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累積運動對肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織巨噬細胞極化的影響

2018-04-22 05:48范錦勤張麗美張亞松張玉麗帥祥煜張龍王松濤
體育學刊 2018年2期
關(guān)鍵詞:體脂脂肪組織內(nèi)臟

范錦勤 張麗美 張亞松 張玉麗 帥祥煜 張龍 王松濤

摘 要:為探討累積運動對肥胖機體內(nèi)臟脂肪組織慢性炎癥的影響及其機制,將8周齡SD雄性大鼠高脂膳食誘導肥胖,成模大鼠隨機分為高脂安靜組(B)、普食安靜組(C)、持續(xù)運動組(D)、中強度累積運動組(E)和高強度累積運動組(F),每組8只,運動組大鼠喂以普食,設(shè)正常體質(zhì)量普食安靜組(A,6只)。運動組進行8周跑臺訓練(0?,5 d/周)。D組跑速20 m/min (1~4周)和25 m/min(5~8周),60 min/次,1次/d。E組跑速與D組相同,12 min/次,5次/d,間歇60 min;F組跑速40 m/min(1~4周)和42 m/min(5~8周),6 min/次,5次/d,間歇60 min。各運動組跑動總距離相等。肥胖成模時和末次訓練后48 h,檢測體脂百分數(shù)、血脂、脂肪組織炎癥指標和巨噬細胞M1及M2表型。結(jié)果:(1)肥胖大鼠呈現(xiàn)血脂紊亂,內(nèi)臟脂肪組織巨噬細胞M1表型和M2表型極化失衡并呈慢性炎癥狀態(tài)。(2) 8周運動干預,3種方案均可控重減脂,改善血脂紊亂和內(nèi)臟脂肪巨噬細胞極化失衡,緩解慢性炎癥狀態(tài)。(3)對肥胖大鼠控重減脂效果由強至弱為:持續(xù)運動、高強度累積運動、中強度累積運動。(4)對肥胖大鼠脂肪組織巨噬細胞極化的調(diào)節(jié)效應(yīng)由強至弱為:中強度累積運動、持續(xù)運動、高強度累積運動。結(jié)果說明規(guī)律的累積運動可有效降低肥胖機體的體脂、改善血脂代謝、降低脂肪組織慢性炎癥水平,其機制可能與調(diào)節(jié)內(nèi)臟脂肪組織巨噬細胞極化有關(guān)。累積運動利于打破久坐生活方式,其與持續(xù)運動結(jié)合可能對健康干預的效果更全面。

關(guān) 鍵 詞:運動醫(yī)學;肥胖;累積運動;巨噬細胞極化;大鼠

中圖分類號:G804.5 文獻標志碼:A 文章編號:1006-7116(2018)02-0135-10

Effects of accumulated exercise on the polarization of macrophages in

visceral adipose tissue of obese rats

FAN Jin-qin1,2,ZHANG Li-mei1,ZHANG Ya-song1,ZHANG Yu-li1,

SHUAI Xiang-yu1,ZHANG Long3,WANG Song-tao1

(1.School of Physical Education,South China Normal University,Guangzhou 510006,China;

2.School of Physical Education,Shaoguan University,Shaoguan 512005,China;

3.School of Physical Education,Liupanshui Normal University,Liupanshui 553004,China)

