| 标题 | 耐力训练对ＩＩ型糖尿病患者ＮＯ和ＮＯＳ的影响 |
| 范文 | 尚 玢 （太原理工大学体育学院，山西 太原 030024） 摘 要：2月龄纯种雄性Wister大鼠，注射链脲佐菌素建立糖尿病大鼠模型后，随机分为糖尿病对照组和糖尿病耐力训练组；正常大鼠随机分为对照组和耐力训练组。训练组大鼠晚上在水池中进行游泳训练，每次60 min，每周6次，共6周。最后一次训练结束后次日取组织测试，结果发现：耐力训练能使正常大鼠的血清NOS、腓肠肌NO活性显著提高；糖尿病使大鼠的血清NOS和NO、腓肠肌NOS和NO代偿性释放非常显著增多；耐力训练使糖尿病大鼠血清NO浓度增加，降低腓肠肌NOS和NO的水平，改善了糖尿病的代谢紊乱状态。 关键词：糖尿病；一氧化氮；一氧化氮合酶；耐力训练 中图分类号：G804.7文献标识码：A文章编号：1007-3612(2008)12-1658-04 Effects of Endurance Exercise on the NO and NOS Level of Noninsulin Dependent Diabetes Mellitus SHANG Fen (Sport School, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, Shanxi China) Abstract:2瞞onth old streptozotocin瞕iabetic wister rats (SDR) are divided into sedentary groups and endurance exercise trained groups. The normal rats are randomly distributed into sedentary groups and endurance exercise trained groups. Endurance exercise groups swim for 6 weeks in the pool for 60 min each time, 6 times a week. Conclusion: endurance exercise can increase normal rats the serum. NOS level and the gastrocnemius NO level. Compared with the normal groups, the NOS and NO level of serum and gastrocnemius increase significantly in SDR sedentary groups. Endurance exercise in SDR can significantly increase serum NO level,decrease the Blood Glucose,serum NOS, gastrocnemius NOS and gastrocnemius NO level. It shows that endurance exercise can reform the metabolism and improve the function of NO and enhance NO activity, facilitate the cure and stay the deterioration of Diabetes Mellitus. Key words: diabetes mellitus; nitric oxide(NO); nitric oxide synthase(NOS); endurance training 糖尿病是一种常见的代谢内分泌疾病，其患者遍布世界各地，发病率逐年增加。运动疗法，有利于控制血糖，缓解糖尿病代谢紊乱症状，是目前公认的治疗糖尿病的基本方法之一。 