游泳训练对糖尿病大鼠降血糖作用的试验研究

黎杰轩 ， 梁延昌 ， 李发炘 ， 黄泓慧 ， 李香香

(广州中医药大学体育健康学院 ， 广东广州510006)

糖尿病(Diabetas Mullitus，DM) 是一种以高血糖为主要特征的代谢性疾病，临床上常合并高血压、血脂异常及中心性肥胖等[1]。流行病学调查研究显示，全球约有糖尿病患者1.57亿，预计2030年上升至5亿，我国糖尿病患病率为9.7%，约近1亿，糖尿病前期患病率更是15.5%。随着社会进步，饮食、运动和生活方式的改变，糖尿病的患病率呈现上升的趋势[2]。胰岛素抵抗(Insulin resistance，IR)是糖尿病的主要病理生理基础[3]。并且可以导致肥胖、高血压等代谢性疾病的发生。糖尿病是心脑血管疾病的重要危险因素，可以促进动脉硬化进而引发心脑血管疾病[4-5]。因此，防治糖尿病对预防心脑血管疾病具有重要的意义。目前运动疗法是治疗糖尿病的基础，是安全、有效的治疗方式，在临床应该得到广泛证实[6]，但是关于其机制尚不明确。因此，本实验建立了糖尿病大鼠模型，用游泳训练进行干预，观察了运动对糖尿病大鼠空腹血糖(Fasting blood-glucose，FBG)、糖化血清蛋白(Glycated serum protein，GSP)、空腹血清胰岛素(Fasting serum insulin，Fins)、C-肽(C-peptide，C-P)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、丙二醛(Malondialdehyde，MDA)、葡萄糖转运子蛋白4(Glucose transporter 4，GLUT4)和胰十二指肠同源盒因子1(Pancreatic duodenal homeobox-1，PDX-1)的水平的影响，探讨了其防治DM的可能机制。

1 材料与方法

1.1 实验动物和饲料 健康SPF级雄性大鼠45只，体质量200 g±10 g；基础饲料；高糖、高脂饲料(饲料配方：61.5%基础饲料，10%猪油，20%蔗糖，2.5%胆固醇食盐，1%胆酸钠，5%蛋黄)。以上产品均由广东省医学实验动物中心提供[许可证号：SCXK(粤)2013-0002]。

1.2 试剂和仪器 链脲佐菌素(北京酷来搏科技有限公司产品)；SOD、MDA ELLISA试剂盒(美国R&D Systems公司产品)；胰岛素放免试剂盒(瑞典MERCODIA公司产品)；糖化血清蛋白 EllISA试剂盒(上海钰博生物科技有限公司产品)；C-肽ELISA试剂盒(德国DRG公司产品)；葡萄糖转运子蛋白4EllISA试剂盒(台湾Abnova公司产品)； 胰十二指肠同源盒因子EllISA试剂盒(韩国Fine Test公司产品)；罗氏血糖仪(罗氏RACCU-CHEK产品)；KS16000G-W微量台式高速冷冻离心机(冠森生物科技(上海)有限公司产品)；JA5003N电子分析天平(上海丙林电子科技有限公司产品)。

1.3 方法

1.3.1 造模和分组 所有大鼠在造模前均给予基础饲料适应性喂养1周，待其代谢状态稳定后随机分为对照组(15只)、模型组(15只)和运动组(15只)，每5只分笼喂养。模型组和运动组给予高糖、高脂饲料喂养6周后，腹腔注射小剂量链脲佐菌素35 mg/kg·bw，72 h后检测大鼠空腹血糖16.7 mmol/L为造模成功。对照组自由饮水和喂养基础饲料，6周后腹腔注射等量的生理盐水。6周后，对照组15只全部存活，模型组和运动组各有1只血糖未达糖尿病模型的标准，予以剔除。

1.3.2 运动方法 参照Benford[7]的运动方案，制备150×60×70 cm的游泳池，设置水深60 cm，水温31 ℃±1 ℃，每次将大鼠放入泳池中进行1次连续的无负重游泳，每次90 min，每天1次。共进行游泳运动8周。

1.3.3 实验室指标 采血前禁食不禁饮12 h， 10%水合氯醛溶液(50 mg/kg·bw)经腹腔注射麻醉，腹主动脉取血10 mL，3 000 r/min离心20 min后取血清，-80 ℃保存。放免法检测空腹血清胰岛素；ELISA法检测超氧化物歧化酶、丙二醛、葡萄糖转运子蛋白4、胰十二指肠同源盒因子、糖化血清蛋白和C-肽；罗氏血糖仪测定血糖水平。