Abstract: In order to probe into the effects of accumulated exercise on the chronic inflammation of visceral adipose tissue of obese rats and the affecting mechanism, the authors randomly divided 8-week old male SD rats, which were obesity induced with high fat diet and model established, into a high fat diet control group (B), an ordinary diet control group (C), a continuous exercise group (D), a medium intensity accumulated exercise group (E) , and a high intensity accumulated exercise group (F), each of which contains 8 rats, fed the rats in the exercise groups with ordinary diet, and set a normal body mass ordinary diet control group (A), which contains 6 rats. The exercise groups carried out 8-week treadmill training (0°, 5 d/w). Group Ds running speeds were 20 m/min (week 1-4) and 25 m/min (week 5-8), 60 min/times, 1 times/d. Group Es running speeds were the same as group Ds, 12 min/times, 5 times/d, interval 60 min; Group Fs running speeds were 40 m/min (week 1-4) and 42 m/min (week 5-8), 6 min/times, 5 times/d, interval 60 min. All the exercise groups had the same total running distance. The authors measured body fat percentage, blood fat, adipose tissue inflammation index and macrophages M1 and M2 phenotypes at obesity model establishment and 48 h after the last training. Results: 1) the obese rats showed a blood fat disorder, the polarization of macrophages M1 and M2 phenotypes in visceral adipose tissue was unbalanced and showed a chronic inflammation condition; 2) in 8 weeks of exercise intervention, all the 3 plans can control weight, reduce fat, improve blood fat disorder and the unbalance of polarization of macrophages in visceral fat, and relieve the chronic inflammation condition; 3) the effects of weight control and fat reduction on the obese rats from strong to weak were as follows: continuous exercise, high intensity accumulated exercise, medium intensity accumulated exercise; 4) the effects of regulation on the polarization of macrophages in visceral adipose tissue of the obese rats from strong to weak were as follows: medium intensity accumulated exercise, continuous exercise, high intensity accumulated exercise. The results indicate that regular accumulated exercise can effectively reduce an obese bodys fat, improve blood fat metabolism, reduce the level of chronic inflammation of adipose tissue, its mechanism may be related to regulating the polarization of macrophages in visceral adipose tissue. Accumulated exercise is conducive to breaking the sedentary lifestyle, and its combination with continuous exercise may have a more comprehensive effect on health intervention.

Key words: sports medicine;obesity;accumulated exercise;polarization of macrophage;rat

心血管疾?。ㄈ鐒用}粥樣硬化和高血壓)、腫瘤(如結(jié)腸癌和乳腺癌)、慢性呼吸系統(tǒng)疾病和2型糖尿病等許多慢性非傳染性疾病都被認為是慢性炎癥性疾病,而肥胖是慢性炎癥的誘發(fā)因素。內(nèi)臟脂肪組織的長期慢性炎癥狀態(tài)是肥胖影響機體健康以及誘發(fā)多種慢性病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1-2]。而巨噬細胞的經(jīng)典型激活(M1)和替代型激活(M2)失衡,則是肥胖機體內(nèi)臟脂肪組織慢性炎癥的始發(fā)因素[3]。正常飲食下脂肪組織中的巨噬細胞呈M2表型,分泌抗炎性因子和胰島素敏感因子,減輕組織炎癥反應(yīng)。當肥胖引起脂肪組織微環(huán)境改變時,巨噬細胞多呈M1表型,產(chǎn)生促炎性因子并誘導胰島素抵抗[4-5]。因此,巨噬細胞M1和M2表型間的平衡(巨噬細胞極化)是探討慢性炎癥相關(guān)疾病發(fā)生機制和愈后效果的重要靶標。研究表明,持續(xù)性運動(1 h/d,5 d/周,4周)可降低db/db小鼠附睪脂肪巨噬細胞M1表型并提高M2表型[6]。但其他運動方式(如一天多次的短時運動、大強度間歇運動等)對內(nèi)臟脂肪組織炎癥及巨噬細胞表型的影響尚缺乏充足的研究證據(jù)。

久坐是當前影響健康的主要不良生活方式,久坐時間與腰圍、脂肪含量、體重均呈獨立正相關(guān)[7]。研究證實規(guī)律的久坐間斷相比于一段集中時間的體力活動,能更有效地降低餐后血糖和胰島素的升高幅度[8]。且將一天中的鍛煉分成多次短時間的運動,可能更適合長期靜坐和肥胖等體能較差者[9]。這種針對久坐行為打斷而提出的一天多次短時間身體活動,被稱為累積運動(accumulated exercise)[10-11]。目前累積運動的研究多為流行病學調(diào)查,基于內(nèi)臟脂肪組織巨噬細胞M1和M2表型的極化,對比分析累積運動和持續(xù)運動對肥胖機體慢性炎癥狀態(tài)影響的研究尚未見報道。

本研究采用高脂膳食建立肥胖大鼠模型,隨后施加8周等機械功(跑動總距離相同)而強度不同的2種累積運動和中強度持續(xù)運動,對比分析不同運動方案對肥胖機體內(nèi)臟脂肪慢性炎癥及巨噬細胞極化的影響,為確證累積運動的健康效應(yīng),探索和推廣有助于打破久坐、更易實施的運動干預方式提供實驗證據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

8周齡SPF級SD雄性大鼠85只[SCXK(粵)2011-0015;南方醫(yī)科大學實驗動物中心],體質(zhì)量240~270 g,分籠飼養(yǎng),自然光照節(jié)律,溫度22~25 ℃,濕度40%~55%。

