張明耀蘇水軍
(1.嶺南師范學院體育科學學院 廣東 湛江 524048;2.廣東海洋大學體育與休閑學院 廣東 湛江 524088)
根據2019年國際糖尿病聯(lián)合會IDF發(fā)布的最新糖尿病調查數據顯示,全球20-79歲的成年人中,糖尿病患者數量約為4.63億人(患病率9.3%)。按目前的發(fā)展速度推算,到2030年全球成人糖尿病患者人數將增至5.78億,糖尿病已成為人類健康重大危害的慢性非傳染性疾病。研究發(fā)現,在糖尿病患者中,有95%以上屬于2型糖尿病,2型糖尿病的發(fā)病機制比較復雜,目前認為胰島素抵抗(IR)是2型糖尿病發(fā)病的重要環(huán)節(jié)之一。研究表明,IR在2型糖尿病的發(fā)生和發(fā)展過程中具有重要的作用,是2型糖尿病的主要發(fā)病機制之一。已有大量研究表明,運動是防治糖尿病的重要手段,但其具體機制還有待進一步探究。本研究以高脂飲食誘導IR大鼠模型,并進行運動干預,觀察游泳運動對IR大鼠血脂代謝和AMPK蛋白表達的影響,旨在為運動防治糖尿病提供科學依據。
SPF級雄性SD大鼠30只(6周齡,體重120±20g),購自廣東省醫(yī)學實驗動物中心。動物合格證號:SCKX(粵)2013-0002。適應性喂養(yǎng)一周后,將大鼠隨機分為正常飲食對照組(ND,n=10),高脂飲食對照組(HFD,n=10),高脂飲食 + 運動組(HFD+EXE 組,n=10)。 ND普通飼料喂養(yǎng),HFD和HFD+EXE采用高脂飼料喂養(yǎng)。大鼠分籠飼養(yǎng),自由飲水攝食,每日添加足夠的飼料。室內溫度為23-26℃,相對濕度40%-60%,自然光照。
高脂飲食運動組 (HFD+EXE)大鼠進行6次 /周,1次 /天,90min/次的無負重游泳運動,運動時間統(tǒng)一為每天晚上18:00-21:00。水溫30±2℃,水深>65cm,保證平均每只老鼠擁有足夠的活動面積(≥200cm2)。HFD+EXE大鼠開始運動第一周先進行適應性游泳,前兩天每天運動20min,之后每天逐步增加10-20min,從第二周起每天運動90min,總共運動8周。
(1)取材。
于第一次隨機分組后第10、18周,所有大鼠禁食12h后,隨機選取相應組別大鼠進行樣本采集。取材前測試并記錄每組大鼠體重、FBG等指標后,行腹腔注射10%水合氯醛麻醉,劑量為0.30ml/100g,待大鼠麻醉后置于冰塊上,迅速采集大鼠血液、股四頭肌和腹腔脂肪等組織。腹主動脈取血于抗凝管內靜置1h后,4℃、3000轉 /min,離心 10min,取血清分裝于 EP管,-20℃冰箱保存待測血液指標(FINS、血脂四項、FFA等)。大鼠股四頭肌和腹腔脂肪組織用錫箔紙包裹放液氮灌中速凍,之后轉移至-80℃超低溫冰箱待測分子生物化學指標AMPK,以上各實驗步驟嚴格按照實驗標準要求進行。
(2)指標檢測。
于第10周、18周,所有大鼠禁食,空腹12h,檢測FBG、FINS等指標。大鼠尾部靜脈取血,將老鼠置于潔凈操作臺,用溫水浸泡大鼠尾部,之后酒精消毒,剪尾采血,用羅氏快速血糖儀檢測FBG??崭挂葝u素(FINS)和血脂(TG、TC、LDL-C、HDL-C)的檢測采用聯(lián)酶免疫吸附法進行檢測,試劑盒購于南京建成生物工程研究所,嚴格按照試劑盒說明書進行,AMPK蛋白表達采用Western Blot法。
運用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件對本研究中所得的實驗數據進行統(tǒng)計學處理,數據以均值±標準差(M±SD)表示,組間差異采用單因素方差分析,P<0.05為顯著性差異,P<0.01為非常顯著性差異。
表1中的數據顯示,與ND組比,HFD組FBG、FINS和HOMA-IR均顯著升高(P<0.05),而 ISI顯著降低(P<0.05)。 與 HFD組相比,HDF+EXE 組 FBG、FINS 和 HOMA-IR 均顯著降低 (P<0.01),ISI顯著升高(P<0.01)。
表1 各組大鼠FBG、FINS、ISI和HOMA-IR的變化(M±SD,單位:mmol/L)
表 2中的數據顯示,與正常 ND比,HFD組 FFA、TG、TC、LDL-C均顯著升高(P<0.05);而 HDL-C顯著降低(P<0.05)。 與 HFD組相比,HFD+EXE 組大鼠 FFA、TG、TC、LDL-C 均顯著降低 (P<0.01),而HDL-C 顯著升高(P<0.05)。
表2 各組大鼠FFA、TG、TC、LDL-C和HDL-C的變化(M±SD 單位:mmol/L)
表3中的數據顯示,與ND組相比,HFD組大鼠骨骼肌和脂肪組織 AMPK蛋白表達均顯著下降(P<0.01);與 HFD相比,HFD+EXE組大鼠骨骼肌和脂肪組織AMPK蛋白表達均顯著升高(P<0.01)。
