早期不同负荷运动对后期2型糖尿病大鼠成模率及血糖水平的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1256

摘要/Abstract

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文题释义：
糖化血清蛋白：是血液中的葡萄糖与白蛋白和其他蛋白分子N末端发生非酶促糖化反应，形成糖化血清蛋白。由于血清中白蛋白的半衰期约21 d，糖化血清蛋白测定可有效反映患者过去1-3周内平均血糖水平。
口服葡萄糖耐量试验：是一种葡萄糖负荷试验，用以了解胰岛β细胞功能和机体对血糖的调节能力，是目前公认的诊断糖尿病的金标准，在血糖异常增高但尚未达到糖尿病诊断标准时，为明确是否为糖尿病可以采用口服葡萄糖耐量试验。

摘要
背景：糖代谢紊乱是糖尿病的主要临床表现，运动是治疗糖尿病的主要方法之一，早期不同负荷运动对后期2型糖尿病大鼠模型成模率及血糖水平的影响尚不明确。
目的：探究不同负荷运动对高糖高脂膳食联合注射链脲佐菌素建立大鼠2型糖尿病模型的影响。
方法：50只SD雄性大鼠(购自湖北省实验动物研究中心)，随机分为安静对照组、糖尿病对照组、小强度运动干预组、中等强度运动干预组和大强度运动干预组5组，每组10只。安静对照组普通饲料喂养；糖尿病对照组高糖高脂饲料喂养，均笼中自由活动；小、中、大强度运动干预组高糖高脂喂养，期间分别进行8周不同强度的跑台运动。运动第8周末，检测各组大鼠的体质量和空腹血糖，然后隔夜禁食不禁水12 h，安静对照组一次性腹腔注射柠檬酸缓冲液，其余4组一次性腹腔注射2%链脲佐菌素溶液。注射链脲佐菌素第7天再次检测大鼠体质量、空腹血糖和糖化血清蛋白水平。
结果与结论：不同强度运动干预组的体质量、空腹血糖、糖化血清蛋白、血糖曲线下面积均较糖尿病对照组有所改善，中等、大强度运动干预可更有效地调节2型糖尿病血糖水平，改善糖耐量，而大强度运动干预对于降低2型糖尿病的发病率更为有效。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0001-7302-8758(金山虎)

关键词: 2型糖尿病, 跑台运动, 大强度运动, 体质量, 空腹血糖, 糖化血清蛋白, 湖北省自然科学基金

Abstract:

BACKGROUND: Dysfunction of glucose metabolism is the main clinical manifestation of diabetes mellitus. Exercise is one of the main methods to treat diabetes mellitus. The effect of early exercise with different loads on the modeling rate and blood glucose level of late-stage type 2 diabetic rats is unclear.
OBJECTIVE: To explore the effects of different exercise loads on the establishment of rat diabetes mellitus model with high-sugar and high-fat diet combined with streptozotocin injection.
METHODS: Fifty Sprague-Dawley male rats (provided by Hubei Provincial Laboratory Animal Research Center) were randomly divided into quiet, diabetes mellitus, and low-, moderate-, and high-intensity exercise groups (n=10/group). Rats in the quiet group were fed with normal feed, diabetes mellitus group were fed with high-sugar and high-fat diets, and were freely active in cages. Mice in the low-, moderate-, and high-intensity exercise groups were fed with high-sugar and high-fat diets, and underwent 8-week exercise of different intensities. At the end of exercise, the body weight and free blood glucose in each group were tested, and then the rats were fasted but free to drink for 12 hours overnight. Quiet group was given intraperitoneal injection of citrate buffer, and other groups were injected intraperitoneally with 2% streptozotocin solution. The body weight, free blood glucose and glycated serum protein on day 7 were detected.
RESULTS AND CONCLUSION: The body weight, free blood glucose, glycated serum protein, and area under the curve of blood glucose in each exercise group were improved compared with the diabetes mellitus group. Moderate- and high-intensity exercise can effectively regulate blood glucose level and improve glucose tolerance of type 2 diabetes mellitus. Besides, high-intensity exercise is more effective in reducing the incidence of type 2 diabetes mellitus.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: type 2 diabetes mellitus, treadmill running, high intensity exercise, body mass, free glucose, glycated serum protein, the Natural Science Foundation of Hubei Province

中图分类号:

R446.1
R318

金山虎，胡亚哲. 早期不同负荷运动对后期2型糖尿病大鼠成模率及血糖水平的影响[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(19): 3092-3096.

