靜力運動對2型糖尿病大鼠胰島素抵抗的影響?

桑佳佳，陳莉莉，王賢嬌，方朝暉，吳云川△

(1. 南京中醫藥大學附屬醫院，南京 210029； 2. 南京中醫藥大學第二臨床醫學院，南京 210023； 3. 安徽省中醫院，合肥 230031)

2型糖尿病(type2 diabetes mellitus，T2DM)是一組由多種原因引起的以高血糖、高胰島素血癥為特征的慢性代謝性疾病，臨床并發癥眾多，嚴重影響患者的生活質量，給國家和個人造成較重的經濟負擔[1]。近年來，本病發病率呈年輕化和逐年上升趨勢，目前多項臨床及實驗研究均表明胰島素抵抗(iInsulin resistance，IR)是本病發病的中心環節[2]，逆轉或減輕IR是治療T2DM的關鍵途徑。

運動是預防和治療T2DM的重要手段。Reynolds TH等[3]發現，適當的有氧運動可以增加骨骼肌細胞內GLUT4的含量，加速葡萄糖的跨膜轉運，從而達到減輕IR、降低血糖的目的。靜力運動集低氧、耐力和高強度間歇等特點于一體，符合美國糖尿病學會(ADA)最新提出的運動干預方案[4]。因此本實驗以2型糖尿病大鼠胰島素抵抗為模型并合理分組，研究靜力運動對高脂膳食誘導的2型糖尿病大鼠胰島素抵抗的影響。

1 材料與方法

1.1 動物與分組

SPF級SD大鼠28只，雄性，體質量200±20 g，由北京維通利華實驗動物技術有限公司提供，動物合格證號：[SCXK(京)2012-0001]，飼養于南京中醫藥大學SPF級實驗動物中心。隨機分為正常組、模型組、有氧組和靜力組各7只。實驗前適應性飼養1周，自然照明，自由取食、飲水，室溫(23±2)℃，濕度40%～50%。

1.2 主要試劑與儀器

10%水合氯醛(上海西唐生物科技有限公司)，ZH-PT動物實驗跑臺(安徽正華生物儀器有限公司)，大鼠靜力運動裝置(自制)，數碼相機(日本NIKON 公司)，光學顯微鏡(日本OLYMPUS 公司)，離心機(美國THERMO公司)，酶標儀(美國BIO TEK公司)；血糖儀(日本QRKRAY公司)，GLUT4檢測試劑盒(南京建成生物科技有限公司)，5 ml無菌注射管帶針(江蘇華達醫療器械有限公司)。

1.3 動物模型制備

參照都健等[5]提出的方法，給予模型組、有氧組和靜力組高脂膳食喂養方法建立IR模型。高脂膳食配方：脂肪熱比為59%(其中豬油占39%)，蛋白質熱比為21%(其中酪蛋白占31%)，碳水化合物熱比為20%(其中玉米淀粉占30%)，此外附加必需的維生素及礦物質，正常組喂飼普通飼料。各組大鼠隔日換水、墊料并增加食料。4周高脂膳食喂養后取前趾血檢測血糖，以不同時間測3次空腹血糖均≥7.8 mmol/L作為造模成功標準，造模成功為28只。

1.4 有氧運動訓練

有氧運動訓練方案參照Bedford[6]的報道并進行改進，在高脂膳食喂養4周出現IR后，有氧組進行為期4周的跑臺訓練，跑速30 m/min，跑臺坡度0度，每周訓練5 d休息2 d，前2周每天訓練40 min，之后每天訓練60 min。

1.5 靜力運動訓練

根據靜力運動的特點自制裝置，將靜力組大鼠雙后足捆綁倒掛于橫桿，在橫桿上放置食物誘使其行前屈以便雙前肢和頭部靠攏后肢，使其全身肌肉處于靜止性用力狀態，大鼠肌肉疲勞后自行恢復倒掛，再行食物誘惑，反復持續30 min后把大鼠放下，參照此法訓練4周。

1.6 觀察指標及檢測方法

1.6.1 糖代謝指標檢測 4周干預后，各組大鼠均禁食12 h過夜，次日空腹于眼眶靜脈竇處采血，收集約5 ml血液樣品，放入試管中并以3500 r/min離心15 min，溫度至-4 ℃分離紅血細胞與血漿。取1 ml血清為檢測FPG和FINS含量的原料，胰島素抵抗指數(HOMA-IR)參照Haffner SM等[7]改良的HOMA-IR=FPG× FINS/22.5方法計算。

1.6.2 骨骼肌組織形態學觀察及GLUT4含量測定 4周干預后，給予各組大鼠約5 ml麻醉藥，待大鼠進入深麻醉期后迅速分離雙側前后肢骨骼肌，放入密閉容器并送置于-70 ℃液氮罐中，后轉移至-70 ℃冰箱中，待集齊所有標本后將組織勻漿，用ELISA試劑盒檢測GLUT4含量。每組大鼠處死前取兩側長約1 cm的骨骼肌，置于10%福爾馬林液中固定，用于HE染色，行鏡下形態學觀察。