表3 各組大鼠骨骼肌和脂肪組織AMPK蛋白表達的變化(M±SD)
正常生理情況下,機體糖代謝的調節(jié)是由胰島素和胰高血糖素共同完成。進食后,胰島素分泌增多,有利于細胞組織對葡萄糖的攝取利用,促進糖合成,減少糖異生;饑餓時,胰高血糖素分泌增多,糖分解和糖異生加強。胰島素和胰高血糖素的協(xié)調控制維持著機體糖代謝的平衡。研究發(fā)現,長期高脂飲食能使動物出現明顯的IR,本研究結果顯示(見表1),經過長期高脂飲食可誘導大鼠發(fā)生胰島素抵抗,與ND組相比,HFD組大鼠FBG、FINS和HOMA-IR均顯著性升高(P<0.05),ISI 顯著降低(P<0.05),說明高脂飲食導致大鼠糖代謝出現異常。
以往研究表明,合理的運動鍛煉可以減輕體重,降低人和大鼠FBG、FINS,增加胰島素敏感性和糖耐量,改善胰島素抵抗癥狀。有研究顯示運動不僅可以減輕體重,還能增強胰島素敏感性,減少胰島素數量,減輕高胰島素血癥。本研究結果顯示(見表1),與HFD組相比,HFD+EXE組,FBG、FINS和 HOMA-IR均顯著降低(P<0.05),ISI顯著升高(P<0.05)。說明游泳運動能使IR大鼠血清FINS水平和HOMA-IR顯著下降,ISI顯著升高,提高胰島素敏感性。游泳運動能夠改善IR大鼠血糖代謝狀況,可能與運動增加胰島素受體和受體底物數量,加強胰島素信號轉導,從而提高胰島素敏感性,降低FINS;另外運動能夠促進肝組織攝取、利用、合成及儲存葡萄糖,可以有效降低代謝血糖。
脂代謝與健康關系密切,脂代謝紊亂會引起超重、肥胖、胰島素抵抗等,高血脂癥容易導致各種心血管疾病的發(fā)生。目前研究表明,血漿中脂類水平的升高(主要是FFA和TG、LDL含量增加為主),是導致IR的重要原因之一。FFA升高會抑制胰島素介導的葡萄糖的攝取、氧化和利用。本研究結果顯示(見表2),HFD組FFA、TG、TC和LDL-C水平均明顯高于ND組(P<0.05),而HDL-C明顯低于ND組(P<0.05),這與前人研究結果一致。提示長期的高脂飲食攝入過多的能量,使體內FFA和TG、TC、LDL-C含量升高,導致大鼠脂代謝異常。同時,與ND組相比(見表1),HFD組大鼠FINS、HOMA-IR均顯著升高(P<0.05),而ISI顯著降低,提示血脂濃度的改變可能導致大鼠胰島素敏感性降低,引發(fā)大鼠胰島素抵抗。
以往研究表明,運動可以改善機體的糖脂代謝,2周以上的有氧運動就有減肥、降低血脂和減輕胰島素抵抗的功效。8周以上的游泳運動不但具有減肥、降低血脂、改善胰島素敏感性的作用,而且還可以使2型糖尿病大鼠機體的高血糖水平明顯減低。本研究結果顯示(見表2),與HFD組比較,HFD+EXE組大鼠HDL-C顯著升高(P<0.05),FFA、TG、TC 和 LDL-C 水平均顯著降低(P<0.05)。 提示運動能降低大鼠TG、TC和LDL-C水平,增加HDL-C含量。與HFD組相比 (見表1),HFD+EXE組ISI顯著升高,FINS和HOMA-IR均顯著降低(P<0.05),提示運動能增加大鼠胰島素敏感性,降低空腹胰島素和胰島素抵抗指數。運動改善高脂飲食IR大鼠胰島素抵抗癥狀的機制可能是通過改善血清脂蛋白的成分比例,降低血脂FFA和TG濃度,減少FFA和TG對胰島素功能的抑制來實現。
AMPK被稱為細胞能量感受器,在骨骼肌、脂肪組織、肝臟和心肌等組織中均有表達,對調節(jié)糖脂代謝具有重要的作用。研究發(fā)現,AMPK可以通過非胰島素依賴型途徑調節(jié)糖脂代謝,增加骨骼肌中葡萄糖的攝取和脂肪酸的氧化。Stephens TJ等研究發(fā)現,在培養(yǎng)骨骼肌細胞時,應用AMPK作為特異性激活劑,能夠增加胰島素刺激后葡萄糖轉運的能力。牛燕媚等在對胰島素抵抗小鼠的研究中發(fā)現,有氧運動和飲食干預都可以有效增強Adiponectin-AMPK信號通路,改善機體的脂質代謝紊亂。大量研究證明肌肉收縮、運動能激活AMPK,其原因涉及缺血、低氧、糖酵解、磷酸肌酸分解改變等多種因素;運動或骨骼肌收縮可以通過多種途徑激活AMPK。本研究結果顯示(見表1、3),與HDF組相比,HDF+EXE組大鼠骨骼肌和脂肪組織AMPK蛋白表達和ISI均顯著升高(P<0.05),而FFA、TG、TC和LDL-C均顯著降低 (P<0.05)。這可能是運動訓練能夠激活AMPK,而激活的AMPK可以調節(jié)能量代謝,促進葡萄糖的攝取、利用和脂肪酸的氧化,減少糖原合成與脂質的堆積,特別是骨骼肌和肝臟脂肪的異位堆積;另外AMPK還可能通過非胰島素依賴途徑調節(jié)糖脂代謝,改善大鼠胰島素抵抗。
長期高脂飲食能誘導大鼠發(fā)生胰島素抵抗;8周游泳運動能夠明顯改善IR大鼠胰島素抵抗和血脂代謝,增加IR大鼠AMPK蛋白表達。