NO最初被发现为内皮细胞舒血管因子，是一种自由基性质的气体，可以降低血管张力，增加器官血流量，促进骨骼肌松弛，增强非特异性免疫功能，介导一系列免疫病理过程如糖尿病、参与神经递质释放的调节等，逐渐成为生物医学和运动医学领域研究的热点和前沿[1]。NO（一氧化氮）和NOS（一氧化氮合酶）在糖尿病发生发展中有重要作用，本研究做一初步探讨。 NO的生物合成主要受一氧化氮合酶（NOS）调节。NOS可分为结构型（constitutive NOS, cNOS）和诱导型（inducible NOS）。cNOS依赖于Ca2+和钙调蛋白激活，主要存在于上皮、脑、血小板、骨骼肌，在细胞生理状态下即有表达。iNOS的活性不依赖于Ca2+和钙调蛋白，但却需要诱导因素的存在，它主要存在于巨噬细胞、平滑肌、肾小管上皮、血管内皮细胞，在病理情况下，当受到内毒素、γ-干扰素、白介素-1等细胞因子刺激时生成大量NO[1]。 1 研究对象与方法 1.1 研究对象分组情况 2月龄纯种雄性Wister大鼠，体重(195±10)g，购于中科院实验动物研究所，自由进食普通块料，饮自来水，自由光照，饲养环境温度(20±2)℃。将大鼠腹腔注射链脲佐菌素，正常饮食24 h后取尾血测试，血浆血糖大于16.67 mmol／L，并且尿糖2～3个“＋”者，判定为糖尿病模型大鼠。随机分为糖尿病对照组和糖尿病耐力训练组，每组8只；正常大鼠随机分为对照组和耐力训练组，每组8只。训练组大鼠晚上进行训练，每次在水池中持续游泳60 min，每周6次，共6周。水深为45～55cm，水温为（34±2）℃，平均每只大鼠游泳面积为350 cm2以上。 1.2 取样和测试 最后一次训练结束后次日晨，将空腹大鼠麻醉后固定四肢及头部，腹主动脉取血,分离血清,至-20℃冰箱保存。然后迅速取腓肠肌，剔除脂肪组织和筋膜，用冷生理盐水漂洗、滤纸吸净表面的水分，用铝箔包裹，置液氮中迅速冷冻。24 h内分批取出进入相关指标的测试程序。 取大鼠全血20 μL加入到40 μL专用溶血剂中。利用SBA-C生物传感分析仪，测定大鼠的血糖。血清测定前于冰箱冷藏室中化冻。腓肠肌于冰箱冷藏室中化冻后，用pH7.2磷酸缓冲溶液制成10%匀浆。按照南京建成生物工程研究所NOS测定试剂盒，用比色法测定NOS。按照南京建成生物工程研究所NO测定试剂盒，用硝酸还原酶法测定NO。 1.3 统计处理 所有实验数据经过计算机统计处理，数据一律以平均值±标准差（M±SD）表示，利用SPSS9.0对所有数据进行显著性检验，显著性水平为P<0.05和0.01。 2 结 果 2.1 各组大鼠体重的比较 建模前，各组老鼠的体重无显著性差异。建模3～6周后，正常对照组和正常耐力训练组大鼠体重逐步增加，糖尿病大鼠体重非常显著的低于正常对照组（P<0.01），耐力训练有使糖尿病大鼠体重升高的趋势(图1)。 2.2 各组大鼠平均每天食量的比较 建模前，大鼠的食量无显著性差异。6周后，与第1组大鼠的食量相比，第2组非常显著地降低7.21%，糖尿病对照组大鼠的食量升高43.05%。与第3组相比，第4组降低38.94%(图2)。 2.3 各组大鼠空腹血糖水平和糖耐量的比较 糖耐量实验中，与第1组空腹的血糖水平相比，第2组无显著性差异，第3组和第4组非常显著地升高（219.26%，90.79%，P<0.01）。第4组空腹的血糖水平非常显著地低于第3组（40.24%，P<0.01）。30 min后、60 min后和120 min后的血糖水平，与第1组的血糖水平相比，第2组无显著性差异，第3组和第4组非常显著地升高。与第3组相比，第4组非常显著地降低。糖尿病组糖耐量显著增高，耐力运动显著减低糖尿病大鼠的糖耐量(图3)。 2.4 大鼠血清NOS 与NO的变化 6周运动训练后血清NOS的变化：与第1组相比，第2组显著升高（26.13%，P<0.05)，第3组和第4组非常显著地升高（149.51% 和40.28%，P<0.01）。第4组非常显著地低于第3组（43.78%，P<0.01)。血清NO的变化：与第1组相比，第2组升高（10.03%，P>0.05)不显著，第3组和第4组非常显著地升高（38.91% 和70.04%，P<0.01)。