耐力訓練對ＩＩ型糖尿病患者ＮＯ和ＮＯＳ的影響

尚　玢

（太原理工大學體育學院，山西 太原 030024）

摘 要：2月齡純種雄性Wister大鼠，注射鏈脲佐菌素建立糖尿病大鼠模型后，隨機分為糖尿病對照組和糖尿病耐力訓練組；正常大鼠隨機分為對照組和耐力訓練組。訓練組大鼠晚上在水池中進行游泳訓練，每次60 min，每周6次，共6周。最后一次訓練結束后次日取組織測試，結果發現：耐力訓練能使正常大鼠的血清NOS、腓腸肌NO活性顯著提高；糖尿病使大鼠的血清NOS和NO、腓腸肌NOS和NO代償性釋放非常顯著增多；耐力訓練使糖尿病大鼠血清NO濃度增加，降低腓腸肌NOS和NO的水平，改善了糖尿病的代謝紊亂狀態。

關鍵詞：糖尿??；一氧化氮；一氧化氮合酶；耐力訓練

中圖分類號：G804.7文獻標識碼：A文章編號：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

糖尿病是一種常見的代謝內分泌疾病，其患者遍布世界各地，發病率逐年增加。運動療法，有利于控制血糖，緩解糖尿病代謝紊亂癥狀，是目前公認的治療糖尿病的基本方法之一。

NO最初被發現為內皮細胞舒血管因子，是一種自由基性質的氣體，可以降低血管張力，增加器官血流量，促進骨骼肌松弛，增強非特異性免疫功能，介導一系列免疫病理過程如糖尿病、參與神經遞質釋放的調節等，逐漸成為生物醫學和運動醫學領域研究的熱點和前沿^[1]。NO（一氧化氮）和NOS（一氧化氮合酶）在糖尿病發生發展中有重要作用，本研究做一初步探討。

NO的生物合成主要受一氧化氮合酶（NOS）調節。NOS可分為結構型（constitutive NOS, cNOS）和誘導型（inducible NOS）。cNOS依賴于Ca2+和鈣調蛋白激活，主要存在于上皮、腦、血小板、骨骼肌，在細胞生理狀態下即有表達。iNOS的活性不依賴于Ca2+和鈣調蛋白，但卻需要誘導因素的存在，它主要存在于巨噬細胞、平滑肌、腎小管上皮、血管內皮細胞，在病理情況下，當受到內毒素、γ-干擾素、白介素-1等細胞因子刺激時生成大量NO^[1]。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象分組情況

2月齡純種雄性Wister大鼠，體重(195±10)g，購于中科院實驗動物研究所，自由進食普通塊料，飲自來水，自由光照，飼養環境溫度(20±2)℃。將大鼠腹腔注射鏈脲佐菌素，正常飲食24 h后取尾血測試，血漿血糖大于16.67 mmol／L，并且尿糖2～3個“＋”者，判定為糖尿病模型大鼠。隨機分為糖尿病對照組和糖尿病耐力訓練組，每組8只；正常大鼠隨機分為對照組和耐力訓練組，每組8只。訓練組大鼠晚上進行訓練，每次在水池中持續游泳60 min，每周6次，共6周。水深為45～55cm，水溫為（34±2）℃，平均每只大鼠游泳面積為350 cm2以上。

1.2 取樣和測試

最后一次訓練結束后次日晨，將空腹大鼠麻醉后固定四肢及頭部，腹主動脈取血,分離血清,至-20℃冰箱保存。然后迅速取腓腸肌，剔除脂肪組織和筋膜，用冷生理鹽水漂洗、濾紙吸凈表面的水分，用鋁箔包裹，置液氮中迅速冷凍。24 h內分批取出進入相關指標的測試程序。

取大鼠全血20 μL加入到40 μL專用溶血劑中。利用SBA-C生物傳感分析儀，測定大鼠的血糖。血清測定前于冰箱冷藏室中化凍。腓腸肌于冰箱冷藏室中化凍后，用pH7.2磷酸緩沖溶液制成10%勻漿。按照南京建成生物工程研究所NOS測定試劑盒，用比色法測定NOS。按照南京建成生物工程研究所NO測定試劑盒，用硝酸還原酶法測定NO。

