能量代谢仪系统在针灸干预急性酒精性肝损伤中的应用＊

李顺月，宋晓晶，王淑友，张 栋

（中国中医科学院针灸研究所 北京 100070）

能量代谢仪系统在针灸干预急性酒精性肝损伤中的应用＊

李顺月，宋晓晶，王淑友，张 栋＊＊

（中国中医科学院针灸研究所 北京 100070）

目的：探讨能量代谢监测仪系统在针灸改善酒精性肝损伤大鼠能量代谢研究的应用价值。方法：将34只大鼠随机分为正常组、模型组和电针组。模型组和电针组大鼠用50%乙醇给予灌胃，造成急性酒精肝损伤的动物模型。电针组造模后每天给予足三里穴电针30 min治疗一次,共治疗3天。使用动物能量代谢系统对各组动物同期进行连续96 h的观察，全程记录呼吸商（Respiratory Exchange Ratio，RER）、热量、饮食量和饮水量。结果：急性酒精性肝损伤模型大鼠的RER、饮水饮食量显著降低，热量增高；电针干预具有增加RER、饮水饮食量和降低热量值的趋势。结论：将能量代谢监测仪系统应用于针灸干预急性酒精性肝损害大鼠能量代谢的研究表明该仪器系统具有一定的实用价值。

能量代谢 呼吸商 热量 饮食量 急性酒精性肝损伤

能量代谢一般是通过呼吸商、热量值、饮食和饮水量这些指标之间的关系来体现，新型的动物能量代谢检测系统可以无创、实时、动态地同步记录以上各项指标，为相关疾病的诊断和治疗效果的评估提供了客观、便捷的研究手段[1]。肝脏是物质和能量代谢的重要器官，各种肝脏损伤都可能导致能量代谢的异常。大量饮酒会损伤肝脏，影响肝脏代谢，进而影响机体的能量代谢[2]。目前，动物能量代谢监测系统对于酒精性肝损伤能量代谢变化的实验研究报道较少，在针灸研究中更为少见。因此，为了提高动物能量代谢监测系统在针灸研究中的应用价值，在应用能量代谢监测系统对急性酒精性肝损伤大鼠能量代谢进行评估的基础上，结合电针对急性酒精性肝损伤能量代谢的干预作用进行评价，以体现动物能量代谢监测系统在针灸研究中的作用。

1 材料与方法

1.1 实验动物和分组

健康成年SD大鼠34只，清洁级，雌雄各半，体质量200±10 g。健康对照组（对照组）10只，酒精性肝损伤模型组（模型组）和酒精性肝损伤模型+电针组（电针组）各12只，模型组和电针组随机选取2只进行病理检测。大鼠由中国中医科学院动物中心提供[许可证号：SCXK-（军）2007-004]。所有大鼠均以实验动物饲养和使用的国际标准对待，整个实验程序将按照本院动物伦理委员会的原则进行。

1.2 实验仪器

Oxymax Lab Animal Monitoring System能量代谢监测系统（美国Columbus公司）用于本实验的观察，本仪器系统由8通道系统架和8个大鼠标准仓，8通道的热量计、喂食质量监测模块、饮水体积模块和8通道接口、软件和控制器等构成。

1.3 能量代谢的记录

3组大鼠随机放入能量代谢监测系统的观察箱中，并连续观察96 h。除造模组（观察开始后4 h时）和电针组（观察开始后的18、42、66 h时）过程被暂时移出观察箱外，其余时间均在箱内生活。饮食在观察前已添加足量，由能量代谢监测系统的联机计算机自动记录和计算出RER、热量、饮食量和饮水量数值。

1.4 急性酒精肝损伤模型制备和成功与否的判定

在将大鼠放入能量代谢仪、观察4 h正常基础代谢后，模型组合电针组动物用浓度50%乙醇按12 mL·kg-1（bw）的计量给予灌胃1次，形成急性酒精性肝损伤。随机选取模型组和电针组各2只大鼠，于造模24 h后处死，取肝组织做石蜡切片并进行HE染色，见组织中出现肝小叶结构不清，肝索排列紊乱，肝窦变窄，肝细胞核分裂的形态学变化，即为急性肝损害模型成功[3]。