Jin Shanhu, Hu Yazhe. Effect of early different intensities of exercise on the modelling rate and blood glucose level of rats with late-stage type 2 diabetes[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(19): 3092-3096.

图/表（结果） 5

2.1 实验动物数量分析实验选用大鼠50只，分为5组，于实验结束前大强度运动干预组死亡1只，其余全部进入结果分析。

2.2 各组大鼠体质量的比较各组初始体质量差异无显著性意义(P > 0.05)；运动干预第8周末，只有糖尿病对照组体质量比安静对照组有显著性增加(P < 0.05)，而大强度运动干预组体质量相对于糖尿病对照组、小强度运动干预组、中等强度运动干预组体质量有明显下降(P < 0.05)；与运动干预第8周末比较，注射链脲佐菌素第7天安静对照组和中等强度运动干预组体质量没有显著性变化，而糖尿病对照组、小强度运动干预组、大强度运动干预组体质量均明显下降(P < 0.05)；注射链脲佐菌素第7天，大强度运动干预组体质量比其他4组都低(P < 0.05)，见表1。

2.3 各组大鼠空腹血糖比较初始及运动干预第8周末各组空腹血糖差异无显著性意义(P > 0.05)；与运动干预第8周末相比，注射链脲佐菌素第7天造模各组空腹血糖都有明显升高(P < 0.05)；注射链脲佐菌素第7天，造模各组空腹血糖比安静对照组都有明显升高(P < 0.05)，而中等强度运动干预组、大强度运动干预组空腹血糖低于糖尿病对照组、小强度运动干预组(P < 0.05)，见表2。

2.4 各组大鼠糖化血清蛋白浓度的比较与安静对照组相比，糖尿病对照组、小强度运动干预组、大强度运动干预组糖化血清蛋白浓度有明显升高(P < 0.05)；与糖尿病对照组相比，中等强度运动干预组糖化血清蛋白浓度有明显下降(P < 0.05)，见表3。

2.5 各组大鼠血糖曲线下面积(AUC_FBG)比较造模各组大鼠血糖曲线下面积(AUC_FBG)都大于安静对照组(P < 0.05)；糖尿病对照组、小强度运动干预组之间差异无显著性意义(P > 0.05)；中等强度运动干预组、大强度运动干预组显著低于糖尿病对照组、小强度运动干预组(P < 0.05)；中等强度运动干预组、大强度运动干预组之间差异无显著性意义(P > 0.05)，见表4，图1。

2.6 各组大鼠成模率比较注射链脲佐菌素第7天，大鼠尾静脉取血检测随机血糖判定各组大鼠成模率，安静对照组没有成模大鼠，糖尿病对照组、小强度运动干预组、中等强度运动干预组、大强度运动干预组成模率分别为90%，70%，50%，44%，见表5。

参考文献

引言

材料方法

1.1 设计随机对照动物实验。

1.2 时间及地点实验于2017年9月至2018年7月在武汉体育学院运动人体科学实验室完成。

1.3 材料

1.3.1 实验动物 SPF级雄性SD大鼠50只，6周龄，体质量180-220 g，购自湖北省实验动物研究中心，许可证号：SCXK(鄂)2015-0018，No.42000600025097，环境条件为室温20-22 ℃、相对湿度40%-70%，光照周期12 h，自由进食、饮水。

1.3.2 实验试剂和饲料链脲佐菌素(美国Sigma生物技术公司，批号：WXBC6558V)；糖化血清蛋白测定试剂盒(南京建成，A037-2)；三诺血糖仪及配套试纸(三诺生物传感股份有限公司，4701NC)；大鼠跑台(ZS-PT型，北京众实迪创科技发展有限公司)。大鼠普通饲料和高糖高脂饲料(武汉普瑞致医生物科技有限公司)，高糖高脂饲料配方：基础饲料64.5%、猪油10%、蛋黄粉5%、胆固醇2%、胆酸钠0.5%、蔗糖18%。

1.4 实验方法

1.4.1 动物分组适应性喂养1周后，50只SD大鼠随机分为5组：安静对照组、糖尿病对照组、小强度运动干预组、中等强度运动干预组、大强度运动干预组，每组10只。安静对照组给予普通饲料喂养，糖尿病对照组给予高糖高脂饲料喂养，均笼中自由活动；小、中、大强度运动干预组给予高糖高脂喂养的同时进行8周不同强度的跑台运动。

