Roux-en-Y胃旁路术对糖尿病大鼠行为及能量代谢的影响

张 鹏，王月倩，曹 婷，梁永俊，张忠涛，章 雄，乔正东

(1.首都医科大学附属北京友谊医院普外科中心减重与代谢外科，北京，100050；2.复旦大学附属浦东医院医学科研与创新中心)

由于基因易感性、不健康的生活方式、不断变化的环境等，2型糖尿病(type 2 diabetes，T2D)的患病率在全世界迅速上升。据统计，T2D目前已成为世界上主要的慢性非传染性疾病之一，仍缺乏有效的治疗方式[1-2]。传统治疗方法包括降糖药、运动疗法、饮食控制、胰岛素注射等，均侧重于控制血糖、延缓T2D及其并发症的进展，并不能逆转疾病进程。最后，患者仍会死于糖尿病相关并发症，如心血管疾病、脑血管疾病、糖尿病肾病等[3]。与传统医疗方法相比，减重与代谢减肥手术已被证实是T2D的潜在有效的治疗方法[4-7]。研究表明[8-9]，Roux-en-Y胃旁路术(Roux-en-Y gastric bypass，RYGB)能快速、有效地控制血糖，并对肥胖型T2D患者的糖尿病相关并发症产生有利影响。RYGB是减重与代谢外科的主要手术方式之一，主要造成两个解剖学改变：于胃食管交界处形成一个小胃囊(不大于30 mL)，从而降低胃容量；建立胆胰肠襻与Roux肠襻，与小胃囊进行Roux-en-Y式吻合。术后近端小肠被旁路旷置，食物由食管进入小胃囊，然后直接进入空肠中段，导致食物摄入与吸收减少[10]。尽管RYGB在T2D的临床缓解方面显示出积极结果，但其潜在的机制尚不完全清楚。大多数研究认为[11-14]，RYGB治疗T2D的作用机制是术后热量摄入减少与肠道激素改变的综合结果。最近的临床研究也表明，T2D患者在接受RYGB术后进食行为与食物偏好发生了变化[15-20]，这提示术后某些生理行为的改变可能与T2D的缓解有关。通常，术后患者的心理与生理状态、应激水平的变化会对机体的能量代谢、激素分泌造成影响，进而影响手术结果。本研究中，我们对非肥胖Goto-Kakizaki(GK)大鼠(自发性T2D动物模型)施行RYGB，以评估RYGB对个体行为模式与能量代谢的影响。

1 资料与方法

1.1 实验动物 本研究获得复旦大学附属浦东医院动物福利委员会的批准，共纳入10只8周龄雄性非肥胖糖尿病GK大鼠、5只正常雄性Wistar大鼠。单笼饲养，并对饲养环境进行环境控制，昼夜交替12 h，相对湿度为40%～70%，温度为21～25℃，以适应实验室环境。大鼠适应新环境2周后，按手术方式随机分为两组，RYGB组(行RYGB，n=5)与Sham组(行假手术，n=5)，另外将年龄匹配的正常Wistar大鼠作为正常对照(对照组，n=5)，不进行任何手术。

1.2 手术方法 动物禁食16 h后，腹腔注射3%戊巴比妥钠，剂量为60 mg/kg，以诱导全身麻醉。腹部正中做5～6 cm垂直切口，辨识Treitz韧带后，于远端15 cm处横断空肠，近段为胆胰肠襻，断端以远空肠15 cm处做6 mm纵行切口，与胆胰肠襻进行端侧吻合，并形成15 cm的Roux肠襻。于胃-食管交接处下方约3 mm处弧形切割胃小弯侧，形成小胃囊，将旷置胃切缘进行连续缝合关闭，并将小胃囊切口与Roux肠襻近端以间断缝合的方式进行吻合。给予Sham组动物相同的麻醉方式、腹部切口与小肠横断，然后重新原位对接缝合，不改变解剖结构。术后大鼠均在恒温笼中取暖，术后第1天取出手术动物的食物。术后第2天，再次补充1 g正常配方饲料、5%葡萄糖溶液。从术后第3天开始，大鼠均喂食正常配方饲料。5只年龄匹配的Wistar大鼠作为正常的非糖尿病对照组，不接受任何手术治疗，但饮食方式与手术动物一致。

