全身振动训练对胰岛素抵抗大鼠IR症状及脂肪代谢影响的实验研究

杨 春，刘英伟，贾 玥

全身振动训练对胰岛素抵抗大鼠IR症状及脂肪代谢影响的实验研究

杨 春，刘英伟，贾 玥

（吉林大学体育学院，吉林长春130024）

探讨全身振动训练对胰岛素抵抗大鼠（IR）症状及脂肪代谢的影响，为振动训练治疗糖尿病的生物学机制及在康复医学中的应用提供一定的参考价值。选取雄性Wistar大鼠并通过高脂饲料喂养8周来诱导IR模型，其中20只作为运动组接受8周频率为25 hz，振幅为1.5 mm的全身振动训练。结果表明振动训练后，大鼠外周胰岛素敏感性指标体重、FBG、FSI、ISI及HOMA-IR水平显著性低于模型组（P＜0.05）；血清炎性因子TNF-α、IL-6和IFN-γ值均大幅度下降；血浆TG、TC及LDL-C水平均降低，HDL-C水平升高；脂联素及chemerin水平均低于模型组，瘦素水平高于模型组（P＜0.05）。结果表明全身振动训练可改善IR大鼠的症状，对脂肪代谢有保护作用且对于恢复脂肪组织正常代谢有促进效果。

全身振动训练；高脂饮食诱导；胰岛素抵抗；脂肪代谢

1 问题的提出

随着经济的发展和人们生活方式的改变，由肥胖所引起的糖尿病已经成为一种全球性的非传染性流行病。研究发现肥胖引起的胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）是高血压和2型糖尿病的共同基础［1－2］。IR指正常浓度胰岛素的生理效应低于正常情况，主要表现为其促进周围组织吸收利用葡萄糖及抑制肝脏释放葡萄糖的能力下降［3］，其病因可归纳为环境和遗传两个方面，其中前者主要包括高热量膳食及体力活动不足引起的代谢改变，也是目前改善IR的关键切入点［4－5］。相比于药物及饮食控制，运动训练已经被广泛用于改善IR症状和2型糖尿病的预防和治疗，来促进体重的减少［2］，降低脂肪质量［4］，提高线粒体功能，并改善与血糖控制和炎症反应相关的脂肪因子分泌［1，3，6］。

近几年来，全身振动训练（WBV）作为一种新兴的体育锻炼方式已经越来越广泛应用于不同群体的康复训练治疗中，这种训练通过利用不稳定的运动环境，对人体给予一定频率和幅度的扰动刺激，以达到促进肌力、神经肌肉的协调能力及平衡训练的效果［7－8］。最新研究又表明，全身振动训练能够作为辅助练习手段减少身体脂肪量，降低内脏脂肪组织水平［9］。这些研究对于肥胖或者2型糖尿病患者是非常重要的，因为大多数糖尿病患者伴随肥胖，自身缺乏对运动的兴趣，如果振动训练能够对其病患具有改善作用，则可作为其辅助治疗的重要训练手段。但目前对振动训练是否能够有效改善IR症状及脂肪代谢的研究鲜有报道。因此通过探讨全身运动训练对IR模型大鼠症状的改善作用及其对脂肪代谢的影响，为探索振动训练治疗糖尿病的生物学机制及在临床医学中的应用提供一定的参考价值。

2 实验对象与方法

2.1 实验对象

60只SPF级8周龄健康雄性SD大鼠，体重为（178±7.42）g（北京维通利华公司，合格证号：SCXK（京）2002－2003），在20～25℃室温和50%左右的相对湿度下，采用明、暗12 h的交替周期光照分笼饲养。1周适应性饲养后，将40只大鼠采用高脂饮食（含碳水化合物30%，蛋白质12%，脂肪52%，其他6%）连续喂养8周来诱导IR大鼠模型，其余20只接受普通饮食的正常大鼠作对照组。胰岛素抵抗造模成功后的IR大鼠随机分为模型组和运动组各20只，采用DY-605振动台对运动组大鼠进行振动训练，振动频率为25 hz、振幅为1.5 mm，每天训练2次，间隔5 min，每周训练6天，共8周。模型组在此期间仍继续给予高糖高脂饲料饲养。

