累积运动对肥胖大鼠糖脂代谢和单核细胞趋化蛋白-1的影响*

范锦勤，张亚松，张丽美，张玉丽，帅祥煜，王松涛

(1.韶关学院 体育学院，广东 韶关 512005； 2.廊坊卫生职业学院，河北 廊坊 065001；3.华南师范大学 体育科学学院，广东 广州 510006)

肥胖机体往往伴有糖耐量异常、高胰岛素血症、组织胰岛素敏感性下降、游离脂肪酸(free fat acid，FFA)升高、单核细胞趋化蛋白-1((monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)升高等糖脂代谢紊乱和慢性炎症状况，这也是2型糖尿病、高血脂症、冠心病、脑血管意外等多种慢性非传染性疾病的主要诱发因素。而改变膳食结构或限食，是现代人减肥的一种常用手段，配合规律的有氧运动，还可改善肥胖机体的糖脂代谢紊乱[1-2]。久坐已成为一种危害健康的公共问题，针对久坐行为打断而提出的一天多次短时间身体活动，被称为累积运动(accumulated exercise)[3-6]，更适合于长期静坐和肥胖等体能较差的参与者[7-9]。目前关于累积运动的纵向实验干预性研究较为缺乏，且多为短周期(持续1天至1周)[2-9]。在不多的长期实验研究中，多采用较长时间中等强度的运动重复[10-12]，而缺乏短时间(≤10min)较大强度运动重复的研究方案。同时，现有研究多从受试者高脂餐后脂代谢相关因子变化的视角，探讨累积运动对机体健康的影响[3-4,7,12]，这与多数肥胖者有意调控膳食的现实情况不大相符。而基于膳食结构改变，结合长期累积运动干预，探讨其对肥胖机体的糖脂代谢影响的研究，目前还相对缺乏。

故本研究拟采用普通膳食饲养肥胖大鼠，施加8周等机械功(跑动总距离相同)而强度不同的2种累积运动(单次运动持续时间≤12min)，观察2种累积运动对肥胖大鼠糖脂代谢和血清MCP-1的影响，并与等机械功的持续运动(每次运动持续时间为60min)比较，明确累积运动与持续运动对肥胖大鼠糖脂代谢和MCP-1影响的异同，为探索和推广有助于打破久坐生活方式、更易实施的运动干预方式提供实验证据。

1 实验材料与方法

1.1 实验动物及饲养环境

普通体重大鼠6只和营养性肥胖大鼠32只(17周龄，SD雄性)，分笼饲养，自然光照节律，温度22℃～25℃，湿度40%～55%。所有大鼠给予标准饲料(购自广东省实验动物中心)，自由摄食和饮水，尽量减少大鼠在饲养笼的活动空间。

1.2 动物分组及干预

普通体重大鼠6只，设为对照组(Control group，C)；32只肥胖大鼠随机平均分为4组：安静组(Sedentary group，S)、持续运动组(Continuous exercise group，E)、中强度累积运动组(Moderate-intensity accumulated exercise group，MAE)、高强度累积运动组(High-intensity accumulated exercise group，HAE)。运动组大鼠运动适应2周后，采用8道大鼠跑台(广州飞迪科技公司)进行8周运动干预，0坡度，周一至周五18:00-23:30暗环境下训练。运动强度综合考虑参考文献[13-15]的跑台坡度和运动强度分级进行界定，运动方案见表1。

表1 大鼠运动干预方案

训练期间，安静组在运动现场放置，每隔60min进行换笼和跑道放置，共5次；E组在非运动时间，每隔60min进行换笼和跑道放置，共4次。训练时段，缩小笼具体积至原1/3，限制大鼠的自发身体活动；非训练时间，定期通过视频记录和人为观察，评价各组大鼠的日常身体活动。

1.3 取材

在末次干预后48h，大鼠禁食禁水12h，用10%水合氯醛按3.5～4.0ml/Kg体重的剂量标准行腹腔注射麻醉，手术获取实验材料。

1.4 指标检测和实验方法

1.4.1 脂肪湿重与内脏脂肪体重比

剥离大鼠双侧肾周脂肪垫和附睾脂肪垫，并用电子天平称量湿重，按公式“ [双侧肾周脂肪垫湿重(g)+双侧附睾脂肪垫湿重(g)]÷体重(g)×100%”计算大鼠的内脏脂肪体重比。

