有氧運(yùn)動聯(lián)合膳食控制對2型糖尿病大鼠血液流變學(xué)的影響及其機(jī)制

梁廷方，單承湘

(1.揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)體育學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225012;2.揚(yáng)州大學(xué)體育學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009;3.揚(yáng)州市育才小學(xué)西區(qū)校，江蘇揚(yáng)州 225000)

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一組由遺傳和環(huán)境因素相互作用而引起的臨床綜合癥，它以高血糖為特征，可導(dǎo)致多種并發(fā)癥。由于糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝紊亂，患者可出現(xiàn)微血管病變和微循環(huán)障礙［1］。研究表明，血液流變學(xué)改變引起的組織缺氧等可能與微血管病變的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。而糖尿病病人血液流變性的改變主要表現(xiàn)在紅細(xì)胞數(shù)量增加、紅細(xì)胞聚集性增強(qiáng)和紅細(xì)胞變形性的降低［2］。雖然運(yùn)動和膳食控制是治療2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus，T2DM)的重要手段，但是長期的有氧運(yùn)動和膳食控制對糖尿病機(jī)體血液流變學(xué)的影響的研究目前甚少。本研究通過給大鼠喂飼高脂膳食的基礎(chǔ)上腹腔注射小劑量的STZ復(fù)制T2DM大鼠模型，并給予有氧運(yùn)動鍛煉或/和膳食控制，13周后測定血液流變性以及血糖(Fasting plasma glucose，F(xiàn)PG)、糖化血清蛋白(Glycated Serum Proteins，GSP)、甘油三酯(Triglyceride，TG)和總膽固醇(Total cholesterol，TC)的含量，旨在探討有氧運(yùn)動聯(lián)合膳食控制對T2DM大鼠血液流變學(xué)的影響，并探討血液流變學(xué)改變的機(jī)制，為進(jìn)一步探討T2DM的運(yùn)動和膳食干預(yù)的機(jī)制提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物與分組

清潔級雄性SD大鼠62只，購于上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動物有限責(zé)任公司［生產(chǎn)許可證號 SCXK(滬)2007－0005，合格證號0045386］，6周齡，體重160～200g。隨機(jī)抽取8只大鼠作為正常對照組(C組)，喂以標(biāo)準(zhǔn)普通飼料。其余54只喂以高脂高糖飼料。7周后，禁食10h，按30μg/kg體重的劑量腹腔注射1%STZ溶液。注射7天后，空腹尾靜脈采血，用快速血糖儀測定大鼠空腹血糖，以血糖≥7.8 mol/L作為T2DM大鼠的入選依據(jù)，有39只大鼠建模成功。然后將T2DM大鼠隨機(jī)分成DM對照組(DMC，n=9)、DM+運(yùn)動鍛煉組(DME，n=10)、DM+膳食控制組(DMD，n=10)和 DM+運(yùn)動鍛煉 +膳食控制組(DMED，n=10)4組。大鼠分籠飼養(yǎng)，每籠4只，飼養(yǎng)溫度25℃±2℃，光照時間12 h左右，每天更換一次墊料，保持籠內(nèi)干燥。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

C組:國家標(biāo)準(zhǔn)齒類飼料飼養(yǎng)，不進(jìn)行游泳運(yùn)動鍛煉;DMC組:喂飼高脂高糖飼料，不進(jìn)行運(yùn)動鍛煉;DME組:在喂飼高脂高糖飼料的同時，在每天下午進(jìn)行60min無負(fù)重游泳運(yùn)動，每周運(yùn)動6天。第1周進(jìn)行適應(yīng)性游泳訓(xùn)練，第一天運(yùn)動時間為15min，以后每天遞增10min～20min，經(jīng)1周增加至每天60min，以后每周維持此運(yùn)動量，持續(xù)運(yùn)動12周;DMD組:喂飼與DM組等量的標(biāo)準(zhǔn)飼料，不進(jìn)行運(yùn)動鍛煉;DMED組:在喂飼與DM組等量標(biāo)準(zhǔn)飼料的同時，再按照DME組的運(yùn)動方案進(jìn)行運(yùn)動鍛煉。運(yùn)動時注意大鼠狀態(tài)，以防止溺水死亡，并及時撈出大鼠糞便，以保持游泳池水清潔。游泳池為100cm×70cm×60cm的長方體，水深50cm，水溫32℃ ±1℃。高脂高糖飼料按照66.5%基礎(chǔ)飼料、10%豬油、2.5%膽固醇、1%豬膽鹽和20%蔗糖的配方由南京安立默生物科技公司加工制作。每天分2次定時喂食，實(shí)驗(yàn)過程中由于操作不當(dāng)，DMED組和DMD組分別有2只和3只大鼠死亡。

