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摘 要 目的：探讨间歇性低氧和运动对高脂饮食诱导的胰岛素抵抗大鼠血清内脂素的影响。方法：将72只雄性SD大鼠随机分为普通对照组（12只）和高脂造模组（60只），高脂造模组给予高脂饲料喂养。6周末随机取12只高脂造模组大鼠处死，普通对照组同期处死，测试其空腹血糖（FBG）和胰岛素（FIN）水平，根据胰岛素抵抗指数（IRI）确定造模成功后，将其余48只高脂造模组大鼠分为常氧安静组、低氧安静组、常氧运动组和低氧运动组，每组各12只。低氧组暴露在14.5%氧浓度的环境中，每周7d，4h/d；运动组常氧状态下以 20m/min 进行跑台运动，每周5d，1h/d。4周末，测试各组大鼠FBG、FIN、血清内脂素和内脏脂肪总量等指标。结果：6周高脂饮食后，高脂组大鼠胰岛素抵抗指数显著升高，造模成功。与常氧安静组比较，低氧安静组、常氧运动组血清内脂素均极显著下降（ P ＜0.01），胰岛素抵抗指数显著下降（ P ＜0.05）；低氧运动组血清内脂素较常氧运动组极显著升高（ P ＜0.01），与常氧安静组比较无显著性差异（ P ＞0.05）。结论：间歇低氧和有氧运动均可有效改善胰岛素抵抗，并降低血清内脂素水平；而间歇低氧和运动双重作用对血清内脂素的影响不显著。
关键词 运动；间歇低氧；大鼠；胰岛素抵抗；内脂素
Abstract Objective：In this study，the effect of intermittent hypoxic exposure and exercise on the plasma visfatin concent rations was investigated in rats with insulin resistance（IR）induced by high fat diet. Methods ：Seventy two male SD rats were randomly divided into control group（12）and high fat diet（HFD）group（60）.Rats in control group were fed with regular diet and rats in HFD group were fed with self made HFD. After 6 weeks，the fasting blood glucose（FBG）and fasting insulin（FIN）levels from 12 of the HFD group were measured，then the insulin resistance index（HOMA-IR）was evaluated. The remaining rats in HFD group were randomly divided into four groups：sedentary normoxic（SN）group，sedentary hypoxic（SH）group，trained normoxic（TN）group and trained hypoxic（TH）group. The rats in hypoxic group stayed under the hypoxic condition（the oxygen content was 14.5%）for 4 hours per day，7 days per week and the rats in trained group ran on treadmill at the speed of 20 m/min under normoxic condition，5 days per week. After 4 weeks，the plasma levels of visfatin and insulin were checked in each group. The fat of epididymis and the fat pad of kidney were used as visceral fat mass.Results：IR was successfully induced by 6-week HFD. The plasma level of visfatin in TH group and SH group reduced obviously（ P ＜0.01）as compared with that in SN group, but improved obviously in TH group（ P ＜0.01） as compared with that in TN group. Conclusions：Intermittent hypoxic exposure and exercise could lower the plasma visfatin concent rations in rats with IR.