1.4.2 大鼠口服葡萄糖糖耐量(OGTT)实验

运动干预期末，大鼠禁食不禁水12h，用50%葡萄糖液按2g/Kg体重的剂量标准灌胃，分别于大鼠灌胃前(记为0min)、大鼠灌胃后30 min、60 min、90min、120min共5个时间点用断尾取血法测量大鼠血糖。

计算各时间点血糖曲线下面积(area under the curve，AUC)：AUC(h·mmol/L)=0.5×(Bg0+ Bg30)/2+0.5×(Bg30+ Bg60)/2+1×(Bg60+ Bg120)/2；其中，Bg0、Bg30、Bg60和Bg120为不同时刻的血糖值。

1.4.3 血清指标检测

收集大鼠腹主动脉血并离心取血清，按照说明书行实验操作，使用酶标仪(Infinite P200 PRO型，瑞士TECAN公司)在指定波长下读取实验数据，检测糖化血红蛋白(果糖胺测试盒，南京建成生物工程研究所)，测定FFA、胰岛素和MCP-1水平(酶联免疫吸附法，上海哈灵生物技术有限公司)。

1.5 数据统计处理

实验数据用PASW Statistics 18.0软件统计分析，结果用平均值±标准差(±S)表示。各组数据用单因素方差分析，当方差齐时用LSD复选项行各组均数多重比较；当方差不齐时采用Tamhane’s T2复选项。差异显著性水平为P<0.05。

2 实验结果

2.1 运动干预对肥胖大鼠脂肪湿重与内脏脂肪体重比的影响

表2 干预后各组大鼠的脂肪湿重与内脏脂肪体重比比较

注：与C组比较，*表示P<0.05，**表示P<0.01；与S组比较，^表示P<0.05，^^表示P<0.01；与E组比较，@表示P<0.05，@@表示P<0.01；与MAE组比较，&表示P<0.05，&&表示P<0.01。以下各表相同

由表2数据发现：

(1)与C组比较：S组大鼠的内脏脂肪湿重较高，提示肥胖大鼠采用标准膳食后，其内脏脂肪的堆积仍高于体重正常大鼠。

(2)E组、MAE组、HAE组分别与C组、S组相比：运动组肾周和附睾脂肪湿重以及内脏脂肪体重比均明显较低(P均<0.05)。提示8周的累积运动或持续运动干预，均可减轻肥胖大鼠内脏脂肪组织堆积，甚至逆转至健康状态。

(3)MAE、HAE组与E组相比：MAE组和HAE组的各项指标略高于E组但没有统计学差异，提示两种强度的累积运动对肥胖大鼠内脏脂肪的减少作用没有持续运动明显。

(4)MAE组和HAE组比较：各项指标没有统计学差异，提示累积运动强度的改变不影响肥胖大鼠内脏脂肪的堆积。

2.2 运动干预对肥胖大鼠糖代谢的影响

2.2.1 对OGTT测试的影响

表3 干预后各组大鼠的OGTT测试结果

由表3数据发现：

(1)各组大鼠各时刻点的血糖值均在正常范围内[16]。

(2)与C组相比，S组大鼠各时刻血糖值和AUC的水平与C组接近，但S组的空腹血糖、葡萄糖灌胃后60min的血糖值和AUC较C组略高，提示S组的血糖和胰岛素调节能力要差于C组。

(3)E组、MAE组、HAE组与S组相比： HAE组灌胃后120min的血糖值明显低于S组(P<0.01)，运动组其余的各项指标与S组比较均没有统计学差异(P均≥0. 05)，但运动组的各点血糖值均低于S组。运动组与C组比较：运动组不同时刻点血糖值和AUC与C组水平接近或稍低于C组。提示8周的累积运动或持续运动干预，均可改善肥胖大鼠血糖和胰岛素的调节能力，甚至逆转至健康水平。