1.4.2 动物模型构建与给药量参照Bedford等^[5-6]方法，设计运动方案：小强度运动干预组跑台速度为8 m/min，坡度为0°；中等强度运动干预组跑台速度为15 m/min，坡度为5°；大强度运动干预组跑台速度为20 m/min，坡度为10°。3组均能完成跑台训练，1 h/d，5 d/周，持续训练8周。于第8周末，隔夜禁食不禁水12 h，安静对照组一次性腹腔注射安慰剂(0.1 mmol/L柠檬酸缓冲液，30 mg/kg)，其余4组一次性腹腔注射2%链脲佐菌素溶液(30 mg/kg)。

1.4.3 链脲佐菌素配置及成模标准将2.1 g柠檬酸和2.94 g柠檬酸钠溶于100 mL蒸馏水中，配成A、B液；将A、B液按照1∶1.32的比例混合，调节pH值为4.2-4.5，配成 0.1 mmol/L柠檬酸缓冲液；将链脲佐菌素溶解于 0.1 mmol/L柠檬酸缓冲液中，配成2%链脲佐菌素溶液(链脲佐菌素溶液需要4 ℃低温、避光保存，配置成功后在 30 min内使用完)。于注射后第7天取尾静脉血测大鼠随机血糖，以随机血糖≥16.7 mmol/L为2型糖尿病成模标准^[7]。

1.4.4 口服葡萄糖耐量试验注射链脲佐菌素第7天，隔夜禁食不禁水12 h，50%葡萄糖溶液灌胃，剂量为2 g/kg^[8]。于灌胃前(0 min)，灌胃后30，60，120 min尾静脉采血，用血糖仪测定空腹血糖浓度。计算血糖曲线下面积(AUC_FBG)=空腹血糖(0 min)×1/4+空腹血糖(30 min)×1/2+空腹血糖 (60 min)×3/4+空腹血糖(120 min)×1/2^[9]。

1.5 主要观察指标 ①在初始、运动干预第8周末、注射链脲佐菌素第7天尾静脉取血测量各组大鼠空腹血糖和体质量；②注射链脲佐菌素第7天摘眼球取血，检测糖化血清蛋白浓度。

1.6 统计学分析采用SPSS 20.0软件进行统计学分析，计量资料以x(_)±s表示，组内比较采用配对样本t 检验，组间比较采用单因素方差分析，各组成模率的比较采用Fisher精确检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

3.1 不同强度运动对体质量的影响肥胖可以引起胰岛素抵抗，导致血糖和血脂代谢紊乱，是2型糖尿病独立危险因素，多数2型糖尿病患者存在肥胖及超重现象。该研究结果显示，8周高糖高脂膳食促使大鼠体质量明显增加，而小强度、中等强度和大强度运动干预，都可以在一定程度上减缓高热量膳食引起的体质量增长。王胜男等^[10]研究表明，7周有氧运动可显著降低3周龄雄性小鼠体质量增长量和主要脂肪组织质量。大强度运动干预组体质量较糖尿病对照组、小强度运动干预组、中等强度运动干预组有明显下降，推测大强度运动干预比中、小强度运动干预能量消耗大，动用了更多的多余脂肪去供能，减少了高热量饮食引起的脂肪堆积，从而使体质量增长缓慢。与运动干预第8周末相比，注射链脲佐菌素第7天安静对照组、中等强度运动干预组体质量没有显著性变化，其他组体质量都有显著性下降，说明在2型糖尿病形成过程中中等强度运动干预更有利于保持体质量的稳定。而在注射链脲佐菌素第7天，大强度运动干预组体质量显著低于其他4组，可能是因为大强度运动引起了机体能量的过度消耗。有学者对2型糖尿病患者进行12周的高强度间歇性运动干预后发现，2型糖尿病患者的体质量指数、腰围、空腹血糖、总胆固醇及三酰甘油等水平均显著降低，且干预效果优于中等强度持续运动组^[11]。

3.2 不同强度运动对糖代谢的影响 2型糖尿病患者常合并代谢综合征的一个或多个组分的临床表现，并伴随着血糖、血压、血脂等水平的增高^[12]。该研究结果显示8周的高糖高脂膳食没有使各组空腹血糖出现显著性差异(P > 0.05)。沈亚飞等^[13]研究显示，长时间的高糖高脂膳食在血糖变化之前会引起高胰岛素血症。作者推测胰岛β细胞代偿性分泌了更多的胰岛素以维持机体血糖的稳定。在注射链脲佐菌素7 d后，造模各组血糖都比注射前有显著性升高 (P < 0.05)，提示链脲佐菌素导致β细胞功能衰竭，胰腺不能维持足够的胰岛素分泌来克服胰岛素抵抗，糖耐量迅速恶化，迫使血糖急剧升高。许冬明等^[14]研究显示大鼠体内脂联素水平不同程度降低，可以导致脂肪代谢缓慢，加重胰岛素抵抗，从而升高血糖。

