糖尿病大鼠骨骼肌山梨糖醇含量和胰岛素治疗和耐力运动训练

文摘

山梨糖醇积累是假定扮演一个角色在骨骼肌功能障碍与糖尿病有关。本研究的目的是确定的影响胰岛素和耐力运动对骨骼肌山梨糖醇水平在糖尿病大鼠体外实验。老鼠被分配到5个实验小组(久坐不动的控制,控制运动,糖尿病久坐,糖尿病运动,糖尿病久坐不分泌胰岛素)。糖尿病大鼠接受每日皮下胰岛素。exercise-trained老鼠在跑步机上跑(1小时,5 x /周、12周)。骨骼肌山梨糖醇含量最高的糖尿病久坐不分泌胰岛素组。糖尿病久坐不动的老鼠接受胰岛素水平类似的山梨糖醇控制久坐不动的老鼠。耐力运动并没有显着影响的山梨糖醇的水平。这些结果表明,胰岛素治疗可以降低骨骼肌山梨糖醇;因此山梨糖醇积累可能是治疗糖尿病与肌肉功能障碍来个人。 Endurance exercise did not influence intramuscular sorbitol values as strongly as insulin.

1。介绍

糖尿病(DM)是一种内分泌疾病的特点是高血糖和与血管和神经系统并发症。常见的糖尿病管理的组件包括胰岛素和体育锻炼。显著减少肌肉力量是长期1型DM患者中观察到严重的远端运动神经病变(起主要作用1]。然而,神经病变并不能解释的总强度的下降,表明其他机制必须参与。假设这样一个机制来提高通量的葡萄糖通过多元醇通路,山梨糖醇的合成积累,降低了ATP生产(2]。

在实验性糖尿病重要的改变在骨骼肌的收缩特性中描述(3- - - - - -5),增加肌肉的山梨糖醇(2]。有趣的是,当山梨糖醇的形成是被给予的醛糖还原酶抑制剂(ARI)链脲霉素(STZ)诱导的糖尿病大鼠,骨骼肌山梨糖醇含量降低,和肌肉收缩性能显著提高(2]。因此,山梨糖醇代谢可能有助于改变骨骼肌的力量却降低了长期DM患者。

胰岛素减少细胞内由偏离山梨糖醇葡萄糖从多元醇通路通过nonpolyol代谢途径和代谢。修改引起的葡萄糖代谢的耐力运动训练有潜力在糖尿病个体影响山梨糖醇的浓度。例如,耐力运动训练增加己糖激酶的合成和活动二世(6,7),增加骨骼肌细胞的能力使葡萄糖磷酸化与后续通过糖酵解代谢。这些培训与代谢适应应该增加葡萄糖利用率和减少细胞内葡萄糖水平,从而减少通过多元醇葡萄糖代谢途径。

本研究的主要目的是确定在STZ-induced糖尿病胰岛素治疗对骨骼肌的影响山梨糖醇值。我们的目标是模拟临床设置的条件下观察STZ-induced糖尿病大鼠注射胰岛素。我们假设政府将显著减少胰岛素山梨糖醇积累在骨骼肌。第二个目的是确定耐力运动训练的好处在STZ-induced糖尿病骨骼肌山梨糖醇积累。我们假设锻炼也会大大减少骨骼肌的山梨糖醇积累。

2。方法

2.1。动物保健和糖尿病感应

明尼苏达大学的制度动物保健和使用委员会批准了实验过程,并根据国家卫生研究院实验动物保健原则出版物随访。39岁男性Sprague-Dawley老鼠(查尔斯河,威明顿,MA)被用于这项研究。他们住在一个光(12小时光:暗周期)和温度()控制动物设施。食物和水都可以随意。为了确定胰岛素的影响,动物被随机分成三组:久坐不动的(CS)的控制,糖尿病久坐不动的(DS)和糖尿病久坐没有胰岛素治疗(DSNI)。为了评估的影响耐力运动的动物被随机分配到四组之一:CS, DS,控制运动(CE)和糖尿病运动(反)。在这部分研究中,我们的目标是模拟中观察到的条件给予胰岛素对糖尿病大鼠的临床设置。

糖尿病诱发了静脉注射链脲霉素管理局(σ,圣路易斯,密苏里州),60毫克/公斤的体重,生理盐水。控制老鼠注射生理盐水。糖尿病是证实如果血清葡萄糖浓度至少250 mg / dl连续两天,与葡萄糖测试开始第二天post-STZ管理。之后,在糖尿病动物血清葡萄糖测定三次每周下列12周采用葡萄糖氧化酶法(葡萄糖分析器II,贝克曼仪器,帕洛阿尔托,CA)。皮下一组胰岛素(中性鱼精蛋白Hagedorn)日常管理糖尿病老鼠开始晚上的活跃阶段,根据滑动规模基于血清葡萄糖水平。胰岛素给模拟病人的临床情况,并防止严重的代谢并发症,但不提供严格的血糖控制。在糖尿病大鼠不接受胰岛素,血糖值mg / dl,那些接受胰岛素的意思是血糖久坐不动的集团和mg / dlmg / dl练习组(表1)。

