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        游泳運(yùn)動(dòng)對高脂飲食IR大鼠血脂代謝和AMPK蛋白表達(dá)的影響

        2021-11-12 00:43:14張明耀蘇水軍
        文體用品與科技 2021年21期
        關(guān)鍵詞:高脂骨骼肌游泳

        張明耀蘇水軍

        (1.嶺南師范學(xué)院體育科學(xué)學(xué)院 廣東 湛江 524048;2.廣東海洋大學(xué)體育與休閑學(xué)院 廣東 湛江 524088)

        根據(jù)2019年國際糖尿病聯(lián)合會(huì)IDF發(fā)布的最新糖尿病調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,全球20-79歲的成年人中,糖尿病患者數(shù)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(shù)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(xiàn),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(jī)制比較復(fù)雜,目前認(rèn)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(jī)制之一。已有大量研究表明,運(yùn)動(dòng)是防治糖尿病的重要手段,但其具體機(jī)制還有待進(jìn)一步探究。本研究以高脂飲食誘導(dǎo)IR大鼠模型,并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù),觀察游泳運(yùn)動(dòng)對IR大鼠血脂代謝和AMPK蛋白表達(dá)的影響,旨在為運(yùn)動(dòng)防治糖尿病提供科學(xué)依據(jù)。

        1、材料與方法

        1.1、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組

        SPF級雄性SD大鼠30只(6周齡,體重120±20g),購自廣東省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心。動(dòng)物合格證號(hào):SCKX(粵)2013-0002。適應(yīng)性喂養(yǎng)一周后,將大鼠隨機(jī)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(yùn)動(dòng)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?dāng)z食,每日添加足夠的飼料。室內(nèi)溫度為23-26℃,相對濕度40%-60%,自然光照。

        1.2、運(yùn)動(dòng)方案

        高脂飲食運(yùn)動(dòng)組 (HFD+EXE)大鼠進(jìn)行6次 /周,1次 /天,90min/次的無負(fù)重游泳運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)面積(≥200cm2)。HFD+EXE大鼠開始運(yùn)動(dòng)第一周先進(jìn)行適應(yīng)性游泳,前兩天每天運(yùn)動(dòng)20min,之后每天逐步增加10-20min,從第二周起每天運(yùn)動(dòng)90min,總共運(yùn)動(dòng)8周。

        1.3、取材與指標(biāo)檢測

        (1)取材。

        于第一次隨機(jī)分組后第10、18周,所有大鼠禁食12h后,隨機(jī)選取相應(yīng)組別大鼠進(jìn)行樣本采集。取材前測試并記錄每組大鼠體重、FBG等指標(biāo)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(dòng)脈取血于抗凝管內(nèi)靜置1h后,4℃、3000轉(zhuǎn) /min,離心 10min,取血清分裝于 EP管,-20℃冰箱保存待測血液指標(biāo)(FINS、血脂四項(xiàng)、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(zhuǎn)移至-80℃超低溫冰箱待測分子生物化學(xué)指標(biāo)AMPK,以上各實(shí)驗(yàn)步驟嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。

        (2)指標(biāo)檢測。

        于第10周、18周,所有大鼠禁食,空腹12h,檢測FBG、FINS等指標(biāo)。大鼠尾部靜脈取血,將老鼠置于潔凈操作臺(tái),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(jìn)行檢測,試劑盒購于南京建成生物工程研究所,嚴(yán)格按照試劑盒說明書進(jìn)行,AMPK蛋白表達(dá)采用Western Blot法。

        1.4、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

        運(yùn)用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件對本研究中所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)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。

        2、結(jié)果

        2.1、各組大鼠 FBG、FINS、HOMA-IR、ISI的變化

        表1中的數(shù)據(jù)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)

        2.2、各組大鼠 FFA、TG、TC、HDL-C、LDL-C 的變化

        表 2中的數(shù)據(jù)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)

        2.3、各組大鼠AMPK蛋白表達(dá)水平的變化

        表3中的數(shù)據(jù)顯示,與ND組相比,HFD組大鼠骨骼肌和脂肪組織 AMPK蛋白表達(dá)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(dá)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(dá)的變化(M±SD)

