有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠胰島素敏感性的時(shí)相性影響

柏建清 (淮陰師范學(xué)院體育學(xué)院，江蘇 淮安 223300)

胰島素抵抗(IR)即胰島素敏感性降低是非胰島素依賴型糖尿病(NIDDM)的發(fā)病基礎(chǔ)，也是其發(fā)病的中心環(huán)節(jié)，改善胰島素敏感性對(duì)預(yù)防和治療糖尿病有重要的意義。運(yùn)動(dòng)可增強(qiáng)人體對(duì)胰島素的敏感性從而改善IR，是防治糖尿病的有效措施之一。而運(yùn)動(dòng)對(duì)胰島素敏感性影響的時(shí)相性變化過(guò)程的文獻(xiàn)報(bào)道甚少。本研究旨在觀察經(jīng)過(guò)6 w有氧運(yùn)動(dòng)的大鼠在最后一次訓(xùn)練結(jié)束后即刻、24 h、48 h、72 h血清胰島素敏感性的時(shí)相性變化過(guò)程，為運(yùn)動(dòng)防治糖尿病提供有意義的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物及分組 健康雄性SD大鼠50只，8周齡，體重(202.18±23.57)g，組間差異不具有顯著性，徐州醫(yī)學(xué)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供。隨機(jī)分為5組(n=10):安靜對(duì)照組(C):不外加運(yùn)動(dòng)。有氧運(yùn)動(dòng)組(T):分4組，均實(shí)施有氧運(yùn)動(dòng)方案。①有氧運(yùn)動(dòng)即刻組(T0):最后一次訓(xùn)練結(jié)束后即刻處死。②有氧運(yùn)動(dòng)后24 h組(T1):最后一次訓(xùn)練結(jié)束后24 h處死。③有氧運(yùn)動(dòng)后48 h組(T2):最后一次訓(xùn)練結(jié)束后48 h處死。④有氧運(yùn)動(dòng)后72 h組(T3):最后一次訓(xùn)練結(jié)束后72 h處死。飼養(yǎng)條件:單籠飼養(yǎng)，飼養(yǎng)籠選用塑料制品，并配合不銹鋼罩，自然光照，通風(fēng)條件良好，室溫18℃ ～25℃，相對(duì)濕度50% ～55%，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物固體混合飼料喂養(yǎng)，自由進(jìn)食飲水。

1.2 預(yù)實(shí)驗(yàn)-測(cè)定乳酸閾跑速 乳酸閾跑速的測(cè)定:從所有大鼠中隨機(jī)抽取6只，采用逐級(jí)遞增負(fù)荷跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)，起始跑速為25 m/min，每5分鐘遞增3 m/min，至40 m/min。分別采取安靜時(shí)和各級(jí)負(fù)荷后即刻大鼠尾血測(cè)定血乳酸(LA)。根據(jù)安靜時(shí)和各級(jí)負(fù)荷血乳酸濃度的平均值，采用Beaver等的對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換法，即Log-Log法，求得的乳酸閾跑速為30.2 m/min。

1.3 有氧運(yùn)動(dòng)方案 實(shí)驗(yàn)大鼠常規(guī)喂養(yǎng)1 w，并在水平跑臺(tái)上進(jìn)行適應(yīng)性慢跑，前兩天的速度為10 m/min，每次慢跑不超過(guò)5 min，2 d后分別以10、15 m/min速度各跑5 min。有氧運(yùn)動(dòng)組大鼠適應(yīng)性訓(xùn)練后休息2 d，即在水平跑臺(tái)進(jìn)行正式訓(xùn)練，訓(xùn)練強(qiáng)度根據(jù)乳酸閾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用逐級(jí)遞增方式至第5周達(dá)到90%乳酸閾跑速(27 m/min)，以保證大鼠進(jìn)行的均為有氧運(yùn)動(dòng)。正式訓(xùn)練共6 w，每周訓(xùn)練5 d，休息2 d。第1周為15 m/min、15 min，第 2 周為 18 m/min、20 min，第 3 周為21 m/min、30 min，第 4 周為 24 m/min、40 min，第 5 ～6 周為27 m/min、50 min。