1.5 电针方法

电针组在造模18、42、66 h时进行3次电针治疗，用0.18 mm×13 mm华佗牌针灸针直刺双侧“足三里”穴（位于小鼠后肢膝关节外下方当腓骨小头下约3 mm处）；将针灸针连接电针仪（MBT-1微电脑脉搏同步脉冲治疗仪，浙江华音电子有限公司），电针参数选用连续波，输出电压5 V，频率1 Hz，以后肢出现轻微颤动为度，电针时间为30 min。

1.6 统计学方法

应用能量代谢监测系统仪器自带的CLAX v2.24软件程序，将RER、热量值、饮食和饮水量在观察开始0、造模后2、8、20、32、44、56、68、80、92 h共10个时间点的数值进行提取，应用SPSS 17.0统计软件分别将三组10个时间点均数值进行方差齐性检验，然后进一步做多样本均数间的多重比较以分析两组间的差别，当方差性齐（P＞0.05）进行LSD-t检验，不齐时（P＜0.05）进行SNK-q检验。三组10个时间点的数值进行配对样本t检验，以P＜0.05具有统计学意义，并以均值±标准误（Mean±SE）做出各组量值各时间点的折线图。

2 结果

2.1 各组动物RER变化比较

经方差齐性检验，P=0.44，方差齐，进一步LSD-t检验后，模型组与对照组有显著性差异（P=0.023），电针组与对照组有显著性差异（P=0.049）。

经配对样本t检验后，模型组与对照组在造模2 h（P=0.000）和8 h（P=0.002）时的显著性比80 h（P=0.03）和92 h（P=0.03）时有所增加；电针组与对照组在造模2 h（P=0.00）和44 h（P=0.008）时的显著性比8 h（P=0.03）和20 h（P=0.04）时有所增加。

在96 h的观察过程中，模型组和电针组动物呼吸商与对照组比较一直处于较低水平；在造模2 h时模型组和电针组动物RER达到最低，分别为模型组0.79±0.04，电针组0.81±0.07，而对照组0.95±0.03；在造模80、92 h时，模型组仍处于较低水平，而电针组则明显高于模型组但仍低于对照组；本结果说明，急性酒精性肝损伤动物的RER降低，电针治疗3次后具有提高RER作用的趋势（图1）。

2.2 各组动物热量变化比较

经方差齐性检验，P=0.60，方差齐，进一步LSD-t检验后各组间均没有显著性差异。

经配对样本t检验后，电针组在造模8 h时为1.77±0.58，模型组在32 h时为2.09±0.68，与对照组比较均具有统计学差异（P＜0.05）。

在96 h的观察过程中，与对照组比较，模型组和电针组动物热量值在造模后至造模44 h均较高。在造模44 h后，三组的热量值接近。本项观察结果说明，酒精性肝损伤在造模2天内，热量明显增加；电针组较模型组稍低，但对增加热量的降低作用不明显（图2）。

2.3 各组动物饮食量变化比较

经方差齐性检验，P=0.82，方差齐，进一步LSD-t检验后各组间均没有显著性差异。

经配对样本t检验后，模型组与对照组在造模8 h（P=0.004）比2 h（P=0.030）、32 h（P=0.040）和80 h（P=0.040）的显著性有所增加；电针组与对照组在造模8 h（P=0.012）和56 h（P=0.046）时出现统计学差异。

在96 h的观察过程中，对照组动物进食量出现明显的昼夜节律性变化，模型组和电针组动物则是在造模20 h前明显减少，造模32 h后模型组和电针组也恢复昼夜节律，并有代偿和波动性增减；与对照组比较，在造模后56 h时，模型组和电针组进食量增加，造模80 h时，模型组动物进食量又减少较多，电针组则与对照组接近。观察结果说明，酒精性肝损伤动物造模1天内进食量明显减少，电针在造模2天后具有一定增加进食量的作用（图3）。