1.3 体重与空腹血糖(fasting plasma glucose，FPG)的测定 动物的体重通常于禁食6 h后用电子秤测量，并于术前及术后2周、4周用手持式血糖仪测定尾静脉血中的血糖。

1.4 活动行为与代谢参数的测量 术后3周，应用TSE PhenoMaster/LabMaster代谢监测系统监测各组动物的活动行为与全身代谢。监测数据记录前，动物均被单独放置在TSE系统的代谢笼中进行24 h的环境适应。动物适应测试环境后，系统开始记录与计算参数：(1)主动活动参数，包括行走活动与精细活动量；(2)饮水与进食行为参数，包括饮水量与摄食量；(3)机体代谢参数，包括耗氧量、产热量。行走活动指身体活动，如行走、跑步，通过在代谢笼内较低水平X-Y轴平面的任意两个不同X或Y光束的间断来计算；精细活动是指身体未移动情况下的活动，通过在代谢笼内X-Y轴平面一束光连续两次中断计算得出(图1)。水与食物消耗量直接由TSE PhenoMaster/LabMaster监控系统记录。耗氧量不仅反映了对能量消耗的精确测定，而且反映了对运动所造成的整体生理应激的测量，身体产生的热量与代谢率成正比。

图1 通过代谢笼内的传感器进行运动测量。在X-Y轴平面，传感器的任何两个不同X或Y光束的中断被记录为步行移动，而连续两个单一光束的中断被记录为精细运动

1.5 统计学处理 采用SPSS 22.0软件进行数据分析，连续数值以均值±标准误表示。采用双向方差分析与Bonferroni检验进行多重比较，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 体重与FPG RYGB组与Sham组术前大鼠体重差异无统计学意义，术后第2周、第4周，RYGB组低于Sham组(P<0.0001)，见图2A。术前，RYGB组与Sham组FPG均高于对照组，RYGB组大鼠于术后2周、4周，血糖均显著降低，恢复至正常对照组水平，并低于Sham组(P<0.001)，见图2B。

图2 各组大鼠术前及术后2周、4周的体重与FPG。***P<0.001；***P<0.0001(与假手术组比较)

2.2 步行活动与精细活动 术后3周，应用TSE代谢监测系统监测各组动物的步行活动与精细活动。由于大鼠为夜间活动的动物，因此，RYGB组、Sham组与对照组动物夜间步行活动、精细活动均多于白天。在白天，RYGB组与Sham组的步行活动、精细活动差异无统计学意义，但在夜间，RYGB组动物的步行活动、精细活动均少于Sham组(P<0.05)。见图3。

图3 术后3周各组大鼠的步行活动(A)与精细活动(B)。*P<0.05 vs.Sham组

2.3 饮水量与摄食量 术后3周，3组动物日间的饮水量与摄食量差异均无统计学意义(图4A)，但RYGB组动物夜间摄食量显著少于Sham组(P<0.001)，夜间饮水量亦少于Sham组(P<0.001)，见图4B。

图4 术后3周各组大鼠的进食量与饮水量。***P<0.001 vs.Sham组

2.4 耗氧量与产热量 3组动物在夜间的耗氧量与产热量均高于白天，与Sham组相比，RYGB组日间耗氧量(P<0.05)、日间产热量(P<0.01)、夜间耗氧量(P<0.001)、夜间产热量(P<0.05)均增高，表明RYGB组的机体代谢率与应激水平均高于Sham组。见图5。

图5 术后3周各组大鼠的耗氧量(A)与产热量(B)。*P<0.05，***P<0.001 vs.Sham组

3 讨 论

本研究观察了非肥胖T2D的GK大鼠模型在RYGB术后的生理行为(包括饮食行为、自主活动)与全身代谢(包括耗氧量、产热)的变化，以假手术GK大鼠与正常对照Wistar大鼠为对照。结果表明，RYGB术后动物食物摄入量、活动量均减少，理论上，机体代谢率也应相应降低。然而，本研究发现，RYGB术后动物耗氧量与产热量增加，意味着实际的全身代谢率在RYGB术后升高，这可能与手术所引起的生理应激变化、代谢调节相关。