Key words exercise，intermittent hypoxia，rat，insulin resistance，visfatin
内脂素（visfatin）是一种主要由内脏脂肪组织分泌的脂肪细胞因子，具有多种生物活性，有类胰岛素样的降糖作用，可促进脂肪细胞分化和存储，从而调节机体的糖脂代谢平衡。 研究显示，糖尿病患者以及肥胖患者均存在血清内脂素水平升高，其体重下降后，血清内脂素水平将相应下降。长时间的有氧运动可改善1型糖尿病、2 型糖尿病患者的糖脂代谢，并且减少心血管病等并发症的发生，同时还可以增加胰岛素的敏感性，减轻胰岛素抵抗。 近年来，有关低氧运动对健康影响的报道较多，低氧在某些疾病的治疗和康复方面具有广阔的应用前景，但尚未见有关间歇性低氧暴露和运动对血清内脂素水平影响的报道。本研究旨在通过建立高脂饮食诱导的胰岛素抵抗大鼠模型，观察间歇性低氧暴露和运动干预对胰岛素抵抗大鼠血清内脂素水平的影响，为胰岛素抵抗的治疗提供新的思路。
72只健康雄性SD大鼠，6周龄，体重（170±10）g，由南方医科大学实验动物中心提供。分笼饲养，自由饮食，室温（23±2）℃，相对湿度 40%～60%，自然昼夜节律变化光照，大鼠饲养密度为25～30只/m 2 ，每天更换一次垫料，保持笼内干燥。大鼠适应性喂养1周后进行实验。将大鼠随机分为普通对照组（n= 12）和高脂造模组（n= 60）。高脂造模组给予高脂饲料（高脂饲料配方：猪油15%、白糖20%、蛋黄粉5%、胆盐0.2%、维生素0.05%、氯化胆碱0.15%、矿物质0.2%、基础饲料59. 4%）。6周后随机取12只高脂造模组大鼠处死，普通对照组同期处死，测定其FGB、FIN和血清内脂素水平。依据高脂造模组大鼠胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）与对照组相比存在显著性差异确定其为胰岛素抵抗。将其余的48只高脂造模组大鼠随机分为常氧安静组、低氧安静组、常氧运动组和低氧运动组，每组各12只。运动组使用动物跑台（BCPT-98型），坡度为0°，常氧下运动，跑速为 20m/min［相当于60%～80%， V （O 2 ） max ］，1h/d，每周5d；低氧组采用美国Hypoxico 公司制造的低氧分压系统（HTS），氧浓度控制在14. 5%左右，每周7d，4h/d，其余时间在舱外常氧自由活动；常氧安静组在常氧下不运动。实验共持续 4周。
末次干预结束后所有大鼠禁食12h左右，用10%水合氯醛溶液腹腔注射麻醉大鼠，腹主动脉取血，即刻测FBG，其余分离血清并置于-20℃低温保存，待测血清内脂素和FINS。取附睾及肾脏周围脂肪垫，称重。
FGB采用 GT-1640 超级血糖仪测定；血清内脂素和FIN采用酶联免疫吸附法测定，美国ADL公司提供试剂，仪器为美国产 RT-2100C 型多功能酶标仪。各指标由专人严格按操作步骤进行测试。 胰岛素抵抗指数=（FBG×FINS）/22. 5。
实验数据以平均值±标准差表示。采用SPSS11. 0统计软件包进行独立样本T检验或One-way ANO VA 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，与对照组比较，高脂造模组大鼠 FBG 虽有下降趋势，但无统计学意义（ P ＞0.05），而IRI显著高于对照组（ P ＜0.05），另外，高脂造模组大鼠血清内脂素、血清 FIN 和内脏脂肪总量极显著高于对照组（ P ＜0.01）。
表1 6周高脂饮食后大鼠胰岛素抵抗指数及相关指标变化（n= 12）
注：与对照组比较，*为 P ＜0.05，**为 P ＜0.01。
由表2可知，与常氧安静组比较，低氧安静组和常氧运动组大鼠血清内脂素水平均极显著降低（ P ＜0.01），低氧运动组无显著变化（ P ＞0.05）；与常氧运动组比较，低氧运动组血清内脂素水平极显著升高（ P ＜0.01）。与常氧安静组比较，低氧安静组、常氧运动组和低氧运动组大鼠血清胰岛素均显著或极显著下降（ P ＜0.01， P ＜0.05）。与常氧安静组比较，常氧运动组和低氧运动组大鼠内脏脂肪总量均显著下降（ P ＜0.05）。与常氧安静组比较，低氧安静组和常氧运动组大鼠胰岛素抵抗指数均显著下降（ P ＜0.05），低氧运动组有下降的趋势（ P = 0.073），但无统计学意义。各组血糖水平无显著性差异。
表2 4周间歇低氧和运动干预后胰岛素抵抗大鼠血清内脂素及相关指标的变化
注：与常氧安静组比较，*为 P ＜0.05，**为 P ＜0.01；与常氧运动组比较，#为 P ＜0.05， ## 为 P ＜0.01。
