低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠形態(tài)及肥胖相關(guān)血液指標(biāo)的影響

吳菊花 楊亞南 翁錫全 徐國(guó)琴 周家金 林文弢

(1 廣西科技大學(xué)體育學(xué)院,廣西 柳州 545006;2廣東省足球運(yùn)動(dòng)中心;3廣州體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)與健康系;4玉林師范學(xué)院;5珠海科技學(xué)院)

肥胖作為全球性慢性非傳染性疾病之一,其發(fā)生率居高不下,且可發(fā)生于不同年齡階段,肥胖容易導(dǎo)致多種疾病發(fā)生,例如高血壓、糖尿病、代謝綜合征等。目前,針對(duì)肥胖的治療,除藥物和手術(shù)外,運(yùn)動(dòng)被公認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)有效的治療手段,尤其中高等強(qiáng)度耐力性運(yùn)動(dòng)〔1〕;然而,隨著運(yùn)動(dòng)減肥的不斷探索,學(xué)者們發(fā)現(xiàn)特殊環(huán)境疊加運(yùn)動(dòng),對(duì)肥胖治療的干預(yù)效果更顯著,例如低氧運(yùn)動(dòng)、低溫運(yùn)動(dòng)等〔2～4〕,目前已有部分學(xué)者對(duì)低氧運(yùn)動(dòng)減肥進(jìn)行研究,本課題組也始終堅(jiān)持低氧運(yùn)動(dòng)減肥的研究,但目前并未見嘗試構(gòu)建不同低氧濃度下耐力運(yùn)動(dòng)對(duì)肥胖模型的干預(yù)研究,在課題組前期研究基礎(chǔ)上〔5〕,本文探討不同低氧濃度下耐力性運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠形態(tài)學(xué)及肥胖相關(guān)血液指標(biāo)的作用影響,以期為低氧運(yùn)動(dòng)減肥實(shí)踐探索提供理論參考。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)藥品及主要儀器 酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)試劑盒:①瘦素(貨號(hào):ELR-LEPTIN-1,Raybiotech公司);②脂聯(lián)素(貨號(hào):RRP300,R&D公司)。其他主要試劑:血脂四項(xiàng)(南京建成生物工程研究所有限公司),血糖試紙(京都血糖試紙),剩余試劑均為分析純(廣州齊云生物技術(shù)有限公司)。主要儀器:低氧分壓系統(tǒng)(美國(guó)Hypoxico公司),玻璃勻漿器(廣州化學(xué)試劑廠),高速低溫離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠),半自動(dòng)生化分析儀(美國(guó)Rayto公司),便攜式血糖儀(日本京都公司),萬分之一電子天平〔梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司〕,全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀(美國(guó)thermos公司)。

1.2構(gòu)建營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型 清潔級(jí)健康雄性SD大鼠〔SCXK(粵)2011-0015〕100只,由南方醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,體質(zhì)量170～220 g。動(dòng)物分籠飼養(yǎng),5只/籠,自然光照節(jié)律,自由攝食、飲水,溫度22～24 ℃,濕度40%～55%,普通膳食為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類動(dòng)物干燥飼料(南方醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供);高脂膳食:蔗糖20.0%,豬油15.0%,膽固醇1.2%,膽酸鈉0.2%,酪蛋白10.0%,磷酸氫鈣0.6%,石粉0.4%,預(yù)混料0.4%,基礎(chǔ)飼料52.2%〔廣東省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,SCXK(粵)2013-0002〕,高脂膳食供能比:蛋白質(zhì)17.5%,脂肪37.0%,碳水化合物45.5%。大鼠隨機(jī)分為普通膳食(CON組,20只)和高脂膳食造模(DIO組,80只)。根據(jù)肥胖易感模型篩選規(guī)律,DIO組體質(zhì)量超過CON組的20%即為營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠〔6〕。持續(xù)性喂養(yǎng)7 w后,從CON組和DIO組分別隨機(jī)挑選10只和18只,眼眶取血,測(cè)其血糖、血脂含量,結(jié)合大鼠體質(zhì)量、體質(zhì)量指數(shù)〔7〕,進(jìn)而評(píng)價(jià)造模效果,DIO組79.6%成功誘導(dǎo)大鼠的營(yíng)養(yǎng)性肥胖。