1.3 實(shí)驗(yàn)取材

動物在末次運(yùn)動鍛煉結(jié)束后，禁食12h，第二天晨依次按50mg/kg的劑量腹腔注射2%的戊巴比妥鈉進(jìn)行麻醉后，從腹主動脈取血5ml，首先將2ml的血液放入肝素抗凝管中，輕輕搖勻，在2h內(nèi)測定血液流變學(xué)的指標(biāo)。其余血液注入無菌玻璃試管中，在1h內(nèi)，4℃，4000r/min離心10min后，分離血清，在2h內(nèi)測定FPG、GSP以及血液中TG和TC含量。

1.4 指標(biāo)測試

血液流變學(xué)指標(biāo)采用LBY－N6A型旋轉(zhuǎn)式黏度計測定;FPG采用葡萄糖氧化酶法測定，TG、TC和GSP采用酶比色法測定，儀器為日立全自動生化分析儀。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS13.0統(tǒng)計軟件處理數(shù)據(jù)，結(jié)果用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，DMC組與 C組之間采用獨(dú)立樣本 t檢驗(yàn)，DMC、DME、DMD、DMED4組進(jìn)行雙因素方差分析，P≤0.05有顯著性差異，P≤0.01有非常顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠血液流變學(xué)指標(biāo)的變化

2.1.1 各組大鼠不同切變率下全血粘度值的變化

由表1可見，T2DM建立后第13周，與C組相比，DMC組大鼠不同切變率下的全血粘度值均有所升高，其中切變率為30和切變率為5時的全血粘度值差異顯著(P=0.01)。雙因素方差分析顯示，12周的游泳訓(xùn)練可使T2DM大鼠切變率為1時的全血粘度顯著降低(P＜0.01)，其它切變率下的全血粘度有所降低，但無顯著性差異;而膳食控制對T2DM大鼠不同切變率下的全血粘度無顯著性影響，有氧運(yùn)動和飲食控制對切變率為1時的全血粘度具有顯著的交互作用(P＜0.05)。

2.1.2 各組大鼠血漿粘度、ESR、全血還原粘度的變化

由表2可見，T2DM建立后第13周，與C組相比，DMC組大鼠血漿粘度、全血高切還原粘度顯著升高(P＜0.01，P＜0.05)、全血低切還原粘度有所升高，但無顯著性差異，ESR顯著降低(P＜0.05)。雙因素方差分析顯示，12周的游泳訓(xùn)練可使T2DM大鼠高切還原粘度和低切還原粘度極顯著降低(P＜0.01)，ESR顯著升高(P=0.05);血漿粘度有所降低，但無顯著性差異。膳食控制可使T2DM大鼠ESR有所升高，血漿粘度及全血高切、低切還原粘度有所降低，但差異不顯著。有氧運(yùn)動聯(lián)合飲食控制對進(jìn)一步降低T2DM大鼠血漿粘度、全血高切、低切還原粘度，進(jìn)一步升高ESR，具有顯著的交互作用。

2.1.3 各組大鼠紅細(xì)胞壓積、聚集指數(shù)、剛性指數(shù)、變形指數(shù)的變化

由表3可見，T2DM建立后第13周，與C組相比，DMC組大鼠紅細(xì)胞聚集指數(shù)、剛性指數(shù)均顯著性升高(P＜0.01，P＜0.05)，紅細(xì)胞變形指數(shù)顯著降低(P＜0.05)，紅細(xì)胞壓積沒有顯著性差異。雙因素方差分析顯示，12周的游泳訓(xùn)練或膳食控制后T2DM大鼠紅細(xì)胞聚集指數(shù)顯著降低，但紅細(xì)胞壓積、紅細(xì)胞剛性指數(shù)和紅細(xì)胞變形指數(shù)均無顯著性變化。有氧運(yùn)動聯(lián)合飲食控制對降低紅細(xì)胞聚集指數(shù)和升高變形指數(shù)具有顯著的交互作用(P＜0.01)。