2.4 各组动物饮水量变化比较

经方差齐性检验，P=0.23，方差齐，进一步LSD-t检验后各组间均没有显著性差异。

经配对样本t检验后，模型组与对照组在造 模 8 h时（P=0.020）出现统计学差异；电针组与对照组在造模8 h时（P=0.010） 比 2 h时（P=0.045）的显著性有所增加；电针组与模型组在造模44 h时出现统计学差异（P=0.007）。

在96 h的观察过程中，对照组动物饮水量出现明显的昼夜节律性变化；模型组和电针组动物则是在造模20 h前明显减少，造模20 h后模型组和电针组也恢复昼夜节律，并与对照组接近。观察结果说明，酒精性肝损伤造模1天内饮水量明显减少，电针在饮水量的调节作用不显著（图4）。

图1 各组呼吸商比较

图2 各组热量比较

图3 各组饮食量比较

3 讨论

机体依靠呼吸功能从外界摄取氧，以供各种营养物质氧化分解的需要，同时也将代谢终生物CO2呼出体外。因此，一定时间内机体的CO2产量与耗氧量的比值称为RER，RER能够反映机体糖、蛋白、脂肪3大营养底物氧化分解情况，是反映机体的能量代谢情况一项重要指标[4]。随着医学的发展，智能能量测定系统可以实现对机体的氧耗量和CO2产生量、热量值以及饮食、饮水等生命代谢指标进行即刻、动态、精确测量[5]。目前，能量代谢检测系统主要用于糖尿病[6]、肥胖症[7]、内分泌[8]等代谢性疾病代谢机理研究，并用于食物、药物、活动等干预对代谢及代谢疾病的影响研究分析[9-11]，但在针灸干预研究中的应用研究报道较少。本研究首次应用动物能量代谢检测系统观察急性酒精性肝损伤动物的能量代谢变化以及针刺对其的影响作用。

图4 各组饮水量比较

在本研究中所使用的动物能量代谢监测系统是通过检测动物所在笼内吸入和呼出气体前后的氧气和CO2浓度变化，监测动物的氧气消耗和CO2产生，仪器系统通过公式计算此过程中的能量消耗；该仪器系统配置了饮食和饮水模块，食物称量采用了赛多利斯天平，质量控制精度0.01 g；饮水检采用了精密的电子泵技术，确保动物每次饮水量固定在20 μL，避免饮水外漏导致测量误差，同步检测动物饮水和饮水消耗，综合分析该过程中的能量代谢情况。该仪器系统可无人职守自动运行72 h或更长时间，通过软件程序化控制记录各项指标，具有无创、精确、实时、动态、便捷的优势。

本研究应用该仪器对急性酒精性肝损伤的能量代谢改变进行了观察，急性大量酒精灌胃后，模型大鼠的RER主要呈现下降趋势，说明酒精性损伤后耗氧量明显增加，并持续到观察结束，这是该损伤的一个病理特征。热量消耗在整个观察过程的前半时段呈升高趋势，在48 h后逐渐下降并接近正常组，表明大量乙醇摄入后的分解代谢并产生热能直接相关。饮水饮食量在观察的4天内具有明显的昼夜节律，这是动物生活习性造成。同时，在造模初期，由于大量摄入乙醇，模型动物的饮食量、饮水量显著下降。应用形态学方法对酒精性肝损伤所做的肝脏HE染色显示，大量乙醇灌胃后，大鼠肝脏的肝小叶结构不清，肝索排列紊乱，肝窦变窄，有些肝细胞已经肿胀、变形，说明急性酒精性肝损伤模型造模成功[3]。此前，用激光散斑血流成像方法观察到急性酒精灌胃后小鼠肝脏血流灌注量显著减少[18]。以上结果表明酒精造成了动物肝脏组织的病理性改变，引起了肝脏功能损伤。肝脏功能损伤后，肝脏的正常代谢功能必然低下，进而影响全身的代谢机能。Piche等[12]观察到慢性丙型肝炎患者呈现高能量代谢状态。Greco等[13]发现58%肝硬化患者能量代谢基本正常，而仅有12%为低能量代谢状态。更多研究者则认为肝硬化患者呈高能量代谢状态[14]。因此，本研究中观察到模型动物出现代谢增加状态可能与急性酒精摄入引起的肝损伤有关。大量酒精摄入同时也会引起机体其他系统的应激反应，因此动物的日常饮食量、饮水量也出现了变化。这一结果也与肝脏疾病会出现能量代谢异常的临床表现符合。