1.3 統計處理 所有實驗數據經過計算機統計處理，數據一律以平均值±標準差（M±SD）表示，利用SPSS9.0對所有數據進行顯著性檢驗，顯著性水平為P<0.05和0.01。

2 結 果

2.1 各組大鼠體重的比較

建模前，各組老鼠的體重無顯著性差異。建模3～6周后，正常對照組和正常耐力訓練組大鼠體重逐步增加，糖尿病大鼠體重非常顯著的低于正常對照組（P<0.01），耐力訓練有使糖尿病大鼠體重升高的趨勢(圖1)。

2.2 各組大鼠平均每天食量的比較 建模前，大鼠的食量無顯著性差異。6周后，與第1組大鼠的食量相比，第2組非常顯著地降低7.21%，糖尿病對照組大鼠的食量升高43.05%。與第3組相比，第4組降低38.94%(圖2)。

2.3 各組大鼠空腹血糖水平和糖耐量的比較 糖耐量實驗中，與第1組空腹的血糖水平相比，第2組無顯著性差異，第3組和第4組非常顯著地升高（219.26%，90.79%，P<0.01）。第4組空腹的血糖水平非常顯著地低于第3組（40.24%，P<0.01）。30 min后、60 min后和120 min后的血糖水平，與第1組的血糖水平相比，第2組無顯著性差異，第3組和第4組非常顯著地升高。與第3組相比，第4組非常顯著地降低。糖尿病組糖耐量顯著增高，耐力運動顯著減低糖尿病大鼠的糖耐量(圖3)。

2.4 大鼠血清NOS 與NO的變化

6周運動訓練后血清NOS的變化：與第1組相比，第2組顯著升高（26.13%，P<0.05)，第3組和第4組非常顯著地升高（149.51% 和40.28%，P<0.01）。第4組非常顯著地低于第3組（43.78%，P<0.01)。血清NO的變化：與第1組相比，第2組升高（10.03%，P>0.05)不顯著，第3組和第4組非常顯著地升高（38.91% 和70.04%，P<0.01)。第4組非常顯著地高于第3組（22.41%，P<0.01)(圖4)。

2.5 大鼠腓腸肌NOS 與NO的變化 6周后，與第1組的腓腸肌NOS水平相比，第2組有升高趨勢（12.6%，P>0.05)，第3組非常顯著地升高（52.97%，P<0.01)，第4組顯著地升高（24.97%，P<0.05)。第4組的腓腸肌NOS水平顯著性地低于第3組（18.31%，P<0.05）。與第1組的腓腸肌NO的水平相比，第2組、第3組和第4組非常顯著地升高（43.16%，90.38%和42.82%，P<0.01）。第4組的腓腸肌NO水平非常顯著性地低于第3組（24.98%，P<0.01）(圖5)。

3 討 論

3.1 運動對正常大鼠NOS 與NO的影響

內皮細胞舒血管因子NO，可以降低血管張力，增加器官血流量，為肌肉提供更多的氧氣和營養物質。在骨骼肌中，nNOS正常情況下在I型和II型肌纖維上均有表達。NO可促進骨骼肌松弛，可能是經過cGMP介導的，也可以通過降低骨骼肌肌質網的Ca2+的釋放等，可作為一個放大器促進運動時代謝性血管舒張。一方面，NO促進骨骼肌對葡萄糖的利用，有利于ATP能量產生^{[3，5，6]}；另一方面，在NO濃度較高時，可通過抑制線粒體呼吸減少ATP產生^[6]，可能是運動者的自我保護機制，避免過度訓練。力竭運動引起的iNOS的活性的過度增強，則可能與大強度運動引起的細胞免疫抑制有關。在不同的肌肉，NO對收縮功能的影響變化很大。NO降低許多肌肉的收縮力，如血管肌、子宮平滑肌、鼠膈肌、心肌，但導致鼠腓腸肌收縮力量增加^[2]。