第4组非常显著地高于第3组（22.41%，P<0.01)(图4)。 2.5 大鼠腓肠肌NOS 与NO的变化 6周后，与第1组的腓肠肌NOS水平相比，第2组有升高趋势（12.6%，P>0.05)，第3组非常显著地升高（52.97%，P<0.01)，第4组显著地升高（24.97%，P<0.05)。第4组的腓肠肌NOS水平显著性地低于第3组（18.31%，P<0.05）。与第1组的腓肠肌NO的水平相比，第2组、第3组和第4组非常显著地升高（43.16%，90.38%和42.82%，P<0.01）。第4组的腓肠肌NO水平非常显著性地低于第3组（24.98%，P<0.01）(图5)。 3 讨 论 3.1 运动对正常大鼠NOS 与NO的影响 内皮细胞舒血管因子NO，可以降低血管张力，增加器官血流量，为肌肉提供更多的氧气和营养物质。在骨骼肌中，nNOS正常情况下在I型和II型肌纤维上均有表达。NO可促进骨骼肌松弛，可能是经过cGMP介导的，也可以通过降低骨骼肌肌质网的Ca2+的释放等，可作为一个放大器促进运动时代谢性血管舒张。一方面，NO促进骨骼肌对葡萄糖的利用，有利于ATP能量产生[3，5，6]；另一方面，在NO浓度较高时，可通过抑制线粒体呼吸减少ATP产生[6]，可能是运动者的自我保护机制，避免过度训练。力竭运动引起的iNOS的活性的过度增强，则可能与大强度运动引起的细胞免疫抑制有关。在不同的肌肉，NO对收缩功能的影响变化很大。NO降低许多肌肉的收缩力，如血管肌、子宫平滑肌、鼠膈肌、心肌，但导致鼠腓肠肌收缩力量增加[2]。 单次运动和多次运动都会导致NO合成增加，NO生成的增加对从事紧张运动的运动员有保护作用，长期运动可以增加机体抗氧化活动，可使机体NO水平提高[7，8]。孙红梅发现，大鼠经过8周适宜负荷游泳训练后, 大鼠心肌和血清中cNOS活性提高,心肌、血清中NO的含量提高，提高心血管系统的功能,可能有利于大鼠心肌超微结构的改善[9]。刘玉倩发现10周游泳运动后大鼠大鼠血清和腓肠肌NO含量和NOS活性均显著升高[10]。 长时间身体有氧锻炼，可增加高血压病人和正常受试者的NO的释放，增加血管内皮和平滑肌细胞NOS活性与上调NOSmRNA的表达，改善内皮依赖性血管舒张[4，10，19]。Jungersten L等的研究发现身体健康与安静的血浆硝酸盐水平直接正相关，并且人体安静状态下血浆硝酸盐水平与尿中排出的硝酸盐量均与受试者最大功率正相关。长期运动训练增加内皮和骨骼肌产生NO的能力，运动员安静时血浆硝酸盐水平和尿硝酸盐排出量高于普通健康者，[8]。MaedaS等对8名健康男性受试者进行为期8周的运动训练(70%V?O2max，1 h/d，3～4 d/周),结果发现,运动训练后,血清NO含量显著增加,而血浆ET-1含量显著下降"当停止训练后,此效应可以持续4周,在停止训练8周时,血中NO和ET-1水平逐渐恢复至训练前水平[19]。 本研究发现6周运动训练后，耐力训练显著提高大鼠的血清NOS水平和腓肠肌NO水平，血清NO水平和腓肠肌NOS水平有升高的趋势。其原因可能有如下：1) 机械刺激。运动时全身血流加速和血液粘度增加，对骨骼肌血管壁造成的切应力增加，血管内皮细胞变形，激活内皮细胞表面的机械性感受器，使细胞膜上的Ca2+依赖型K+通道开放,导致细胞内Ca2+增多,Ca2+通过钙调素激活NOS,使内皮细胞NO分泌增加[1，3、4]。促进骨骼肌血管舒张，血流量增加，使氧运输量增加。2) 化学刺激。运动训练中经常有各种各样的损伤发生，如各种软组织损伤和细胞损伤等，都会导致组织产生各种炎性反应，生成大量致炎细胞因子。运动时去甲肾上腺素释放增多，血液中白细胞介素-1、干扰素-C、肿瘤坏死因子等炎性细胞因子大量合成和释放,这些细胞因子可以促进心肌、血清中iNOS基因的转录和表达。[9，17]。3) 运动训练使心血管系统L-Arg的跨膜转运能力增强,使合成NO的前体L-Arg数量增多,从而使NO合成增加。4) 长期运动可以增加机体抗氧化活动，可使机体NO水平保持在高的水平。 