低氧运动改善实验性糖尿病大鼠糖脂代谢

周燚 方彩华 李良鸣

(1贵州师范大学体育学院，贵州 贵阳 550001;2广州体育学院；3湖南省体育科学研究所)

随着经济社会的快速发展，生活方式改变，糖尿病人群规模急剧增加，严重威胁人类健康。胰腺分泌功能障碍或胰岛素(Insulin)抵抗引起血糖升高、代谢紊乱是其主要病理特征。Insulin分泌不足和(或)生物学效应下降而引起的代谢紊乱伴随糖尿病的发生与发展，改善糖尿病机体糖脂代谢紊乱，防止病情恶化、预防并发症是糖尿病防治的根本。运动可改善糖尿病机体Insulin分泌功能同时提高Insulin的敏感性，从而改善机体糖脂代谢。低氧环境可使机体应激，长期低氧应激可使机体糖脂代谢加快加强〔1〕。研究报道，低氧运动可显著提高肥胖大鼠Insulin敏感性、改善Insulin抵抗，且效果优于单纯运动〔2〕；王宁琦等〔3〕研究报道，4 w低氧运动可明显降低肥胖青年体重、体重指数(BMI)、糖化血红蛋白及Insulin抵抗，降低2型糖尿病患病风险。以上研究提示，运动、低氧以及两者结合可能改善糖尿病患者的糖脂代谢，但何种组合效果更佳尚不清楚，本研究旨在比较运动、低氧或二者不同组合方式的效果，为低氧运动干预糖尿病的研究提供实验依据。

1 材料与方法

1.1动物与分组 雄性Wistar大鼠80只，体重180～200 g，购于广州中医药大学实验动物中心，分笼饲养，室温(25±2)℃，光照时间12 h左右，实验前适应性喂养3 d，随机抽取8只作为正常对照组(NC组)，继续普通饲料喂养，不做其他特殊干预，其余72只用于复制实验性糖尿病大鼠模型，改喂高糖高脂饲料，均自由进食和饮用自来水。第5周末造模组大鼠一次性腹腔注射小剂量链脲佐菌素(STZ)溶液(30 mg/kg)，1 w后以空腹血糖≥7.9 mmol/L，且尿糖出现“++++”为成模标准。选取44只复制成功的模型大鼠，随机分成5组，即模型对照组(MC组、8只)、低氧干预组(HI组、9只)、常氧运动组(NE组、9只)、低氧运动组(HE组、9只) 及运动低氧组(EH组、9只)，继续高糖高脂饲料喂养。

1.2实验方案 低氧环境采用美国Hypoxico公司生产的常压低氧帐篷系统，MC组生活在常氧环境下(广州，室内O2浓度约20.9%)，HI组每天定时在低氧帐篷内低氧暴露1 h(O2浓度15.4%±0.2%)，NE组、HE组分别在常氧环境下和低氧帐篷内运动1 h(跑速：18 m/min、坡度0°)，EH组常氧环境下运动1 h后低氧帐篷内低氧暴露1 h(跑速、低氧浓度同前)，每周休息1 d，共干预4 w。

1.3标本采集与指标测试 实验干预前后分别测试大鼠体重并计算大鼠体重变化值(BWC)，取材前3 d进行单笼饲养，观测并计算每只大鼠日均摄食量(FID)和饮水量(WID)。大鼠末次干预结束后休息1 d，禁食12 h，经10%水合氯醛麻醉，腹主动脉取血，使用京都血糖仪测定大鼠空腹血糖(FPG)，剩余部分分离血清，-80℃保存备测，取股外侧肌制备10%组织匀浆备测。取肾周脂肪和附睾脂肪称重计算内脏脂肪含量(VF/W)；测量大鼠体长，计算肥胖指数(Lee′s=体重1/3×103/体长)。

采用南京建成生物工程研究所生产的测试盒，分别测定糖化血清蛋白(GSP)、三酰甘油(TG)、游离脂肪酸(FFA)、总胆固醇(TC)及高、低密度脂蛋白(HDL、LDL)，骨骼肌琥珀酸脱氢酶(SDH)、乳酸脱氢酶(LDH)；采用Insulin放射免疫分析药盒(中国原子能科学研究所生产)测定血清Insulin(FINS)，计算Insulin敏感指数(ISI=Ln〔1/FINS×FPG〕)及Insulin抵抗指数(HOMA-IR=Ln〔FINS×FPG/22.5〕)。

1.4统计学方法 采用SPSS17.0软件进行t检验、方差分析。

2 结 果

2.1各组血糖Insulin指数水平比较 与NC组比较,MC组FPG、GSP、HOMA-IR均显著升高(P<0.05),Insulin、ISI均显著下降(P<0.05);与MC组比较,HI组FPG升高、Insulin水平略有下降,但均无统计学意义(P>0.05),其他各组FPG水平均显著下降、Insulin水平均显著上升,其中NE组、HE组及EH组FPG水平均显著低于MC组和HI组(P<0.05),NE组、EH组Insulin水平显著高于MC组(P<0.05),HE组有高于MC组趋势(P=0.069),NE组、HE组及EH组Insulin水平均显著高于HI组(P<0.05);实验干预各组GSP、HOMA-IR、ISI均无明显差异(P>0.05)。见表1。

