饮食结构变化诱导ＳＤ大鼠肥胖及血压变化的机制
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摘要：目的 了解饮食结构变化对正常大鼠代谢及血压的影响及其可能机制。方法 雄性SpragueDawley(SD)大鼠40只随机分为高脂组和对照组。以脂肪占热卡53%饮食喂养5、10周，观察实验大鼠收缩压、体质量、腹部脂肪量和空腹血糖、血脂及胰岛素水平等代谢指标的变化。结果 高脂组收缩压均高于对照组\[5周组(105.506±4.634)mmHg vs.(100.060±4.773)mmHg, P<0.05；10周组(108.555±3.948)mmHg vs.(101.485±4.223)mmHg, P<0.01\]；高脂组大鼠体质量、腹部脂肪量及代谢指标均明显高于对照组，而胰岛素敏感性降低。多元相关分析显示大鼠收缩压(SBP)随体质量、空腹血糖(FPG)、空腹胰岛素(FINS)、游离脂肪酸(FFA)、甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)等增加而升高；大鼠血FFA与SBP、腹部脂肪占体质量的百分含量(Vfat%)、FINS、FPG、TG等呈正相关，与胰岛素敏感指数(ISI)呈负相关。结论 高脂饮食可导致正常大鼠肥胖、代谢紊乱及血压升高；血游离脂肪酸升高可能为其糖脂代谢紊乱与血压升高的联系点。
关键词：肥胖；血压；胰岛素抵抗；游离脂肪酸
Mechanism of the change of blood pressure in rat model of highfat dietinduced obesity
Wang Xiangling, Ma Aiqun, Tian Hongyan
(Department of Cardiovascular Disease, Beijing Hospital, Beijing 100730; Department of Cardiovascular Disease, First Affiliated Hospital, Medical School of Xian Jiaotong University, Xian 710061, China)
ABSTRACT: Objective To investigate the influence of highfat diet on blood pressure and metabolism in SpragueDawley (SD) rats and its mechanism. Methods Forty male SD rats were randomly divided into 4 groups which were fed with a diet containing 53% calorie as fat(HF) or a normal diet(ND) for 5 or 10 weeks. Systolic blood pressure (SBP), body weight, abdominal adipose tissue, blood lipids, fasting insulin (FINS), and fasting plasma glucose (FPG) were measured after 5 and 10 weeks respectively. Results SBP of HF groups were higher than that of ND groups \[HF5 vs. ND5, (105.506±4.634)mmHg vs. (100.060±4.773)mmHg, P<0.05; HF10 vs. ND10, (108.555±3.948)mmHg vs. (101.485±4.223)mmHg, P<0.01\]. Body weight, free fatty acids(FFA), triglycerides(TG), FPG and FINS increased and insulin sensitivity index(ISI) decreased more significantly in HF groups than that in ND groups (P<0.05). Multivariate correlation analysis revealed that SBP was elevated with the increase of body weight, FPG, FINS, FFA, TG and TC. FFA was positively correlated with SBP, Vfat%, FPG and FINS, but negatively with ISI. Conclusion Highfat diet can induce obesity, metabolic disorder and the elevation of SBP in SD rats. High FFA can decrease insulin sensitivity and it might be the connection between metabolic dysfunction and the blood pressure elevation.