1.2 肥胖大鼠造模

大鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后分為普通膳食對照組(12只)和高脂膳食造模組(73只)。造模組喂以高脂飼料(蔗糖20%、豬油15%、膽固醇1.2%、膽酸鈉0.2%、酪蛋白10%、碳酸氫鈣0.6%、石粉0.4%、維生素0.4%、基礎(chǔ)飼料52.2%(均為質(zhì)量比);SCXK(粵)2013-0002;廣東省醫(yī)學實驗動物中心),自由攝食飲水;對照組給予維持飼料,自由飲水,攝食量以造模組日均攝食量提供。8周后按照造模組大鼠體質(zhì)量≥對照組大鼠體質(zhì)量均值的1.96個標準差判斷為營養(yǎng)性肥胖大鼠[12]。從對照組和肥胖大鼠中隨機各選6只,雙能X線檢測體脂成分(ASY 00409,Hologic公司),結(jié)合大鼠體質(zhì)量、Lees指數(shù)和血脂等綜合評價造模效果。

1.3 分組及運動干預

原對照組大鼠作為正常體質(zhì)量普食安靜組(A,6只)。肥胖大鼠隨機分為5組:高脂安靜組(B,8只)、普食安靜組(C,8只)、持續(xù)運動組(D,8只)、中強度累積運動組(E,8只)、高強度累積運動組(F,8只)。B組給予高脂飼料,其他各組給予維持飼料。

運動組大鼠跑臺適應(yīng)2周后,進行8周運動干預。坡度0?,周一至周五18:00-23:30,暗環(huán)境下訓練。依據(jù)文獻和預實驗設(shè)定運動強度[13-14],跑速分別采用10 m/min(45%~50% VO2max)、20和25 m/min(60%~65% VO2max)、40和42 m/min(85%~90% VO2max)。為保證大鼠除運動干預之外其它影響因素的一致性,在累積運動組訓練期間,安靜各組和持續(xù)運動組大鼠置于相同場所,每隔60 min換籠1次,縮小籠具容積來限制大鼠非訓練時間段的身體活動。定期對各組大鼠的全日身體活動進行觀察記錄。每次訓練包括準備、主體和整理3個部分,3個部分的總跑動距離在運動各組保持一致。具體運動方案見表1。

1.4 取材和檢測

每周日測大鼠空腹體質(zhì)量和麻醉狀態(tài)下體長,計算Lees指數(shù)。Lees指數(shù)=(體質(zhì)量(g)×1 000)1/3/體長(cm)][15]。運動干預最后1周,雙能X線檢測體成分。末次訓練后48 h,處死大鼠,腹主動脈取血,分離血清;剝?nèi)‰p側(cè)附睪脂肪,OCT包埋。-80 ℃冰箱保存待用。

1)血脂。

檢測血清甘油三酯(TG,GPO-PAP酶法)、總膽固醇(T-CHO,COD-PAP法)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C,直接法)和高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C,直接法)。儀器為酶標儀(TECAN infinite P200 PRO),試劑購自南京建成生物工程研究所。

2)脂肪組織炎性因子。

稱取50 mg附睪脂肪組織,按1∶9(質(zhì)量比)加入PBS液制成組織勻漿,取上清液用ELISA法檢測腫瘤壞死因子α(TNF-α)和白細胞介素10(IL-10)。試劑購自上海哈靈生物技術(shù)有限公司。

3)脂肪組織HE染色及巨噬細胞M1、M2表型標記。

大鼠附睪脂肪組織連續(xù)冰凍切片(厚度20 um),每隔5張取1張,每只大鼠連取3張,進行HE染色和免疫組織化學檢測。巨噬細胞M1、M2表型標記因子CD32、CD206購自美國Abcam公司。SP Rabbit HRP Kit(DAB)試劑盒購自康為世紀生物科技有限公司。

免疫組織化學染色步驟:4%多聚甲醛(質(zhì)量比)

30 min,PBS漂洗5 min×3次,0.1%Triton-100(體積比)室溫覆蓋20 min,PBS漂洗5 min×3次,3%H2O2(質(zhì)量比)室溫覆蓋10 min,PBS漂洗5 min×3次,山羊血清室溫覆蓋15 min,滴加一抗(CD32 1∶250;CD206 1∶3000),濕盒中4 ℃冰箱過夜,室溫復溫30 min,

