脑能量代谢（共7篇）
脑能量代谢 篇1
脑缺血再灌注可造成脑细胞损伤,引起严重神经功能障碍,甚至危及生命。目前临床治疗药物主要有抗氧化剂、谷氨酸受体拮抗剂、钙离子拮抗剂、抗凋亡剂等,虽然取得了一定的效果,但未取得较为理想的疗效[1,2]。研究发现[3,4],促红细胞生成素(EPO)对多种脑损伤模型均有保护作用,但对其作用点和作用机制尚未完全明确。脑神经功能与脑能量代谢密切相关,脑能量代谢能直接影响脑神经功能。笔者通过研究EPO对脑缺血再灌注模型大鼠脑能量代谢的影响,为进一步全面了解EPO对脑缺血再灌注损伤的保护机制提供依据。
1 资料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验动物
清洁级成年SD大鼠30只,购自辽宁医学院实验动物中心,雌雄不限,月龄5～6个月,体质量(300±50)g。
1.1.2 主要试剂与药品
乳酸检测试剂盒,Na+、K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶及Mg2+-ATP酶检测试剂盒均购自南京建成生物工程研究所;单羧酸转运蛋白MCT1抗体购自上海越研生物科技有限公司;重组人促红细胞生成素购自深圳生鹏生物科技有限公司;水合氯醛购自东北制药总厂。
1.1.3 主要仪器
LC-10 ATvp型高效液相色谱仪,购自日本岛津;722型分光光度计购自上海光谱仪器有限公司;台式高速离心机购自浙江轻机实业有限公司
1.2 方法
1.2.1 动物模型的建立
30只大鼠随机分为假手术组、脑缺血再灌注组(模型组)与EPO治疗组,每组10只。后两组参照相关文献[5]制备大鼠缺血再灌注脑损伤模型:将大鼠腹腔注射10%水合氯醛(3.3m L/kg)麻醉,仰卧位固定于手术台,碘伏消毒手术区后,于颈部正中切开,逐层分离组织,暴露右侧颈总动脉、颈外动脉和颈内动脉,夹住颈总动脉并颈外动脉根部结扎,然后在颈总动脉分叉处剪一斜口,向颈内动脉插入顶端光滑成球面的直径0.24 mm的尼龙线,至大脑中动脉起始部位以完全阻断血流,尼龙线平均插入深度约为(18.5±0.5)mm,然后松开动脉夹,结扎颈内动脉远心端。术后逐层缝合皮肤,尼龙线末端暴露在体外,2 h后拔出尼龙线,即建成大鼠局灶性脑缺血再灌注损伤模型。模型成功的标志为大鼠清醒后出现右眼Horner征和左侧以前肢为重的偏瘫。假手术组除不插入尼龙线和结扎血管外,其他步骤同上。剔除出血较多、提前死亡、取脑时发现蛛网膜下腔出血的大鼠。
1.2.2 给药方式
假手术组、模型组在再灌注前腹腔注射生理盐水,EPO治疗组再灌注前于腹腔注射EPO(3 000 u/kg)。所有大鼠均单笼饲养,自由饮水摄食。
1.2.3 ATP、总腺苷酸(TAN)含量的测定
再灌注24 h后液氮处死大鼠,断头取大脑组织。称取10 mg脑组织于离心管中,加入0.3 mmol/L高氯酸1 m L,冰水浴中迅速制成匀浆,匀浆液于4℃、4 000 r/min离心10 min,取上清液用1 mol/L的氢氧化钾溶液调节pH至中性,涡旋混匀后于4℃、4 000 r/min离心10 min,取上清液20μL进样高效液相色谱法检测。
色谱条件:色谱柱为SHIMADZU C18柱(200mm×4.6 mm,5μm);流动相:100 mmol/L KH2PO4缓冲液(pH=6.0),内含有2 mmol/L的氢氧化四丁基胺,2.2%的乙腈,应用前用0.45μm微孔过滤膜过滤,超声脱气;流速:1 m L/min;检测波长:254 nm;进样量:20μL;检测波长:254 nm;柱温:室温。