2 结果

2.1 各组大鼠FBG、Fins、GSP、C-P的检测结果 与对照组比较，模型组大鼠的FBG、GSP水平均明显升高(P<0.05)，Fins、C-P水平明显降低(P<0.05)；与模型组比较，游泳组大鼠FBG、GSP水平均明显降低(P<0.05)，Fins、C-P水平明显升高(P<0.05)。见表1。

表1 各组大鼠FBG、Fins、GSP、C-P的检测结果

注：与对照组比较，*P<0.05；与模型组比较，ΔP<0.05，下表同

2.2 各组大鼠SOD、MDA的检测结果 与对照组比较，模型组的MDA水平明显升高(P<0.05)，SOD水平明显降低(P<0.05)；与模型组比较，游泳组的MDA水平明显降低(P<0.05)，SOD水平明显升高(P<0.05)。见表2。

表2 各组大鼠SOD、MDA的检测结果

2.3 各组大鼠GLUT4、PDX-1的检测结果 与对照组比较，模型组的GLUT4、PDX-1水平明显降低(P<0.05)；与模型组比较，游泳组GLUT4、PDX-1水平明显升高(P<0.05)。见表3。

表3 各组大鼠GLUT4、PDX-1的检测结果

3 讨论

糖尿病是一种慢性非传染性疾病，目前已经成为全球性的公共健康问题[8]。目前普通人群中糖尿病的发病率高达9.7%，且随着饮食、生活方式的改变，心理压力的增加，运动的减少，我国糖尿病的发病率呈现上升的趋势。流行病学调查研究显示，预计到2030年全球糖尿病患者高达5亿。糖尿病不仅影响我国居民的生活和工作，而且影响患者的身心健康，给家庭和社会造成严重的经济负担。而且糖尿病还可以导致心、脑、肾、眼等器官的血管发生动脉硬化，进而引发心脑血管疾病[9]，最终导致患者致死、致残。因此，防治糖尿病对防治心脑血管疾病具有重要的意义。持续高血糖导致的糖毒性是糖尿病发生发展的重要因素。GSP是由血糖和血清蛋白不可逆结合生成，并与血糖浓度成正比，故测定血清中GSP含量可以反映近期的血糖水平[10]。糖毒性可以导致胰岛素、C-肽的合成与分泌减少[11-12]。短期高血糖能促进胰腺PDX-1表达增加，从而促进胰岛素分泌；但持续糖毒性会导致PDX-1表达下降。GLUT4是一种跨膜转运蛋白，主要存在于心肌、骨骼肌、脂肪细胞等细胞的管状囊泡网络内，短期高血糖可以通过促进磷酸肌醇3激酶转化为三磷酸肌醇，进而激活蛋白激酶B，促进GLUT4通过胞吞的作用转运到细胞膜上，促进葡萄糖转运至细胞内[13]，但是长期高血糖会导致GLUT4表达降低。糖毒性引起的氧化应激反应同样也是糖尿病的主要发病机制之一，氧化应激反应产生的MDA等过氧化物质可以损伤胰岛β细胞，导致胰岛细胞功能衰退[14]。而SOD是抗氧化物质，可以降低氧化应激反应，SOD 是评价抗氧化能力的经典指标。

高糖、高脂饮食和腹腔注射链脲佐菌素法是糖尿病大鼠模型建立的经典方法，具有复制成功率高、稳定可靠和周期短等优势，是目前实验研究中最常见的模型建立方法。本实验采用高糖、高脂饮食联合腹腔注射链脲佐菌素法建立糖尿病大鼠模型，结果提示，6周后，模型组大鼠FBG、GSP、MDA水平明显升高(P<0.05)，Fins、C-P、SOD、GLUT4 mRNA、PDX-1mRNA水平明显降低(P<0.05)，提示糖尿病大鼠模型复制成功。

运动是防治糖尿病简单、有效的治疗方式，是糖尿病最基本的治疗方法和一切药物治疗的基础。丛琳等[15]研究发现，通过12周中小强度的运动训练可以降低糖尿病大鼠血糖浓度，增加胰岛素和C-肽的浓度。汤庆华等[16]研究发现，体育运动可以减轻糖尿病患者血糖和血脂水平。本实验复制糖尿病大鼠模型，在成功建立糖尿病大鼠模型的基础上，给予游泳训练8周。结果发现，游泳组大鼠FBG、GSP、MDA水平明显降低，Fins、C-P、SOD、GLUT4、PDX-1水平明显升高，差异均具有统计学意义(P<0.05)。表明游泳治疗糖尿病大鼠可能与游泳可以促进糖尿病大鼠GLUT4和PDX-1的表达，提高抗氧化能力，促进胰岛素和C-肽分泌有关。

综上所述，游泳可以促进糖尿病大鼠GLUT4和PDX-1的表达，提高抗氧化能力，促进胰岛素和C-肽分泌，从而降低血糖，对预防糖尿病具有一定的意义。