我们观察到急性酒精性肝损伤动物的RER降低，电针治疗介入后，增加了RER，电针治疗3次后具有提RER商作用的趋势。观察时段的后期，大鼠热量值逐步下降，电针对增加热量的降低作用不明显。造模1天内进食量明显减少，造模2天后和电针干预后，饮食量逐步恢复，可能与电针的干预作用有关，但还可能是乙醇在体内代谢基本完成造成。在临床治疗中，针灸疗法对于多种肝脏疾病的调治效果显著。有研究表明针刺具有调节肝功能，促进肝脏病变恢复的功用[15-17]。在我们以往的研究中观察到，针灸对肝脏血流灌注有一定的调节作用[18]，对急性酒精性损伤大鼠的肝脏功能也有一定的保护作用[4]。在本研究中我们也观察到电针能对急性酒精性损伤大鼠的能量代谢有一定调整作用，这可能与电针作用促进肝脏功能恢复有关，电针对酒精性肝损伤能量代谢影响的研究还有更多的工作有待进行。

4 结论

本研究首次应用动物能量代谢系统观察到急性酒精性肝损伤后大鼠的能量代谢增高；电针刺激在促进急性酒精性肝损伤大鼠的RER和饮食量增加、热量下降方面具有一定作用。

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18 宋晓晶,张栋,马慧敏,等.电针对小鼠肝脏血流灌注量影响的激光散斑成像显示.激光生物学报,2011,20(1)：15-21.

Application of the Animal Energy Metabolism Monitoring System (AEMMS) in Acute Alcoholic Liver Injury with the Treatment of Acupuncture

Li Shunyue, Song Xiaojing, Wang Shuyou, Zhang Dong
(Institute of Acupuncture and Moxibustion, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100070, China)

This study aimed to explore the value of animal energy metabolism monitoring system (AEMMS) to evaluate the energy metabolism of acute alcohol liver injury in rat with the treatment of acupuncture. Tirty rats were randomly divided into the control group, the model group and the EA group. The model group and the EA group were gavaged with 50% ethanol for the establishment of the animal model of acute alcoholic liver injury. EA was given by needling Zusanli (ST-36) 30 min after intragastic administration every day in the EA group. The treatment of acupuncture continued 3 days. In addition, the RER, heat, feeding and drinking were continuouslyrecorded for 96 h in each group at the same time by AEMMS. As a result, the RER, feeding and drinking indices significantly decreased in rats with ALI with an increase in the heat index. There was an up-going tendency of the RER, feeding and drinking indices, and a declined tendency of the heat index in the model rats after EA treatment. It was concluded that AEMMS presented a practical value in the study of the energy metabolism of rats with ALI with the treatment of acupuncture.

Energy metabolism, respiratory exchange ratio, heat, feeding, acute alcoholic liver injury

10.11842/wst.2016.12.023

R245

A

（责任编辑：朱黎婷，责任译审：朱黎婷）

2016-03-28

修回日期：2016-12-13

＊ 国家自然科学基金委面上项目（81273834）：多模式成像技术对针灸肝脏血管调节作用的显示及其机理研究，负责人：张栋；中国中医科学院自主选题项目（Zz08005）：针灸对酒精性肝损伤小鼠的血管调控作用的机理研究，负责人：李顺月。

＊＊ 通讯作者：张栋，研究员，主要研究方向：针灸机理与经络研究。