1.2.4 乳酸与ATP酶检测
各组大鼠断头取海马组织在水浴条件下制备匀浆液,离心取上清液,按照乳酸检测试剂盒以及ATP酶试剂盒说明书检测乳酸含量以及Na+、K+-ATP酶、Ca2+-AT酶、Mg2+-ATP酶活性。
1.2.5 Western-blotting检测脑内单羧酸转运蛋白MCT1表达情况
取新鲜的脑组织加入1 m L匀浆缓冲液,匀浆后于4℃、1 000 r/min离心15 min,取上清,用改良Lowry法检测蛋白质含量。经SDS-PAGE电泳分离,将分离的蛋白质样品,转移到固相载体(硝酸纤维素薄膜)上,以固相载体上的蛋白质作为抗原,与对应的MCT1抗体发现免疫反应,再与辣根过氧化物酶标记的抗IgG二抗起反应,显色,扫描仪扫描图像,用Band Scan软件对各个条带进行灰度分析。
1.3 统计学处理
采用SPSS 13.0软件进行统计分析,所有数据以均数±标准差表示,样本均数间的两两比较用q检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 3组ATP、TAN含量测定结果
经检测,模型组、EPO治疗组ATP含量均低于假手术组(P<0.05);治疗后24 h治疗组ATP含量高于模型组,差异有统计学意义(P<0.05)。结果见表1。
注:1)与假手术组比较,P<0.05;2)与EPO治疗组比较,P<0.05
注:1)与假手术组比较,P<0.05;2)与EPO治疗组比较,P<0.05
2.2 3组乳酸、ATP酶含量检测结果
再灌注24 h后检测,模型组乳酸含量高于其他两组(P<0.05),假手术组与治疗组比较,差异无统计学意义(P>0.05)。关于ATP酶含量,模型组低于其他两组(P<0.05),治疗组与假手术组比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结果见表2。
2.3 3组脑内单羧酸转蛋白MCT1表达情况
以β-actin为标准,经Western-blotting检测,3组单羧酸转运蛋白MCT1表达情况如附图。其中,治疗组的MCT1蛋白表达高于假手术组和模型组。
3 讨论
脑缺血再灌注损伤发生机制很多,目前认为,能量代谢障碍是脑缺血再灌注损伤的首要环节。正常情况下,葡萄糖通过有氧氧化产生的高能化合物ATP是大脑主要的能量来源,对维持细胞的正常生理功能发挥着重要作用,其含量变化可反映脑组织能量生成及利用[6]。脑缺血再灌注可导致脑内氧以及葡萄糖供应减少,引起葡萄糖有氧氧化障碍,导致TAN水平的变化和ATP明显下降或耗竭,引起依靠ATP运转的钠、钾泵、钙泵等离子泵(ATPase)活性受到抑制,使神经细胞内Na+、Ca2+等超载,引发一系列缺血再灌注病理反应,导致细胞损伤[7]。
促红细胞生成素是一种肾脏造血生长因子,能够促进红细胞的增殖、分化与成熟。现代研究发现,EPO对缺氧缺血性脑损伤有神经保护作用,其作用机制可能包括抑制神经细胞凋亡、抗兴奋性氨基酸神经毒性作用、直接或间接影响神经传导、调节NO的合成、抗氧化作用、抗炎作用、促进脑血管再生、促进神经营养作用等,即最终通过对神经细胞产生营养和抗凋亡的双重作用,起到脑保护作用[8,9]。由于能量代谢障碍是脑缺血再灌注损伤的首要环节,促进其能量代谢恢复对于大脑的保护无疑是有积极意义的。而目前国内尚未见有关EPO对缺血再灌注后大脑能量代谢情况影响的报道。