KEY WORDS: obesity; blood pressure; insulin resistance; free fatty acids
随着生活水平的提高，肥胖已成为我国最常见的疾病之一，是高血压、冠心病、脑中风等心脑血管疾病及糖尿病发病的独立危险因素，严重威胁着人们的健康。大量研究表明肥胖与高血压的发生关系密切。Framingham心脏研究显示78%男性原发性高血压患者和65%女性原发性高血压患者的高血压与肥胖有关\[1\]，但二者的具体关系尚不十分清楚。本研究通过观察高脂饮食诱导肥胖大鼠血压及代谢状态的变化，了解饮食诱导肥胖大鼠模型血压与代谢状况的关系及发生机制。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验动物 健康雄性SD大鼠40只，体质量170-210g，购于西安交通大学医学院实验动物中心。
1.1.2 饲料 ①正常饲料；②高脂饲料\[2\]：其脂肪供能占53%(主要为饱和脂肪酸)。均由西安交通大学医学院实验动物中心提供。
1.1.3 主要仪器及试剂 无创性RBP1型鼠尾血压计(北京中日友好医院)，乐康全2血糖检测仪及试纸(罗氏诊断有限公司)，胰岛素放免检测试剂盒(北京北方生物技术公司)，NEFA检测试剂盒(南京建成生物技术公司)，甘油三酯液体试剂盒、胆固醇液体试剂盒(上海长征康仁医学科学有限公司)。
1.2 实验方法 按体质量随机分为高脂5、10周组(HF5、HF10)及对照5、10周组(ND5、ND10)，分别给予脂肪占33.6%的高脂饲料和正常饲料喂养5、10周，自由摄食及饮水。动态观察各组体质量，第5、10周收缩压(systolic blood pressure, SBP)、腹部脂肪(肾周、附睾旁、肠系膜脂肪垫)及空腹血糖(fasting plasma glucose, FPG)、胰岛素(fasting insulin, FINS)、血游离脂肪酸(free fatty acid, FFA)、甘油三酯(triglycerides, TG)和总胆固醇(total cholesterol, TC)的变化。
1.3 统计学处理 所有数据均以均数±标准差表示，采用SPSS10.0软件进行统计分析，以双侧P<0.05作为显著性检验水平。
2 结果
2.1 高脂饮食对正常大鼠体质量的影响及肥胖模型的建立
2.1.1 高脂组与对照组的摄食情况 表1显示高脂组较对照组摄食总量减少约(38.87±20.61)%，但两组的每日热量摄入无差异。
表1 高脂组与对照组摄食量的比较(略)
Table 1 Food and energy intake in HF and ND groups
2.1.2 体质量的变化 第1周末高脂组体质量明显低于正常组\[(195.70±22.70)g vs. (218.60±13.06)g，P<0.05\]；第2-7周高脂组与正常组的体质量无明显差别(P>0.05)；但高脂组第5周的体质量增加量显著高于正常组\[(24.70±9.06)g vs.(8.10±13.96)g，P<0.01\]；自第8周末起，高脂组体质量明显增加，两组体质量在第8、9、10周末均有明显差异(P<0.05)；第10周时高脂组的体质量为正常组的1.59倍(图1)。
图1 高脂饮食对SD大鼠体质量的影响(略)
Fig.1 The influence of highfat diet on body weight of SD rats
2.1.3 体脂的变化 表2显示高脂组附睾旁脂肪、肠系膜脂肪、肾周脂肪、腹部脂肪总重及腹部脂肪占体重的百分含量(Vfat%)均显著高于对照组(P<0.01)，而对照组5周与10周间无差异(P>0.05)。此外HF10组的附睾旁脂肪(P<0.05)、肠系膜脂肪(P<0.05)、肾周脂肪(P<0.01)、腹部脂肪总重(P<0.01)也明显高于HF5组。说明高脂饮食使正常大鼠腹部脂肪含量明显增加，随着喂养时间的延长，作用日益明显。
2.1.4 肥胖大鼠的判断 以体质量增加量大于对照组体质量增加量均数加1倍标准差的标准判断，HF10组中有9只为肥胖倾向大鼠(obesity prone, OP)\[3\]。与以往研究\[2,4\]发现高脂饮食可使约50%正常大鼠发生肥胖(即OP大鼠)的结果不相符。这可能与各研究的饲料脂肪含量或供能不统一\[(从10%-30%(质量)或30%-60%(供能)不等\]、大鼠的种属及个体差异等因素有关。
表2 高脂饮食对SD大鼠体脂的影响(略)
Table 2 The influence of highfat diet on abdominal adipose tissue in SD rats
2.2 高脂饮食对正常大鼠血压及代谢的影响
2.2.1 高脂饮食对正常大鼠血压的影响 图2显示高脂5、10周组SBP均高于相应的对照组(P<0.05，P<0.01)。
图2 高脂饮食对SD大鼠血压的影响(略)
Fig.2 The influence of highfat diet on systolic blood pressure in SD rats *P<0.05 vs. ND5, **P<0.01 vs. ND10