表3 各組大鼠紅細(xì)胞壓積、聚集指數(shù)、剛性指數(shù)、變形指數(shù)的變化

2.2 各組大鼠FPG、GSP和TG、TC含量的變化

由表4可見，T2DM建立后第13周，與C組相比，DMC組FPG、GSP以及TC、TG含量均極顯著性升高。雙因素方差分析顯示，12周的游泳訓(xùn)練能顯著降低T2DM大鼠FPG、GSP和TC含量，但不能顯著降低TG含量。膳食控制均能顯著降低T2DM大鼠血清GSP、TG和TC含量。有氧運(yùn)動聯(lián)合膳食控制對進(jìn)一步降低T2DM大鼠血清TC含量具有顯著的交互作用，但對進(jìn)一步降低T2DM大鼠FPG、GSP和TG含量均沒有顯著的交互作用。

表4 各組大鼠FPG、GSP和TG、TC含量的變化

3 討論

3.1 T2DM血液流變學(xué)的變化及其有氧運(yùn)動和膳食控制的干預(yù)作用

血液的流變特性及其在各種生理和病理情況下的改變，是心血管系統(tǒng)，特別是心臟動力功能和組織供氧的決定因素之一。不少研究證明，糖尿病患者出現(xiàn)不同程度的高粘滯血癥［1－4］。為了進(jìn)一步研究T2DM患者血液流變學(xué)的變化，本研究給SD大鼠喂飼高脂膳食并結(jié)合小劑量的STZ建立大鼠的2型糖尿病模型，測定了血液的流變學(xué)指標(biāo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，T2DM模型建立后第13周，與C組大鼠相比，DMC組大鼠在不同切變率下的全血粘度均有所升高，其中切變率為30和切變率為5時的全血粘度有顯著差異(P＜0.05)。而血漿粘度、全血高切還原粘度顯著升高(P＜0.01，P＜0.05)，ESR顯著降低(P＜0.05)，全血低切還原粘度有所升高，但無顯著性差異。與此同時，DM組大鼠紅細(xì)胞聚集指數(shù)、紅細(xì)胞剛性指數(shù)均有顯著性升高(P＜0.01，P＜0.05)，紅細(xì)胞變形指數(shù)顯著降低(P＜0.05)。由于高切變率下的全血粘度主要是由紅細(xì)胞變形性產(chǎn)生，高切粘度高反映紅細(xì)胞變形能力或彈性差或血管壁硬化、毛糙;低切變率下的全血粘度主要是紅細(xì)胞聚集決定的，低切粘度高反映紅細(xì)胞的聚集性增高;而血漿蛋白的含量尤其是纖維蛋白含量決定血漿粘度的高低，纖維蛋白原增多特別是其活性增強(qiáng)時，能直接提高血漿粘度。紅細(xì)胞聚集指數(shù)表示紅細(xì)胞聚集程度，是反映紅細(xì)胞聚集性及程度的一個客觀指標(biāo)。全血還原粘度是指全血粘度與血細(xì)胞容積濃度之比，意義與全血低切粘度相同。紅細(xì)胞變形能力對組織吸氧有著獨(dú)特而重要的作用，只有紅細(xì)胞變形能力處于良好狀態(tài)時，紅細(xì)胞才能通過比其直徑小的毛細(xì)血管，紅細(xì)胞攜帶氧的功能才能充分發(fā)揮出來［5－7］。從而說明，T2DM患者在一定程度上出現(xiàn)高粘滯血癥，表現(xiàn)為高粘、高聚和高凝狀態(tài)。