1.4 樣品的采集和制備 經(jīng)過(guò)6 w的飼養(yǎng)和訓(xùn)練后，T0組于最后一次訓(xùn)練結(jié)束后即刻與安靜對(duì)照組同時(shí)取材，T1～T3組分別于最后一次訓(xùn)練結(jié)束后24 h、48 h、72 h于安靜狀態(tài)下取材。各組取材時(shí)間均為上午8:00～10:00。所有大鼠均禁食12～14 h，其間自由飲水。取樣前，腹腔注射20%氨基甲酸乙酯(1.5～2 g/kg)麻醉，摘除眼球取血，常規(guī)制備血清。

1.5 測(cè)試方法 放射免疫(RIA)法測(cè)定血清中胰島素含量，測(cè)量?jī)x器為GC-1200γ放射免疫計(jì)數(shù)器。胰島素放射免疫分析試劑盒購(gòu)于中國(guó)原子能科學(xué)研究院同位素所。血清葡萄糖含量采用GOD-PAP法測(cè)定，測(cè)量?jī)x器為分光光度儀(7230 G)。葡萄糖測(cè)定試劑盒購(gòu)于上海榮盛生物技術(shù)有限公司。

2 結(jié)果

與C組相比，有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練各組大鼠血糖無(wú)明顯波動(dòng)(P＞0.05)。與 C組相比，T0、T1組顯著下降 (P＜0.05，P＜0.01)，T2、T3組下降不具有顯著性(P＞0.05)。各組下降幅度分別為15%、56%、11%、8%。與C組相比，T1組胰島素敏感指數(shù)(ISI)顯著升高(P ＜0.01)，T0、T2、T3組有升高趨勢(shì)，但不具有顯著性差異(P＞0.05)。各組上升幅度分別為4.6%、15.5%、3%、2%。見(jiàn)表1。

表1 各組大鼠血糖、血清胰島素含量和ISI的變化()

表1 各組大鼠血糖、血清胰島素含量和ISI的變化()

與C組比較:1)P＜0.05，2)P＜0.01

組別 n 血糖(mmol/L)10 5.43±0.37 26.24±4.19 －4.96±0.44 T0組 9 5.09±0.46 22.25±4.251) －4.73±0.67 T1組 8 5.68±0.38 11.59±2.712) －4.19±0.232)T2組 8 5.29±0.25 23.30±2.97 －4.81±0.30 T3組ISI C組血清胰島素(μIU/ml)9 5.36±0.36 24.14±3.67 －4.86±0.28