30 ℃孵育30 min,PBS漂洗3 min×3次,滴加二抗,30 ℃孵育20 min,PBS漂洗4 min×3次,滴加Streptavidin-HRP,30 ℃孵育20 min,PBS漂洗5 min×3次,DAB顯色(CD32:50~90 s;CD206:30~50 s),清水終止顯色,蘇木精2 min,水洗30 s,1%鹽酸酒精(體積比)3~5 s,水洗10 s,溫水返藍10 min,70%乙醇(體積比)30 s,90%乙醇(體積比)30 s,無水乙醇(Ⅰ) 1 min,無水乙醇(Ⅱ) 1 min,環(huán)保型透明液(Ⅰ) 2 min,環(huán)保型透明液(Ⅱ) 2 min,環(huán)保型透明液(Ⅲ) 2 min,晾干,封片。

采用OLYMPUS BX51顯微鏡和Motic Images Plus 2.0軟件攝片和分析,每張切片選5個視野(200×)。通過HE染色觀察脂肪細胞形態(tài)及炎性細胞浸潤情況,進行脂肪細胞計數(shù)、脂肪細胞直徑測量以及炎性評分。炎性評分標準:0分,無炎性細胞浸潤;1分,散在炎性細胞浸潤;2分,密集炎性細胞浸潤;3分,炎性細胞圍繞在壞死脂肪細胞周圍呈花冠狀結(jié)構(gòu)。定量分析陽性表達面積,得出積分光密度(IOD)和陽性表達面積(Area),通過Density=IOD/Area計算平均光密度(OD·um-2)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

用PASW Statistics 18.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,所有結(jié)果用 ±s表示。用獨立樣本T檢驗判定造模效果;運動干預后各組的均數(shù)比較采用單因素方差分析,當方差齊時用LSD復選項進行多重比較;當方差不齊時采用Tamhanes T2復選項。差異顯著性水平為P<0.05。計算各指標的Effect Size(ES)判斷影響的大小,以ES≥0.80為高效應(yīng),0.80>ES≥0.50為中等效應(yīng),0.50>ES≥0.20為小效應(yīng)。

2 結(jié)果及分析

2.1 肥胖大鼠造模結(jié)果

以造模組體質(zhì)量≥對照組體質(zhì)量均值的1.96個標準差判斷營養(yǎng)性肥胖大鼠[12],有47只大鼠達到標準,造模成功率為64.4%。隨機選取對照組及肥胖大鼠各6只檢測體成分和血脂。結(jié)果顯示(見表2),肥胖組大鼠的體質(zhì)量(P<0.01,ES=0.86)、Lees指數(shù)(P<0.05,ES=0.64)、體脂百分數(shù)(P<0.01,ES=0.83)、TG(P<0.05,ES=0.82)和LDL-C(P<0.01,ES=0.99)均升高,與對照組比較其差異具有顯著統(tǒng)計學意義,提示肥胖大鼠擁有更高的體質(zhì)量、Lees指數(shù)和體脂百分數(shù),并出現(xiàn)血脂代謝紊亂。

2.2 肥胖大鼠脂肪組織細胞形態(tài)和炎癥狀況

1)脂肪組織細胞形態(tài)改變及炎性評分。

鏡下可見正常大鼠內(nèi)臟脂肪組織由大量的單泡脂肪細胞聚集而成,脂肪細胞呈圓形或多邊形,成蜂窩狀排列。胞質(zhì)位于細胞邊緣成一薄層,被染成粉紅色并多呈新月形。細胞核藍染,位于細胞邊緣,多呈扁圓形。偶見散在分布的炎癥細胞(主要是中性粒細胞、淋巴細胞和單核細胞),其核質(zhì)比大,細胞核深染呈藍色點狀。與對照組比較,肥胖組的脂肪細胞體積增大,固定視野面積中的脂肪細胞數(shù)量減少(P<0.01,ES=0.87),時見炎癥細胞圍繞在壞死的脂肪細胞周圍呈花冠狀結(jié)構(gòu),炎性評分較高(P<0.01,ES=0.71),這些差異均具有顯著統(tǒng)計學意義,提示肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織炎癥細胞浸潤明顯。

