宋海霞

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長期有氧運動對2型糖尿病大鼠抗氧化能力和肝細胞凋亡的影響

宋海霞

湘潭大學體育部，湖南 湘潭，411105。

本研究旨在探討長期低強度有氧運動干預對糖尿病大鼠氧化應激和肝細胞凋亡的影響。本研究利用100只大鼠，購買回大鼠后進行一段時間的適應性喂養(yǎng)飼養(yǎng)，選取75只大鼠制造糖尿病模型大鼠，另外25只正常飼養(yǎng)。造模成功后，將模型大鼠隨機分為模型對照組（M組）、高強度運動組（HM組）、中強度運動組（MM組）、正常飼養(yǎng)大鼠為正常對照組（C組），經行為期20周的跑步干預、跑步干預結束，次日經行尾部取血，運動結束后1日進行力竭性運動后采血，檢測大鼠肌酸激酶（ck）、乳酸脫氫酶（LDH）、丙二醛（MDA）、超氧歧化酶（SOD）、肝細胞積分光密度值（IOD）。本研究發(fā)現，M組、MM組、HM組FINS濃度顯著高于C組，p<0.05，MM組和HM組FINS濃度顯著低于M組，p<0.05。M組、MM組、HM組FBG濃度顯著高于C組，p<0.05，MM組和HM組FBG濃度顯著低于M組，p<0.05。M組、MM組、HM組HOMA-IR顯著高于C組，p<0.05，MM組和HM組HOMA-IR顯著低于M組，p<0.05。MM組在FBG、HOMA-IR指標上顯著低于HM組，p>0.05。C組IOD值顯著低于M組、MM組、HM組，p<0.05；M組IOD值顯著低于MM組，p<0.05；HM組IOD值顯著高于MM組，p<0.05。CK和LDH方面，C組、M組顯著高于MM和HM組，p<0.05；HM組顯著低于MM組，p<0.05。MDA、SOD、GPx方面，C組、M組顯著高于MM和HM組，p<0.05；MM組和HM組組間并無顯著性差異，p>0.05。本研究認為，長期規(guī)律運動能夠幫助糖尿病大鼠控制血糖，緩解胰島素抵抗，增加機體內抗氧化酶數量，增強抗氧化能力。高強度運動會導致肝細胞凋亡增加，但是高強度運動對抗氧化能力的增強最有效。

糖尿??；跑步；肝細胞；凋亡；氧化；氧化運動；肝細胞凋亡

我國老齡人口基數龐大，老年人常見病如內分泌疾病、心腦血管疾病發(fā)病率持續(xù)上漲。糖尿病是常見代謝疾病，是胰島素分泌量不足或胰島素質量不佳導致糖代謝紊亂[1]。肝臟是人體糖代謝的重要參與器官，糖尿病與肝病有明顯相關，糖尿病患者除疾病本身的對機體的破壞外，長期服用降糖藥的毒副作用，亦會導致肝細胞的損傷較為嚴重。身體的老化被證明與身體受氧化傷害有關[3]，隨著年齡的增加，身體受氧化程度逐漸加劇，各種炎癥因子和脂質過氧化物增多。主要表現為抵抗力下降、易疲勞、器質性病變。而糖尿病患者由于其代謝紊亂和體制下降，身體氧化程度高于同齡人。近年大量表明，有氧運動能夠減少生物體氧化應激和肝細胞凋亡。此外有氧運動能夠增強機體抗氧化能力，進而減少炎癥的發(fā)生[3]。但目前較少研究涉及有氧運動對糖尿病人的氧化應激和肝細胞凋亡的影響。綜上所述，本研究旨在探討長期低強度有氧運動干預對糖尿病大鼠氧化應激和肝細胞凋亡的影響。

1 研究材料與方法

1.1 實驗動物

本研究選用100只清潔級12周齡雄性SD大鼠，體重199±18g。由湖南省人民醫(yī)院動物實驗中心提供（編號SCXK 湘2011－0003）

1.2 研究器材與試劑

江蘇賽昂斯公司生產的SANS-SA109動物運動跑步機、上海普式樂華生物科技有限公司生產的肌酸激酶（ck）、乳酸脫氫酶（LDH）、丙二醛（MDA）、超氧歧化酶（SOD）酶聯(lián)免疫分析檢測試劑盒。深圳博康生物科技有限公司生產的鏈脲佐菌素（STZ）、美國Johnson公司生產的 DT-60Ⅱ紫外分光度計、日本HITACHI公司生產的全自動生化分析儀、湖南湘儀集團生產的GL-22低溫高速離心機、美國TKI公司生產的X800酶標儀。