糖化血清蛋白是由葡萄糖与白蛋白以非酶促反应产生的衍生物，对血糖变化较敏感。有研究表明空腹血糖代表即时血糖水平，糖化血清蛋白反映的是过去两三周内平均血糖控制水平^[15]，而联合检测空腹血糖和糖化血清蛋白可以反映不同时期的血糖水平，从而克服单个指标的局限性。该研究结果显示，在注射链脲佐菌素第7天，中等强度运动干预组、大强度运动干预组空腹血糖均低于糖尿病对照组、小强度运动干预组(P < 0.05)，而糖化血清蛋白结果显示糖尿病对照组、小强度运动干预组、大强度运动干预组较安静对照组都有明显升高(P < 0.05)；只有中等强度运动干预组比糖尿病对照组有明显下降(P < 0.05)，提示中等强度和大强度运动干预均能改善2型糖尿病大鼠的血糖水平，并且效果要优于小强度运动干预。Roberts等^[16]研究显示大强度运动可以募集更多的肌纤维并在耗尽其储存糖原的同时增加葡萄糖转运蛋白的含量，提高葡萄糖摄取能力从而改善血糖水平。对于糖化血清蛋白的影响，中等强度运动干预要优于小强度和大强度运动干预，可能是中等强度运动干预可以提高肌肉对糖的利用率，提高肌细胞对胰岛素的敏感性，减轻β细胞负担，纠正胰岛素相对不足带来的糖代谢紊乱，从而降低糖化血清蛋白。糖化血清蛋白作为轻症、2型、隐性糖尿病的早期诊断指标，有学者对2型糖尿病大鼠进行6周的中等强度耐力运动，发现运动干预组糖化血清蛋白显著低于对照组^[17]。血糖曲线下面积(AUC_FBG)结果提示中等强度运动干预组、大强度运动干预组均低于糖尿病对照组、小强度运动干预组(P < 0.05)，可能是长时间的中等强度和大强度运动干预增加了骨骼肌葡萄糖转运蛋白、胰岛素受体、糖原合酶的含量，提高机体组织胰岛素敏感性，从而改善糖耐量异常。综上分析，中等强度和大强度运动均可降低2型糖尿病的血糖水平，改善2型糖尿病糖耐量异常，但是中等强度运动干预可以更好地降低糖化血清蛋白。

3.3 不同强度运动对2型糖尿病成模率的影响采用高糖高脂膳食联合小剂量腹腔注射链脲佐菌素的方法构建2型糖尿病大鼠模型，这种造模方法可重复性强，模型稳定，死亡率低，是目前国内外2型糖尿病研究者常用的2型糖尿病造模方法^[18-21]。该实验采用相同的方法构建2型糖尿病大鼠模型，并在高糖高脂膳食阶段加入不同强度的运动干预，结果显示，注射链脲佐菌素后第7天，安静对照组没有成模大鼠；糖尿病对照组、小强度运动干预组、中等强度运动干预组、大强度运动干预组大鼠成模率分别为90%，70%，50%，44%。赵云鹏^[22]研究表明运动可以通过加快肌糖原的合成与分解，增强肌细胞内的葡萄糖转运磷酸化作用，提高胰岛素转运血糖的活性，直接调节相关异常代谢，改善血浆脂蛋白，引起内脏脂肪消耗等多种途径改善机体胰岛素抵抗状态。有研究证实中等强度运动干预能增加胰岛中β细胞数量^[23]，维持机体正常的胰岛素分泌量，控制血糖升高。大强度运动干预可以有效改善骨骼肌线粒体的含量，进一步调节胰岛素的敏感性，从而使患者血糖水平有所改善。该研究结果证实在造模过程中加入不同强度的运动干预，可以一定程度上减少2型糖尿病大鼠的成模数量。只有大强度运动干预组的成模率与糖尿病对照组差异有显著性意义(P < 0.05)，说明大强度运动干预可以降低2型糖尿病的成模率，提示长期坚持运动，特别是适度规律的大强度运动，可以有效减少2型糖尿病的发病率，对于2型糖尿病的预防具有良好的干预作用。

结论：不同强度运动干预组的体质量、空腹血糖、糖化血清蛋白、血糖曲线下面积(AUC_FBG)均较糖尿病对照组有所改善，中等、大强度运动干预可更有效地调节2型糖尿病血糖水平，改善糖耐量，而大强度运动干预对于降低2型糖尿病的发病率更为有效。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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