單次運動和多次運動都會導致NO合成增加，NO生成的增加對從事緊張運動的運動員有保護作用，長期運動可以增加機體抗氧化活動，可使機體NO水平提高^[7，8]。孫紅梅發現，大鼠經過8周適宜負荷游泳訓練后, 大鼠心肌和血清中cNOS活性提高,心肌、血清中NO的含量提高，提高心血管系統的功能,可能有利于大鼠心肌超微結構的改善^[9]。劉玉倩發現10周游泳運動后大鼠大鼠血清和腓腸肌NO含量和NOS活性均顯著升高^[10]。

長時間身體有氧鍛煉，可增加高血壓病人和正常受試者的NO的釋放，增加血管內皮和平滑肌細胞NOS活性與上調NOSmRNA的表達，改善內皮依賴性血管舒張^{[4，10，19]}。Jungersten L等的研究發現身體健康與安靜的血漿硝酸鹽水平直接正相關，并且人體安靜狀態下血漿硝酸鹽水平與尿中排出的硝酸鹽量均與受試者最大功率正相關。長期運動訓練增加內皮和骨骼肌產生NO的能力，運動員安靜時血漿硝酸鹽水平和尿硝酸鹽排出量高于普通健康者，^[8]。MaedaS等對8名健康男性受試者進行為期8周的運動訓練(70%V?O2max，1 h/d，3～4 d/周),結果發現,運動訓練后,血清NO含量顯著增加,而血漿ET-1含量顯著下降"當停止訓練后,此效應可以持續4周,在停止訓練8周時,血中NO和ET-1水平逐漸恢復至訓練前水平^[19]。

本研究發現6周運動訓練后，耐力訓練顯著提高大鼠的血清NOS水平和腓腸肌NO水平，血清NO水平和腓腸肌NOS水平有升高的趨勢。其原因可能有如下：1) 機械刺激。運動時全身血流加速和血液粘度增加，對骨骼肌血管壁造成的切應力增加，血管內皮細胞變形，激活內皮細胞表面的機械性感受器，使細胞膜上的Ca2+依賴型K+通道開放,導致細胞內Ca2+增多,Ca2+通過鈣調素激活NOS,使內皮細胞NO分泌增加^{[1，3、4]}。促進骨骼肌血管舒張，血流量增加，使氧運輸量增加。2) 化學刺激。運動訓練中經常有各種各樣的損傷發生，如各種軟組織損傷和細胞損傷等，都會導致組織產生各種炎性反應，生成大量致炎細胞因子。運動時去甲腎上腺素釋放增多，血液中白細胞介素-1、干擾素-C、腫瘤壞死因子等炎性細胞因子大量合成和釋放,這些細胞因子可以促進心肌、血清中iNOS基因的轉錄和表達。^[9，17]。3) 運動訓練使心血管系統L-Arg的跨膜轉運能力增強,使合成NO的前體L-Arg數量增多,從而使NO合成增加。4) 長期運動可以增加機體抗氧化活動，可使機體NO水平保持在高的水平。

在運動中，在骨骼肌細胞內Ca2+濃度升高，激活Ca2+依賴性的I型和II型肌纖維上的cNOS，使NO生成增多。持續的運動鍛煉，可能使NOSmRNA表達上調，增加內皮和骨骼肌產生NO的能力。這也是耐力訓練顯著提高大鼠的腓腸肌NO水平的原因之一。

3.2 糖尿病大鼠的NOS 與NO的變化

浸潤的胰島內部和周圍的淋巴細胞和巨噬細胞釋放的細胞因子特別是白細胞介素-1（IL-1）作為免疫效應分子，引起誘導型一氧化氮合酶（iNOS）表達，促使NO合成增多，導致胰島β細胞變質、變性和壞死，胰島素的分泌排泄和轉運隨之明顯減少，參與糖尿病及其微血管病變等并發癥的發生和發展^[18]。