1.3 實驗法

1.3.1 實驗流程 本研究購買回大鼠后進行一段時間的適應性喂養(yǎng)飼養(yǎng)，選取75只大鼠制造糖尿病模型大鼠，另外25只正常飼養(yǎng)。造模成功后，將模型大鼠隨機分為模型對照組（M組）、高強度運動組（HM組）、中強度運動組（MM組）、正常飼養(yǎng)大鼠為正常對照組（C組），經行為期20周的跑步干預、跑步干預結束，次日經行尾部取血，運動結束后1日進行力竭性運動后采血，檢測大鼠肌酸激酶（ck）、乳酸脫氫酶（LDH）、丙二醛（MDA）、超氧歧化酶（SOD）、肝細胞積分光密度值（IOD）

1.3.2 實驗動物造模與分組（1）二型糖尿?。═2DM）模型制造：進行高脂喂食6周，觀察大鼠體型變化明顯大于對照組，進行單次注射 STZ 30 mg /kg，7天后檢測血糖，血糖大于14mmol/l認為造模成功。

（2）實驗分組：本研究中，1只大鼠造模失敗，74只大鼠造模成功，隨機將T2DM模型大鼠分為模型對照組（M組，n=24）、高強度運動組（HM組，n=25）、中強度運動組（MM組，n=25），正常飼養(yǎng)大鼠為正常對照組（C組，n=25）。運動方案具體如下：

表1 實驗分組與方案

1.3.3 采樣 大鼠進行完12周運動干預后次日，采集大鼠尾部靜脈血，大鼠進行力竭性運動后即刻，采集大鼠尾部靜脈血，后處死大鼠，取出肝臟組織，制成石蠟切片，常溫避光干燥保存。

1.3.4 檢測項目

血糖（FBG）：本研究利用日本HITACHI全自動生化分析儀按照試劑盒制定步驟操作檢測FBG，

胰島素（FINS）：本研究利用日本HITACHI全自動生化分析儀按照試劑盒制定步驟操作檢測FINS。

胰島素抵抗（HOMA-IR）：利用胰島素穩(wěn)態(tài)模型公式：HOMA-IR= FPG（mmol/L）×FINS（mIU/L）/22.5

氧化指標：通過血液分析儀、分光度儀等檢驗肌酸激酶（ck）、乳酸脫氫酶（LDH）、丙二醛（MDA）、超氧歧化酶（SOD）。

肝細胞積分光密度值（IOD）：肝組織石蠟切片常規(guī)脫蠟至水，抗原修復，內源性過氧化物酶的阻斷，標記，信號轉化和分析，顯色，常規(guī)脫水、透明，中性樹膠封片，鏡檢。顯微圖像觀察，陽性細胞凋亡的表現為：細胞核被染為棕褐色，細胞的部分胞漿也會因細胞核的 DNA片段溢出呈陽性表達。普通光學顯微鏡下觀察，采用高清彩色病理圖文分析系統(tǒng)選片，每張切片于400倍鏡下隨機選取5個視野。采用顯微鏡圖像處理分析軟件IMAGE對選取的視野進行積分光密度值（IOD）分析。

1.4 數理統(tǒng)計分析

本研究所有數據利用spss22.0進行分析檢驗，本研究數據以mean±SD表達。本研究利用描述性分析獨立樣本T檢測、單因素方差分析檢驗組內和組間數據差異性，本研究顯著水平訂為p=0.05。

2 結 果

2.1 大鼠體重變化

表2說明：（1）各組大鼠造模后體重均顯著高于初始體重，p<0.05，C組大鼠體重顯著高于其余各組，p<0.05；（2）大鼠干預結束后體重顯著高于，初始體重和造模后體重，p<0.05；（3）干預結束后C組大鼠體重顯著高于M組、MM組、HM組，p<0.05。M組、MM組、HM組組間未見顯著性差異，p>0.05。

表2 各組大鼠體重變化 n=100

組別初始體重（g）造模后體重（g）結束體重（g） C組202.35±9.54315.56±20.09#383.65±20.24#* M組198.32±8.98302.23±22.76#1353.13±23.34#*1 MM組201.34±5.21300.99±21.24#1352.33±22.21#1 HM組200.73±7.64301.34±13.23#1349.33±17.65#*1