2.2 实验材料

总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白（HDL-C）和低密度脂蛋白（LDL-C）检测试剂盒购自南京建成科技有限公司；血清TNF-α、IL-6、脂联素、瘦素的ELISA试剂盒购自北京科杰生物有限公司；兔抗鼠Chemerin一抗购自美国Santa cruz公司；胰岛素放免检测试剂盒购自中国原子能科学院；乐全康血糖检测仪及配套的乐全康系列血糖试纸为罗氏公司生产；ELX800型酶标仪购自美国Bio-Tek公司；5417R型高速低温离心机购自德国Eppendorf公司。

2.3 样本采集与测定

2.3.1 外周胰岛素敏感性指标检测 训练8周后针刺大鼠尾静脉取血，采用血糖仪及配套试纸检测空腹血糖（FBG）水平；抽取空腹血离心后，留取血清，采用放射免疫法检测空腹血清胰岛素（FSI）水平；根据公式计算胰岛素敏感指数（ISI）和稳态模型评估法－胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）。ISI＝1／（FIS×FBG），HOMA-IR＝FBG×FINS／22.5。

2.3.2 血脂水平检测 过量麻醉后，从颈总动脉抽取2 ml血样，置入含EDTA处理的抗凝管中，3000 r／min离心15 min后，取上清液采用全自动生化检测仪检测血浆TC、TG、HDL-C和LDL-C水平。

2.3.3 ELISA 采用双抗体夹心酶联法（ELISA法），检测血清TNF-α、IL-6和IFN-γ水平；选取死亡大鼠脂肪组织100 mg，充分研磨后进行裂解，12 000 r／min离心15 min后收集上清液，采用脂联素和瘦素的ELISA试剂盒检测脂肪组织中的脂联素和瘦素水平，以上操作均严格按照试剂盒说明书。

2.3.4 Western blotting 取2.3.3中制备的脂肪组织上清液，采用BCA法检测蛋白浓度，每孔相同质量蛋白上样，进行常规的10%的SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳，半干转法转膜，经5%脱脂奶粉TBST室温封闭后，加入Chemerin的一抗（稀释度为1：100），辣根过氧化物酶标记的二抗室温孵育后，胶片显影，IPP软件分析目的条带光密度，以目的条带与内参GAPDH光密度的比值为相对表达量。

2.4 统计处理

采用SPSS 16.0统计软件对实验数据进行分析处理。各组大鼠体重、FBG、FSI、ISI、HOMA-IR、脂联素、瘦素及chemerin均以“¯X±S”表示，多组样本均数比较采用单因素方差分析，两两比较采用SNK-q法。以P＜0.05为差异有统计学意义。

3 研究结果与分析

3.1 各组体重、FBG、FSI、ISI及HOMA-IR水平

表1显示，与对照组比较，模型组的体重、FBG、FSI、ISI及HOMA-IR水平均升高，差异有统计学意义（P＜0.05）；运动训练后的以上指标均获改善，运动组的体重、FBG、FSI、ISI及HOMA-IR水平均低于模型组（P＜0.05），但与对照组的差异仍有统计学意义（P＜0.05）。

表1 各组大鼠的外周胰岛素敏感性指标情况（¯X±S）

3.2 各组的血清TNF-α、IL-6和IFN-γ水平

由表2可知，IR模型组大鼠的血清炎性因子TNF-α、IL-6和IFN-γ值与对照组相比，均呈显著性差异（P＜0.05）。全身振动训练组的血清炎性因子与模型组相比，TNF-α、IL-6和IFN-γ值均大幅度下降，下降值呈显著性意义（P＜0.05）。

表2 各组大鼠血清炎性因子指标水平（ng／L，¯X±S）

3.3 各组的血浆TG、TC、HDL-C及LDL-C水平

表3显示，与对照组比较，模型组的TG、TC及LDL-C水平均升高，但HDL-C水平降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；全身振动训练后的以上指标均获改善，运动组的TG、TC及LDL-C水平均低于模型组，HDL-C水平高于模型组（P＜0.05），但与对照组的差异仍有统计学意义（P＜0.05）。