1.3動(dòng)物分組及運(yùn)動(dòng)方案 動(dòng)物分組:營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型建立成功后,高脂膳食成模組(60只)分為6組,每組10只:常氧高脂膳食安靜(A)組、常氧高脂膳食運(yùn)動(dòng)(AE)組、16.3%低氧高脂膳食安靜(B)組、16.3%低氧高脂膳食運(yùn)動(dòng)(BE)組、13.3%低氧高脂膳食安靜(C)組、13.3%低氧高脂膳食運(yùn)動(dòng)(CE)組,持續(xù)干預(yù)8 w,均繼續(xù)高脂膳食飼養(yǎng)。運(yùn)動(dòng)方案:適應(yīng)性1 w后,常氧安靜組即在常氧環(huán)境下,不進(jìn)行任何耐力運(yùn)動(dòng)和其他干預(yù);常氧運(yùn)動(dòng)組即在常氧環(huán)境下,20 m/min,40 min/d,5 d/w,跑臺(tái)坡度為0%,進(jìn)行耐力運(yùn)動(dòng);低氧安靜組即在低氧環(huán)境下,連續(xù)12 h低氧干預(yù),不進(jìn)行任何耐力運(yùn)動(dòng)和其他干預(yù);低氧運(yùn)動(dòng)組即在低氧環(huán)境下連續(xù)12 h低氧干預(yù)過程中,均以20 m/min,40 min/d,5 d/w,跑臺(tái)坡度為0%,進(jìn)行耐力運(yùn)動(dòng)。

1.4組織取材 末次訓(xùn)練24 h后處死大鼠,主動(dòng)脈取血,3 000 r/min離心15 min,取血清,待測(cè)。

1.5血脂、血糖含量測(cè)定 半自動(dòng)生化儀測(cè)定血脂四項(xiàng)(南京建成公司試劑盒):COD-PAP法測(cè)定總膽固醇(TC)、磷鎢酸鎂沉淀法測(cè)定高密度脂蛋白(HDL-C)、聚乙烯硫酸沉淀法測(cè)定低密度脂蛋白(LDL-C)、GPO-PAP法測(cè)定三酰甘油(TG)。京都血糖儀測(cè)定血糖含量。

1.6瘦素、脂聯(lián)素測(cè)定 采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)。

1.7統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS17.0軟件進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析;GraphPad Prism5進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)及圖像生成。采取運(yùn)動(dòng)與低氧干預(yù)時(shí),以運(yùn)動(dòng)和O2濃度作為影響因素,進(jìn)行兩因素(2×3)方差分析,分析每個(gè)因素主效應(yīng)及兩因素間交互作用。

2 結(jié) 果

2.1高脂膳食誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型建立〔8〕7 w高脂膳食飼養(yǎng)后,DIO組體質(zhì)量、體質(zhì)量指數(shù)、體長(zhǎng)顯著高于CON組,且體質(zhì)量增長(zhǎng)高于CON組20%;血液生化相關(guān)指標(biāo)表現(xiàn)為血糖、TC、LDL-C、TG含量顯著高于CON組;兩組攝食量無顯著性差異,提示高脂膳食誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠模型建立成功。

2.2低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠攝食量的影響 如表1所示,不同組別攝食量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。8 w不同濃度低氧暴露或結(jié)合耐力運(yùn)動(dòng)均可抑制大鼠對(duì)食物的攝取,其中BE組和CE組攝食量均低于B組和C組。第3周起,B組和C組攝食量均低于A組。