2)脂肪組織炎性細胞因子。

如表3所示,與對照組比較,肥胖大鼠脂肪組織的TNF-α水平(P<0.01,ES=0.99)、IL-10水平(P<0.01,ES=0.99)和TNF-α與IL-10比值(P<0.05,ES=0.52)均升高,其差異具有非常顯著統(tǒng)計學意義。結(jié)合形態(tài)學結(jié)果,說明肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織出現(xiàn)了一定程度的慢性炎癥反應(yīng)。

3)巨噬細胞M1和M2表型陽性表達。

鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)CD32和CD206陽性表達主要分布在細胞膜,呈棕褐色深染,偶見巨噬細胞環(huán)繞在脂肪細胞周圍,著色呈花冠狀結(jié)構(gòu)。定量分析結(jié)果顯示(見表4),與對照組比較,肥胖大鼠脂肪組織的CD32陽性表達和M1與M2比值升高,而CD206陽性表達降低(均P<0.01,ES>0.80),其差異具有非常顯著統(tǒng)計學意義,提示肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織巨噬細胞M1和M2表型極化失衡。

2.3 運動對肥胖大鼠體成分和血脂的影響

觀察表5和表6數(shù)據(jù)。運動各組與C組比較:運動各組的體質(zhì)量、Lees指數(shù)、體脂百分數(shù)、TG、LDL-C、HDL-C均有所改善,T-CHO變化不顯著。其中E組的HDL-C增加不顯著(P≥0.05,ES=0.03),F(xiàn)組的HDL-C升高具有小效應(yīng)(P≥0.05,ES=0.37),提示3種運動方案均可降低肥胖大鼠的體質(zhì)量和體脂百分數(shù),并改善血脂紊亂狀態(tài),但中強度累積運動對HDL-C的影響不顯著。E組、F組與D組比較:E組的Lees指數(shù)(P≥0.05,ES=0.45)、體脂百分數(shù)(P<0.01,ES>0.80)、TG(P<0.05,ES=0.72)和LDL-C(P≥0.05,ES=0.64)均高于D組,而HDL-C(P<0.01,ES=0.75)低于D組,這些變化具有顯著統(tǒng)計學意義。F組的Lees指數(shù)(P<0.05,ES=0.54)、體脂百分數(shù)(P<0.01,ES=0.82)、TG(P≥0.05,ES=0.52)均高于D組,而HDL-C(P<0.01,ES=0.71)則低于D組,這些變化具有顯著統(tǒng)計學意義。提示2種強度的累積運動對減少肥胖大鼠體質(zhì)量和體脂、改善血脂紊亂的作用弱于持續(xù)運動。E組和F組比較:F組體質(zhì)量(P≥0.05,ES=0.21)、體脂百分數(shù)

(P≥0.05,ES=0.46)、TG(P≥0.05,ES=0.45)、T-CHO

(P≥0.05,ES=0.27)和LDL-C(P<0.05,ES=0.69)均低于E組,而HDL-C(P≥0.05,ES=0.33)較高,這些變化具有顯著統(tǒng)計學意義,提示高強度累積運動對降低肥胖大鼠體質(zhì)量和體脂百分數(shù)、改善其血脂紊亂的作用好于中強度累積運動。

2.4 運動對肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織細胞形態(tài)及炎性評分的影響

觀察表7和表8數(shù)據(jù)。B組、C組與A組比較:持續(xù)高脂飲食(B組)可使肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪細胞的直徑和炎性評分進一步增高(均P<0.01,ES=0.75)。肥胖大鼠改用正常膳食8周后,其(C組)內(nèi)臟脂肪細胞的直徑(P<0.05,ES=0.55)和炎性評分(P<0.01,ES=0.58)仍高于A組,但低于B組,提示8周的正常膳食難以改善肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織的炎癥細胞浸潤狀況。運動各組與C組比較:運動各組固定視野面積中的脂肪細胞數(shù)量增多(P<0.01,ES>0.80),脂肪細胞直徑降低(P<0.01,ES>0.50),炎性評分下降:(D組:P<0.01,ES=0.50;E組:P<0.01,ES=0.40;F組:P≥0.05,ES=0.26)。這些差異具有顯著統(tǒng)計學意義,提示3種運動方案均可縮小肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪細胞的體積,改善其炎癥細胞浸潤狀況。E組、F組與D組比較:E組的脂肪細胞直徑較?。≒<0.01,ES=0.51)具有顯著統(tǒng)計學意義;F組固定視野面積中的脂肪細胞數(shù)量較少(P<0.01,ES=0.39),炎性評分較高(P<0.05,ES=0.33),這些差異具有顯著統(tǒng)計學意義,提示改善脂肪細胞形態(tài)作用最強的是中強度累積運動,其次為持續(xù)運動。E組與F組比較:F組固定視野面積中的脂肪細胞數(shù)量較少(P<0.01,ES=0.46),脂肪細胞直徑較大(P<0.01,ES=0.57),炎性評分較高(P<0.05,ES=0.33),這些差異具有顯著統(tǒng)計學意義,提示中強度累積運動降低肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪細胞體積,改善其炎癥細胞浸潤的作用強于高強度累積運動。