王旭紅認為，糖尿病時巨噬細胞、腎小球系膜細胞等因iNOS表達而催化合成的NO上升幅度遠遠超過了內皮cNOS受抑制而NO下降幅度。故糖尿病患者血清NO水平并不能反映內皮細胞的真正NO水平，此時內皮細胞內的NO水平仍持續下降^[11]。董鳳芹、李紅等發現，Ⅱ型糖尿病患者正常白蛋白尿組雖然血NO2-+NO3-升高，但血和尿cGMP/ NO2-+NO3-的比值卻已顯著下降，說明雖然其時體內NO的合成增加，但NO的活性卻已受到影響，AGEs及氧自由基等與NO反應的結果使NO無法激活可溶性鳥苷酸環化酶合成 cGMP，但仍以NO2-+NO3-形式作為代謝產物^[14]。

本研究發現，糖尿病對照組大鼠的血清和腓腸肌的NOS和NO水平非常顯著地高于正常對照組。與前人的研究一致，糖尿病早期可能體內NO的穩定性下降，滅活增快，內皮細胞代償性釋放NO增加，NOS表達增多。其原因可能有以下幾種：1) 高糖狀態可使血管內皮細胞產生諸如內皮素1、前列腺素E2、血栓烷B2等縮血管物質，而擴血管的前列環素及前列腺素E_{1>/SUB>則合成減少，從而使血管呈收縮的趨勢；由于代償作用，血管內皮細胞通過自分泌反饋機制刺激舒張血管的物質如NO合成，以對抗血管收縮作用^[11，20]。2) 高糖狀態可引起代謝異常，如線粒體內糖氧化、脂肪氧化、體內糖基化蛋白質的氧化和細胞漿內醛糖還原反應增加，這些反應可生成較多的氧自由基。糖尿病時許多消除氧自由基的酶類的活性出現了異常的改變，使自由基清除減少，較多的自由基加速NO清除，升高的自由基水平也可以通過自分泌反饋機制刺激NO的合成^{[11 14，18、20]}。3) 高血糖還可因其高滲作用使細胞外液量增加，全身毛細血管擴張，血管內皮細胞受到的切應力增大，不僅增加nNOS的活性，還上調nNOS的mRNA表達^[14]。4) 長期高血糖可產生大量糖基化終產物，使NO滅活增加，又血管平滑肌對NO反應減弱，可促使機體發揮代償機制合成大量NO^[20、11]。5) 在糖尿病時可發生氨基酸代謝紊亂，尤其是甲基胍增多，可導致腎臟內NO生成增加和滅活減慢。}

3.3 運動對糖尿病大鼠的NOS和NO水平的影響

炎癥性細胞因子誘導iNOS表達過高可能在糖尿病胰島β細胞破壞中起重要作用，而糖尿病的血管和神經并發癥的發生又與內皮和神經中NO功能不足有關^[20]。因此，抑制iNOS活性﹑促進生理狀態下NO正常功能均有利于糖尿病的治療。JoAnne Manson研究了87 000名受試者的健康和鍛煉數據后發現，與非鍛煉者相比，每星期僅1 d的中等體力活動能顯著的降低發生糖尿病的危險^[12]。

叢琳發現，12周中小強度跑步訓練可通過增加糖尿病大鼠胰島素分泌 ,增強肝臟和骨骼肌細胞膜的胰島素受體結合力,改善糖尿病大鼠的糖代謝紊亂,減輕胰島素抵抗。楊曉冰、吳毅等通過觀察鏈脲佐菌素糖尿病大鼠運動模型實驗發現，6周游泳運動能使大鼠骨骼肌細胞膜葡萄糖轉運蛋白-4(GLUT4)增多，血清胰島素無明顯變化，血糖濃度下降，表明運動能提高葡萄糖利用率、改善胰島素抵抗，這可能是運動訓練主要通過影響胰島素與其受體結合后機制（主要是增加骨骼肌細胞膜對葡萄糖的轉運能力）^[15]。林文路⑾鄭8周運動和補充蘆薈都能有效降低糖尿病大鼠血清、肝臟NO含量和NOS的活性。林樺，王凱等發現，36例老年2型糖尿病患者，在常規相應性降糖藥治療結合適量運動訓練，每周3次，6周后NO較前明顯提高，血脂、血流變部分參數均值明顯下降。說明運動訓練能明顯降低老年2型糖尿病患者的血脂、血粘度,促進NO水平提高,有利于糖尿病治療,NO合成能力提高是其可能的治療機制之一。