2.2。耐力运动训练计划

老鼠在跑步机上锻炼组分配给跑五次每周60分钟,15米/分钟的速度开始,并逐步增加速度每两周2到3米/分钟的速度27 m / min (8,9]。年级对整个培训期间维持在10%。为了避免在培训在过去六周的实验时间,速度和日常锻炼的持续时间发作被从他们的预定强度降低5米/分钟和10分钟,分别在每隔一天。

评估培训状态,血乳酸测定在为期12周的培训。血乳酸测定使用YSI乳酸分析仪(YSI 2300 STAT +。黄温泉,哦)。血液样本(20L成heparinzed微细管从尾静脉管)收集之前和之后十分钟跑步机跑步布特20米/分钟的速度和10%品位。样本存储在特里同X和氟化钠,直到测量。之间的差异和运动后血乳酸值确定。血液提取过程花了6到8秒之间执行;因此血乳酸值接近实际值在运动。

评估肌肉细胞的有氧能力与不同骨骼肌肌球蛋白重链亚型(纤维类型),柠檬酸合成酶活性决定在白色(表面区域)和红色(深侧区域)腓肠肌肌肉从同一动物使用Srere p . a .[描述的方法10]。

2.3。肌肉准备

exercise-trained动物被杀后四到六天他们最后一轮的运行。之所以选择这个时机,避免急性最后一轮运动的影响。12周结束时,所有组的老鼠深深与戊巴比妥钠麻醉(50毫克/公斤体重i.p)。伸肌digitorun长肌(EDL)和比目鱼肌(SOL)肌肉切除,称重,在液态氮冷冻,存储在直到山梨糖醇的决心。

2.4。山梨糖醇的提取和检测过程

每一块肌肉是切成小块,在液态氮的存在,直到有一个粉的外观。驱动肌肉的重量决定,之后1毫升的冰冷的0.5米高氯酸添加和样本用破坏组织。用肌肉离心5分钟去除沉淀。得到的上层清液中和通过添加解决方案包含的一部分tri-n-octylamine和三个部分1,1,2-trichlorotrifluoroethane。解决方案被漩涡45秒,然后在7000转离心5分钟。上层是恢复和调整pH值7.0和2 M三基地,和样品被蒸发干燥Speed-Vac集中和存储直到山梨糖醇的决心。

干中和肌肉提取于75年重新溶解L的水和10L整除的样品连同山梨糖醇标准添加到96板。山梨糖醇脱氢酶反应是开始通过增加每10包含20 L反应的混合克/L山梨糖醇脱氢酶2毫米的NAD 50 mM glycine-NaOH缓冲pH值9.7。与山梨糖醇脱氢酶孵化后在室温下30分钟,100年包含65 L的一个解决方案10 g / mL硫辛酰胺脱氢酶黄素单核苷酸,20刃天青在50 mM glycine-NaOH, pH值9.7添加和荧光(排放在590 nm,激发544海里)决定在BMG Fluorstar星系荧光板读者一段一个小时。这种方法极其敏感,足以确定山梨糖醇含量介于10到750之间摩尔每板的读者。山梨糖醇是表达内容摩尔/毫克的湿肌肉重量。

2.5。统计分析

描述性统计分析包括均值和SEM。单向方差分析是用来确定血乳酸值的差异,如果一个重要的整体以及获得图基HSD事后分析来确定组之间的差异。柠檬酸合成酶数据,有糖尿病和非糖尿病的老鼠之间没有显著差异。因此,数据池和一个独立的以及进行锻炼和老鼠之间的久坐不动的条件白色和红色腓肠肌肌肉。

山梨糖醇的数据反伊斯兰教英国防御联盟和索尔的肌肉被日志标准化转换和数据用于统计分析。然而,对于与现有文献相比,山梨糖醇值摩尔/ mg湿肌肉重量报告。确定的影响胰岛素在EDL山梨糖醇积累和索尔肌肉进行一维方差分析包括只有DSNI, DS, CS组。确定影响耐力运动训练的山梨糖醇含量对反伊斯兰教英国防御联盟和索尔的肌肉进行一维方差分析以下组之间DS,德,CS, CE为每个肌肉类型。当一个重要的以及获得,图基HSD进行事后分析。统计学意义在。所有统计分析使用统计软件SPSS 15.0(美国SPSS Inc .,芝加哥,IL)。

3所示。结果

3.1。一般特征

表1总结了血糖的数据,每日胰岛素管理、体重,和肌肉重量。血糖值和不使用胰岛素治疗糖尿病大鼠明显高于在CS和CE老鼠()。血糖值没有显著不同DSNI和另外两个糖尿病组接受胰岛素(DS,德,)。大大减少胰岛素使用的老鼠比DS老鼠()。体重显著低于DSNI老鼠相比其他实验组()。

肌肉重量的反伊斯兰教英国防御联盟和索尔DSNI组低72%比其他组()。肌肉重量为反伊斯兰教英国防御联盟和索尔CS之间没有显著差异,CE, DS, DE组。

3.2。训练诱导适应性

12周的耐力运动训练后,平均差血乳酸值之间的静息状态和postacute运动状态显著降低老鼠会比久坐不动的老鼠(图1(一),)。显著增加28%柠檬酸合成酶白色腓肠肌肌肉的活动(IIB型纤维组成的)而不是红色的腓肠肌运动训练大鼠观察(图1 (b);)。