2.5 運動對肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織炎性細胞因子的影響

觀察表9和表10數(shù)據(jù)。B組、C組與A組比較:持續(xù)高脂飼料喂養(yǎng)(B組)可使內(nèi)臟脂肪組織的TNF-α和IL-10水平以及TNF-α與IL-10比值進一步增高(P<0.01,ES>0.80),提示肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織慢性炎癥狀態(tài)持續(xù)存在。肥胖大鼠改為正常膳食8周后,C組脂肪組織的上述細胞因子及其比值仍高于A組(P<0.01,ES>0.50),說明8周正常膳食難以逆轉(zhuǎn)肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織的慢性炎癥狀態(tài)。運動各組與C組比較:各組的TNF-α水平和TNF-α與IL-10比值均降低,而IL-10水平則升高(P<0.01,ES>0.80),這些差異具有顯著統(tǒng)計學意義,提示3種運動方案均可改善肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織的促炎-抗炎細胞因子平衡。E組、F組與D組比較:E組和F組的TNF-α水平(均P<0.01,ES>0.80)、TNF-α與IL-10比值(P<0.01,ES>0.80)均高于D組,而E組IL-10水平(P<0.05,ES=0.53)低于D組,F(xiàn)組IL-10水平(P<0.01,ES=0.60)高于D組,這些差異具有顯著統(tǒng)計學意義,提示持續(xù)運動改善肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織促炎-抗炎細胞因子失衡的作用優(yōu)于累積運動。E組和F組比較:F組的TNF-α水平(P>0.05,ES=0.35)和IL-10水平(P<0.01,ES=0.82)高于E組,而TNF-α與IL-10比值(P<0.05,ES=0.49)較低,這些差異具有顯著統(tǒng)計學意義,提示高強度累積運動主要通過升高IL-10水平來改善肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織促炎-抗炎細胞因子失衡,其效果好于中強度累積運動。

2.6 運動對肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織巨噬細胞極化的影響

觀察表11和表12數(shù)據(jù)。B組、C組與A組比較:持續(xù)高脂飼料喂養(yǎng)(B組)可使內(nèi)臟脂肪組織CD32陽性表達和M1與M2比值升高(P<0.01,ES>0.80),提示巨噬細胞極化失衡狀態(tài)持續(xù)存在;肥胖組大鼠改為正常膳食8周(C組)后,其M1與M2比值仍高于A組(P<0.01,ES=0.66),提示8周正常膳食難以糾正內(nèi)臟脂肪組織巨噬細胞的極化失衡。運動各組與C組比較:各運動組的CD32陽性表達和M1與M2比值下降,而CD206陽性表達升高(P<0.01,ES>0.80),這些差異具有顯著性統(tǒng)計學意義,提示3種運動方案可減少肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織巨噬細胞的M1表型而增多M2表型,糾正其失衡狀態(tài)。E組、F組與D組比較:E組的CD32陽性表達(P<0.01,ES=0.47)和M1與M2比值(P<0.05,ES=0.40)低于D組;F組的CD206陽性表達(P≥0.05,ES=0.37)和M1與M2比值(P≥0.05,ES=0.26)略高于D組;這些差異具有顯著統(tǒng)計學意義,提示糾正巨噬細胞極化失衡狀態(tài)的作用,中強度累積運動最好,持續(xù)運動次之。E組和F組比較:F組CD32陽性表達(P<0.01,ES=0.46)和M1與M2比值(P<0.01,ES=0.61)高于E組,而CD206陽性表達(P<0.01,ES=0.87)較低,這些差異具有顯著統(tǒng)計學意義,提示中強度累積運動糾正肥胖大鼠脂肪組織巨噬細胞極化失衡的作用強于高強度累積運動。