注：#：表示與初始體重具有顯著差異，p<0.05。*：表示與造模后體重，具有顯著差異，1表示與C組有顯著差異，p<0.05。2：表示與M組具有有顯著差異，p<0.05。3：表示與MM組有顯著差異，p<0.05。

2.2 運動干預結束后糖代謝和胰島素抵抗參數結果

表3 大鼠胰島素抵抗和肝細胞凋亡比較結果n=100

注：1表示與C組有顯著差異，p<0.05。2表示與M組具有有顯著差異，p<0.05。3表示與MM組有顯著差異，p<0.05。

表3說明：（1）M組、MM組、HM組FINS濃度顯著高于C組，p<0.05，MM組和HM組FINS濃度顯著低于M組，p<0.05；（2）M組、MM組、HM組FBG濃度顯著高于C組，p<0.05，MM組和HM組FBG濃度顯著低于M組，p<0.05；（3）M組、MM組、HM組HOMA-IR顯著高于C組，p<0.05，MM組和HM組HOMA-IR顯著低于M組，p<0.05；（4）MM組在FBG、HOMA-IR指標上顯著低于HM組，p>0.05。

2.3 運動干預結束后氧化應激參數結果

表3 大組大鼠肌酸激酶、乳酸去氫酶、丙二醛、超氧化物歧化酶、谷光甘肽過氧化酶的參數比較（n=100）

注：1表示與C組有顯著差異，p<0.05。2：表示與M組具有有顯著差異，p<0.05。3：表示與MM組有顯著差異，p<0.05。

2.4 運動干預結束后肝細胞凋零參數結果

表2說明：C組IOD值顯著低于M組、MM組、HM組，p<0.05；M組IOD值顯著低于MM組，p<0.05；HM組IOD值顯著高于MM組，p<0.05。

2.5 力竭運動后氧化應激參數結果

表3說明：CK和LDH方面，C組、M組顯著高于MM和HM組，p<0.05；HM組顯著低于MM組，p<0.05。MDA、SOD、GPx方面，C組、M組顯著高于MM和HM組，p<0.05；MM組和HM組組間并無顯著性差異，p>0.05。

3 討 論

本研究在大鼠進行造模過程中，注射STZ后大鼠出現了類似糖尿病的表征，比如攝食多、飲水多、排尿多、但是體重卻少于正常對照組大鼠。這符合糖尿病“三多一少”的癥狀，造模大鼠出現活性下降、行動遲緩、反應遲鈍、毛發(fā)稀疏等表現。說明本研究中的糖尿病大鼠造模成功。本研究中顯示，經過長期有氧運動后，發(fā)現糖尿病模型大鼠血糖水平下降、胰島素抵抗得到緩解。這可能與運動導致葡萄糖轉運能力的提升有關，研究顯示長期規(guī)律運動后，肌肉對于葡萄糖的利用效率會提升，此外在肌肉內糖原總量也會上升[4]。這導致胰島素對于血糖的調節(jié)作用更加明顯，從而胰島素敏感性提升，胰島素抵抗下降。所以長期運動規(guī)律運動可以幫助血糖控制和恢復胰島功能[5]。本研還發(fā)現，中強度運動對于血糖控制效果由于，高強度運動，這可能與能量代謝有關，高強度運動動用無氧糖酵解系統(tǒng)進行供能，導致血糖大量用于供能。血糖濃度短時間下降，血糖快速下降反而會導致胰高血糖酶分泌加劇，從而導致肝糖原分解，進入血糖，促進血液濃度提升。而中強度運動，由于是糖類和脂類混合供能，血糖持續(xù)下降緩慢，機體不斷適應，不會誘發(fā)胰高血糖酶的分泌，不會導致血糖保護性升高。而胰島素抵抗與血糖濃度直接相關[6]，所以，中強度運動對于胰島素敏感性提高更有益處。所以，長期規(guī)律運動有助于血糖控制，且中強度運動為較為適宜的強度負荷，對于血糖控制效果最好。

本研究發(fā)現，長期進行中強度運動糖尿病大鼠，肝細胞凋零狀況由于模型大鼠和高強度運動糖尿病大鼠，大量研究認為尿病會導致肝細胞凋亡[7]，但是發(fā)生機制復雜，涉及一系列基因的復雜調控。目前認為細胞caspase 3是被認為是凋亡信號轉導的共同通路[8]，該酶是否被激活也是鑒別細胞凋亡與壞死的主要依據。但中強度運動是否會導致該酶的失活目前尚無定論。中強度運動減少肝細胞凋亡的機制尚不明確。長期高強度運動，會導致肝細胞出現缺血缺氧現象。缺血缺氧后，細胞的生理平衡被打破，細胞能量供給不足，高爾基體和線粒體能力下降，三磷酸腺苷快速減少，導致細胞內鈉離子和鈣離子增多，鈣超量則會啟動肝細胞的凋亡[9]。

