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摘 要 目的：探讨不同运动强度对糖尿病大鼠血清骨代谢生化指标的影响。方法：以87只雄性SD大鼠为研究对象，通过6周高脂高糖膳食并注射链脲佐菌素建立糖尿病模型后，随机取43只分为糖尿病安静对照组（DMC组），糖尿病运动1组（DME1组）、2组（DME2组）和3组（DME3组）。运动组每天运动1h，每周5d，运动强度分别为10m/min、15m/min、20m/min。实验6周后检测空腹血糖（FBG）、糖化血清蛋白（GSP）与胰岛素等糖代谢相关指标以及血清骨代谢生化指标如骨钙素（BGP）、碱性磷酸酶（AKP）、钙（S-Ca）和磷（S-P）。结果：与糖尿病安静组相比，各糖尿病运动组空腹血糖、糖化血清蛋白和胰岛素抵抗指数（IRI）降低，其中以DME1组和DME2组的下降具有统计学意义（ P ＜0.05， P ＜0.01），而胰岛素水平升高，其中以DME3组具有统计学意义（ P ＜0.05）；同时，DME1组和DME2组血清BGP水平显著升高（ P ＜0.01），而AKP、Ca未见显著性变化（ P ＞0.05），DME2组和DME3组血P显著升高（ P ＜0.05）。结论：低、中强度运动可较好控制糖尿病大鼠血糖水平及提高血清BGP水平，从而改善糖尿病骨代谢状况，有利于防治糖尿病性骨质疏松。
关键词 运动强度；糖尿病；大鼠；骨代谢生化指标
Abstract Objective: To explore the effects of exercise with different intensities on bone metabolic biochemical indicators in serum of rats with diabetes mellitus. Methods Model of diabetes mellitus was developed in 43 SD rats through 6 weeks high-fat high-sugar diet and injection of streptozotocin. They were divided randomly into diabetes control group（DMC group），diabetes exercise intervention group 1（DME1 group），diabetes exercise intervention group 2（DME2 group）and diabetes exercise intervention group 3（DME3 group）. Exercise groups underwent treadmill training at the speed of 10m/min（DME1），15m/min（DME2）and 25m/min（DME3），1hperday，5daysperweek for 6 weeks. After 6 weeks，the fasting blood glucose serum levels（FBG），glycosylated serum protein（GSP），fasting insulin（FINS），osteocalcin（BGP），alkaline phosphatase（AKP），calcium（Ca）and phosphate（P）were tested. Results: Compared with DMC, the serum levels of FBG，GSP and insulin resistance index（IRI）decreased in the three exercise groups；significant differences in DME1 and DME2 were found（ P ＜0.05， P ＜0.01），and FINS increased significantly in DME3（ P ＜0.05）；the serum BGP increased significantly in DME1 and DME2（ P ＜0.01），while there were no significant differences in AKP and Ca（ P ＞0.05）；serum P increased significantly in DME2 and DME3（ P ＜0.05）.Conclusion: Lowand moderate intensity exercise could appropriately control blood glucose level and increase the level of serum osteocalcin in diabetics，and thus improve the status of bone metabolism in the diabetics.