笔者研究发现,EPO能增加缺血再灌注大鼠脑组织中ATP含量,使TAN水平显著上升,并且能显著提高脑组织中Na+、K+-ATP酶、Ca2+-ATP酶及Mg2+-ATP酶活性,表明EPO可通过提高ATP酶活性,恢复能量供应,改善脑细胞能量代谢状况,起到神经细胞的保护作用。脑缺氧时,脑组织中葡萄糖酵解代偿性加剧,最终导致脑内乳酸大量积累。单羧酸转运蛋白是脑内乳酸和丙酮酸的特异性转运体,主要负责将乳酸排出至细胞间隙中,以满足神经细胞在某些情况下对能量的需求[10,11]。从结果中可见,在再灌注24 h后,治疗组乳酸恢复至正常水平,低于模型组,并且在治疗组MCT1蛋白表达增强。推测可能是EPO促进MCT1基因表达,使MCT1增多,加速乳酸转运,从而使脑细胞通过摄取乳酸并将其转化成丙酮酸,进入三羧酸循环进行有氧代谢以改善脑组织能量代谢情况。而模型组由于MCT1基因表达相对较弱,导致细胞转运与利用较慢,产生乳酸堆积。
从以上实验结果可知,EPO可提高脑细胞中ATP酶活性以及乳酸转运效率,促进损伤大脑内能量代谢恢复,而其确切机制还需做进一步研究。总之,EPO可通过影响脑细胞中ATP酶活性以及乳酸转运,改善缺血再灌注模型大鼠脑中能量代谢状况,进而对脑细胞起到保护作用,笔者的实验为EPO治疗大脑缺血再灌注损伤提供新的思路与依据。
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能量平衡与代谢疾病 篇2
关键词：能量,平衡,代写疾病
生命科学与物理学和化学等学科发展密切相关。美国物理学家纳尔逊指出:“要将生命系统视为一种特殊的物理系统,强调要从物理学基本原理去理解各种生命现象和预言新的生命现象”。定量化的物理学观点是掌握当代一系列生命科学的不可缺少的理念和方法[1]。
能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一,任何物质都是具有能量的。人体作为一个系统的有机整体,自然也遵从这一定律。地球上数以亿计的各种生物,包括各种植物和动物,共同居中在一个地球,共同构筑了遗传和表观遗传的生态系统。通过此生态系统,各种生物相互适应、相互生存[2]。
当人体正常状态的能量平衡被破坏,不论是在分子水平,细胞水平,或整体水平均可导致能量的异常流动,机体产生一系列适应性的反应,这一过程却与疾病的发生、发展有关。如心血管系统疾病的发生,与血管中血液流动的动能,血液中不同分子的化学能及血管壁的弹性势能平衡的改变有关;先天畸形儿的发生,与胎儿在胚胎发育过程中,其发育时间和空间的能量平衡被破坏有关,人体受到外界抗原物质的刺激,是对机体刺激的一种能量;精神心理疾病的发生,由于人体受到外界各种能量刺激,导致机体内部能量失衡而引起;骨折的发生则可因为人体与其他物体碰撞,所产生的动能传导到骨和肌肉组织中,与机体自身的骨强度不适应所致。在人类,不利的环境条件,如贫困、压力、酒精、营养不良、暴露于各种工业化的污染物、人造化学物质等,均可导致与表观遗传不适应而产生的相关疾病,即特定基因不同寻常的被激活或抑制所导致的各种疾病[2]。