表1 各組不同時(shí)間點(diǎn)攝食量

2.3低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠體質(zhì)量、體質(zhì)量指數(shù)、附睪脂肪百分比的影響 本課題組前期研究〔9〕發(fā)現(xiàn)從第2周起,低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠體質(zhì)量影響更為顯著,低氧運(yùn)動(dòng)組體質(zhì)量顯著低于常氧組(P<0.05)。與A組比較,AE組體質(zhì)量指數(shù)明顯下降(P<0.01);與BE組比較,B組體質(zhì)量指數(shù)明顯升高(P<0.01);與C組比較,CE組體質(zhì)量指數(shù)明顯下降(P<0.01)。B組、C組附睪脂肪百分比與BE組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)。見表2。

表2 各組體質(zhì)量指數(shù)及附睪脂肪百分比

2.4低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠血糖、血脂的影響 與A組比較,C、BE及CE組血糖及LDL-C水平顯著降低;AE、BE及CE組TG水平顯著降低;B、C、AE、BE及CE組TC水平顯著降低;B、C、BE及CE組HDL-C水平顯著升高(P<0.05,P<0.01)。與AE組比較,A、B、C組TG、TC水平顯著升高,CE組TG、LDL-C水平顯著降低;BE及CE組HDL-C水平顯著升高(P<0.05,P<0.01)。與B組比較,AE組及BE組TG水平顯著降低;A組TC水平顯著升高、HDL-C水平顯著降低;AE、BE及CE組TC水平顯著降低;BE及CE組LDL-C水平顯著降低、HDL-C水平顯著升高(P<0.05,P<0.01)。與AE組及B組比較,BE組及CE組血糖顯著降低(P<0.05,P<0.01)。C組與CE組TG、TC、LDL-C水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)。見表3。

表3 各組血糖、血脂、脂聯(lián)素及瘦素比較

2.5低氧運(yùn)動(dòng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠血液瘦素和脂聯(lián)素的影響 與A組比較,B、C組脂聯(lián)素水平顯著降低(P<0.01);與AE組比較,BE及CE組脂聯(lián)素水平顯著降低,瘦素水平顯著升高(P<0.05,P<0.01);與B組比較,BE組瘦素水平顯著升高(P<0.01)。C組與CE組脂聯(lián)素、瘦素水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。見表3。

2.6低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠形態(tài)學(xué)及肥胖相關(guān)血液指標(biāo)雙因素方差分析 由表4可知,大鼠體質(zhì)量、血糖、TG、TC、LDL-c、HDL-C、脂聯(lián)素、瘦素的模正模型均小于0.01,表明該檢測(cè)指標(biāo)組間具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。O2濃度、運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠血糖體質(zhì)量有非常顯著或顯著性影響,表明低氧、運(yùn)動(dòng)均能顯著降低大鼠的血糖體質(zhì)量。運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠體質(zhì)量指數(shù)、附睪脂肪百分比有非常顯著性影響,表明運(yùn)動(dòng)能顯著降低大鼠的體質(zhì)量指數(shù)、附睪脂肪百分比。O2濃度、運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠TG、LDL-C有非常顯著性影響,表明低氧、運(yùn)動(dòng)均能顯著性降低大鼠TG、LDL-C含量,顯著性增加大鼠HDL-C含量。O2濃度、運(yùn)動(dòng)、O2濃度×運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠瘦素、脂聯(lián)素有非常顯著性影響,表明低氧、運(yùn)動(dòng)、低氧×運(yùn)動(dòng)均能顯著增加血液瘦素含量,顯著減少脂聯(lián)素含量。

表4 低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)后營(yíng)養(yǎng)性肥胖大鼠形態(tài)學(xué)及血液指標(biāo)雙因素方差分析