在运动中，在骨骼肌细胞内Ca2+浓度升高，激活Ca2+依赖性的I型和II型肌纤维上的cNOS，使NO生成增多。持续的运动锻炼，可能使NOSmRNA表达上调，增加内皮和骨骼肌产生NO的能力。这也是耐力训练显著提高大鼠的腓肠肌NO水平的原因之一。 3.2 糖尿病大鼠的NOS 与NO的变化 浸润的胰岛内部和周围的淋巴细胞和巨噬细胞释放的细胞因子特别是白细胞介素-1（IL-1）作为免疫效应分子，引起诱导型一氧化氮合酶（iNOS）表达，促使NO合成增多，导致胰岛β细胞变质、变性和坏死，胰岛素的分泌排泄和转运随之明显减少，参与糖尿病及其微血管病变等并发症的发生和发展[18]。 王旭红认为，糖尿病时巨噬细胞、肾小球系膜细胞等因iNOS表达而催化合成的NO上升幅度远远超过了内皮cNOS受抑制而NO下降幅度。故糖尿病患者血清NO水平并不能反映内皮细胞的真正NO水平，此时内皮细胞内的NO水平仍持续下降[11]。董凤芹、李红等发现，Ⅱ型糖尿病患者正常白蛋白尿组虽然血NO2-+NO3-升高，但血和尿cGMP/ NO2-+NO3-的比值却已显著下降，说明虽然其时体内NO的合成增加，但NO的活性却已受到影响，AGEs及氧自由基等与NO反应的结果使NO无法激活可溶性鸟苷酸环化酶合成 cGMP，但仍以NO2-+NO3-形式作为代谢产物[14]。 本研究发现，糖尿病对照组大鼠的血清和腓肠肌的NOS和NO水平非常显著地高于正常对照组。与前人的研究一致，糖尿病早期可能体内NO的稳定性下降，灭活增快，内皮细胞代偿性释放NO增加，NOS表达增多。其原因可能有以下几种：1) 高糖状态可使血管内皮细胞产生诸如内皮素1、前列腺素E2、血栓烷B2等缩血管物质，而扩血管的前列环素及前列腺素E1>/SUB>则合成减少，从而使血管呈收缩的趋势；由于代偿作用，血管内皮细胞通过自分泌反馈机制刺激舒张血管的物质如NO合成，以对抗血管收缩作用[11，20]。2) 高糖状态可引起代谢异常，如线粒体内糖氧化、脂肪氧化、体内糖基化蛋白质的氧化和细胞浆内醛糖还原反应增加，这些反应可生成较多的氧自由基。糖尿病时许多消除氧自由基的酶类的活性出现了异常的改变，使自由基清除减少，较多的自由基加速NO清除，升高的自由基水平也可以通过自分泌反馈机制刺激NO的合成[11 14，18、20]。3) 高血糖还可因其高渗作用使细胞外液量增加，全身毛细血管扩张，血管内皮细胞受到的切应力增大，不仅增加nNOS的活性，还上调nNOS的mRNA表达[14]。4) 长期高血糖可产生大量糖基化终产物，使NO灭活增加，又血管平滑肌对NO反应减弱，可促使机体发挥代偿机制合成大量NO[20、11]。5) 在糖尿病时可发生氨基酸代谢紊乱，尤其是甲基胍增多，可导致肾脏内NO生成增加和灭活减慢。
3.3 运动对糖尿病大鼠的NOS和NO水平的影响 炎症性细胞因子诱导iNOS表达过高可能在糖尿病胰岛β细胞破坏中起重要作用，而糖尿病的血管和神经并发症的发生又与内皮和神经中NO功能不足有关[20]。因此，抑制iNOS活性﹑促进生理状态下NO正常功能均有利于糖尿病的治疗。JoAnne Manson研究了87 000名受试者的健康和锻炼数据后发现，与非锻炼者相比，每星期仅1 d的中等体力活动能显著的降低发生糖尿病的危险[12]。 丛琳发现，12周中小强度跑步训练可通过增加糖尿病大鼠胰岛素分泌 ,增强肝脏和骨骼肌细胞膜的胰岛素受体结合力,改善糖尿病大鼠的糖代谢紊乱,减轻胰岛素抵抗。杨晓冰、吴毅等通过观察链脲佐菌素糖尿病大鼠运动模型实验发现，6周游泳运动能使大鼠骨骼肌细胞膜葡萄糖转运蛋白-4(GLUT4)增多，血清胰岛素无明显变化，血糖浓度下降，表明运动能提高葡萄糖利用率、改善胰岛素抵抗，这可能是运动训练主要通过影响胰岛素与其受体结合后机制（主要是增加骨骼肌细胞膜对葡萄糖的转运能力）[15]。林文路⑾郑8周运动和补充芦荟都能有效降低糖尿病大鼠血清、肝脏NO含量和NOS的活性。林桦，王凯等发现，36例老年2型糖尿病患者，在常规相应性降糖药治疗结合适量运动训练，每周3次，6周后NO较前明显提高，血脂、血流变部分参数均值明显下降。