3 討論

ES是一種由美國心理學協(xié)會自1994年開始推行使用的統(tǒng)計方法,至今已有近2 000多篇文獻使用ES值進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,包括心理學、遺傳學、生物學等學科,主要用于區(qū)別兩組數(shù)據(jù)之間的差異有效程度。在論文中同時使用P值和ES值,主要是考慮目前P值的科學性和準確性受到學界質(zhì)疑,提出單一依賴P值可能會丟失或掩蓋部分數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學差異,故在使用P值的基礎(chǔ)上,同時使用ES值,以減少有意義數(shù)據(jù)的丟失。

3.1 肥胖大鼠模型效果評價

與對照組比較,肥胖大鼠體脂含量增多,血脂代謝紊亂,內(nèi)臟脂肪組織細胞肥大,炎性細胞聚集,促炎性的M1表型巨噬細胞表達增多而抗炎性的M2表型減少,巨噬細胞極化失衡。這與之前的研究相一致[5-6,16],證實肥胖機體存在內(nèi)臟脂肪組織的慢性炎癥狀態(tài)。

3.2 運動對大鼠體成分和血脂的影響

先前研究指出,持續(xù)運動可有效控制大鼠的體質(zhì)量增長,改善體脂和血脂紊亂狀態(tài)。本研究結(jié)果證實累積運動也具有相似的健康效應(yīng)[6,16]。運動各組間比較的結(jié)果顯示,持續(xù)運動對肥胖大鼠體成分和血脂的影響效果最佳,其后依次為高強度累積運動和中強度累積運動。有研究指出,進行大強度短時間訓練,其運動后過量氧耗較中低強度有氧運動更高,在這期間機體的代謝以脂質(zhì)氧化為主,利于身體脂肪尤其是腹部脂肪的減少[17]。本研究結(jié)果呈現(xiàn)的高強度累積運動對體質(zhì)量、體脂百分數(shù)和Lees指數(shù)的影響優(yōu)于中強度累積運動,也為以上觀點提供了實驗佐證。但累積運動對體脂含量的影響整體弱于持續(xù)運動,與既往研究存在一定差異。如Ando等[8]研究發(fā)現(xiàn),斷續(xù)性體力活動較連續(xù)性體力活動具有更高的脂肪氧化,多個只有5 min的運動(間隔30 min)比長時間的運動更能提高脂肪的利用率。楊敏麗等[18]的研究也發(fā)現(xiàn),間斷運動(游泳,30 min/次、間隔4 h、3次/d、5 d/周、持續(xù)8周)在減少高脂飲食和久坐狀態(tài)引起的肥胖和脂肪肝等不良反應(yīng)方面較連續(xù)運動更有效。這些研究結(jié)果的差異可能與干預期間的飲食、運動強度、運動持續(xù)時間、間隔時間等的不同有關(guān),這些因素對運動中與運動后能量消耗總量及其底物利用的影響尚需進一步的探究。如本研究中能對大鼠進行24 h的能量代謝動態(tài)監(jiān)測,尤其是運動間歇期的能量代謝水平測量,可能有助于闡明上述差異存在的原因。

3.3 運動對大鼠內(nèi)臟脂肪組織慢性炎癥反應(yīng)的影響

TNF-α是炎癥反應(yīng)的原始遞質(zhì)[19],IL-10可抑制TNF-α介導的胰島素抵抗[5],TNF-α與IL-10比值可作為衡量炎癥反應(yīng)強弱的重要指標[20]。本研究發(fā)現(xiàn),8周不同方案的運動均可降低肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織的TNF-α水平,升高IL-10水平,使TNF-α與IL-10比值下降,說明運動組大鼠內(nèi)臟脂肪組織慢性炎癥狀態(tài)改善。而持續(xù)運動組的研究發(fā)現(xiàn)與Kawanishi[21]、Lira[22]的研究結(jié)果一致,可提供相互支持。綜合分析各組大鼠內(nèi)臟脂肪組織的形態(tài)變化和炎性因子的表達結(jié)果,結(jié)果顯示等運動量的累積運動和持續(xù)運動均可改善肥胖機體的內(nèi)臟脂肪組織炎癥狀況,影響效果為中強度累積運動最強,持續(xù)運動和高強度累積運動次之。