表3 各组大鼠的血脂代谢相关指标情况（mm ol／L，¯X±S）

3.4 各组脂肪组织中脂联素、瘦素及chemerin水平

由表4可知，与对照组比较，模型组的脂肪组织中脂联素及chemerin水平均升高，但瘦素水平降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；振动训练后以上指标均获改善，运动组脂肪组织中脂联素及chemerin水平均低于模型组，瘦素水平高于模型组（P＜0.05），但与对照组的差异仍有统计学意义（P＜0.05）。

表4 各组脂肪组织中相关指标水平

4 讨论

4.1 全身振动训练对胰岛素抵抗大鼠IR症状影响

IR是2型糖尿病的主要病因，也增加肥胖患者发生心血管事件的风险，通常表现出体内胰岛素敏感性降低代谢失调的特征，进而形成血脂异常、血液异常凝固、血管硬化（血管阻抗性增加）、血液循环不良与体重增加等问题［4］。研究显示，有氧运动训练［1］、间歇训练［10］或者阻力训练［11］都能够有效提高胰岛素敏感性，缓解胰岛素抵抗症状。最近，Yin H等［12］报道，采用高频率（30 hz）、低振幅（3 mm）的全身振动（WBV）训练，能够改善年轻2型糖尿病（T2DM）小鼠葡萄糖代谢。Liu Y等［13］进一步研究表明，全身振动训练能够改善2型糖尿病（db／db）小鼠的胰岛素抵抗症状，并减轻肝脏脂肪变性。从本研究结果上看，8周的全身振动运动训练后，运动组IR大鼠的体重、FBG、FSI、ISI及HOMA-IR水平均显著性低于模型组（P＜0.05），表明全身振动训练可改善外周胰岛素敏感性指标，空腹血糖明显下降，胰岛素抵抗症状显著性改善，这与之前的研究相一致。但在本研究中，训练后IR大鼠的胰岛素敏感指标与对照组相比仍有显著性差异（P＜0.05），这表明8周的全身振动运动训练只在一定程度上抑制高脂饮食形成的IR，并不能完全消除胰岛素抵抗症状。其原因可能与训练时间、训练强度有关。刘影等［14］研究将大鼠按高频率（35 Hz）、中频率（25 Hz）和低频率（15 Hz）分别进行8周振动训练后发现，高频率和中频率振动训练能有效降低血糖浓度，低频率振动训练则无明显效果。因此，研究推测随着观察时间的延长，或者训练强度的改变，可能会使IR大鼠的胰岛素敏感性指标恢复正常。

4.2 全身振动训练对胰岛素抵抗大鼠炎症因子的影响

脂肪组织能够分泌多种炎性细胞因子，其中TNF-α、IL-6和IFN-γ的水平与代谢性疾病密切相关［15］。它们通过加强IRS的磷酸化破坏，特别是细胞内信号传导的机制来降低胰岛素的作用能力［6］。TNF-α被称为诱导脂肪细胞的死亡，并引起胰岛素抵抗的由内毒素如脂多糖刺激分泌的物质［5］，主要来自单核细胞和巨噬细胞的分泌。研究表明，TNF-α能够抑制胰岛素刺激的胰岛素受体（Ins R）和胰岛素受体底物-1（IRS-1）的酪氨酸磷酸化［1］，最终导致胰岛素作用减弱。而IL-6则是由脂肪组织、骨骼肌和肝脏分泌，参与机体炎症反应且能调节免疫应答［16］，是炎症反应的始发因子。一定浓度的IL-6会刺激胰岛素加速葡萄糖的运输，并且它经由单磷酸腺苷活化蛋白激酶的活化（AMPK）增加葡萄糖摄取和脂肪酸氧化［17］。而过高的IL-6水平直接作用于胰岛β细胞造成其损伤［18］，降低脂联素水平，下调GLUT4基因转录［4］，进而降低胰岛素的分泌，诱发胰岛素抵抗。IFN-γ也同样是主要的巨噬细胞活化因子，可促进炎症反应［19］。可见，抑制炎症因子的表达和分泌，可以减轻机体的炎症状态，从而改善胰岛素抵抗和糖代谢异常。