近来,发展了一个新的理论称为多哈理论(即成人疾病的发育起源),其与达尔文的观点相同,反映了当今科学认识的变化,对人类未来的疾病的认识提供了科学应用。在历史长河中,我们的祖先是在提供最基本的食物中,考虑如何打猎、耕耘。而当今,我们有丰富的食物和现代的医药供给,却考虑怎样提高生命质量,考虑环境与疾病的危险。人类在早期发育过程中(包括胎儿期、婴儿期、儿童时期)经历不利因素,子代的组织器官在结构和功能上会发生永久性或程序性的改变,影响成年人糖尿病、代谢综合征、心血管疾病、精神行为异常等慢性非传染性疾病的发生发展,成为成年人慢性非传染性疾病病因研究的重要组成部分,这些的因素均可笼统视为作用于人体的能量。在与表观遗传相关的新陈代谢中,营养和饮食是十分重要的一个方面。在特定的“表观遗传-营养学”中,可稳定表观遗传基因的表达,即已知的表观遗传的作用,如DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重组。总之,在基因组相对静态的DNA结构中,表观遗传的变化具有潜在可逆性,有望达到治疗的效果,或饮食干预效果,即可改变表观遗传编程的不良作用,从而成为预防或治疗疾病的一种措施[2]。肥胖的发生是由于机体摄入的能量与消耗的能量不平衡所致,早期生活环境的质量是决定肥胖和代谢疾病风险的一个重要因素,而表观遗传的修饰过程参与代谢疾病的风险[3],同时,日常的机体活动决定于能量平衡,而不是能量平衡决定于机体活动[4]。
在每一个生态系统中,生物群体与其周围的非生物环境相互形成的有机综合体,是一个开放的综合体,在其内部各组分之间,依次进行着能量流动、物质循环和信息传递[5]。近年来,对代谢性疾病的分子生物学机制的研究已经达到了一个新的高度,由分子-细胞-整体的医学研究方法也越来越被研究者所采纳。如人的机体的能量平衡被外界的力量或自身问题被打破,导致机体能量的转化或者传递的异常,即能量的流动异常。影响机体的分子,细胞的代谢变化,由量变产生质变,最后作用于整个机体。与疾病相关的表观遗传标志物,是疾病危险度的生物标志物,在临床上,具有潜在的干预效应指标[3]。是否对机体造成某些有利或者有害的影响,从而使机体表现出一些相应的病理的现象或一些适应性的改变,中医学的众多研究进展中,能量结和能量平衡疗法也越来越被人接受。本文将从分子-细胞-整体的角度来简述能量的平衡与疾病的关系。
1能量平衡与糖代谢紊乱疾病
正常人体内存在一整套精细的调节糖代谢的机制,在一次性食入大量葡萄糖之后,血糖水平不会出现大的波动和持续升高。当人体糖代谢发生障碍时可导致高血糖或低血糖,糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病。2型糖尿病又称非胰岛素依赖型糖尿病,多在35~40岁后发病。2型糖尿病患者早期症状不明显,仅有轻度乏力、口渴,常在明确诊断之前,一般多以饮食治疗和口服降糖药即可。另一部分患者以胰岛素分泌缺陷为主,临床上需补充外源性胰岛素。
肝脏的ATP合成能力降低与2型糖尿病患者胰岛素抵抗有关[5],当其合成能力下降,储存ATP受损,或其ATP所耗损时,均可引起2型糖尿病。2型糖尿病所致的肥胖患者中,更多的脂质暴露增加人体的氧化应激,可使慢性胰岛素抵抗的人群肝线粒体功能恶化,导致ATP合成能力的减弱[6]。若肝脏ATP合成能力的减弱,则可引起2型糖尿病,即2型糖尿病与能量的合成与消耗的平衡直接相关,因此,人体内能量的平衡是2型糖尿病发生和发展的重要机制。2型糖尿病的治疗主要为控制饮食,减少糖类的摄入量,及应用降血糖药物等,以平衡能量的产生与利用。
2能量平衡与脂类代谢疾病