2.2.2 高脂饮食对正常大鼠代谢情况的影响 HF5组的FPG(P<0.05)、FINS (P<0.05)、空腹血FFA (P<0.05)、TG(P<0.01)均明显高于ND5组，而ISI(P<0.05)则显著低于ND5组。TC虽有所升高，但两组间无显著性差异(P>0.05)。HF10组的FPG(P<0.01)、FINS(P<0.01)、空腹血FFA(P<0.01)、TG(P<0.01)、TC(P<0.05)均明显高于ND10组，ISI(P<0.05)也显著低于ND10组(表3)。以上结果显示高脂饮食在诱导正常大鼠发生肥胖的同时，还导致血压升高、胰岛素敏感性降低、空腹胰岛素升高和血脂紊乱等代谢异常，诱发正常大鼠产生代谢综合征，该作用随喂养时间的延长有所加重。
2.3 相关及回归分析 大鼠SBP随体质量(r=0.398，P<0.05)、Vfat%(r=0.557，P<0.01 )、FPG(r=0.481，P<0.01)、FINS(r=0.484，P<0.01)、FFA(r=0.521，P<0.01)、TG(r=0.541，P< 0.01)、TC(r=0.352，P<0.05)等增加而升高，随ISI(r=-0.548，P<0.01)降低而升高。大鼠胰岛素敏感性指数(ISI)与体质量、SBP、Vfat%、空腹FFA、TG、TC均呈负相关；大鼠血FFA与SBP(r=0.521，P<0.01)、Vfat%(r=0.461,P<0.05)、FINS(r=0.520,P<0.01)、FPG(r=0.491, P<0.01)、TG(r= 0.636,P<0.01)等呈显著正相关，与ISI(r= -0.610，P<0.001)呈强负相关，与体质量无明显相关关系。
多元逐步回归分析显示SBP与Vfat%存在依存关系(SBP=97.953+1.913×Vfat%，R2=0.314，F=17.462，P<0.001)；ISI及空腹血FFA均与TG存在依存关系(ISI=-3.396-0.916×TG，R2=0.674，P<0.01；FFA= 146.400+359.703×TG，R2=0.405，P=0.001)。
表3 高脂组与对照组代谢指标的比较(略)
Table 3 Compare of metabolic index in HF and ND groups
表4 大鼠体质量、血压及代谢指标的多元相关分析(略)
Table 4 Multivariate correlation analysis of body weight, SBP and metabolic index
3 讨论
临床研究及流行病调查发现肥胖、超重者常伴有血压升高及胰岛素抵抗。胰岛素抵抗与肥胖高血压的发生关系密切。临床上将中心性肥胖、糖脂代谢异常、胰岛素抵抗、高胰岛素血症、高血压、凝血机制异常、高尿酸血症、微量蛋白尿、脑血管意外等现象统称为胰岛素抵抗综合征，其发生机制不清。目前许多研究表明FFA升高是导致肥胖个体发生胰岛素抵抗的主要非激素物质之一\[5\]。
本研究发现高脂饮食不仅可诱导正常大鼠发生肥胖，还使正常大鼠收缩压升高，产生胰岛素敏感性减低、空腹血胰岛素水平升高、糖代谢异常、血甘油三酯、FFA及总胆固醇升高等一系列代谢异常，与国内外多项研究的结果一致\[45\]。
多元相关分析显示胰岛素敏感性指数ISI与体质量、Vfat%、空腹FFA、TG、TC等呈负相关，多元逐步回归分析显示ISI及空腹血FFA均与TG存在依存关系。可见胰岛素敏感性指数与代谢因素特别是血脂代谢密切相关，血脂代谢紊乱对于机体胰岛素敏感性的降低可能起重要作用。
本实验多元相关分析显示大鼠血FFA与SBP、Vfat%、FINS、FPG、TG等呈显著正相关，与ISI呈强负相关，与体质量则无明显相关关系。说明血FFA不仅是糖、脂代谢紊乱、胰岛素抵抗的中心环节，还是肥胖高血压的关键联系点。
肥胖，特别是腹部脂肪的增加(表现为脂肪细胞体积增大和数目增多)，使脂肪细胞激素敏感性脂酶活性增强，脂解作用增强，造成血游离脂肪酸水平升高。升高的FFA可通过代谢底物竞争、干扰细胞信号传导\[6\]、影响膜及膜受体功能\[7\]、氧化应激等造成肝脏糖异生增强，骨骼肌糖摄取及利用受抑等机制造成胰岛素抵抗和空腹胰岛素水平升高，促进肝脏合成、释放富含TG的Lipo(a)及vLDL，降低骨骼肌和脂肪组织中的脂蛋白脂酶活性，使甘油三酯增加，形成高甘油三酯血症和骨骼肌内的脂质沉积，造成糖脂代谢紊乱\[8\]；升高的FFA可能通过上述作用影响内皮细胞收缩舒张功能，影响RAS系统的激活和离子转运功能等\[9\]使血压升高。
研究还表明脂肪细胞为体内一重要的内分泌器官\[10\]。肥胖可能造成脂肪细胞因子如leptin、TNFα、ASP(acetylation stimulating protein)、CETP(cholesterol ester transfer protein)、PAI1 (plasminogen activator inhibitor1)等分泌增多，以自分泌或内分泌的形式影响机体能量代谢状态及许多生理情况下的血流调节。如脂源性TNFα的增加被认为是诱导机体发生胰岛素抵抗的重要因素之一\[11\]。
