桑立紅(國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所， 北京 東城區(qū) 100061)

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運(yùn)動(dòng)對(duì)1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的影響和機(jī)制研究

桑立紅
(國(guó)家體育總局運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所， 北京 東城區(qū) 100061)

【摘 要】目的:探討運(yùn)動(dòng)對(duì)1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的影響及其作用機(jī)制。方法:取Sprague-Dawley(SD)大鼠60只隨機(jī)分組，采用一次性腹腔內(nèi)注射鏈尿佐菌素(STZ)溶液的方法進(jìn)行造模，建立I型糖尿病大鼠模型，進(jìn)而隨機(jī)分為糖尿病運(yùn)動(dòng)組、對(duì)照組。對(duì)糖尿病運(yùn)動(dòng)組大鼠進(jìn)行連續(xù)6周，6 次/周，1h/次的游泳運(yùn)動(dòng)，對(duì)照組大鼠不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。6周游泳運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，測(cè)定各組大鼠血糖、血胰島素的含量；測(cè)定胰腺組織中一氧化氮(NO)濃度，計(jì)算HOMA-細(xì)胞功能指數(shù)(HBCI)。結(jié)果:糖尿病運(yùn)動(dòng)組大鼠血糖濃度明顯低于糖尿病對(duì)照組(P<0.01)，HBCI較糖尿病對(duì)照組有明顯提高(P<0.01)，而胰島素濃度兩組之間并無(wú)顯著性差異；糖尿病運(yùn)動(dòng)組大鼠胰腺的NO濃度低于糖尿病對(duì)照組(P<0.05)。結(jié)論:有氧運(yùn)動(dòng)可降低胰腺NO合成，減輕對(duì)胰腺β細(xì)胞的損傷，可能是運(yùn)動(dòng)改善1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的有效機(jī)制之一。

【關(guān)鍵詞】有氧運(yùn)動(dòng)； 1型糖尿?。?一氧化氮； 胰島素； HOMA-β細(xì)胞功能指數(shù)

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(guò)施以6周的有氧運(yùn)動(dòng)，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(jì)算和比較各實(shí)驗(yàn)組大鼠的HOMA-β細(xì)胞功能指數(shù)(HBCI)，以期從一氧化氮合成代謝的角度探究運(yùn)動(dòng)對(duì)1型糖尿病大鼠早期胰島素分泌功能的影響及其作用機(jī)制，為運(yùn)動(dòng)療法對(duì)1型糖尿病的治療研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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(yīng)性分籠飼養(yǎng)，每籠5只，1周后依照隨機(jī)數(shù)字表格法，留取6只作為正常對(duì)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(guó)Sigma公司)；美國(guó)強(qiáng)生快速血糖測(cè)定儀配套試劑條(強(qiáng)生(中國(guó))醫(yī)療器材有限公司)；血清葡萄糖測(cè)試盒(保定長(zhǎng)城臨床試劑公司)；尿糖目測(cè)試紙條(批號(hào):041022，桂林市醫(yī)療電子儀器廠)；血清胰島素測(cè)試盒(批號(hào):050925，河南省焦作市解放免疫診斷試劑研究所)；蛋白定量測(cè)試盒、NO測(cè)定試劑盒、NOS測(cè)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(duì)糖尿病組大鼠進(jìn)行左下腹腔內(nèi)一次性注射，復(fù)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(jìn)行尿糖檢測(cè)。連續(xù)3d尿糖檢測(cè)結(jié)果為+++～++++，且第7天時(shí)鼠尾靜脈取血，測(cè)血糖值在16.7mmoL/ L以上者入選糖尿病大鼠組參加實(shí)驗(yàn)，從中再隨機(jī)各抽取6只，分別入組糖尿病運(yùn)動(dòng)組(DMe)、糖尿病對(duì)照組(DMc)。對(duì)于正常對(duì)照組大鼠，予以左下腹腔內(nèi)一次性注射同等劑量檸檬酸緩沖液。

1.3.2 運(yùn)動(dòng)方式:按照改進(jìn)的Ploug方法[2]，在水深50cm，水溫保持29～31℃條件下，對(duì)正常運(yùn)動(dòng)組和糖尿病運(yùn)動(dòng)組大鼠進(jìn)行每周6d的無(wú)負(fù)重強(qiáng)迫有氧游泳訓(xùn)練。其中，第1周前3d為適應(yīng)性訓(xùn)練，3d持續(xù)訓(xùn)練時(shí)間依次為20、30和45min；自第4天開(kāi)始進(jìn)入正式性訓(xùn)練，持續(xù)游泳時(shí)間每次60min，共計(jì)訓(xùn)練6周。糖尿病對(duì)照組大鼠未進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

1.3.3 取材:于大鼠末次游泳訓(xùn)練結(jié)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(shí)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(yù)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(cè)方法及指標(biāo):以葡萄糖氧化酶法測(cè)定空腹血糖濃度，胰島素放免法測(cè)定空腹血清胰島素含量，硝酸還原酶法測(cè)定胰腺NO濃度，考馬斯亮蘭法測(cè)定蛋白含量，所有操作嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。Homa-β細(xì)胞功能指數(shù)(HBCI)，按照公式計(jì)算:HBCI = 20x空腹血清胰島素濃度(FIN) / (FPG–3.5)[3]計(jì)算。

1.3.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析:應(yīng)用SPSS11.5統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(ˉx±s)表示，采用單因素方差分析進(jìn)行組間比較；多重比較采用S-N-K檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中P<0.01為差異具有極顯著性。