氧化傷害是指生物里內活性氧物種自由基數量超出生物體內氧自由基清除能力，導致氧化與抗氧化平衡被打破，進而誘發(fā)細胞損傷[10]。生物體內夠產生抗氧化物如：SOD、CAT 等，使減少自由基對細胞的氧化傷害[11]。本研究發(fā)現長期進行高強度運動的糖尿病大鼠，抗氧化酶的水平顯著高于一般大鼠，糖尿病大鼠的抗氧化酶的濃度顯著低于一般大鼠，這說明糖尿病大鼠更容易受到氧化傷害。但是高強度運動能夠有效降低機體氧化傷害和氧化傷害后的恢復能力。中強度運動能雖夠一定程度加強機體抗氧化能力，但是效顯著弱于高強度運動。

4 結 論

長期規(guī)律運動能夠幫助糖尿病大鼠控制血糖，緩解胰島素抵抗，增加機體內抗氧化酶數量，增強抗氧化能力。高強度運動會導致肝細胞凋亡增加，但是高強度運動對抗氧化能力的增強最有效。中強度運動降低血糖效果最佳。

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Effects of Long-term Aerobic Exercise on Antioxidant Capacity and Hepatocyte Apoptosis in Type 2 Diabetic Rats

SONG Haixia

Department of Physical Education, Xiangtan University, Xiangtan Hunan, 411105, China.

This study was designed to investigate the effects of long-term low-intensity aerobic exercise intervention on oxidative stress and hepatocyte apoptosis in diabetic rats. In this study, 100 rats were used. After the rats were purchased, the rats were fed with adaptive feeding for a period of time. 75 rats were selected to make diabetic model rats, and the other 25 were reared normally. After successful modeling, the model rats were randomly divided into model control group（M group）, high-intensity exercise group（HM group）, medium-intensity exercise group（MM group）, and normal-fed rats as normal control group（group C）. After 20 weeks of running intervention, running intervention, blood was taken from the tail of the next day, and blood was collected after exhaustive exercise on the 1st day after exercise to detect creatine kinase（ck）and lactate dehydrogenase（LDH）, malondialdehyde（MDA）, superoxide dismutase（SOD）, hepatocyte integrated optical density（IOD）. The study found that the concentration of FINS in group M, MM group and HM group was significantly higher than that in group C, p<0.05. The concentration of FINS in MM group and HM group was significantly lower than that in group M, p<0.05. The FBG concentration in group M, MM group and HM group was significantly higher than that in group C, p<0.05. The FBG concentration in MM group and HM group was significantly lower than that in group M, p<0.05. HOMA-IR was significantly higher in group M, MM group and HM group than in group C, p<0.05. HOMA-IR in group MM and HM group was significantly lower than group M, p<0.05. The MM group was significantly lower than the HM group in the FBG and HOMA-IR indexes, p>0.05. The IOD value of group C was significantly lower than that of M group, MM group and HM group, p<0.05; the IOD value of group M was significantly lower than that of MM group, p<0.05; the IOD value of HM group was significantly higher than that of MM group, p<0.05. In terms of CK and LDH, group C and group M were significantly higher than MM and HM groups, p<0.05; HM group was significantly lower than MM group, p<0.05. In terms of MDA, SOD and GPx, group C and group M were significantly higher than MM and HM groups, p<0.05; there was no significant difference between MM group and HM group, p>0.05. This study believes that long-term regular exercise can help diabetic rats control blood sugar, alleviate insulin resistance, increase the number of antioxidant enzymes in the body, and enhance antioxidant capacity. High-intensity exercise leads to increased hepatocyte apoptosis, but high-intensity exercise is most effective in enhancing antioxidant capacity.

Diabetes; Running; Hepatocytes; Apoptosis; Oxidation; Aerobic exercise; Hepatocellular opoptosis

2019-03-22

2019-03-25

湖南省教育廳一般課題，項目編號：14c1084。

G804.7

A

1007―6891（2019）03―0032―04

10.13932/j.cnki.sctykx.2019.03.08