频谱水联合有氧运动对IR大鼠肝脏功能的影响

康京京 徐晓阳 潘红英 李捷 王欣

摘 要：目的 观察频谱水联合有氧运动对高脂喂养的IR大鼠肝脏功能的影响。方法 将大鼠随机分为正常对照组和IR模型组两大组，高脂模型组R用于胰岛素抵抗造模。将造模成功的IR大鼠随机分为IR模型组1（R1）、IR模型组2（R2）、IR+频谱水组（RH）、IR+运动组（RD）和IR+频谱水+运动组（RHD）。R1组麻醉后取所需组织，R2、RH、RD和RHD组继续以高脂饲料喂养8周后取所需组织进行指标检测。检测各组大鼠的血脂四项、肝脏功能、氧化应激和TNF-α蛋白等指標。结果 与模型组相比，频谱水、有氧运动、频谱水联合有氧运动对大鼠血脂水平、肝脏功能水平及氧化应激水平具有显著的改善作用（P<0.05），均可降低胰岛素抵抗大鼠模型肝脏TNF-α蛋白表达（P<0.05）。与有氧运动相比，频谱水联合有氧运动对大鼠肝脏功能水平、氧化应激水平及TNF-α蛋白表达的改善更为显著（P<0.05）。结论 超低频电磁场处理水能在一定程度上改善IR 大鼠血脂紊乱水平，降低高脂饮食引起的肝脏功能紊乱水平。

关键词：IR 频谱水 有氧运动 肝脏功能 氧化应激 TNF-α

中图分类号：G80 文献标识码：A 文章编号：2095-2813（2018）02（a）-0017-05

胰岛素抵抗（IR）是指外周靶器官对胰岛素作用的敏感性下降。目前认为，胰岛素抵抗不仅是2型糖尿病的发病基础，也是多种代谢性疾病的发病基础，如肥胖、代谢综合症等。大量研究表明游离脂肪酸、细胞因子、炎症、氧化应激等多种因素共同参与胰岛素抵抗的发生发展。氧化应激是引起胰岛素抵抗的关键性因素[1]。肝脏是人体代谢最活跃的合成和分解代谢器官之一，对糖、蛋白质和脂肪代谢都有直接的影响。超低频电磁场处理水（以下简称频谱水）是将普通饮用水经超低频电磁场处理后，使其物理化学特性发生改变，如水分子团簇变小，介电常数升高[2]，安全无毒且能提高机体免疫功能[3]。实验表明，小分子簇水具有明显的改善老年大鼠血糖、血脂水平，保肝、清除体内代谢物的保健功能[4-5]。本研究以高脂喂养建立胰岛素抵抗大鼠模型，以有氧运动和频谱水为干预手段，为研究运动联合频谱水对胰岛素抵抗状态下肝脏氧化应激的作用及机制提供实验依据。

1 材料与方法

实验对象为SPF级雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠80只，重量（120±10）g，在广东省实验动物研究中心处所购。大鼠随机分为正常对照组A和IR模型组（R）两大组。正常对照组以普通饲料喂养，其中A1组喂养10周，A2组喂养18周。IR模型组以高脂饲料喂养10周，用于胰岛素抵抗造模，选取IR造模成功的大鼠，分为IR模型组（R1）、IR模型组（R2）、IR+频谱水组（RH）、IR+运动组（RD）和IR+频谱水+运动组（RHD）。R1组麻醉后取材，R2、RH、RD和RHD组继续以高脂饲料喂养8周。实验过程中所用高脂饲料和普通饲料均为广东省实验动物研究中心提供。

RD组和RHD组在建模成功后实施运动：实验前先进行一周的适应性游泳运动，进行为期8周的游泳运动。RH和RHD组在建模成功后开始每天饮用频谱水（由广东骏丰频谱股份有限公司提供）。第8周测试空腹血糖，以及OGTT和ITT，测试空腹胰岛素水平。所有数据均采用SPSS 21.0统计软件处理，测试结果以（）表示，组间比较用多因素方差分析，显著性水平取P<0.05有统计意义。

2 结果

2.1.1 大鼠空腹血糖变化

从表1可以看出，第8周，IR模型组空腹血糖变化不大，与对照组相比无显著差异，第10周，与正常对照组相比，IR模型组空腹血糖明显增加。

2.1.2 OGTT测试和ITT测试

OGTT测试是一种葡萄糖负荷试验，可以了解机体对葡萄糖的调节能力。表2所示，高脂喂养10周，IR模型组大鼠在30min、60min、90min血糖和曲线面积均显著高于正常对照组（P<0.05，P<0.01）。ITT测试是目前广泛评价个体葡萄糖代谢的实验，可用于筛选胰岛素抵抗。与正常对照组相比，IR模型组大鼠在30min、60min、90min、120min血糖和曲线面积显著增加（P<0.05，P<0.01）。实验结果显示高脂饲养的大鼠出现糖耐量能力下降和胰岛素耐量能力下降。