3 討論

目前，越來(lái)越多的流行病學(xué)研究的結(jié)果已經(jīng)證實(shí)，NIDDM的發(fā)病率與人群的運(yùn)動(dòng)水平密切相關(guān)。長(zhǎng)期缺乏運(yùn)動(dòng)、高脂高糖飲食通常是造成IR和(或)高胰島素血癥的主要原因，而規(guī)則的體育運(yùn)動(dòng)、適度減重以及低脂肪、富含纖維素的低熱量膳食可改善胰島素的敏感性。張愛(ài)芳等〔1〕研究發(fā)現(xiàn)，大鼠在跑臺(tái)上進(jìn)行35 m/min，35 min的運(yùn)動(dòng)后即刻，血糖及胰島素明顯降低，24 h有恢復(fù)的趨勢(shì)，但仍低于運(yùn)動(dòng)前水平。陳松娥等〔2，3〕分別用抗阻訓(xùn)練和有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)絕經(jīng)后婦女的研究發(fā)現(xiàn)，抗阻訓(xùn)練和有氧運(yùn)動(dòng)后血糖濃度無(wú)明顯變化，但血胰島素濃度下降，胰島素敏感性顯著增加，說(shuō)明有氧運(yùn)動(dòng)可改善絕經(jīng)后婦女的胰島素抵抗。本研究發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)各組大鼠血糖無(wú)明顯波動(dòng)可能與以下因素有關(guān)。首先，運(yùn)動(dòng)中交感神經(jīng)興奮，引起腎上腺素濃度增加。一方面，通過(guò)β-腎上腺素受體激活腺苷酸環(huán)化酶(CAMP)觸發(fā)耦聯(lián)反應(yīng)，引起激素敏感性的脂肪酶活性增加，促進(jìn)脂肪水解。另一方面，腎上腺素還抑制肌肉攝取葡萄糖，促進(jìn)胰高血糖素的分泌，抑制胰島素的分泌。其次，血漿FFA濃度升高，導(dǎo)致脂肪酸氧化增加，進(jìn)而生成的乙酰輔酶A增多，這會(huì)抑制丙酮酸脫氫酶的活性，糖分解減少，從而節(jié)約了糖。乙酰輔酶A/輔酶A比率增加也會(huì)抑制磷酸果糖激酶(PFK)、己糖激酶(HK)的活性。這些因素綜合作用的結(jié)果，使得糖酵解率和糖原分解率減少，血糖維持相對(duì)恒定。第三，肝臟、腎臟這些參與糖異生的器官對(duì)運(yùn)動(dòng)中血糖的相對(duì)恒定也具有重要的意義。有氧運(yùn)動(dòng)使各組大鼠血清胰島素水平下降，胰島素敏感性升高并具有時(shí)相性可能不僅僅是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的結(jié)果，而且還可能與最后一次運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的延遲作用有關(guān)。