研究结果表明，经高脂饮食诱导的IR大鼠模型血清炎性细胞因子TNF-α、IL-6和IFN-γ值与对照组相比均有显著升高（P＜0.05），这表明高脂膳食引起大鼠脂肪组织堆积，分泌炎性细胞因子数量增加，产生胰岛素抵抗与糖代谢异常。但经8周的全身振动训练后，运动组IR大鼠血清TNF-α、IL-6的值与模型组IR大鼠相比，显著降低（P＜0.05），而血浆IFN-γ的值也有了较大幅度的下降，这表明，全身振动训练能够显著降低引起胰岛素抵抗的炎性细胞因子水平，从而改善胰岛素抵抗症状。

4.3 全身振动训练对胰岛素抵抗大鼠脂肪代谢的影响

脂肪组织及其代谢在IR过程中发挥了重要意义［2］，胰岛素通过多种机制调节脂肪代谢，包括促进前脂肪细胞向脂肪细胞的分化［6］，刺激葡萄糖转运和甘油三酯合成（脂肪生成），以及抑制脂肪分解，如果产生胰岛素抵抗症状，则会导致脂肪组织的代谢产生紊乱［3］。本研究通过比较各组血脂代谢及脂肪分布中相关指标水平来探讨全身振动训练对IR大鼠脂肪代谢的影响，发现IR大鼠的各项指标与正常大鼠均有差异，提示IR大鼠中存在脂肪代谢异常，表明从以脂肪代谢为切入点来防治IR的可行性。经过8周全身振动训练后，IR训练组大鼠的血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平及高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）等反映血脂水平的指标均获改善，这与其他训练方案得出的结果较为一致。文献报道［20］，有氧运动包括慢跑、游泳、自行车等会增加HDL-C水平，降低TC、TG以及LDL-C的含量，而耐力训练和阻力训练对血脂代谢影响也相同［5］。最近的一项研究也表明，振动练习能够明显降低糖尿病病人的空腹血糖水平，及甘油三酯、胆固醇、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白均有所改善［21］。因此，全身振动训练能够取得与其他练习手段一致的减脂效果，对IR大鼠血脂指标有改善作用，促进脂肪的代谢过程，脂肪因子在脂肪组织发挥生理功能中起了重要作用，本研究纳入了脂联素、瘦素及chemerin共3个因子。脂联素是脂肪细胞分泌的一种内源性生物活性多肽或蛋白质，通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）而刺激葡萄糖代谢［5］，具有增强胰岛素敏感性的作用，因此脂联素水平通常被认为是治疗2型糖尿病的标靶［21］。瘦素与胰岛素抵抗成密切的正相关，具有调节胰岛素敏感性和胰β细胞功能的功能［22］，在葡萄糖稳态的调节中起到关键作用，此外，瘦素还具有促炎作用，促进炎性细胞因子TNF-α、IL-2和IFN-γ的产生［23］。Chemerin又叫扎罗汀诱导基因（TIG2）［24］，是最新发现的与肥胖和代谢综合症相关的脂肪因子，调节脂肪细胞分化和脂类分解，此外，Chemerin会对骨骼肌细胞的葡萄糖摄取产生抑制作用［25］。本研究表明，IR大鼠的以上指标与对照组大鼠相比，均呈异常现象，而经过8周的全身振动训练，运动组大鼠的脂联素水平升高，血清瘦素和Chemerin水平降低，提示全身振动训练对IR大鼠脂肪代谢有全面的保护效果。

4.4 全身振动训练对胰岛素抵抗大鼠IR症状改善机制

全身振动训练作为近年来较受关注的运动康复训练手段，其对人体肌肉强度和力量、体成分、代谢和内分泌的改善以及对骨骼肌肉、心血管系统的一些临床慢性疾病的治疗效果已经得到了肯定［7－8］。同时其区别其他训练手段的特点就是能够以较小负荷达到较好的运动效果，这对于体弱人群或功能受损人群来说是良好的康复手段。在糖尿病和肥胖的治疗上，已经有学者探索运用全身振动训练的方法来改善肥胖和糖尿病症状［26］。