Key words exercise intensity，diabetes mellitus，rats，bone metabolism
随着现代社会生活水平提高和生活方式的改变，全世界范围内糖尿病的发病率呈逐年增加趋势，糖尿病的急慢性并发症严重危害患者健康，糖尿病性骨质疏松（diabetic osteoporosis，DO）就是其中之一。自 1948 年Al-bright首次报告因长期血糖控制不佳的糖尿病患者易发生骨质疏松症以来，临床发现1型和2型糖尿病都可能并发骨质疏松症，并且糖尿病性骨质疏松在糖尿病的各种并发症中的发病率及其致骨折和致残性较高。因此，科研人员在糖尿病骨代谢方面进行了大量的研究，并在研究糖尿病引发骨质疏松的机制及临床监测诊断与药物治疗方面取得了较大进展，然而，目前尚未见到运动对糖尿病骨代谢影响的研究报道。本研究通过高脂高糖膳食并注射链脲佐菌素（strep tozotocin，STZ），建立2型糖尿病大鼠模型，观察6周不同强度跑台运动对糖尿病大鼠FBG、GSP、FINS等糖代谢指标，以及血清骨代谢生化指标如BGP、AKP、S-Ca和S-P的变化，探讨运动对糖尿病骨代谢的影响。
选择清洁级6周龄健康雄性SD大鼠87只，体质量（190±15）g，购自广东省医学实验动物中心［许可证号SCXK（粤）2003-2002，粤监证字 2007A003］。分笼饲养，饲养和运动时保持室温（23±2）℃，空气湿度40%～60%，自然昼夜节律变化光照，自由饮水，每日记录饮水量和摄食量。
大鼠适应环境1周后给予高脂饲料（配方：基础饲料64.55%、猪油10%、白糖20%、蛋黄粉5%、胆盐0.2%、维生素0.05%、矿物质0.2%），6周末一次性腹腔注射STZ（浓度20mg/mL，剂量1.5mL/kg）诱导糖尿病，随后将造模成功的糖尿病大鼠随机取43只分为糖尿病安静对照组（DMC）10只，糖尿病运动1组（DME1）、2组（DME2）和3组（DME3）各11只。安静对照组每天自由活动，运动各组进行跑台（BCPT-98型）运动锻炼，负荷强度依据Bedford等的推荐，即DME1跑速为10m/min［约30% V （O 2 ） max，低强度］，DME2为15m/min［约50% V （O 2 ） max ，中强度］，DME3为20m/min［约70% V （O 2 ） max ，高强度］，每天1h，其余时间自由活动，每周5d，持续6周；期间不改变膳食方案。实验过程中对动物处置符合动物伦理学要求。由于高血糖、运动等原因造成实验中大鼠少量死亡，最终采样时各组大鼠数量：DMC组10只、DME1组10只、DME2组9只、DME3组10只。
各组大鼠在第6周末干预结束后禁食12h左右，称重，尾部静脉测试血糖，然后即刻用10%水合氯醛溶液腹腔注射麻醉实验大鼠，用血清管腹主动脉取血，血清管室温静置1h后以3 000r/min离心20min，分离血清后于-70℃超低温冰箱保存，待测有关指标。
FBG采用日本京都 GT-1640 血糖仪测试；GSP采用果糖胺法测试，仪器为 S22PC分光光度计，试剂盒由南京建成生物工程研究所提供；FINS和骨钙素（BGP）采用 ELISA 测试，仪器为 RT-2100C型多功能酶标仪，试剂盒由美国ADL公司提供；AKP、S-Ca、S-P分别采用中生北控生物科技股份有限公司试剂盒，利用RT-1904C 型半自动生化分析仪测试。所有指标均专人测试，操作步骤严格按试剂盒要求进行。
IRI采用国际通用的 Homa Model公式计算：IRI=（FBG×FINS）/22.5。
所有数据均用 SPSS 15.0 进行统计，实验数据以平均值±标准差表示，组间差异用单因素方差LSD法多重比较检验，显著性水平为 P ＜0.05，极显著性水平为 P ＜0.01。
由表1可知，6周跑台运动后，与DMC组比较，不论是DME1组，还是DME2组或DME3 组，FBG均极显著下降（ P ＜0.01）；各运动组 GSP也出现不同程度下降，但仅DME1组和DME2组具有统计学意义（ P ＜0.05）；各运动组 FINS 皆上升，但仅DME3组具有统计学意义（ P ＜0.05），且DME1组和DME2两组与DME3组间也存在显著性差异（ P ＜0.05）；DME1组、DME2组IRI显著下降（ P ＜0.05），而DME3组却显著上升（ P ＞0.05），并且极显著高于DME1，显著高于DME2 组（ P ＜0.01， P ＜0.05）。
表1 各组大鼠FBG、GSP、FINS及IRI比较
注：与DMC组相比，*为 P ＜0.05，**为 P ＜0.01；与DME3组相比，#为 P ＜0.05， ## 为 P ＜0.01。
由表 2 可知，6周跑台运动后，与DMC组比较，各运动组大鼠BGP显著或极显著升高（ P ＜0.05， P ＜0.01）；而AKP活性下降，但无统计学意义（ P ＞0.05）；DME1组和DME2组S-Ca变化不大（ P ＞0.05），DME3组则显著升高（ P ＜0.05），且显著高于DME1组和DME2组（ P ＜0.05）；各组S-P呈升高趋势，但只有DME2组、DME3组有统计学意义（ P ＜0.05）。