本研究结果还显示高脂组大鼠第5周的体质量增加量已明显高于对照组，但测量发现高脂组饮食摄入量未出现明显增加，两组的能量摄入也无显著性差异。说明高脂饮食并非是通过摄食增加而诱导SD大鼠发生肥胖的，膳食不平衡或营养成分比例不当可能是诱发机体肥胖的主要原因。
实验结果证明后天环境因素如饮食结构异常在胰岛素抵抗综合征的发生中起了重要的作用。高脂饮食不仅可诱导机体发生肥胖，还可造成机体血压的升高和胰岛素抵抗，特别是收缩压水平，与血游离脂肪酸、血甘油三酯等脂质代谢及腹部脂肪百分含量密切相关。提示游离脂肪酸作为体内脂肪代谢的关键物质，与肥胖伴高血压的发生关系密切，而调整饮食结构、降低体质量对于预防代谢综合征的发生具有重要意义。
参考文献：
\[1\]Sytkowski PA, DAgostino RB, Belanger AJ, et al. Secular trends in longterm sustained hypertension, longterm treatment, and cardiovascular mortality: The Framingham Heart Study 1950 to 1990 \[J\]. Circulation, 1996,93(4):697703.
\[2\]Wilde DW, Massey KD, Walker GK, et al. Highfat diet elevates blood pressure and cerebrovascular muscle Ca2+ current \[J\]. Hypertension, 2000, 35(3):832837.
\[3\]Levin BE, Triscari J, Sullivan AC. Metabolic features of dietinduced obesity without hyperphagia in young rats \[J\]. Am J Physiol, 1986, 251(3 Pt 2):R433440.
\[4\]Roberts CK, Vaziri ND, Liang KH, et al. Reversibility of chronic experimental syndrome X by diet modification \[J\]. Hypertension, 2001,37(5):13231328.
\[5\]Barnard RJ, Roberts CK, Varon SM, et al. Dietinduced insulin resistance precedes other aspects of the metabolic syndrome \[J\]. J Appl Physiol, 1998, 84(4):13111315.
\[6\]潘时中. 胰岛素抵抗综合征的处理 \[J\]. 高血压杂志, 2000, 8(2):184190.
\[7\]郭启煜, 高妍, 从琳. 游离脂肪酸对大鼠骨骼肌细胞葡萄糖转运体蛋白4和胰岛素信号蛋白的影响 \[J\]. 中华医学杂志, 2001, 81(14):866867.
\[8\]Kelley DE, Goodpaster BH. Skeletal muscle triglyceride. An aspect of regional adiposity and insulin resistance \[J\]. Diabetes Care, 2001, 24(5):933941.
\[9\]Dorbrian AD, Davies MJ, Prewitt RL, et al. Development of hypertension in a rat model of dietinduced obesity \[J\]. Hypertension, 2000, 35(4):10091015.
\[10\]MohamedAli V, Pinkney JH, Coppack SW. Adipose tissue as an endocrine and paracrine organ \[J\]. Int J Obes Relat Metab Disord, 1998, 22(12):11451158.
\[11\]Ryden M, Dicker A, van Harmelen V, et al. Mapping of early signaling events in tumor necrosis factoralphamediated lipolysis in human fat cells \[J\]. J Biol Chem, 2002, 277(2):10851091.
(编辑 邱 芬)
作者简介： 王翔凌(1977)，女(汉族)，心血管内科学硕士. Email: wangx177@hotmail.com
(卫生部北京医院心血管内科，北京 100730；西安交通大学医学院第一附属医院心血管内科，陕西西安 710061)
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