2.1.3 胰岛素敏感指数与胰岛素抵抗指数

表3所示，10周高脂饲料喂养的IR模型组大鼠，FINS、ISI、HOMA-IR较普通饲料喂养的正常对照组差异显著（P<0.05，P<0.01），空腹血糖无显著差异。IR模型组大鼠空腹血糖没有超出正常值范围，空腹血清胰岛素含量显著升高（P<0.01），机体对胰岛素的敏感性显著降低（P<0.01），胰岛素抵抗指数显著高于A组（P<0.05）。通过间接的胰岛素抵抗评价方式，可证明模型组大鼠IR模型建立成功。

2.2 大鼠血脂代谢的相关指标

表4所示，与A1组相比，R1组CHOL、TG、LDL-C升高显著（P<0.01，P<0.05），HDL-C降低明显（P<0.05）。与R2组相比，RD、RHD组CHOL显著降低（P<0.01），RH、RD、RHD组TG显著降低（P<0.01），RH、RD、RHD组LDL-C显著降低（P<0.01），RH组HDL-C显著升高（P<0.05，P<0.01）。与RD组相比，RHD组TG、LDL-C显著升高（P<0.01，P<0.05）。

2.3 大鼠肝功，肝脏重量

表5所示，与A1组相比，R1组ALT、AST、肝脏重量显著的升高（P<0.01），S/L值显著降低（P<0.05）。与R2组相比，RH组和RHD组ALT、AST和肝脏重量均显著下降（P<0.01，P<0.05），S/L值显著上升（P<0.01，P<0.05）。RD组与R2组相比，ALT、肝脏重量明显降低（P<0.01），S/L值明显升高（P<0.01）。其中RHD组的ALT和AST均明显低于RD组（P<0.05），且RHD组的ALT明显低于A2组。

2.4 肝脏HE染色

通过图1，HE染色可以看出R1组和R2组脂肪浸染情况比较严重，肝细胞结构不完整，界限不清楚。RH组脂肪浸染现象比R2组有所改善，肝细胞的结构也比较完整，但是依然有脂肪泡。RD组大鼠肝组织结构完整，细胞壁比较清晰，但是有少量的溶核现象。RHD大鼠肝组织结构完整，细胞壁比较清晰，溶核现象比较少，中央静脉及其周围放射状排列的肝细胞索清晰，彼此连接成网状，肝细胞呈多边形，界限清楚，胞浆丰富，核质对比明显，脂肪浸染的情况得到改善。说明8周的频谱水联合有氧运动具有改善肝脏脂肪浸染现象和维持细胞结构的作用。

2.5 各组大鼠肝脏氧化应激的变化

表6所示，与A1组相比，R1组SOD显著降低（P<0.01），ROS、MDA显著增加（P<0.01，P<0.05）。与R2组相比，各组SOD均显著升高（P<0.01，P<0.05），MDA和ROS均显著性降低（P<0.05，P<0.01）。与RD组相比，RHD组SOD显著增加，MDA显著降低。实验结果提示饮用频谱水可以显著降低高脂引起的大鼠肝脏氧化应激水平。频谱水联合有氧运动，可提高有氧运动对IR大鼠肝脏氧化应激的改善作用。

2.6 各组大鼠TNF-α蛋白表达

图2所示，与A1组相比，R1组TNF-α蛋白表达显著升高（P<0.01）。与R2组相比，RH组、RD组、RHD组显著降低（P<0.05，P<0.01）。与RD组相比，RHD组显著降低（P<0.05）。

3 讨论

3.1 频谱水联合有氧运动对血脂四项的影响

胰岛素抵抗对人类的健康构成严重威胁，是多种代谢性疾病的主要诱因。血脂水平作为机体重要的健康指标，可直接反映体内代谢的稳态水平。TG、CHOL、LDL-C增高和HDL-C降低等血脂异常是代谢综合症发生的危险因素，与IR的病理进程密切相关。甘油三酯（TG）主要由动物肝脏和脂肪合成，可与蛋白质形成脂蛋白在血液中运转，含量超标可造成高脂血症，易引起继发性疾病。研究发现，运动可加速TG的代谢，长期有氧运动可明显降低体内TG含量。胆固醇（CHOL）是肝脏代谢脂肪时的合成物质，构成细胞膜的主要原料，但体内CHOL增高，尤其是CHOL和TG两者皆高，容易造成高脂血症。高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）与LDL-C作用正好相反，能将胆固醇从组织转移到肝脏中去，能防治动脉粥样硬化等疾病。本研究发现，10周的高脂引起IR模型组大鼠CHOL、TG、LDL-C增加，HDL-C降低。建模成功后继续高脂饮食喂养8周，与IR模型组相比，RD、RHD组CHOL显著降低，RH、RD、RHD组TG显著降低，RH、RD、RHD组LDL-C显著降低，RH组HDL-C显著升高。提示，高脂引起大鼠血脂发生变化，饮用频谱水可抑制高脂饮食引起的TG、LDL-C升高和缓解高脂饮食引起的HDL-C降低，对IR大鼠的血脂水平具有一定的改善作用。