表2 各组大鼠血清骨代谢生化指标比较
（续上表）
注：与DMC组相比，*为 P ＜0.05，**为 P ＜0.01；与DME3组相比，#为 P ＜0.05， ## 为 P ＜0.01。
糖尿病是目前危害人类健康的主要慢性疾病之一，它还可引起相关急慢性并发症，因此，控制糖尿病患者病情是治疗糖尿病和防治其并发症的关键。治疗糖尿病有饮食疗法、药物疗法和运动疗法。运动疗法以其安全、简便而受到广泛推荐，其有效性已在基础和临床应用研究方面得到证实。本实验在未控制饮食的条件下，探讨6周不同强度运动对糖尿病大鼠血糖的作用及对骨代谢的影响。
FBG是反映糖尿病病情的直接指标，GSP可有效反映患者在过去1～2周内的平均血糖水平，不受血糖波动的影响。本实验结果显示，与DMC组相比，持续6周、每天1h的3种强度跑台运动各组大鼠FBG均显著下降，GSP在低、中等运动强度干预下也均出现显著下降，而大强度运动干预糖尿病大鼠的GSP变化尽管无统计学意义，但也下降11.33%，说明一定强度跑台运动能降低糖尿病大鼠血糖，改善高血糖症状，对糖尿病的干预治疗有效。研究证实，运动降低糖尿病血糖的作用一方面在于运动可增加机体能量消耗，使肌肉组织摄取利用葡萄糖增加以及运动后合成肌糖原增加；另一方面运动能恢复糖尿病时肝细胞胰岛素受体的异常，降低周围组织胰岛素抵抗，提高其对胰岛素的敏感性，改善糖代谢紊乱，而且对改善骨代谢也有良好的促进作用。
骨代谢过程反映破骨细胞与成骨细胞的活动及骨基质、骨矿物质的变化。BGP是成骨细胞合成并分泌的非胶原蛋白，它可释放入血，并且血BGP水平与骨内BGP含量呈正相关，测试血清BGP可以反映成骨细胞活性，是评价骨更新的敏感指标。成骨细胞也含有丰富的AKP，可促使骨基质矿化。成骨活跃时，成骨细胞分泌大量AKP，一部分参与骨的钙化，一部分释放到血液中，升高血清AKP活性。本研究发现，与糖尿病安静对照组比较，各糖尿病运动组血BGP显著升高，而血清AKP活性则无显著变化。由于糖尿病机体的胰岛β细胞受破坏，引起胰岛素缺乏或胰岛素受体缺陷，导致成骨细胞功能和活性以及骨转化能力降低，合成和分泌BGP能力也降低，而运动可以改善糖尿病大鼠胰岛β细胞功能，促进胰岛素分泌，同时，运动还可以改善糖尿病机体的胰岛素抵抗状态，促进成骨细胞生成和活性，并提高骨形成和转换率，故不同运动强度后糖尿病大鼠血BGP升高。至于各运动组糖尿病大鼠血清AKP活性低于糖尿病对照组，一方面说明糖尿病安静对照组大鼠可能存在骨质疏松的倾向。研究表明，骨质疏松可以使成骨细胞内所含高浓度的AKP释放入血液中引起血清AKP活力增高，一般认为，这种血清AKP的升高是伴随着骨吸收亢进而出现的代偿性骨形成增强引起的。另一方面，6周持续运动可以改善糖尿病大鼠骨质疏松症状，削弱其骨形成的补偿作用，致使血AKP下降。另外，本实验测试的是血清总AKP，其主要来自于骨骼肌、肝脏、脾脏和肾脏等多种组织细胞，只有50%来自源于骨细胞，也就是说血清总AKP除受成骨细胞功能影响外，还受到其他组织细胞功能的影响，而本研究恰好采用高脂膳食基础上注射STZ建立的糖尿病模型，可能导致脂类代谢障碍甚至形成脂肪肝而使肝脏受损，引起血清AKP升高，而运动锻炼后糖尿病大鼠病情好转也使原本升高的肝源性AKP下降。
Ca、P以无定形钙磷混合物和钙磷羟基磷灰石晶体构成骨矿物质，体内钙磷调节失衡可影响骨的再建过程，测定S-Ca、S-P对评价骨代谢和钙磷代谢有重要价值。糖尿病患者代谢紊乱得不到控制时，可出现程度不等的Ca、P、Mg以及微量元素的代谢失常，机体Ca、P、Mg缺乏明显，主要表现在尿钙、尿磷排出增多，但一般不表现为S-Ca、S-P下降。S-Ca、S-P的变化与糖尿病病程有关，如果糖尿病病情长期不能控制，造成大量的Ca、P丢失，患者易出现骨质疏松，而运动可促进Ca的吸收、利用和在骨的沉积，对骨质疏松有积极的防治作用。本研究结果显示，与DMC组比较，DME1组 、DME2组大鼠S-Ca未见显著改变，DME3组显著升高，而3个运动干预组S-P均有升高趋势，并且DME2组和DME3组有统计学意义。这表明6周低、中强度跑台运动对糖尿病大鼠S-Ca、S-P的影响不大，而高强度跑台运动对大鼠S-Ca和S-P的影响较大，这种情况可能与高强度运动引起糖尿病机体内环境的变化有关。对于运动干预治疗糖尿病及预防骨质疏松的适宜强度，从本实验结果可以发现，低、中强度运动干预后，糖尿病大鼠糖代谢相关指标如FBG、GSP、FINS和IRI均低于或显著低于高强度运动组，说明低、中强度运动更有利于降低胰岛素抵抗，增强胰岛素敏感性，从而有效降低糖尿病大鼠空腹血糖和平均血糖水平；而从骨代谢指标分析，低、中强度运动干预后糖尿病大鼠血BGP高于高强度运动组，并且S-Ca、S-P相对稳定，同样说明低、中强度运动能更有效提高成骨细胞活性，有利于预防和治疗糖尿病性骨质疏松。而运动防治糖尿病性骨质疏松的明确机制有待于进一步研究。
综上所述，相对于高强度运动，低、中强度运动更能有效地降低糖尿病大鼠血糖浓度和提高血清BGP含量，从而控制血糖，改善糖尿病骨代谢状况，有利于防治糖尿病性骨质疏松。