表1 各组血糖指数水平比较

2.2各组BWC、Lee′s、FID、WID水平比较 实验干预后,NC 组BWC增长,与NC组比较，MC 组BWC、Lee′s 均显著降低,FID和WID均显著增加(P<0.05);HI组、NE组、EH组BWC下降幅度均显著大于 MC组 (P<0.05);HI 组、NE 组、HE 组、EH 组FID 均显著低于 MC 组(P<0.05);HE 组Lee′s 最低,有低于 MC 组的趋势(P=0.053),其他各组均无显著性差异(P>0.05);各组WID均无显著差异(P>0.05)。见表2。

表2 各组BMC、Lee′s、FID、WID及股四头肌LDH、SDH活性比较

2.3各组股四头肌LDH、SDH活性比较 与NC组比较,MC组骨骼肌SDH活性显著降低(P<0.05)、LDH活性无显著性差异(P>0.05)。EH组LDH活性最高,显著高于NE组(P<0.05),其他各组间无显著差异(P>0.05);EH组SDH活性最高,显著高于MC组和HI组(P<0.05),其他各组均无显著差异(P>0.05)。见表2。

2.4各组血脂水平比较 MC组血清TC、LDL均显著高于NC组(P<0.05),FFA、VF/W显著低于NC组(P<0.05),NC组和MC组TG、HDL水平均无显著差异(P>0.05);HE组、EH组TC水平均显著低于MC组，且EH组TC水平显著低于HI组(P<0.05),HE组TC水平有低于HI组趋势(P=0.074);各组HDL水平均无显著差异(P>0.05);NE组、HE组、EH组LDL水平均显著低于MC组和HI组(P<0.05);NE组、HE组、EH组TG水平均显著低于HI组(P<0.05),NE组、EH组有低于MC组趋势(P=0.062,0.059);EH组VF/W最低,有低于MC组的趋势(P=0.074),其他各组间均无显著差异(P>0.05)。见表3。

表3 各组血脂水平比较

3 讨 论

本研究复制的实验性糖尿病大鼠模型既有1型糖尿病Insulin分泌绝对不足又有2型糖尿病Insulin敏感性降低、Insulin抵抗的双重病理特征，糖脂代谢紊乱特征明显。

糖尿病是一种常见的内分泌代谢性疾病，规律运动可以改善糖尿病机体糖脂代谢，FPG降低、Insulin敏感性增加及Insulin抵抗改善早已被证实〔4～6〕，运动作为糖尿病治疗的有效辅助手段广泛应用于临床实践〔7〕。彭卫华等〔8〕报道平原士兵入伍藏北高原服役，随服役时间延长FPG显著升高；耿希有等〔9〕研究报道，2型糖尿病患者进入高原后FPG显著上升；还有研究报道，长期间歇低氧干预可导致脂联素、瘦素等脂肪细胞因子分泌失调，大鼠糖耐量受损，加重Insulin抵抗〔10〕。以上研究结果表明，长期低氧(间歇低氧)干预或高原低氧环境可诱发或加重糖尿病。糖尿病机体组织细胞处于缺氧状态，低氧诱导因子(HIF)-1表达增加〔11～14〕，诱导分泌大量炎症因子，从而抑制了Insulin生物学作用，造成Insulin抵抗〔15〕，使糖脂代谢发生紊乱，低氧干预在一定程度上加重了糖尿病机体的缺氧程度，从而加重Insulin抵抗程度。本研究并未发现低氧干预对实验性糖尿病大鼠糖脂代谢影响的主效应，这可能与所采用的低氧浓度偏高，刺激时间和周期较短有关。

体育运动、低氧干预对糖尿病机体所产生的应激反应不同，目前低氧运动主要应用于竞技体育领域提高运动员有氧运动能力及减肥健身领域减少体脂含量、改善肥胖人群糖脂代谢。研究〔16，17〕对8例2型糖尿病患者进行急性低氧和运动干预，发现常氧运动、持续低氧运动均可提高2型糖尿病患者运动后Insulin敏感性，改善运动后Insulin抵抗，并延迟至24 h以后，且运动和低氧存在交互作用，而间歇性运动低氧干预与常氧运动无明显差异。本研究所设计的两种低氧运动组合干预对改善实验性糖尿病大鼠糖脂代谢均无交互作用，而运动改善糖尿病大鼠糖脂代谢的主效应显著，提示运动对糖尿病的改善作用掩盖了低氧干预的毒副作用。这可能与糖尿病机体运动应激状态下对缺氧不够敏感有关。运动可增强糖尿病机体骨骼肌糖摄取能力、提高Insulin敏感性、改善Insulin抵抗、FPG降低，糖尿病症状得到改善〔18〕；运动中需氧量增加，机体处于相对缺氧状态，低氧环境下运动，增加了机体运动状态下的缺氧程度，类似于机体承受更大负荷的运动；运动结束后机体处于过量氧耗的恢复过程，运动后低氧干预阻碍了其恢复过程，延长了机体过量氧耗时间，类似于机体承受更长时间的运动刺激。因此两种低氧运动组合方式改善糖尿病大鼠糖脂代谢紊乱主要依赖于运动的积极效应。另外，本研究并未发现低氧复合运动改善糖尿病机体Insulin抵抗存在交互作用，这与文献〔16，17〕报道存在差异，可能与急性实验和慢性实验存在差异、2型糖尿病患者和实验性糖尿病大鼠发病机制存在差异对低氧复合运动的适应不同有关。