眾多研究證明有氧運(yùn)動和膳食控制是治療T2DM的重要手段，但有氧運(yùn)動和膳食控制干預(yù)對T2DM血液流變學(xué)的影響的相關(guān)研究比較少見。張見平等研究了運(yùn)動治療對糖調(diào)節(jié)受損患者血液流變學(xué)和甲襞微循環(huán)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糖調(diào)節(jié)受損患者經(jīng)過6個月的運(yùn)動治療和適當(dāng)?shù)娘嬍晨刂?，血糖、全血粘度、紅細(xì)胞壓積、纖維蛋白原和甲襞微循環(huán)加權(quán)積分值均較干預(yù)前顯著降低。提示運(yùn)動治療可有效降低糖調(diào)節(jié)受損患者血粘度，改善自身微循環(huán)，延緩糖尿病和并發(fā)癥的發(fā)生［8］。為了研究有氧運(yùn)動和膳食控制對T2DM大鼠血液流變學(xué)的干預(yù)作用及其交互作用，本研究采用交互設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案，在T2DM大鼠建模成功后，對其分別進(jìn)行了12周、每天60min無負(fù)重的游泳鍛煉、膳食控制和游泳鍛煉聯(lián)合膳食控制。通過雙因素方差分析可知，12周的游泳訓(xùn)練可使T2DM大鼠全血低切粘度(切變率為1s－1)、全血高切、低切還原粘度、紅細(xì)胞聚集指數(shù)顯著降低，ESR顯著升高(P=0.05)，其它流變學(xué)指標(biāo)雖有改善，但無顯著性差異(P＜0.05);膳食控制可使T2DM大鼠血漿粘度和紅細(xì)胞聚集指數(shù)顯著降低，其他指標(biāo)都有所改善，但無顯著性差異。有氧運(yùn)動聯(lián)合飲食控制對進(jìn)一步降低T2DM大鼠全血低切粘度、血漿粘度、全血高切、低切還原粘度以及細(xì)胞聚集指數(shù)，進(jìn)一步升高ESR和紅細(xì)胞變形指數(shù)，具有顯著的交互作用。從而表明在T2DM的治療中，長期的有氧運(yùn)動鍛煉對改善T2DM大鼠的血液流變性具有較好的作用，單純的膳食控制對改善T2DM患者血液流變學(xué)特性的效果并不顯著，與此同時，有氧運(yùn)動聯(lián)合膳食控制對改善T2DM大鼠血液流變性的效果比單純運(yùn)動或膳食控制干預(yù)更好。因此，長期的有氧運(yùn)動聯(lián)合膳食控制能顯著改善T2DM患者血液流變學(xué)指標(biāo)，尤其是能顯著改善紅細(xì)胞聚集性和變形能力，對防治T2DM及其慢性病變的發(fā)生發(fā)展，減少和減輕T2DM患者血管并發(fā)癥的發(fā)生，有著十分重要的意義。