说明运动训练能明显降低老年2型糖尿病患者的血脂、血粘度,促进NO水平提高,有利于糖尿病治疗,NO合成能力提高是其可能的治疗机制之一。 本研究发现，6周耐力训练显著地降低糖尿病大鼠的血清NOS水平、大鼠的腓肠肌NOS和NO水平，接近正常耐力训练组。其可能的原因如下：1) 运动引起骨骼肌对葡萄糖的利用增加，胰岛素的敏感性增加，使肌肉内的GLUT4、GLUT4 mRNA含量增加，从而使肌肉摄取葡萄糖增加，胰岛素受体后作用改善，如己糖激酶、糖原合成酶、琥珀酸脱氢酶、三羧酸循环中的酶活性增强等[12]，高血糖状态等代谢异常状态得到改善。血管内皮细胞受到的切应力变小。2) 运动提高机体的抵抗力，使炎症因子数量变少，减少iNOS基因的转录和表达。3) 氧自由基产生减少，而且运动使消除氧自由基的酶类的活性提高，氧自由基清除增多。4) 运动可以降低糖尿病患者的血糖和糖基血红蛋白等代谢终产物，使NO灭活减少。 6周耐力训练显著地升高糖尿病大鼠的血清NO水平。其可能的原因：运动改善了改善糖尿病大鼠代谢紊乱状态，促进生理状态下NO正常功能，取样在最后一次运动后的次日晨，大约在运动后12 h，此时血浆NO合成仍在升高的水平。有人报道，有高血压、高血脂肥胖的糖尿病病人3个月中等强度的训练后血浆硝酸盐NO3水平在正常受试者的范围内[16]。35 d跑步运动训练增加自发高血压患者的血浆NO合成，运动后36 h血浆NO合成仍在升高的水平，7 d后血浆NO显著下降[13]。 4 结 论 1) 耐力训练能使正常大鼠的血清NOS、腓肠肌NO活性显著提高。NO提高器官血流量，增加氧气和营养物质输送，与健康的水平相关。 2) 糖尿病使大鼠的血清NOS和NO、腓肠肌NOS和NO代偿性释放非常显著增多。 3) 耐力训练使糖尿病大鼠血清NO浓度增加，降低腓肠肌NOS和NO的水平。耐力训练可以提高人体对胰岛素的敏感性，增加葡萄糖的代谢率，改善了糖尿病的代谢紊乱状态，有利于恢复NO的正常活性功能。 参考文献： ［1］ 钟慈声，孙安阳.一氧化氮的生物医学［M］.上海:上海医科大学出版社，1997：291-296. ［2］ R.J.Morrison,et al. Nitric oxide effects on shortening velocity and power production in the rat diaphragm.J.Appl.Physiol,1996,80(3):1065-1069. ［3］ Balon TW Department of Diabetes, Endocrinology, and Metabolism.Role of nitric oxide in contraction induced glucose transport.Adv Exp Med Biol,1998,441:87-95. ［4］ Sakamoto S, Minami K, Niwa Y, et al. Effect of exercise training and food restriction on endothelium-dependent relaxation in the Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty rat, a model of spontaneous NIDDM. Diabetes,1998,47(1):82-6. ［5］ Bradley SJ, Kingwell BA et al.Nitric oxide synthase inhibition reduces leg glucose uptake but not blood flow during dynamic exercise in humans.Diabetes,1999,48(9):1815-21. ［6］ Yoshittaka fujil, et al. Regulation of nitric oxide production in response to skeletal muscle activation.J.Appl.Physiol,1998,85(6):2330-2336. ［7］ 武桂新.