本研究發現，6周耐力訓練顯著地降低糖尿病大鼠的血清NOS水平、大鼠的腓腸肌NOS和NO水平，接近正常耐力訓練組。其可能的原因如下：1) 運動引起骨骼肌對葡萄糖的利用增加，胰島素的敏感性增加，使肌肉內的GLUT4、GLUT4 mRNA含量增加，從而使肌肉攝取葡萄糖增加，胰島素受體后作用改善，如己糖激酶、糖原合成酶、琥珀酸脫氫酶、三羧酸循環中的酶活性增強等^[12]，高血糖狀態等代謝異常狀態得到改善。血管內皮細胞受到的切應力變小。2) 運動提高機體的抵抗力，使炎癥因子數量變少，減少iNOS基因的轉錄和表達。3) 氧自由基產生減少，而且運動使消除氧自由基的酶類的活性提高，氧自由基清除增多。4) 運動可以降低糖尿病患者的血糖和糖基血紅蛋白等代謝終產物，使NO滅活減少。

6周耐力訓練顯著地升高糖尿病大鼠的血清NO水平。其可能的原因：運動改善了改善糖尿病大鼠代謝紊亂狀態，促進生理狀態下NO正常功能，取樣在最后一次運動后的次日晨，大約在運動后12 h，此時血漿NO合成仍在升高的水平。有人報道，有高血壓、高血脂肥胖的糖尿病病人3個月中等強度的訓練后血漿硝酸鹽NO3水平在正常受試者的范圍內^[16]。35 d跑步運動訓練增加自發高血壓患者的血漿NO合成，運動后36 h血漿NO合成仍在升高的水平，7 d后血漿NO顯著下降^[13]。

4 結 論

1) 耐力訓練能使正常大鼠的血清NOS、腓腸肌NO活性顯著提高。NO提高器官血流量，增加氧氣和營養物質輸送，與健康的水平相關。

2) 糖尿病使大鼠的血清NOS和NO、腓腸肌NOS和NO代償性釋放非常顯著增多。

3) 耐力訓練使糖尿病大鼠血清NO濃度增加，降低腓腸肌NOS和NO的水平。耐力訓練可以提高人體對胰島素的敏感性，增加葡萄糖的代謝率，改善了糖尿病的代謝紊亂狀態，有利于恢復NO的正?；钚怨δ?。

參考文獻：

［1］ 鐘慈聲，孫安陽.一氧化氮的生物醫學［M］.上海:上海醫科大學出版社，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.運動與骨骼肌內一氧化氮［J］.北京體育大學學報,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］ 孫紅梅.不同運動負荷對大鼠心肌超微結構及一氧化氮與一氧化氮合酶的影響［J］.北京體育大學學報,2008,31(7):936-938.

［10］ 劉玉倩，常彥忠，王海濤，等.運動對大鼠腓腸肌一氧化氮含量和鐵轉運蛋白表達的影響［J］.中國運動醫學雜志,2007(2):185-188.

［11］ 王旭紅.內皮素、一氧化氮與糖尿病腎病發生發展的關系［J］.醫學綜述,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］ 董鳳芹,李紅,等.Ⅱ型糖尿病患者血、尿NO-2+NO-3及環鳥苷—磷酸水平的觀察［J］. 浙江醫學,2000（3）:129-132.

［15］ 楊曉冰，吳毅，李益明，等.運動對糖尿病大鼠骨骼肌葡萄糖運載體4的影響［Ｊ］.中華內分泌代謝雜志，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］ 張靚,黃叔懷.不同運動負荷對大鼠cNOS和iNOS活性的影響及其機理探討［J］.中國運動醫學雜志,2002,21(1):23-26.

［18］ 李紅輝,何濤,等.糖尿病大鼠血清、組織一氧化氮含量的測定及其意義［J］.瀘州醫學院學報,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］ 夏軍,趙文景,等.糖尿病患者血漿內皮素、一氧化氮檢測及相關性研究［J］.中國醫藥學報,1999,4（2）:16-17.