动脉粥样硬化(AS)是一组动脉硬化的血管病中常见的最重要的一种,其特点是受累动脉病变从内膜开始。一般先有脂质和复合糖类积聚、出血及血栓形成,纤维组织增生及钙质沉着,并有动脉中层的逐渐蜕变和钙化,病变常累及弹性及大中等肌性动脉,一旦发展到足以阻塞动脉腔,则该动脉所供应的组织或器官将缺血或坏死。由于在动脉内膜积聚的脂质外观呈黄色粥样,则称为动脉粥样硬化。在临床中,大多数的AS患者,血中胆固醇比正常人高,而AS的严重程度随血浆胆固醇水平的升高而加重,特别是低密度脂蛋白,极低密度脂蛋白的水平。
神经肽Y(NPY)是一种在生物体内中枢神经及外周神经广泛表达的肽类物质,有收缩血管、促进血管平滑肌有丝分裂的作用。神经肽Y的改变在动脉粥样硬化及相关的心血管并发症中起重要作用,神经肽Y有促进动脉粥样斑块形成的作用,而其Y1受体拮抗剂可阻断此种作用[7,8],细胞内神经肽Y的存储可导致升高血压和血清胆固醇,可促进动脉内膜平均厚度的增加[9],可见,神经肽Y是机体的血脂含量与AS发生、发展的重要调控信息之一,神经肽Y的受体拮抗剂的研究,为人类治疗心血管疾病可提供有效手段[10]。
动脉粥样硬化人群中常常伴有高胆固醇血症,胆固醇的异常增高则由饮食中摄入过量所致。能量代谢产生的ATP,若被耗竭,摄入过量的胆固醇及脂类,则可导致能量代谢失去平衡,引发脂类代谢失调,细胞内神经肽Y的含量增高和动脉粥样硬化等一系列变化。同理,从能量平衡的观点,在治疗或预防AS时,应使人体的能量失衡状态逆转,如规范饮食,减少胆固醇摄入量[11],加强锻炼,应用促进脂类代谢、扩张血管等药物,以改变机体能量失衡的程度。
心力衰竭时心肌能量代谢支持治疗 篇3
关键词：心力衰竭,心肌,能量代谢
1 心力衰竭时心肌能量代谢支持治疗
心肌代谢支持治疗的核心机制是提高心肌能量代谢效率, 以适应机体在心力衰竭时心肌做功的需求, 从而维护心功能。这一治疗目标可以通过改善心肌细胞能量代谢的多个方面来实现, 如促进心肌细胞内脂肪酸氧化代谢转向葡萄糖氧化代谢, 以减少能量代谢的氧耗代价, 增加心肌能量代谢中产物或终产物, 以促进心肌细胞能量的生成, 以及增强心肌细胞机械-生物能量性耦合以提高心肌细胞做功等。这种能量代谢支持治疗并不影响血流动力学, 因而有别于传统的抗心力衰竭药物, 如硝酸酯类、钙离子拮抗剂、A C E I及β-肾上腺素能受体拮抗剂等。
1.1 葡萄糖-胰岛素-钾盐 (GIK)
C H F时使用正性肌力药物儿茶酚胺及磷酸二酯酶抑制剂等, 可增加心输出量、维持组织的充分灌注, 但它们不利于心肌细胞的能量储备及减少产能氧耗。利用G I K进行心肌细胞能量代谢支持治疗, 可通过促进葡萄糖能量代谢来提高心肌能量代谢效率, 从而改善心肌做功, 同时避免了上述正性肌力药对心肌细胞的负作用, 最终改善冠心病患者发生C H F。
1.2 脂肪酸β-氧化抑制剂:曲美他嗪
作为脂肪酸β-氧化代谢过程中关键酶-3-酮酰基辅酶A硫解酶 (3-KAT) 的抑制剂, 曲美他嗪将FFA氧化代谢转向葡萄糖氧化代谢, 以提高心肌细胞的能量代谢效率和作功, 从而改善心功能。此外, 心力衰竭时, 肌细胞内FFA浓度升高, 导致心肌细胞线粒体内氧化磷酸化与电子传递过程解耦联, 从而使心肌细胞有氧代谢效率降低、无效氧耗增加, 加重心肌能量代谢障碍;而曲美他嗪可阻断FFA的这种解耦联作用, 从而提高心力衰竭时心肌细胞的能量代谢效率。
在伴糖尿病 (DM) 的冠状动脉疾病 (CAD) 患者体内, 其无症状心肌缺血程度更重, 其心肌缺血性代谢异常更为显著, 因而更易发展至C H F。曲美他嗪可改善心肌能量代谢, 增加心肌对缺血的抵抗力, 从而减少冠脉慢性低灌注及反复心肌缺血带来的左心室功能降低, 并改善那些伴有DM的缺血性心肌病患者的心功能, 延缓心力衰竭的病理进展。而Vtale等的临床研究则显示, 在其他标准抗缺血药物基础上, 使用由美他嗪可能通过阻碍老年冠心病患者的病理性心室重构而改善左心室收缩和舒张功能。