3.4 運動對大鼠內(nèi)臟脂肪組織巨噬細胞極化的影響

內(nèi)臟脂肪組織中巨噬細胞M1表型和M2表型的極化失衡是肥胖性慢性炎癥的始發(fā)因素[3]。本研究選用CD32和CD206作為巨噬細胞M1表型和M2表型標記[23],結(jié)合附睪脂肪組織TNF-α和IL-10水平、HE染色切片炎性評分,以巨噬細胞極化為核心,探討3種運動方案對肥胖大鼠內(nèi)臟脂肪組織慢性炎癥的影響及其可能機制。

Lim等[24]發(fā)現(xiàn),食源性肥胖時巨噬細胞由M2表型向M1表型轉(zhuǎn)化,當巨噬細胞由M1表型向M2表型轉(zhuǎn)化時,可降低脂肪組織炎癥狀況。賀強等[6]研究證實,持續(xù)4周的游泳運動(1h/d、5 d/周)可有效降低 db/db小鼠附睪脂肪巨噬細胞M1表型而提高M2表型,降低脂肪組織炎癥水平。Kawanishi等[21]對C57BL/6小鼠進行高脂喂養(yǎng)和16周跑臺訓練(12-20 m/min,60 min/d)發(fā)現(xiàn)運動能顯著抑制高脂膳食引起的脂肪組織TNF-α表達,抑制脂肪組織巨噬細胞浸潤,誘發(fā)巨噬細胞M1表型向M2轉(zhuǎn)換。上述研究結(jié)果與本研究中的持續(xù)運動干預效果一致,而本研究還證實2種不同強度的累積運動也可取得類似的效果,但效果大小存在差別,中強度累積運動糾正巨噬細胞極化失衡和改善脂肪組織慢性炎癥的作用優(yōu)于高強度累積運動。這可能與中強度累積運動縮小內(nèi)臟脂肪細胞體積的作用最強有關(guān)。此外,脂肪組織中絕大多數(shù)的TNF-α來自該組織中的巨噬細胞[20],而中強度累積運動降低TNF-α的作用好于高強度累積運動,其M1表型巨噬細胞的陽性表達同樣更低,這也為上述論點提供了佐證。

但從糾正肥胖機體整體脂代謝的作用來看,持續(xù)運動最強,高強度累積運動次之,與中強度累積運動呈現(xiàn)的糾正內(nèi)臟脂肪組織慢性炎癥作用最強存在差異。運動既可通過增強代謝功能和能量消耗,降低體脂和血脂含量,也可通過應(yīng)激反應(yīng)影響機體的免疫機能,兩者綜合改善內(nèi)臟脂肪組織的慢性炎癥狀態(tài)。在大鼠跑臺運動干預過程中,既有運動本身的生理刺激,也有心理應(yīng)激。相比另外2種運動方式,中強度累積運動的強度低、持續(xù)時間短,對大鼠的應(yīng)激刺激最溫和,可能這是其改善內(nèi)臟脂肪慢性炎癥作用最好的原因。且有研究證實,運動的抗炎作用在很大程度上與運動對脂肪和體質(zhì)量的改變無關(guān)[25]。但代謝和炎癥之間應(yīng)是高度相互影響的整體,兩者間的動態(tài)平衡需要代謝內(nèi)穩(wěn)態(tài)和免疫之間的最佳生理功能搭配[26]。

4 結(jié)論和建議

規(guī)律性的持續(xù)運動和累積運動(一天中的多次短時運動)均可減少體脂,改善血脂代謝紊亂,下調(diào)內(nèi)臟脂肪組織促炎因子,降低內(nèi)臟脂肪組織的慢性炎癥,其機制可能與改善肥胖機體內(nèi)臟脂肪組織巨噬細胞M1表型和M2表型的極化失衡有關(guān)。其中,在控重減脂方面,持續(xù)運動的效果最好,其次為高強度累積運動;在改善內(nèi)臟脂肪巨噬細胞極化失衡方面,中強度累積運動的效果最優(yōu)。

累積運動具有運動時間短、易執(zhí)行、不易疲勞等特點,易被健身者接受和堅持,通過增加累積運動的強度,可達到與持續(xù)運動相似的控重減脂效果。對于工作或休閑時習慣久坐的人群,可有意識地進行久坐間斷,堅持用累積運動的方式進行鍛煉。而累積運動和持續(xù)運動相結(jié)合可能對健康干預的效果更全面。

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