3 討 論

研究發(fā)現(xiàn),瘦素可通過血腦屏障作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng):抑制食欲,減少食物攝取;增強(qiáng)機(jī)體消耗能量;抑制脂肪生成,增強(qiáng)脂肪分解等〔10〕。本研究結(jié)果顯示,8 w不同濃度低氧運(yùn)動(dòng)均可有效降低肥胖大鼠體質(zhì)量,與其他學(xué)者〔5〕研究結(jié)果一致,且發(fā)現(xiàn)兩種濃度低氧干預(yù)下,13.3%低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)效果最為顯著。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)低氧或結(jié)合耐力運(yùn)動(dòng)干預(yù)后,大鼠血液中瘦素表達(dá)均上調(diào),而低氧運(yùn)動(dòng)組瘦素表達(dá)更高,已有研究表明〔10〕,瘦素可抑制食欲,增強(qiáng)機(jī)體能量消耗,由此推測(cè)低氧或結(jié)合耐力運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)大鼠脂肪組織分泌瘦素,進(jìn)而抑制大鼠食欲,增強(qiáng)能量消耗。本研究結(jié)果可知,運(yùn)動(dòng)疊加低氧的干預(yù)效果顯著優(yōu)于單獨(dú)一種方式的干預(yù)效果。

體質(zhì)量指數(shù)多用于人體肥胖評(píng)價(jià),但已有學(xué)者證明可用于動(dòng)物肥胖評(píng)估〔7〕,附睪脂肪百分比可作為評(píng)價(jià)內(nèi)臟脂肪的標(biāo)準(zhǔn)之一〔11〕。本研究結(jié)果提示低氧或結(jié)合耐力運(yùn)動(dòng)可有效改善大鼠肥胖程度。

機(jī)體血脂代謝是否正常,往往影響機(jī)體整體脂代謝的狀態(tài)。研究表明TG、TC表達(dá)過高,易導(dǎo)致高脂血癥〔12〕。LDL-C可將血管壁及外周膽固醇攜帶到肝臟進(jìn)行代謝,被認(rèn)為是一種可保護(hù)心血管、抗動(dòng)脈粥樣硬化的保護(hù)因子〔13〕。而LDL-c所攜帶的膽固醇水平與心血管疾病發(fā)生呈正相關(guān),因而被列為危險(xiǎn)因子之一。此外,由于體內(nèi)各組織代謝所需能量大部分來自葡萄糖,因此血糖對(duì)機(jī)體代謝具有重要意義,血糖異常可引起血管病變,例如動(dòng)脈粥樣硬化等。運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)機(jī)體保持血糖血脂穩(wěn)態(tài)〔14〕;此外,也有研究發(fā)現(xiàn)低氧干預(yù)對(duì)血脂或血糖平衡也具有促進(jìn)作用〔15〕。本研究結(jié)果顯示,8 w低氧或(和)結(jié)合耐力運(yùn)動(dòng)均可降低大鼠TG、TC、LDL-c水平,與本課題組前期研究結(jié)果一致〔16〕。本研究結(jié)果提示,運(yùn)動(dòng)、低氧影響大鼠血糖及血脂均具有主效應(yīng)。