3.3。胰岛素对肌肉山梨糖醇的影响值

山梨糖醇在糖尿病大鼠不接受胰岛素水平高于其他实验(图组2)。增加的大小在EDL和索尔3折。山梨糖醇值没有显著不同c和d大鼠反伊斯兰教英国防御联盟和索尔。

3.4。耐力运动训练对肌肉山梨糖醇的影响值

在这项研究中,耐力训练在糖尿病大鼠没有降低山梨醇水平,意义是获得在预定的程度. 05的价值。然而,图3显示了一个趋势,耐力训练可能与减少联盟和索尔(山梨糖醇含量)。

4所示。讨论

4.1。主要发现

本研究显示胰岛素和耐力运动训练对山梨糖醇含量的影响在糖尿病大鼠骨骼肌。我们提供的证据表明,胰岛素对糖尿病大鼠的管理能充分降低山梨醇含量值观察控制老鼠。治疗糖尿病大鼠,此外,在来耐力运动训练显示趋势添加山梨糖醇降低胰岛素的影响虽然不是预选的统计显著性水平()。

4.2。胰岛素在肌肉山梨糖醇积累的影响

正如所料,STZ-induced糖尿病增加了山梨糖醇浓度在EDL和索尔的肌肉。这个高度明显降低胰岛素。政府的胰岛素剂量,并非旨在恢复血糖正常水平,但在预防严重的代谢并发症,足以降低糖尿病大鼠肌肉山梨糖醇值值观察到非糖尿病的控制。胰岛素最有可能发挥其sorbitol-lowering效果增加己糖激酶的活性二世,胰岛素依赖型酶(11]。二己糖激酶活性的增加可能增加葡萄糖的穿梭通过糖酵解和糖原存储路径而不是通过多元醇通路。评估己糖激酶二世活动在同一个实验范式需要测试该假设。

糖尿病患者有肌肉损伤,但潜在的机制仍然未知。假设潜在的机制来解释这个障碍包括:糖尿病患者运动神经病变(12,13),糖化收缩蛋白(14,15),和积累的山梨糖醇(5,14,16- - - - - -19]。障碍在肌肉收缩参数观察noninsulin治疗糖尿病大鼠(2,4,5治疗糖尿病大鼠[],以及来20.]。本研究的结果表明,山梨糖醇积累并不是导致观察到的肌肉功能障碍时胰岛素是糖尿病大鼠的管理。

4.3。耐力运动训练对肌肉的影响山梨糖醇积累

耐力运动训练可以降低山梨糖醇值两块肌肉在这项研究中(EDL和SOL)调查。负责降低山梨醇的机制可能是相关的急性和长期运动对葡萄糖代谢的影响。柠檬酸合成酶活性的增加和降低血乳酸值endurance-trained老鼠的证据表明代谢适应发生二次耐力训练协议。这样的改编之前被描述包括二己糖激酶活性的增加可能把葡萄糖从多元醇通路(6,21,22]。如前所述,还需要进一步的研究来梳理己糖激酶二世和多元醇通路的特定角色。

4.4。其他可能的生化机制,肌肉功能障碍与多元醇通路有关

在当前的研究结果表明,山梨糖醇积累似乎没有负责的功能改变观察糖尿病老鼠的肌肉。另一种解释可能是,多元醇通路诱导的氧化还原状态变化肌肉,增加有害的氧化应激(23- - - - - -25]。因此,高细胞内山梨糖醇浓度可能是一个生物标志物的替代机制,还有待阐明5,26]。

4.5。限制和影响

老鼠在这项研究中丧生four-six天后他们最后一轮的锻炼。这时间可能影响研究结果,因为急性运动对葡萄糖吸收和代谢的影响持续最多40个小时(27,28]。我们怀疑的影响耐力运动训练对降低肌肉山梨糖醇水平可能是更大的大小如果肌肉解剖近在最后一轮的锻炼时间。因此,我们可能错过了一个瞬态统计上的显著差异在山梨糖醇值反伊斯兰教英国防御联盟和索尔肌肉的耐力运动训练大鼠相比,久坐不动的组。

总之,我们已经确定,胰岛素治疗的糖尿病大鼠显著减少骨骼肌山梨糖醇浓度。Moderate-to-high强度耐力运动训练可能会进一步降低山梨醇积聚,但结果是不确凿。因此,这项研究的结果似乎表明,山梨糖醇积累很可能与糖尿病骨骼肌功能障碍来。

确认

作者感谢莉莉绮,保罗•斯科特和克里斯•奥斯特罗姆的技术援助山梨糖醇的决心。他们也感谢克里斯托弗·p·长老对他有用的评论在这个手稿的讨论,以及明尼苏达大学糖尿病研究所。这项研究的部分资金由赠款从衰老中心和中心肌肉和肌肉疾病明尼苏达大学。提供的博士奖学金是奥连特大学,目前委内瑞拉。

引用

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