2 結(jié) 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(duì)照組，其中糖尿病運(yùn)動(dòng)組血糖明顯低于糖尿病對(duì)照組(P<0.01)。(見(jiàn)表1)

2.2 空腹血清胰島素值和HBCI:與正常對(duì)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。與糖尿病對(duì)照組相比，糖尿病運(yùn)動(dòng)組大鼠胰島素濃度雖有所提高，但組間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；糖尿病運(yùn)動(dòng)組大鼠HBCI卻高于糖尿病對(duì)照組(P <0.01)。(見(jiàn)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(duì)照組(P<0.01)。糖尿病運(yùn)動(dòng)組則低于糖尿病對(duì)照組(P<0.01)。(見(jiàn)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(yùn)動(dòng)對(duì)1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的影響:胰島β細(xì)胞的重要功能是合成、儲(chǔ)存和釋放胰島素，維持血糖的平穩(wěn)，參與機(jī)體重要的生理過(guò)程。胰島β細(xì)胞損傷，胰島素分泌不足或衰竭是糖尿病發(fā)病的中心環(huán)節(jié)。當(dāng)今糖尿病治療理念是，在實(shí)施血糖管理的同時(shí)，更加注重對(duì)β細(xì)胞的早期保護(hù)，最大限度地去延緩胰島β細(xì)胞的衰竭的進(jìn)程。

STZ對(duì)大鼠的胰島β細(xì)胞有選擇性破壞作用，能誘發(fā)其產(chǎn)生糖尿病，是目前國(guó)內(nèi)外使用較多的制備糖尿病動(dòng)物模型的藥物。本實(shí)驗(yàn)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(wú)回退，比較穩(wěn)定的特點(diǎn)。糖尿病大鼠經(jīng)過(guò)6周游泳訓(xùn)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(shuō)明運(yùn)動(dòng)可以降低血糖，但與提高胰島素分泌功能沒(méi)有直接的關(guān)系。此結(jié)論與吳亞文等[4]屏蔽胰島素抵抗因素后，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)可以提高胰島素分泌功能的研究結(jié)果不同。

胰島素分泌功能雖然可以通過(guò)胰島素值來(lái)評(píng)價(jià)，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(dǎo)致評(píng)估結(jié)果存在偏差。為此，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步采用HOMA-β細(xì)胞功能指數(shù)研究運(yùn)動(dòng)對(duì)糖尿病大鼠胰島素分泌功能的影響。

HOMA-β細(xì)胞功能指數(shù)(HBCI)[5]是依據(jù)空腹胰島素和血糖值，經(jīng)由公式計(jì)算所得出。因簡(jiǎn)單易行，被廣泛應(yīng)用于β細(xì)胞胰島素分泌功能的評(píng)估。在本研究中，糖尿病大鼠運(yùn)動(dòng)組HBCI值較非運(yùn)動(dòng)組明顯升高，血清胰島素有增加的趨勢(shì)與HBCI變化保持一致，提示運(yùn)動(dòng)顯著改善了糖尿病大鼠β細(xì)胞胰島素的分泌功能。

3.2 運(yùn)動(dòng)對(duì)1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能作用機(jī)制的探討:在生物體內(nèi)具有信息分子與效應(yīng)分子作用的NO，由于在生理、病理情況下具有復(fù)雜的雙向調(diào)節(jié)作用的特點(diǎn)，其在糖尿病發(fā)病機(jī)制中的作用漸為醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域所關(guān)注。目前大多研究證實(shí)，過(guò)量的NO可介導(dǎo)多種細(xì)胞的凋亡，其中糖尿病胰島β細(xì)胞凋亡就與體內(nèi)NO的過(guò)量產(chǎn)生有關(guān)。過(guò)量的NO能通過(guò)使線粒體功能受損、糖無(wú)氧酵解增加、鈣超載等機(jī)制，參與組織病理?yè)p傷的過(guò)程，啟動(dòng)胰島β細(xì)胞凋亡，降低胰島細(xì)胞內(nèi)DNA和胰島素含量，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞損害，減少胰島素的分泌和釋放，最終導(dǎo)致血糖持續(xù)升高，加重糖尿病的癥狀。大量研究證實(shí)，從糖尿病早期開(kāi)始干預(yù)NO的合成，減少胰島β細(xì)胞的損傷，促進(jìn)內(nèi)源性胰島素的分泌，有利于保持長(zhǎng)效、平穩(wěn)的降糖作用，并延緩糖尿病的發(fā)展進(jìn)程。

本實(shí)驗(yàn)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(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞DNA烷基化和DNA斷裂來(lái)破壞其結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生β細(xì)胞毒物質(zhì)—NO，直接破壞胰島β細(xì)胞，減少胰島素分泌和釋放，引發(fā)糖尿病。糖尿病大鼠運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)6周，正好處于糖尿病早期一氧化氮升高的時(shí)期，經(jīng)過(guò)6周游泳訓(xùn)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(yùn)動(dòng)可有效地降低早期糖尿病大鼠胰腺內(nèi)NO的濃度，進(jìn)而減輕過(guò)量NO對(duì)胰腺β細(xì)胞造成的損傷，減少細(xì)胞凋亡，從而起到保護(hù)殘存胰腺β細(xì)胞的作用，可能是運(yùn)動(dòng)改善1型糖尿病大鼠胰島素分泌功能的機(jī)制之一。

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【文章編號(hào)】1006-6233(2016)04-0642-03

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【doi】10.3969/ j.issn.1006-6233.2016.04.044