瘦素由脂肪細(xì)胞合成分泌,可將外周的能量信號(hào)傳遞給下丘腦,可抑制食欲,增強(qiáng)能耗,在機(jī)體能量代謝平衡方面起著重要作用〔17〕。瘦素與肥胖密切聯(lián)系,瘦素含量缺乏或瘦素抵抗,均會(huì)成為肥胖發(fā)生的重要影響因素。已有研究證明運(yùn)動(dòng)或間歇性低氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)〔18,19〕,可顯著上調(diào)瘦素蛋白表達(dá),本研究結(jié)果與之一致,且本研究進(jìn)行梯度低氧濃度干預(yù),發(fā)現(xiàn)瘦素蛋白表達(dá)與低氧濃度呈正相關(guān),有研究發(fā)現(xiàn)低氧干預(yù)調(diào)控瘦素表達(dá)的機(jī)制可能與缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)-1所介導(dǎo)信號(hào)通路相關(guān),在肥胖基因中含有低氧反應(yīng)因子的相關(guān)位點(diǎn),低氧干預(yù)下,低氧刺激其相關(guān)位點(diǎn)與HIF-1結(jié)合,進(jìn)而通過HIF-1誘導(dǎo)瘦素基因的轉(zhuǎn)錄翻譯,最終促進(jìn)瘦素蛋白表達(dá)上調(diào)〔20〕;然而,也有學(xué)者發(fā)現(xiàn),15.5%低氧干預(yù)7 h,機(jī)體血液中瘦素并未發(fā)生顯著性變化〔21〕,推測(cè)由于低氧干預(yù)時(shí)間較短,未能激活HIF-1所介導(dǎo)信號(hào)通路。本研究結(jié)果顯示,兩種濃度低氧或(和)結(jié)合耐力運(yùn)動(dòng)干預(yù)均可上調(diào)大鼠血液瘦素表達(dá),同時(shí)發(fā)現(xiàn)也可降低血液TG含量,與Banks等〔22〕研究一致,提示低氧或(和)結(jié)合耐力運(yùn)動(dòng)上調(diào)瘦素表達(dá),同時(shí)影響血脂,進(jìn)而改善肥胖。此外,本研究還發(fā)現(xiàn)13.3%低氧干預(yù)效果優(yōu)于16.3%低氧干預(yù),與Grosfeld等〔20〕發(fā)現(xiàn)低氧環(huán)境激活瘦素的機(jī)制相符。本研究還提示,運(yùn)動(dòng)、低氧及低氧×運(yùn)動(dòng)交互效應(yīng)均可顯著性上調(diào)大鼠血液瘦素表達(dá)。

脂聯(lián)素也是脂肪細(xì)胞合成分泌的重要細(xì)胞因子之一,可與其受體結(jié)合,參與機(jī)體糖脂代謝,在維持能量代謝平衡和炎癥反應(yīng)中均可發(fā)揮重要作用〔22,23〕。脂聯(lián)素與肥胖密切相關(guān),與機(jī)體肥胖、代謝綜合征等的危險(xiǎn)系數(shù)呈負(fù)相關(guān),因此,關(guān)于脂聯(lián)素與肥胖、代謝綜合征等相關(guān)研究較多,研究顯示運(yùn)動(dòng)可促進(jìn)脂聯(lián)素表達(dá)〔24〕,本研究結(jié)果與之一致。本研究與Hosogai等〔25〕和Hashimoto等〔26〕研究結(jié)果一致,表明低氧干預(yù)抑制大鼠脂聯(lián)素分泌,推測(cè)由于低氧引起脂肪組織局部缺氧,進(jìn)而出現(xiàn)脂肪細(xì)胞分泌脂聯(lián)素的異常調(diào)節(jié),導(dǎo)致脂聯(lián)素分泌減少。還有研究發(fā)現(xiàn),低氧干預(yù)調(diào)控脂聯(lián)素表達(dá)的機(jī)制是由于低氧激活核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB通路,上調(diào)腫瘤壞死因子(TNF)-α表達(dá),而TNFα升高后,則下調(diào)過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)γ表達(dá),PPARγ作為脂聯(lián)素基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)關(guān)鍵調(diào)控因子之一,當(dāng)PPARγ表達(dá)下調(diào)后,隨之抑制脂肪細(xì)胞合成分泌脂聯(lián)素,終致脂聯(lián)素表達(dá)下調(diào)〔27～29〕。本研究結(jié)果顯示兩種濃度低氧干預(yù)均可降低血液中脂聯(lián)素水平,而本研究前期結(jié)果顯示16.3%低氧干預(yù)下,PPARγ mRNA表達(dá)下調(diào);13.3%低氧干預(yù)下,PPARγ mRNA表達(dá)上調(diào),與其他學(xué)者研究〔27～29〕并不相符,而與Hosogai等〔25〕和Hashimoto等〔26〕研究結(jié)果一致,由此提示低氧干預(yù)可能通過其他細(xì)胞信號(hào)通路影響脂聯(lián)素表達(dá)。此外,本研究結(jié)果還提示,運(yùn)動(dòng)、低氧運(yùn)動(dòng)可顯著上調(diào)脂聯(lián)素表達(dá),低氧干預(yù)則顯著下調(diào)脂聯(lián)素表達(dá)。