長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練導(dǎo)致胰島素敏感性增加的機(jī)制仍未完全闡明:(1)胰島素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。在胰島素的受體后信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中，研究得比較深入的主要為以下兩條通路:①PI-3k途徑。②Ras-MAPK途徑。對(duì)肥胖者和NIDDM患者的骨骼肌研究發(fā)現(xiàn)，其胰島素信號(hào)傳導(dǎo)通路存在缺陷。特別是胰島素受體底物-1(IRS-1)的磷酸化和磷脂酰肌醇3-激酶(PI-3K)的活性在胰島素刺激下降低。胡瑞萍等〔4〕發(fā)現(xiàn)，8 w游泳訓(xùn)練后，大鼠骨骼肌中PI-3K和Ras途徑中的關(guān)鍵下游蛋白的表達(dá)和磷酸化程度都顯著增高。這表明運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)提高胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中的關(guān)鍵蛋白的活性來(lái)提高胰島素的敏感性。(2)葡萄糖載體(GLUT4)。在周圍組織中，利用葡萄糖最主要的是骨骼肌，目前研究表明，骨骼肌攝取葡萄糖是一種耗能的主動(dòng)吸收，葡萄糖的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是最主要的限速步驟，而這一過(guò)程依靠細(xì)胞膜上的特異轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-GLUT4。在基礎(chǔ)狀態(tài)下，90%GLUT4位于胞漿內(nèi)，而在運(yùn)動(dòng)作用下 GLUT4可以轉(zhuǎn)至細(xì)胞膜上。楊曉冰等〔5〕研究發(fā)現(xiàn)，6 w游泳運(yùn)動(dòng)的大鼠骨骼肌細(xì)胞內(nèi)膜GLUT4含量增加16%，而細(xì)胞外膜GLUT4含量增加71.9%，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)不僅可增加骨骼肌細(xì)胞總體GLUT4含量，還具有促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)膜GLUT4向細(xì)胞外膜轉(zhuǎn)位的作用。(3)體成分和脂代謝。運(yùn)動(dòng)可以使肌肉量增加的效果已經(jīng)是無(wú)可置疑。力量訓(xùn)練選手與一般跑步者比較在身體攝取葡萄糖時(shí)所需分泌胰島素濃度較小，顯示其胰島素敏感性較高〔6〕。而脂肪組織內(nèi)能源儲(chǔ)存量多寡，可影響肌肉組織及肝臟對(duì)胰島素的敏感性，高濃度FFA可在胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的受體后各個(gè)位點(diǎn)抑制胰島素信號(hào)傳遞，在IR發(fā)生過(guò)程中具有重要的作用，而規(guī)律運(yùn)動(dòng)可以使身體脂肪儲(chǔ)存量以及血漿FFA水平下降，因此，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以有效地減輕胰島素抵抗的發(fā)生。(4)毛細(xì)血管血流量。盡管運(yùn)動(dòng)引起血漿胰島素濃度下降，但運(yùn)動(dòng)可以使得血液重新分配，骨骼肌中工作肌的血流量增多，從而使局部組織的胰島素濃度并不減少，還有可能增多。此外，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可明顯提高肌肉血管一氧化氮合成酶(NOS)的活性〔6〕，使血管擴(kuò)張能力增強(qiáng)，血液更有效地通往肌肉的各個(gè)部分，最終增加肌肉的葡萄糖吸收能力，提高肌肉的胰島素敏感性。(5)肝葡萄糖輸出和糖原合成。訓(xùn)練可使健康受試者運(yùn)動(dòng)期間肝葡萄糖輸出下降，降低肝糖原分解和糖異生，但安靜時(shí)的葡萄糖動(dòng)力學(xué)沒(méi)有改變。一次急性運(yùn)動(dòng)可通過(guò)提高糖原合成酶的活性加快糖原合成，從而降低血糖濃度，在運(yùn)動(dòng)所至的胰島素敏感性提高中起了重要的作用。實(shí)際上，運(yùn)動(dòng)后糖原合成酶活性可見(jiàn)提高。有實(shí)驗(yàn)讓大鼠負(fù)重游泳2 h后發(fā)現(xiàn)，一直到運(yùn)動(dòng)后6 h，糖原合成酶的活性仍見(jiàn)顯著增高〔7〕。(6)氧化應(yīng)激因素。鏈脲佐菌素和四氧嘧啶通過(guò)自由基對(duì)胰島細(xì)胞的作用使實(shí)驗(yàn)大鼠患發(fā)糖尿病;抗氧化劑缺乏能夠產(chǎn)生與鏈脲佐菌素誘發(fā)大鼠糖尿病相似的結(jié)果;毛曉明等〔8〕報(bào)道，抗氧化劑維生素能改善糖耐量受損患者IR。程守科等〔9〕研究發(fā)現(xiàn)，劇烈運(yùn)動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)胰島素敏感性隨超氧化物歧化酶(SOD)的降低而下降，而當(dāng)使用抗氧化劑阻止SOD下降使胰島素敏感性下降幅度降低，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)下的氧化應(yīng)激是胰島素敏感性下降的原因之一。(7)內(nèi)分泌激素。運(yùn)動(dòng)使交感腎上腺系統(tǒng)應(yīng)答反應(yīng)增強(qiáng)，致使血中兒茶酚胺類激素的濃度增加，抑制了胰島素的分泌。規(guī)律運(yùn)動(dòng)可提高機(jī)體對(duì)胰島素的敏感性并增加血漿性激素結(jié)合球蛋白的水平，人體對(duì)胰島素的敏感性與血漿性激素結(jié)合球蛋白的水平呈負(fù)相關(guān)〔10〕。此外，脂聯(lián)素是脂肪細(xì)胞產(chǎn)生的一種膠原樣細(xì)胞因子，不僅具有調(diào)節(jié)胰島素分泌、細(xì)胞胰島素受體的敏感性和GLUT4的表達(dá)轉(zhuǎn)位等維持糖脂代謝的作用，提高機(jī)體對(duì)胰島素的敏感性〔11〕，而且還具有抗炎、抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用。李斌等〔12〕研究發(fā)現(xiàn)，中等強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)可改善NIDDM肥胖患者胰島素敏感性，同時(shí)血漿脂聯(lián)素水平明顯升高。

有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠血糖無(wú)明顯影響，但使血清胰島素時(shí)相性下降，胰島素敏感性時(shí)相性升高，且可持續(xù)數(shù)天，有氧運(yùn)動(dòng)是預(yù)防非胰島素依賴型糖尿病的較佳方案。

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