        3、討論

        3.1、游泳運(yùn)動(dòng)對IR大鼠血糖的影響

        正常生理情況下,機(jī)體糖代謝的調(diào)節(jié)是由胰島素和胰高血糖素共同完成。進(jìn)食后,胰島素分泌增多,有利于細(xì)胞組織對葡萄糖的攝取利用,促進(jìn)糖合成,減少糖異生;饑餓時(shí),胰高血糖素分泌增多,糖分解和糖異生加強(qiáng)。胰島素和胰高血糖素的協(xié)調(diào)控制維持著機(jī)體糖代謝的平衡。研究發(fā)現(xiàn),長期高脂飲食能使動(dòng)物出現(xiàn)明顯的IR,本研究結(jié)果顯示(見表1),經(jīng)過長期高脂飲食可誘導(dǎo)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(dǎo)致大鼠糖代謝出現(xiàn)異常。

        以往研究表明,合理的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)不僅可以減輕體重,還能增強(qiáng)胰島素敏感性,減少胰島素?cái)?shù)量,減輕高胰島素血癥。本研究結(jié)果顯示(見表1),與HFD組相比,HFD+EXE組,F(xiàn)BG、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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)能夠改善IR大鼠血糖代謝狀況,可能與運(yùn)動(dòng)增加胰島素受體和受體底物數(shù)量,加強(qiáng)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),從而提高胰島素敏感性,降低FINS;另外運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)肝組織攝取、利用、合成及儲(chǔ)存葡萄糖,可以有效降低代謝血糖。

        3.2、游泳運(yùn)動(dòng)對IR大鼠血脂的影響

        脂代謝與健康關(guān)系密切,脂代謝紊亂會(huì)引起超重、肥胖、胰島素抵抗等,高血脂癥容易導(dǎo)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(dǎo)致IR的重要原因之一。FFA升高會(huì)抑制胰島素介導(dǎo)的葡萄糖的攝取、氧化和利用。本研究結(jié)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(jié)果一致。提示長期的高脂飲食攝入過多的能量,使體內(nèi)FFA和TG、TC、LDL-C含量升高,導(dǎo)致大鼠脂代謝異常。同時(shí),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(dǎo)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(yùn)動(dòng)可以改善機(jī)體的糖脂代謝,2周以上的有氧運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jī)體的高血糖水平明顯減低。本研究結(jié)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),F(xiàn)FA、TG、TC 和 LDL-C 水平均顯著降低(P<0.05)。 提示運(yùn)動(dòng)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,F(xiàn)INS和HOMA-IR均顯著降低(P<0.05),提示運(yùn)動(dòng)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(shù)。運(yùn)動(dòng)改善高脂飲食IR大鼠胰島素抵抗癥狀的機(jī)制可能是通過改善血清脂蛋白的成分比例,降低血脂F(xiàn)FA和TG濃度,減少FFA和TG對胰島素功能的抑制來實(shí)現(xiàn)。

        3.3、游泳運(yùn)動(dòng)對IR大鼠AMPK蛋白表達(dá)的影響

        AMPK被稱為細(xì)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(dá),對調(diào)節(jié)糖脂代謝具有重要的作用。研究發(fā)現(xiàn),AMPK可以通過非胰島素依賴型途徑調(diào)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(xiàn),在培養(yǎng)骨骼肌細(xì)胞時(shí),應(yīng)用AMPK作為特異性激活劑,能夠增加胰島素刺激后葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。牛燕媚等在對胰島素抵抗小鼠的研究中發(fā)現(xiàn),有氧運(yùn)動(dòng)和飲食干預(yù)都可以有效增強(qiáng)Adiponectin-AMPK信號(hào)通路,改善機(jī)體的脂質(zhì)代謝紊亂。大量研究證明肌肉收縮、運(yùn)動(dòng)能激活A(yù)MPK,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(yùn)動(dòng)或骨骼肌收縮可以通過多種途徑激活A(yù)MPK。本研究結(jié)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(dá)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(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能夠激活A(yù)MPK,而激活的AMPK可以調(diào)節(jié)能量代謝,促進(jìn)葡萄糖的攝取、利用和脂肪酸的氧化,減少糖原合成與脂質(zhì)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(diào)節(jié)糖脂代謝,改善大鼠胰島素抵抗。

        4、結(jié)論

        長期高脂飲食能誘導(dǎo)大鼠發(fā)生胰島素抵抗;8周游泳運(yùn)動(dòng)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(dá)。

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