(4)MAE、HAE组与E组相比：两个累积运动组大鼠的各时刻血糖值和AUC均低于E组，其中HAE组灌胃后120 min的血糖值明显较低(P<0.05)，提示累积运动对肥胖大鼠的血糖和胰岛素调节作用稍好于持续运动。

(5)MAE组和HAE组比较： HAE组的空腹血糖值和灌胃后120 min血糖值低于MAE组，但没有统计学差异，提示在影响肥胖大鼠血糖和胰岛素的调节能力上，两种强度的累积运动之间差异不大。

2.2.2 运动干预对肥胖大鼠血清糖代谢指标的影响

表4 干预后各组大鼠血清糖代谢指标的比较

注：根据公式计算胰岛素敏感指数[ISI，ISI=1/(FINS×FBG)(取其自然对数)][17]、胰岛素抵抗指数[HOMA-IR，HOMA-IR=(FINS×FBG)/22.5)][18]，其中FINS为空腹胰岛素，FBG为空腹血糖

由表4数据发现：

(1)与C组相比：S组大鼠的ISI较低(P<0.01)而HOMA-IR较高(P<0.05)，提示肥胖大鼠食用标准饲料，难以改善血糖调节能力和提高胰岛素敏感性。

(2)E组、MAE组、HAE组与S组相比：E组的空腹血清胰岛素和HOMA-IR均显著低于S组而ISI明显高于S组(P均<0.01)； MAE组和HAE组的空腹血清胰岛素和HOMA-IR均显著低于S组而ISI明显较高(P均<0.01)。运动组与C组相比：运动组的ISI均较高(P均<0.01)，且HAE组的HOMA-IR低于C组并有统计学差异(P<0.05)。提示8周的累积运动或持续运动干预，可改善肥胖大鼠的血糖调节能力，提高机体的胰岛素敏感性，甚至逆转至健康水平。

(3)MAE组、HAE组与E组相比： HAE组的空腹血清胰岛素和HOMA-IR明显低于E组而ISI明显升高(P均<0.05)，提示高强度累积运动对改善肥胖大鼠的高胰岛素血症、提高肥胖机体胰岛素敏感性的作用要好于持续运动，而中强度累积运动与持续运动的效果相近。

(4)MAE组和HAE组比较：HAE组的空腹血清胰岛素和HOMA-IR明显低于MAE组而ISI明显升高(P均<0.01)，提示在改善肥胖大鼠的高胰岛素血症和提高机体胰岛素敏感性的作用上，高强度累积运动的效果较好。

2.3 运动干预对肥胖大鼠血清FFA和MCP-1的影响

表5 干预后各组大鼠血清FFA和MCP-1的比较

由表5数据发现：

(1)与C组相比：S组大鼠的FFA(P≥0.05)和MCP-1(P<0.05)仍较高，提示大鼠肥胖后改为标准饲料喂饲，其血清脂代谢紊乱和炎性状态难以完全改善或逆转。

(2)E组、MAE组、HAE组与S组相比：各运动组的FFA和MCP-1均明显下降(P均<0.05)。运动组与C组相比：各运动组的FFA和MCP-1均明显下降(P均<0.01)。提示累积运动和持续运动均可改善肥胖大鼠的血脂紊乱和血清炎性状态。

(3)MAE组、HAE组E组相比： MAE组和HAE组的血清MCP-1水平明显低于E组(P均<0.05)，提示两种强度的累积运动对血清慢性炎性症状的干预效果好于持续运动。

3 分析与讨论

肥胖的全球性流行态势与人类膳食结构改变、相对静态的生活及工作方式密切相关，科学限食结合积极的运动干预既是控重减脂的重要干预方式，也是健康可行的干预方式。先前研究[19]和本研究结果证明，累积运动也具有与持续运动类似的效果；而单纯的膳食结构调整难以彻底改善肥胖机体的内脏脂肪含量和糖脂代谢紊乱。

