運動對1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的影響和機制研究

桑立紅(國家體育總局運動醫學研究所， 北京 東城區 100061)

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運動對1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的影響和機制研究

桑立紅
(國家體育總局運動醫學研究所， 北京 東城區 100061)

【摘 要】目的:探討運動對1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的影響及其作用機制。方法:取Sprague-Dawley(SD)大鼠60只隨機分組，采用一次性腹腔內注射鏈尿佐菌素(STZ)溶液的方法進行造模，建立I型糖尿病大鼠模型，進而隨機分為糖尿病運動組、對照組。對糖尿病運動組大鼠進行連續6周，6 次/周，1h/次的游泳運動，對照組大鼠不進行運動。6周游泳運動結束后，測定各組大鼠血糖、血胰島素的含量；測定胰腺組織中一氧化氮(NO)濃度，計算HOMA-細胞功能指數(HBCI)。結果:糖尿病運動組大鼠血糖濃度明顯低于糖尿病對照組(P<0.01)，HBCI較糖尿病對照組有明顯提高(P<0.01)，而胰島素濃度兩組之間并無顯著性差異；糖尿病運動組大鼠胰腺的NO濃度低于糖尿病對照組(P<0.05)。結論:有氧運動可降低胰腺NO合成，減輕對胰腺β細胞的損傷，可能是運動改善1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的有效機制之一。

【關鍵詞】有氧運動； 1型糖尿病； 一氧化氮； 胰島素； HOMA-β細胞功能指數

本文利用腹腔注射鏈脲佐菌素(streptoxolocin，STZ)制作1型糖尿病大鼠模型，通過施以6周的有氧運動，觀察1型糖尿病大鼠血糖、血清胰島素含量和胰腺組織中一氧化氮水平的變化，計算和比較各實驗組大鼠的HOMA-β細胞功能指數(HBCI)，以期從一氧化氮合成代謝的角度探究運動對1型糖尿病大鼠早期胰島素分泌功能的影響及其作用機制，為運動療法對1型糖尿病的治療研究提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 一般材料:選取60只健康雄性Sprague-Dawley (SD)大鼠，平均體重(130±10)g。行適應性分籠飼養，每籠5只，1周后依照隨機數字表格法，留取6只作為正常對照組(Nc)，其余則納入糖尿病組。

1.2 試劑與藥物:鏈尿佐菌素(美國Sigma公司)；美國強生快速血糖測定儀配套試劑條(強生(中國)醫療器材有限公司)；血清葡萄糖測試盒(保定長城臨床試劑公司)；尿糖目測試紙條(批號:041022，桂林市醫療電子儀器廠)；血清胰島素測試盒(批號:050925，河南省焦作市解放免疫診斷試劑研究所)；蛋白定量測試盒、NO測定試劑盒、NOS測定試劑盒(南京建成生物工程研究所)。

1.3 方 法

1.3.1 建模:采用鏈尿佐菌素(STZ)溶液對糖尿病組大鼠進行左下腹腔內一次性注射，復制糖尿病模型。按照65mg/ kg大鼠體重，用pH4.2的0.1moL/ L檸檬酸緩沖液，以冰浴中新鮮配制濃度為10mg/ mL的STZ溶液[1]。在注射72h后進行尿糖檢測。連續3d尿糖檢測結果為+++～++++，且第7天時鼠尾靜脈取血，測血糖值在16.7mmoL/ L以上者入選糖尿病大鼠組參加實驗，從中再隨機各抽取6只，分別入組糖尿病運動組(DMe)、糖尿病對照組(DMc)。對于正常對照組大鼠，予以左下腹腔內一次性注射同等劑量檸檬酸緩沖液。

1.3.2 運動方式:按照改進的Ploug方法[2]，在水深50cm，水溫保持29～31℃條件下，對正常運動組和糖尿病運動組大鼠進行每周6d的無負重強迫有氧游泳訓練。其中，第1周前3d為適應性訓練，3d持續訓練時間依次為20、30和45min；自第4天開始進入正式性訓練，持續游泳時間每次60min，共計訓練6周。糖尿病對照組大鼠未進行運動。

1.3.3 取材:于大鼠末次游泳訓練結束48h并禁食12h后，稱取體重并取材。采用0.4%戊巴比妥鈉溶液腹腔注射的方法實施麻醉。行心臟穿刺取血6～8mL，以4℃下低溫離心，取血清，置于-70℃冰箱保存，備檢；取各組大鼠胰腺組織，于預冷的去離子水中灌洗，切取胰尾部分低溫勻漿并低速離心，抽取上清液，保存于-70℃冰箱，備用。

1.3.4 檢測方法及指標:以葡萄糖氧化酶法測定空腹血糖濃度，胰島素放免法測定空腹血清胰島素含量，硝酸還原酶法測定胰腺NO濃度，考馬斯亮蘭法測定蛋白含量，所有操作嚴格按照說明書進行。Homa-β細胞功能指數(HBCI)，按照公式計算:HBCI = 20x空腹血清胰島素濃度(FIN) / (FPG–3.5)[3]計算。

1.3.5 統計學分析:應用SPSS11.5統計軟件對檢測數據進行分析處理，計量資料以均數±標準差(ˉx±s)表示，采用單因素方差分析進行組間比較；多重比較采用S-N-K檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義，其中P<0.01為差異具有極顯著性。

2 結 果

2.1 空腹血清葡萄糖濃度:糖尿病各組血糖值均高于正常對照組，其中糖尿病運動組血糖明顯低于糖尿病對照組(P<0.01)。(見表1)