3.2 频谱水联合有氧运动对肝脏功能和形态结构的影响

对成模后的IR大鼠进行8周的高脂喂养，与R2组相比，RH组和RHD组ALT、AST和肝脏重量均显著下降，S/L值显著上升。RD组与R2组相比ALT、肝脏重量明显降低，S/L值明显升高。其中RHD组的ALT和AST明显低于RD组。结果提示，饮用频谱水能够缓解高脂饮食带来的肝脏功能指标的变化和肝脏增重的现象，对大鼠肝脏的功能状况具有一定的改善作用。饮用频谱水联合有氧运动，可提高有氧运动对胰岛素抵抗大鼠肝脏功能的改善作用。

通过肝脏HE染色观察肝脏的形态结构以及肝脏炎症浸染情况发现，RHD组肝脏脂肪浸染状况较A组接近，中央静脉及其周围放射状排列的肝细胞索清晰，彼此连接成网状，肝细胞呈多边形，界限清楚，胞浆丰富，核质对比明显，脂肪浸染的情况得到改善。说明频谱水联合有氧运动对肝脏脂肪浸染现象有一定的改善作用。

3.3 频谱水联合有氧运动对肝脏氧化应激的影响

氧化应激是指体内的由于各种原因产生ROS过多和或内源性抗氧化防御系统的消除能力减弱，使得多余的ROS在体内聚集，参与氧化生物大分子的过程，产生细胞脂质过氧化，损伤溶酶体、线粒体等。过剩的ROS除了会对细胞内大分子导致损害外，还能激活应激敏感性信号通路，调节基因表达，损伤细胞[7]。氧化应激在IR的发展过程中起着十分重要的作用：IR会导致机体对血糖血脂的利用率减低，使得多余的糖类物质和游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）在体内蓄积，通过自身氧化产生大量的自由基[8，12]，引发氧化应激反应[13，15]，繼而损伤细胞和组织。氧化应激产生的ROS可作为信号分子进一步激活细胞内的氧化应激信号通路，进一步损伤胰岛细胞，使胰岛素的分泌量减少[16，18]，此外ROS还会干扰多条氧化应激敏感的胰岛素信号转导通路，导致IR的发生。本研究发现，饮用频谱水可以显著降低高脂饮食大鼠的肝脏ROS和MDA含量、增加SOD活性，结果提示饮用频谱水可以显著降低高脂引起的大鼠肝脏氧化应激水平。与RD组相比，RHD组SOD显著增加，MDA显著降低，提示频谱水联合有氧运动，可提高有氧运动对IR大鼠肝脏氧化应激的改善作用。

3.4 频谱水联合有氧运动对TNF-α蛋白的影响

肝脏是TNF-α的重要靶器官，TNF-α在肝损伤的过程中起着重要作用。TNF-α具有干扰胰岛素信号转导、抑制葡萄糖转运的作用[19]。近年来的研究显示，炎症是导致胰岛素抵抗的重要因素之一，肝脏中多种炎性因子如TNF-α，IL-6等的信号传导途径与胰岛素信号系统存在交叉作用，从而破坏了正常的胰岛素信号转导途径并导致胰岛素抵抗。在这些炎性因子中，TNF-α导致的胰岛素抵抗正成为热点。本研究发现，在建模期间，IR模型组与正常对照组相比，TNF-α蛋白表达显著升高，推测很可能是高脂引起了机体的炎性反应，TNF-α蛋白表达增加，干扰胰岛素信号传导，诱发胰岛素抵抗。造模成功后采用频谱水、运动及频谱水联合运动干预，结果发现与R2组相比，RH组、RD组、RHD组显著降低（P<0.05，P<0.01）。与RD组相比，RHD组显著降低（P<0.05）。提示频谱水、运动及频谱水联合有氧运动干涉均可降低胰岛素抵抗大鼠模型肝脏TNF-α蛋白表达，改善大鼠胰岛素抵抗。

4 结语

饮用频谱水能在一定程度上改善IR大鼠的血脂水平，缓解高脂饮食带来的肝脏功能指标的变化和肝脏增重的现象，降低高脂饮食引起的大鼠肝脏氧化应激紊乱水平，降低胰岛素抵抗大鼠模型肝脏TNF-α蛋白表达。对大鼠肝脏具有一定的保护作用，从而改善大鼠胰岛素抵抗状况。在有氧运动的基础上饮用频谱水，可提高有氧运动对胰岛素抵抗大鼠肝脏功能、氧化应激和TNF-α蛋白表达的改善作用，从而起到更好地保护肝脏以防止胰岛素抵抗并发症发生的作用。

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