本研究表明，全身振动训练手段对胰岛素抵抗大鼠血脂控制和胰岛素抵抗有积极的影响，这对于缓解肥胖、糖尿病等代谢综合症的症状具有积极的意义，因此可以作为这类患者的康复治疗手段。振动练刺激，不但能够对于肌梭中Ia传入纤维产生刺激作用，激活肌梭的兴奋性，反射性地引起梭外肌纤维收缩［4］，同时振动刺激使神经冲动的数量和同步性增强，激活更多的运动单位［8］，从而增加肌肉活动和O2的消耗，提高能量代谢率［27］。这样消耗了大量的脂肪，从而减少了血液中的自由脂肪酸及脂肪组织释放入血液的自由脂肪酸的量，可以降低脂肪细胞堆积。Rittweger等报道［28］，全身振动练习O2的消耗和能量代谢接近中等强度阻力训练的水平，也有报道低强度短时间的振动训练就可以减少肥胖小鼠前体细胞分化为脂肪细胞，肝脏的甘油三酯下降43%和血液游离脂肪酸下降39%［29］，这表明机械振动可以有效避免脂肪堆积。另外，振动刺激也提高血液循环能力，促进淋巴的流动和新陈代谢速度，可有效降低血浆TNF-α、IL-6和IFN-γ的水平。在骨骼肌组织中，代谢功能增强，能改善内皮功能以及增加能源代谢酶的含量，改善了骨骼肌摄入和利用糖的能力，从而改善胰岛素抵抗现象。

5 结论

8周频率为25 hz、振幅为1.5 mm的全身振动训练，大鼠外周胰岛素敏感性指标体重、FBG、FSI、ISI及HOMA-IR水平显著低于模型组（P＜0.05）；血清炎性因子TNF-α、IL-6和IFN-γ值均大幅度下降；血浆TG、TC及LDL-C水平均降低，HDL-C水平升高；脂联素及chemerin水平均低于模型组，瘦素水平高于模型组（P＜0.05）。这些结果表明全身振动训练可改善IR大鼠的症状，对脂肪代谢有保护作用且对于恢复脂肪组织正常代谢有促进效果。

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责任编辑：乔艳春

Effect of Whole-body Vibration Training on Symptoms and Fat M etabolism in Insu lin Resistance Rats

YANG Chun，LIU Yingwei，JIA Yue
（Physical Education Institute of Jilin University，Changchun 130024，Jilin，China）

To study the effect of whole-body vibration training on the symptom s and fatmetabolism in Insulin Resistance rats and to explore the biological mechanisms of vibration training in treatment of diabetes in order to provide reference value in rehabilitation medicine applications.Male W istar rats were selected and fed for 8 weeks to induce IR model by high fat diet，in which 20 as the exercise group received eightweeks frequency of 25hz，1.5mm amplitude of whole-body vibration training.The results is that after vibration training，the outer peripheral insulin sensitivity index weight，FBG，FSI，ISIand HOMA-IR were significantly lower than those of themodel group（P＜0.05）；serum inflammatory cytokines TNF-α，IL-6 and IFN-γvaluesw ere significantly decreased；plasma TG，TC and LDL-C levelsw ere reduced，and HDL-C levels increased；adiponectin and chemerin levelswere lower than those of themodel group，leptin levelswas higher than that of themodel group（P＜0.05）.The conclusion show ed thatwhole-body vibration training can improve symptoms of IR rats，which has a protective effect on fatmetabolism and adipose tissue to restore normalmetabolism promoting effect.

whole-body vibration training；high-fat diet-induced；insulin resistance；fatmetabolism

G804.7

A

1004－0560（2016）03－0074－05

2016-03-21；

2016-04-25

吉林省产业创新专项资金项目（2016c055－3）。

杨 春（1963—），女，副研究员，硕士，主要研究方向为体育健康促进。