运动与骨骼肌内一氧化氮［J］.北京体育大学学报,1999,22(3):43-45. ［8］ Jungersten L, Ambring Aet al.Both physical fitness and acute exercise regulate nitric oxide formation in healthy humans.J Appl Physiol,1997,82(3):760-4. ［9］ 孙红梅.不同运动负荷对大鼠心肌超微结构及一氧化氮与一氧化氮合酶的影响［J］.北京体育大学学报,2008,31(7):936-938. ［10］ 刘玉倩，常彦忠，王海涛，等.运动对大鼠腓肠肌一氧化氮含量和铁转运蛋白表达的影响［J］.中国运动医学杂志,2007(2):185-188. ［11］ 王旭红.内皮素、一氧化氮与糖尿病肾病发生发展的关系［J］.医学综述,2000（4）:145-146. ［12］ Source: Diabetes Forecast 1999 Buyer's Guide, American Diabetes Association, Zachary T. Bloomgarden, MD. Exercise and Diabetes: Weighing the Pros and Cons.17th International Diabetes Federation Congress,1998. ［13］ Jonsdottir IH, Jungersten Let al. Increase in nitric oxide formation after chronic voluntary exercise in spontaneously hypertensive rats.Acta Physiol Scand，1998，162(2):149-53. ［14］ 董凤芹,李红,等.Ⅱ型糖尿病患者血、尿NO-2+NO-3及环鸟苷—磷酸水平的观察［J］. 浙江医学,2000（3）:129-132. ［15］ 杨晓冰，吴毅，李益明，等.运动对糖尿病大鼠骨骼肌葡萄糖运载体4的影响［Ｊ］.中华内分泌代谢杂志，1998，14（6）：390-391. ［16］ Komiyama Y; Kimura Y et al. Vasodepressor effects of exercise are accompanied by reduced circulating ouabainlike immunoreactivity and normalization of nitric oxide synthesis. Clin Exp Hypertens,1997,19(3):363-72. ［17］ 张靓,黄叔怀.不同运动负荷对大鼠cNOS和iNOS活性的影响及其机理探讨［J］.中国运动医学杂志,2002,21(1):23-26. ［18］ 李红辉,何涛,等.糖尿病大鼠血清、组织一氧化氮含量的测定及其意义［J］.泸州医学院学报,1999（2）:113-115. ［19］ MaedaS,etal1 Effects of exercise training of 8 weeks and detraining on plasma levels of endothelium-derived factors:endothelin-1andnitricoxide in healthy young humans［J］.1Life Sciences ［LifeSci］,2001,69(9):1005-161. ［20］ 夏军,赵文景,等.糖尿病患者血浆内皮素、一氧化氮检测及相关性研究［J］.中国医药学报,1999,4（2）:16-17. |
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