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运动、降糖物质干预对“糖尿病大鼠模型”转归影响的多因素研究——代谢系统应答与胰岛β细胞功能的调控机制

吴昊  
【摘要】: 本研究在建立糖尿病大鼠模型的基础上,通过不同运动或/和营养方式的干预性治疗,运用运动生物化学、细胞化学和分子生物学的方法,从血液生化、亚细胞、分子和元素原子水平观察了影响糖尿病分型和代谢紊乱的中心环节—胰岛β细胞结构与功能的适应性变化。糖尿病作为全身代谢性疾病,本研究在代谢应答的整体水平分析了调控过程、整合了不同观察水平的研究结果,系统和深入讨论了不同干预因素作用后,胰岛激素分泌调控与糖、微量元素代谢的关系,其中特别注意结合运动医学和临床医学的相关方法与理论,探讨各种变化发生、发展可能的机理。有助于加深对运动或/和营养因素对糖尿病实施控制和非药物治疗的认识,并初步筛选出运动结合营养改善糖尿病控制的最佳动物模型。 实验对象、干预方式与分组 体重195±10克(P>0.05)雄性2月龄纯种Wister大鼠,腹腔内注射链脲佐菌素(STZ:Streptozotocin)建立实验性糖尿病大鼠模型。干预方式:运动干预方式:耐力运动(60分钟游泳)和大强度力量性运动(负重间歇游泳:运动6分钟×休息4分钟×5组);营养干预方式:补铬、钒、肌酸,以及不同运动结合不同营养的组合干预方式,糖尿病大鼠共分10组;正常大鼠,只进行不同运动训练干预,共分3组。 实验检测指标与方法提要 1.外周血液生化:(包括与糖、胰岛激素代谢密切有关的信号和调控物质的含量:血糖、糖基化血清蛋白、血清胰岛激素:包括血清胰岛素、胰高血糖素、自由C肽、NO、NOS、血尿素、血乳酸、血脂5项、血清微量元素谱(包括“稀土元素”在内的未知或已知与糖尿病代谢相关的27种元素)。 2.口服葡萄糖耐量测试(OGTT:Oral glucose tolerance test)血糖测定同步血乳酸测定,获得OGTT血糖动力学曲线和OGTT血乳酸动力学曲线。 3.胰岛β细胞内部结构、细胞分子化学与分泌功能的五步探查: 1)Mallory氏特殊染色法,观察胰岛超微结构和α、β、δ三种内分泌细胞的含量变化; 2)免疫组化胶体金银IGSS法标记B细胞内原位胰岛素贮备; 3)DNA末端标记TUNEL法观察胰岛原位细胞凋亡信号; 4)透射电镜进一步探查亚细胞结构和细胞凋亡的物理存在及特征; 5)将外周各相关血液生化指标的结果与胰岛p细胞内部诸项指标进行多因素相关分析、Logistic非线性回归与多指标聚类,借助计算机多元统计软件的整合与筛选方法,在同一条件下从系统交叉整合的角度,进一步找出与胰岛p细胞分泌功能或/和降血糖密切相关的生化指标(组合),多个纬度解析胰岛β细胞内外调控的规律和机制。 主要结果与结论 对主要研究结果的分析与整合研究,初步发现或证实了以下几点: 1.一定形式运动和微量营养素的补充,都可能程度不同地改善糖尿病糖、脂、微量元素、胰岛激素代谢的紊乱特征。在所有干预模式中,补钒加耐力运动的干预治疗对实现糖尿病代谢紊乱转归和胰岛β细胞数量、Ins储备和分泌能力有明显优势。运动结合营养比单因素运动或营养干预的积极效应更显著,而运动形式可能不是糖尿病治疗的绝对限制因素; 2.正常大鼠与糖尿病大鼠即使在相同干预模式下糖、脂代谢、激素和微量元素谱系的 反应特征不同。提示,目前运动医学在正常代谢背景下获得的物质与能量代谢规律,在全身 性疾病—一糖尿病代谢紊乱环境下可能需要进一步认识其不同的变化规律; 3.实验中观察到胰岛p细胞凋亡特征的出现和改善,并因干预因素差异而产生不同的 适应性变化。揭示,干预因素对残留p细胞有保护作用机制。此外,偶发现,实验6周后, 在糖尿病对照组和单纯大强度运动干预组的胰腺外分泌细胞中也出现强烈的细胞凋亡信号, 其物理存在特征在透射电镜观察中进一步得到证实。这些为胰腺内外分泌的协调关系的前沿 研究提供了新证据; 4.通过五步深入探查和多因素指标分析,明确了胰岛p细胞数量、Ins储备、分泌能力 与血胰岛素浓度是不同的概念,即,存在两部分胰岛素(外周血液和胰岛6细胞内)。这些 概念与目前熟知的外周胰岛素敏感性变化在糖尿病治疗中的反应和意义有明显区别。这为糖 尿病防治,特别是非药物疗法的作用机制,提供了新的理论延伸; 0 5.实验结果的多因素分析与整合研究发现,微量元素变化幅度和对干预因素的代谢反 应比血液激素等指标更为敏感,并首次提出糖尿病“元素谱波动分析”的概念和方法。多因 素相关聚类分析的结果显示:糖、脂、胰岛激素代谢系统与相应不同元素(组)有交叉协作 或桔抗关系;补铬与补钒对“元素谱波动”的诱导有相似和不同的方向; 6.利用多元统计软件对相关各指标的变化进行分析与整合,揭示在糖尿病控制和治疗 中,运动与营养因素的同时于预引发了系统内部效应的交互放大作用,同时也预防了单因素 干预时的负面影响,交互千预明显提高了单因素干预的治疗效果。鉴于此新认识,运动医学 与临床医学在糖尿病


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