2.2 空腹血清胰島素值和HBCI:與正常對照組相比，糖尿病各組大鼠胰島素濃度和HBCI均明顯偏低，且組間比較差異均有統計學意義(P<0.01)。與糖尿病對照組相比，糖尿病運動組大鼠胰島素濃度雖有所提高，但組間比較差異無統計學意義(P>0.05)；糖尿病運動組大鼠HBCI卻高于糖尿病對照組(P <0.01)。(見表1)

2.3 胰腺一氧化氮的濃度:糖尿病各組NO含量均高于正常對照組(P<0.01)。糖尿病運動組則低于糖尿病對照組(P<0.01)。(見表2)

表1　各組大鼠血糖、胰島素、HBCI比較

表2　各組大鼠胰腺NO濃度的比較

3 討 論

3.1 運動對1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的影響:胰島β細胞的重要功能是合成、儲存和釋放胰島素，維持血糖的平穩，參與機體重要的生理過程。胰島β細胞損傷，胰島素分泌不足或衰竭是糖尿病發病的中心環節。當今糖尿病治療理念是，在實施血糖管理的同時，更加注重對β細胞的早期保護，最大限度地去延緩胰島β細胞的衰竭的進程。

STZ對大鼠的胰島β細胞有選擇性破壞作用，能誘發其產生糖尿病，是目前國內外使用較多的制備糖尿病動物模型的藥物。本實驗采用腹腔一次注射STZ65mg/ kg制備了1型糖尿病大鼠模型。該模型大鼠具有血糖無回退，比較穩定的特點。糖尿病大鼠經過6周游泳訓練后，血糖明顯降低，而血清胰島素的水平雖然增加但差異不具有顯著性。說明運動可以降低血糖，但與提高胰島素分泌功能沒有直接的關系。此結論與吳亞文等[4]屏蔽胰島素抵抗因素后，認為運動可以提高胰島素分泌功能的研究結果不同。

胰島素分泌功能雖然可以通過胰島素值來評價，但由于其分泌受到胰島素抵抗、糖脂毒性等多種因素的影響，因而可能導致評估結果存在偏差。為此，本實驗進一步采用HOMA-β細胞功能指數研究運動對糖尿病大鼠胰島素分泌功能的影響。

HOMA-β細胞功能指數(HBCI)[5]是依據空腹胰島素和血糖值，經由公式計算所得出。因簡單易行，被廣泛應用于β細胞胰島素分泌功能的評估。在本研究中，糖尿病大鼠運動組HBCI值較非運動組明顯升高，血清胰島素有增加的趨勢與HBCI變化保持一致，提示運動顯著改善了糖尿病大鼠β細胞胰島素的分泌功能。

3.2 運動對1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能作用機制的探討:在生物體內具有信息分子與效應分子作用的NO，由于在生理、病理情況下具有復雜的雙向調節作用的特點，其在糖尿病發病機制中的作用漸為醫學研究領域所關注。目前大多研究證實，過量的NO可介導多種細胞的凋亡，其中糖尿病胰島β細胞凋亡就與體內NO的過量產生有關。過量的NO能通過使線粒體功能受損、糖無氧酵解增加、鈣超載等機制，參與組織病理損傷的過程，啟動胰島β細胞凋亡，降低胰島細胞內DNA和胰島素含量，導致胰島β細胞損害，減少胰島素的分泌和釋放，最終導致血糖持續升高，加重糖尿病的癥狀。大量研究證實，從糖尿病早期開始干預NO的合成，減少胰島β細胞的損傷，促進內源性胰島素的分泌，有利于保持長效、平穩的降糖作用，并延緩糖尿病的發展進程。

本實驗使用STZ制備1型糖尿病大鼠模型，STZ[6]能夠特異性地作用于β細胞，導致細胞DNA烷基化和DNA斷裂來破壞其結構，并產生β細胞毒物質—NO，直接破壞胰島β細胞，減少胰島素分泌和釋放，引發糖尿病。糖尿病大鼠運動實驗6周，正好處于糖尿病早期一氧化氮升高的時期，經過6周游泳訓練，胰腺組織中NO的水平明顯降低，與HBCI值的變化方向相反，提示運動可有效地降低早期糖尿病大鼠胰腺內NO的濃度，進而減輕過量NO對胰腺β細胞造成的損傷，減少細胞凋亡，從而起到保護殘存胰腺β細胞的作用，可能是運動改善1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的機制之一。

【參考文獻】

[1] 張巨彪，蘇秀蘭，歐陽曉暉.1型糖尿病大鼠模型的建立及觀察[J].醫學綜述，2013，19(2):335～337.

[2] 吳毅，孫莉敏，胡永善.不同運動量對糖尿病大鼠血清瘦素水平的影響[J].中國康復醫學雜志，2007，22(5):387 ～390.

[3] 熊婷，邱少紅，余蓉.利用HOMA指數評價胰島素抵抗及β細胞分泌胰島素功能[J].湖北中醫雜志，2012，34 (10):16～17.

[4] 吳亞文，江鐘立，李紅衛，等.運動訓練對糖尿病大鼠胰島形態和β細胞功能的影響[J].中國康復醫學雜志，2009，24(6):6，44～48.

[5] 張宗蘭，王佑民.胰島β細胞功能評價[J].安徽醫藥，2010，14(3):349～351.

[6] 羅亮，吳語寧，趙默晗，等.1型糖尿病動物模型研究進展[J].吉林農業，2011，12(262):212～213.

【文章編號】1006-6233(2016)04-0642-03

【文獻標識碼】B 【doi】10.3969/ j.issn.1006-6233.2016.04.044