3.2 有氧運(yùn)動和膳食控制改善T2DM血液流變學(xué)的機(jī)制

不少研究表明，糖尿病患者血液流變學(xué)的改變與糖脂代謝紊亂有關(guān)［9－18］，高血糖和高血脂可直接影響血液的流速及血液的粘滯性和凝聚性，是冠心病、動脈硬化、腦梗塞等疾病的危險因素。由于糖為碳水化合物，本身具有高粘度，又帶有少量電荷基團(tuán)，吸附于紅細(xì)胞表面，使表面電荷減少，紅細(xì)胞與血漿之間電動電位降低，從而導(dǎo)致血漿粘度升高［12］。另外，長期的高血糖致使蛋白質(zhì)非酶糖基化反應(yīng)加速，一方面可以改變紅細(xì)胞膜上的脂蛋白成分，另一方面紅細(xì)胞內(nèi)大量的血紅蛋白被糖基化形成糖化血紅蛋白，使紅細(xì)胞的彈性降低和脆性增加，導(dǎo)致變形能力下降［13－15］。與此同時糖化血清蛋白含量增高，容易吸附于紅細(xì)胞表面，使紅細(xì)胞膜電性受到破壞，紅細(xì)胞表面負(fù)電荷減少，使紅細(xì)胞呈緡錢狀排列，聚集性增強(qiáng)，從而促進(jìn)紅細(xì)胞的聚集，導(dǎo)致血液粘滯性增高。這些變化可明顯增大血流阻力，導(dǎo)致血流減慢和紅細(xì)胞代謝異常，血液運(yùn)輸營養(yǎng)物質(zhì)和氧的功能減低，引起組織缺氧。組織缺氧一方面使紅細(xì)胞代償性增生，造成全血粘度的增高［16］。另一方面促使大量脂肪酸和氨基酸從脂肪組織和肌肉組織中動員出來，刺激肝臟合成纖維蛋白原［3］。血漿中纖維蛋白原增加，凝血功能相對亢進(jìn)，導(dǎo)致血漿黏度增加，進(jìn)一步加重了紅細(xì)胞聚集，是導(dǎo)致血液低切粘度增加的主要原因［15］。血液中TG、TC含量的升高，一方面可引起細(xì)胞膜的脂質(zhì)構(gòu)成發(fā)生變化，尤其是膽固醇/磷脂比值增加，致使紅細(xì)胞膜硬度、厚度增加，導(dǎo)致紅細(xì)胞變形能力下降，致使血黏度增加;另一方面使紅細(xì)胞和血小板表面電荷下降，紅細(xì)胞聚集性增強(qiáng)，串聯(lián)成堆成簇，引起血液粘度增高［17，18］。為了進(jìn)一步研究有氧運(yùn)動和膳食干預(yù)影響糖尿病機(jī)體血液流變學(xué)的機(jī)制，本研究在給大鼠喂飼高脂膳食的基礎(chǔ)上聯(lián)合注射小劑量的STZ成功復(fù)制了T2DM大鼠模型，并給予有氧運(yùn)動或/和膳食控制，在測定血液流變性的基礎(chǔ)上測定了FPG、GSP、TG和TC含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，T2DM建立后第13周，DMC組FPG、GSP以及TC、TG含量均極顯著性地高于C組。通過雙因素方差分析可知，有氧運(yùn)動能顯著降低T2DM大鼠FPG、GSP和TC含量，但不能顯著降低TG含量。膳食控制均能顯著降低T2DM大鼠血清GSP、TG和TC含量。有氧運(yùn)動聯(lián)合膳食控制對進(jìn)一步降低T2DM大鼠血清TC含量具有顯著的交互作用;雖然使T2DM大鼠FPG、GSP和TG含量進(jìn)一步降低，但沒有顯著的交互作用。由于血清中葡萄糖含量極不穩(wěn)定，易受飲食、藥物、情緒等諸多因素影響，有時不能客觀反映人體內(nèi)葡萄糖真正水平，而人體中的葡萄糖與血清蛋白發(fā)生非酶促反應(yīng)，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的糖化血清蛋白，由于白蛋白的半衰期為17～20d，因此，糖化血清蛋白可以反映測定前2～3周內(nèi)的平均血糖水平，不受即時血糖濃度的影響，可作為評價糖尿病近期內(nèi)控制的一個靈敏可靠的指標(biāo)［19］。因此，糖尿病機(jī)體出現(xiàn)了嚴(yán)重的糖脂代謝的紊亂，而有氧運(yùn)動和膳食控制可以顯著地改善糖尿病大鼠的糖脂代謝，從而進(jìn)一步說明，糖脂代謝的紊亂是導(dǎo)致糖尿病大鼠高粘滯血癥的重要機(jī)制，長期的有氧運(yùn)動和膳食控制可以通過改善糖尿病機(jī)體的糖脂代謝紊亂改善血液的流變性。

4 結(jié)論

4.1 2型糖尿病大鼠血液出現(xiàn)高粘滯血癥，表現(xiàn)為濃、凝、聚、粘狀態(tài)。有氧運(yùn)動可以改善2型糖尿病大鼠的血液流變性，降低血液的高粘滯狀態(tài);單純的膳食控制對改善2型糖尿病大鼠的血液流變性效果不大;有氧運(yùn)動聯(lián)合膳食在一定程度上對改善2型糖尿病大鼠的血液流變性效果更大。

4.2 糖脂代謝的紊亂是導(dǎo)致糖尿病大鼠高粘滯血癥的重要機(jī)制，長期的有氧運(yùn)動和膳食控制可以通過改善糖尿病機(jī)體的糖脂代謝紊亂改善血液的流變性。

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