本研究计算ISI和HOMA-IR，结合空腹血糖、空腹胰岛素和OGTT试验指标，综合评价大鼠的胰岛素敏感性和血糖代谢状态。采用血清FFA和MCP-1反映机体的血脂代谢状况和慢性炎性状态。研究数据提示，改变肥胖大鼠膳食结构，可缓解其糖脂代谢紊乱的进度，但不能逆转至健康水平，也无法改善其慢性炎性状态。8周的累积运动与持续运动干预均可降低肥胖大鼠的内脏脂肪堆积，对肥胖所致的糖脂代谢紊乱状态、胰岛素敏感性下降和慢性炎性状态均有一定的改善作用。其中，持续运动对肥胖大鼠内脏脂肪和血脂的影响最佳，高强度累积运动次之。有研究[20]指出，进行大强度短时间的训练，其运动后过量氧耗较中低强度有氧运动更高，利于身体脂肪尤其是腹部脂肪的减少。本研究结果呈现的高强度累积运动对内脏脂肪体重百分比的影响优于中强度累积运动，也为以上观点提供了实验佐证。

但累积运动对内脏脂肪和血脂的影响整体弱于持续运动，与既往研究存在一定差异。如，Ando T等研究[7]发现，断续性体力活动较连续性体力活动具有更高的脂肪氧化，多个只有5min的运动(间隔30min)比长时间的运动更能提高脂肪的利用率。杨敏丽等[12]的研究也发现间断运动(每次游泳30min、间隔4h、每天3次、每周5天、持续8周)在减少高脂饮食和久坐状态引起的肥胖和脂肪肝等不良反应方面较连续运动更有效。研究结果间存在差异，可能与干预期间的饮食、运动强度、运动持续时间、间隔时间等不同有关，这些因素对运动中及运动后能量消耗总量及其底物利用的影响尚需进一步的探究。如本研究中能对各组大鼠进行24h的能量代谢监控，尤其是运动间歇期的代谢监控，可能有助于阐明上述差异存在的原因。

本研究结果还显示，累积运动对肥胖大鼠的血糖代谢和胰岛素敏感性的改善作用好于持续运动，尤以高强度累积运动最佳。提示持续运动和累积运动在调节肥胖机体血糖和血脂代谢方面各有优势。这与Peddie MC等[21]的研究结果相一致，其证实对于健康且体重正常的成年人，规律的静坐少动间断(每坐30 min步行1 min 40 s，9 h内共18次)相比于持续一段时间的体力活动(坐15min+散步30min+坐着8 h 15 min)，能更有效地降低餐后血糖和胰岛素升高的幅度，而对餐后甘油三酯的影响，则持续性体力运动更为显著。这可能与体内脂质需要一定的运动时间才能被动员入血和进行氧化代谢有关，而糖在运动中较脂质更容易被氧化利用，尤其是高强度运动时。本实验结果中以高强度累积运动对血糖和胰岛素敏感性的调节作用最强，也为该观点提供了实验证据。

MCP-1是脂肪细胞释放的一个重要的化学趋化因子，8周不同方案的运动干预均可明显降低肥胖大鼠血清的MCP-1水平，提示运动可改善肥胖机体的慢性炎性反应，且累积运动的效果更好，可能与累积运动的每次运动持续时间较短，对大鼠的心理应激较持续运动更为温和有关。范锦勤等观察了累积运动和持续运动对肥胖大鼠内脏脂肪组织巨噬细胞M1/M2极化的影响，也证实了累积运动较持续运动在改善内脏脂肪慢性炎症方面更具优势[19]。

4 结论

肥胖大鼠单纯改变膳食结构8周，可改善血清糖脂代谢紊乱，避免机体胰岛素敏感性进行性下降，但难以完全恢复至健康水平且无法纠正机体的慢性炎性状态。长期规律的持续运动和累积运动均可减少内脏脂肪堆积，改善肥胖大鼠血糖和血脂代谢紊乱，提高机体胰岛素敏感性，纠正机体的慢性炎性状态。在降低内脏脂肪堆积和FFA方面，持续运动的效果优于累积运动，高强度累积运动的效果优于中强度累积运动；在改善血糖调节和胰岛素敏感性方面，累积运动的效果优于持续运动，高强度累积运动的效果优于中强度累积运动。在改善机体慢性炎性状态方面，累积运动的效果好于持续运动。累积运动和持续运动对改善大鼠糖脂代谢和慢性炎性状态方面各有优势，两者的有机结合将可能收到更全面的健身效果。