RYGB手术通过缩小胃容积及旁路旷置近端小肠导致热量摄入、吸收减少，对T2D个体产生减轻体重与控制血糖的积极作用，其潜在机制除与热量摄入限制有关外，手术所产生的有益的胃肠内分泌变化也是主要机制之一[21-25]。本研究中，RYGB术后体重与FPG均显著降低，表明RYGB手术动物模型造模成功，这也是准确进行后续的行为与代谢研究的基础。

研究显示，增加中等程度以上的体育活动并减少久坐行为利于降低疾病发生率、延长寿命[26-27]，RYGB术后的适度运动可提高心肺功能[28]。Woodlief等的一项随机试验也显示，RYGB术后，适量的结构性运动可进一步改善胰岛素敏感性[29]。但本研究结果显示，在没有任何运动与行为指导的情况下，T2D的GK大鼠于RYGB术后夜间主动运动包括步行活动量与精细活动量均会自然减少。啮齿动物的昼夜节律与人类相反，通常在夜间保持清醒与运动，在白天休息。本研究结果与Berglind等的研究一致。Berglind等报道，儿童通常自律性较差，RYGB术后中至剧烈程度的体力活动显著减少，久坐行为会增加[30]。他们还调查了接受RYGB的女性患者，自我报告的活动量与客观评估的活动量之间存在差异[31]，患者自我报告的RYGB术后的运动时间较术前增加75%，然而加速计客观评估的运动时间显示，术后仅比术前增加了0.9%[31]。这一有趣的发现表明，患者自我报告的运动量可能存在不可靠性，术后患者可能并未坚持所要求的运动。

RYGB所制造的小胃囊具有限制摄食量的作用，本研究结果显示，RYGB术后大鼠夜间清醒状态的进食量明显减少，RYGB组与Sham组大鼠的昼夜节律差异无统计学意义，与Sham动物相比，RYGB动物在夜间的饮水量也减少。尽管Marshall等先前进行的动物研究表明，RYGB对每日耗水量无影响[32]，但从结果来看，实际耗水量低于Sham动物，只是未达到统计显著性。一个可能的原因是他用于测量饮食量的方法不如应用TSE代谢监测系统精确。

健康人在耐力训练后，最大耗氧量会持续增加[33-34]。然而，本研究结果显示，RYGB术后动物白天与夜间的耗氧量、产热量均增加，但活动量减少。有临床研究也表明，接受RYGB的患者术后产热量增高[35-36]，其他应用试验动物进行的研究也得到类似的结果[37-39]，这表明RYGB术后机体代谢率增强。由于耗氧量也是生理应激的一个参数，因此运动量与摄食量减少，耗氧量与体温增加之间产生矛盾的合理解释是动物于RYGB后处于生理应激状态。换句话说，RYGB会导致动物的应激水平升高。潜在的机制可能是大脑中的某些神经递质在术后增加代谢率中发挥了作用[40-41]。对于减重手术患者，术后是否应通过心理咨询来减轻生理性应激仍存有争议，因为生理性应激增加了机体代谢率，从而导致更好的临床结果，然而，高应激水平可能会对其他器官系统造成不良影响。因此，需要进一步研究生理应激在RYGB术中的作用，以验证相关健身指导与心理咨询对术后应激控制的必要性。

除RYGB术后生理应激水平升高外，其他因素也可能与术后整体代谢率升高的机制相关。如小胃囊在进食时能迅速产生饱腹感，这可能通过肠-脑轴向中枢神经系统发出“饱腹”与“过度进食”的错误信号，从而通过神经递质上调机体代谢率，抵消“过度进食”。

总之，本研究结果显示，RYGB术后个体的自主活动与饮食量均减少，但能量消耗增加，这可能由于术后生理应激水平与全身代谢率升高所致。研究结果提示，减重手术后患者予以体育锻炼指导，是术后康复的一个重要补充，利于改善与保证手术治疗效果。此外，尽管生理性应激客观上增加了能量消耗，这可能导致更好的代谢调节作用，但为了RYGB术后患者的全身生理、心理健康，建议对患者进行必要的心理疏导干预，以减少生理与心理应激水平。