1.7 統計學方法

2 結果

2.1 各組大鼠干預后糖代謝相關指標及GLUT4含量比較

表1顯示，實驗選用SPF級雄性健康SD大鼠28只，正常組大鼠不明原因死亡2只，進入結果分析共計26只。運動干預4周后，有氧組和靜力組大鼠FPG、FINS及HOMA-IR與模型組比較差異有統計學意義(P<0.05)，且靜力組在改善FPG和HOMA-IR方面較有氧組具有優越性(P<0.05)。運動干預后正常組和模型組的GLUT4含量無明顯差異，有氧組和靜力組的GLUT4表達量明顯高于模型組(P<0.01)，且以靜力組更為顯著(P<0.01)。

表1 干預后各組大鼠FPG、FINS、HOMA-IR、GLUT4值比較

注：與模型組比較：#P<0.05，##P<0.01；與有氧組比較：^P<0.05，^^P<0.01

2.2 各組大鼠光鏡下骨骼肌組織形態學比較

圖1顯示，正常組大鼠光鏡下骨骼肌肌束排列緊密，粗細一致，細胞未見增生肥大、萎縮、變性及壞死，間質無水腫及炎性細胞浸潤，胞膜完整圓潤，胞核充盈清晰；模型組、有氧組和靜力組大鼠骨骼肌組織較正常組均出現細胞萎縮退行性改變。與正常組比較，模型組大鼠骨骼肌肌纖維區域性壞死，胞核固縮，核質比縮小；與模型組比較，有氧組大鼠骨骼肌組織細胞雖有肌纖維區域性壞死、胞核固縮、核質比縮小等變化，但損傷較小；與有氧組比較，靜力組大鼠骨骼肌組織細胞雖存在萎縮退行性改變，但肌束排列較為緊密，粗細相對一致。

3 討論

FPG是糖尿病最常用的篩查指標，是判斷血液中血糖濃度的重要標準，正常個體的FPG應處于3.89～6.11 mmol/L，FINS由體內胰島β細胞分泌，作為機體內降低血糖的主要激素，正常機體FINS<24 mU/L，二者常作為糖尿病診斷與分型的參考指標，若檢測結果高于正常值則提示有糖尿病的可能。HOMA-IR是用于評價IR的重要指標，數值隨著IR水平的升高而增加。本實驗模型組、有氧組和靜力組大鼠給予高脂膳食喂養造模后，FPG、FINS及HOMA-IR均明顯高于正常組，提示造模成功。

運動療法作為T2DM防治的重要手段，主要通過增加骨骼肌對葡萄糖的攝取起到改善糖代謝的作用[8]。本次實驗研究發現，有氧運動與靜力運動干預均可使2型糖尿病大鼠胰島素抵抗模型FPG、FINS下降，HOMA-IR增加，其中靜力運動調控作用更強，在改善FPG和HOMA-IR方面較有氧運動更具優越性，這主要與靜力運動低氧、耐力和高強度間歇的優點相關聯。現代實驗研究發現，低氧、耐力及高強度間歇運動較常氧、持久無間歇運動對糖尿病大鼠葡萄糖轉運影響更顯著[9-11]。此外，靜力運動可以加大動靜脈氧差，增加單位時間內的肌肉血流量，提高組織細胞的氧化能力，并通過增加骨骼肌線粒體體積、數目等途徑增強骨骼肌肌細胞形成ATP的能力[12]。

骨骼肌作為運動與維持葡萄糖穩態的紐帶，與葡萄糖轉運密切相關。本實驗研究也證實了糖代謝、骨骼肌與運動三者的緊密聯系性。通過鏡下骨骼肌形態學觀察發現，糖代謝紊亂可表現有骨骼肌組織細胞萎縮退行性改變，而運動對損傷的骨骼肌有明顯的改善作用，且靜力組較有氧組肌束排列更為緊密，粗細相對一致。GLUT4作為GLUT族群中對胰島素最為敏感的轉運體，其轉運功能正常與否是限制骨骼肌肌細胞利用葡萄糖的關鍵步驟[13]。本實驗IR動物模型中，有氧組和靜力組大鼠運動干預后骨骼肌組織細胞中GLUT4的含量均明顯高于正常組，提示當GLUT4處于高表達狀態時，糖代謝指標也得到一定改善。與Kelly KR[14]等研究結果相似。本實驗結果表明，運動可以增加骨骼肌細胞內的GLUT4含量，提高胰島素與細胞受體的結合力，減輕胰島素抵抗，促進葡萄糖進入骨骼肌等周圍組織，糾正糖代謝紊亂，且靜力組的GLUT4表達量明顯高于有氧組。Andrew JS等[15]也提出相似觀點。

綜上所述，靜力運動依靠骨骼肌的紐帶作用，主要通過改善骨骼肌組織形態及增加骨骼肌細胞內GLUT4的表達，起到減輕胰島素抵抗、糾正糖代謝紊亂的作用。本實驗僅選取固定強度下的靜力運動對2型糖尿病大鼠胰島素抵抗的影響研究，對靜力運動干預強度和時間的深入探索，將進一步有利于2型糖尿病患者的恢復和個體化運動方案的制定。