内脂素与胰岛素抵抗的关系一直存在争议。一种观点认为内脂素可以改善胰岛素抵抗，其不仅可以增加胰岛素的敏感性，而且可以通过启动胰岛素信号转导通路发挥胰岛素样的降糖作用，从而改善胰岛素抵抗。经静脉给予小鼠内脂素能诱导肝脏中InsR、胰岛素受体底物IRS-1和IRS-2的酪氨酸磷酸化。而用内脂素处理 3T3 F442A脂肪细胞、L6肌细胞和H4 ÒEC3 肝细胞也可诱导 InsR、IRS-1、IRS-2 的磷酸化、磷脂酰肌醇3激酶（PI-3K）与IRS-1、IRS-2 的结合，以及蛋白激酶 B（PKB）和细胞丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）的磷酸化，从而启动胰岛素信号转导的活化，发挥与胰岛素类似的生物学效。但也有不同的观点认为，内脂素能够促进前脂肪细胞向脂肪细胞的转化，促进脂肪积聚和甘油三酯合成。原代培养的取自肠系膜和皮下脂肪组织的前脂肪细胞，在内脂素作用下，其甘油三酯的合成与聚集显著增加，同时，内脂素可以诱导过氧化物酶体增殖物激活受体PPAR-C等脂肪细胞分化关键因子的表达，还可以通过脂肪细胞上的胰岛素受体，促进葡萄糖转化为甘油三酯，促进甘油三酯在前脂肪细胞内的积聚，这些都可加重胰岛素抵抗的发生。
近两年来多数研究显示，各型糖尿病以及胰岛素抵抗患者血浆内脂素升高，成为2型糖尿病的独立影响因素。本研究结果显示，经过6周的高脂饮食诱导，高脂造模组大鼠胰岛素水平显著升高，胰岛素抵抗指数显著增加，提示胰岛素抵抗造模成功。同时，胰岛素抵抗大鼠血清内脂素显著升高，且内脏脂肪总量也显著增加。我们推测血清内脂素的升高可能有两方面的原因，其一，由于处于胰岛素抵抗状态，机体对胰岛素的敏感性下降，即使升高血胰岛素也不能使血糖降到正常水平，故作为“后备军”的内脂素代偿性升高，可能通过激活胰岛素受体，辅助发挥降糖作用；其二，血清内脂素的升高也进一步促进了甘油三酯在前脂肪细胞内的积聚，使内脏脂肪组织增加和积聚，导致内脏性肥胖的发生。
胰岛素抵抗的非药物治疗手段一直是医学和运动研究领域的热点问题，间歇低氧和运动都是目前研究的热点，由于内脂素具有胰岛素样的降糖作用，受到了越来越多人的关注。 本研究采用间歇性低氧暴露对胰岛素抵抗大鼠进行干预，结果显示间歇性低氧刺激可使胰岛素抵抗大鼠血胰岛素和胰岛素抵抗指数显著下降，内脂素显著下降，提示胰岛素抵抗程度得到改善，其原因可能是间歇性低氧刺激增加胰岛素抵抗大鼠骨骼肌胰岛素受体密度和提高胰岛素受体亲和力，使与胰岛素和内脂素结合的有效胰岛素受体越来越多，体内胰岛素抵抗程度得到改善，故血胰岛素相应下降，代偿性升高的血清内脂素也出现适应性下调。
运动疗法作为胰岛素抵抗、糖尿病、肥胖等代谢性疾病治疗的“三驾马车”之一，其疗效已被公认。Haider等人曾以18名（其中3名在2个月后退出）1型糖尿病（T1DM）患者（排除心、肺疾患，并不干预其正常的药物治疗）作为受试者，进行了为期8个月的脚踏自行车锻炼，每次以60%～70%最大心率的强度运动1小时后，受试者血浆内脂素水平显著下降。本研究结果显示，4周的有氧运动干预使胰岛素抵抗大鼠血清内脂素、血胰岛素以及内脏脂肪总量同步下降，运动可增强肝脏和骨骼肌胰岛素受体结合力，增加肝细胞、脂肪细胞和白肌细胞膜胰岛素受体结合力，改善糖尿病大鼠糖代谢紊乱，减轻胰岛素抵抗，同时血清内脂素浓度下降可能是机体对骨骼肌胰岛素受体的结合力增强后，内脂素辅助性降糖作用减弱，故适应性下调。依据上述血胰岛素和胰岛素抵抗指数的变化，我们推测内脂素可以改善胰岛素抵抗症状。血清内脂素在生理状态下，浓度仅为胰岛素浓度的3%～10%，与胰岛素有类似的降糖作用，并且呈明显的剂量依赖性。但内脂素与胰岛素受体的不同位点结合发挥降糖作用，对葡萄糖刺激的分泌模式也不同，内脂素不像胰岛素那样随血糖浓度的升高而急剧升高，也不会因机体进食或禁食而改变，这也提示内脂素可能不是一个随机体能量代谢状态改变而急剧变化的肽类激素。健康人群一次急性运动后脂肪组织中内脂素 mRNA 表达增强，血清内脂素水平不会随之升高，但长期有氧运动后血清内脂素会发生明显变化，是否可将血清内脂素作为评定运动干预导致胰岛素抵抗程度改善的新指标，尚需进一步研究。
本研究结果显示，间歇性低氧和运动双重干预可使胰岛素抵抗大鼠胰岛素水平显著下降，同时对减少内脏脂肪总量也有极显著作用，但血清内脂素未见一致结果。推测这可能与间歇性低氧后运动干预的实验安排有关，可能因4h低氧刺激和1h有氧运动的双重刺激使处于糖、脂代谢紊乱的胰岛素抵抗大鼠机体能量代谢明显加强，超出了机体的调节范围，导致血清内脂素反射性或防御性升高。由于目前尚未见类似的研究，因此，其确切机制还需深入研究。
间歇性低氧和有氧运动均可改善胰岛素抵抗，并降低血清内脂素水平；而间歇性低氧和运动双重作用对血清内脂素的影响不显著。