肾脏的功能，降低了2型糖尿病小鼠肾脏并发症的几率。虽然运动组小鼠的空腹血糖水平降低了，但仍然超出正常空腹血糖值的范围。提示，运动降糖是一个长期干预的过程，2型糖尿病的运动降糖是否存在运动期限需后续研究进一步论证。