1.3 肉毒碱-棕榈酰转移酶 (CPT) 抑制剂
C P T抑制剂可通过抑制脂肪酸进入线粒体进行β-氧化, 将心肌细胞能量代谢由脂肪酸转为葡萄糖氧化代谢, 从而提高心肌有氧代谢效率。目前已发现的CPT抑制制有沛心达及依托莫司。
一项随机、双盲研究发现, 用沛心达可使经优化治疗的C H F患者重要预后参数-最大运动耗氧量 (VO2 max) 、生活质量及左室射血分数 (LVEF) 显著改善, 而用药期间未发现沛心达的副作用, 提示沛心达有望成为抗心力衰竭的一种辅助代谢支持治疗药物。
1.4 左旋肉毒碱 (L-carnitinc)
心力衰竭使心肌细胞内源性肉毒碱的水平下降;而补充外源性肉毒碱可在一定程度上维护心力衰竭患者体内缺血、缺氧下的心肌代谢和做功。左旋肉毒碱作为肉毒碱的活性形式, 可能通过促进FFA转运至线粒体内进行β-氧化, 并促进心肌细胞葡萄糖氧化代谢, 来避免缺血局部过高浓度的FFM对心肌细胞产生的氧化应激性损害。多中心随机双盲的左旋肉毒碱心脏超声心肌梗塞研究试验结果显示, 除标准的心肌再灌注和A C E I药物治疗方案以外, A M I后早期及随后长期使用左旋肉毒碱进行心肌代谢支持治疗, 可能通过减少梗塞相关冠脉再通治疗后残留狭窄程度、限制心肌梗塞面积及提高梗塞灶心肌细胞的活力, 来阻碍心肌梗塞后左心室重构及进行性扩张, 显著降低心肌梗塞后左心室舒张期末容积及左心室收缩期末容积, 从而维护A M I后心功能。
1.5 其他
心力衰竭时生物能量信号通路障碍;其心肌细胞内A T P及磷酸肌酸盐 (C P) 水平降低;是心功能抑制的重要原因。作为细胞能量储备的C P水平下降与心肌细胞存活和舒缩功能恢复之间存在密切关系, CP进入细胞内维持ATP储备, 并且发挥抑制磷酸脂酶、稳定心肌细胞膜及抗过氧化损害的作用;辅酶Q10为线粒体内电子传递的载体, 在氧化磷酸化中发挥重要作用, 参与A T P的生成而改善心肌细胞能量代谢;而1, 6-二磷酸果糖可促进磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的活性而产生A T P, 从而达到心肌代谢支持作用。此外, 天冬氨酸通过提供心肌细胞氧化磷酸化的能量代谢底物而产生心肌代谢支持作用, 而奥马曲拉可通过保护心肌内腺苷酸激酶及肌酸激酶的催化活性, 来保持心肌细胞内ATP的水平。
2 结语
不同粗饲料对奶牛能量代谢的影响 篇4
1 试验材料与方法
1.1 试验设计
试验采用单因素设计,选择16头处于干奶期的健康荷斯坦奶牛,各试验牛体重、年龄、胎次相近,试验牛拴系饲喂,固定槽位与牛床位,日喂2次(07:30和18:00),自由饮水。选择羊草(羊草含量>90%)、苜蓿(初茬,盛花期)、玉米秸秆和玉米青贮(玉米粒少)4种粗饲料作为奶牛常用粗饲料的代表。将试验牛随机分成4组,每组4头牛,用替代法分别研究上述4种粗饲料的能量。试验分为两期,一期饲喂基础日粮,二期以各粗饲料替代30%基础日粮[1]。
1.2 试验日粮
基础日粮按照中国奶牛饲养标准(2007)配制,日粮组成及主要营养成分见表1。
1.3 消化代谢试验
每期试验设预试期和正试期,预饲期为10 d,在预试期的前5 d观察试验奶牛最大采食量,从预试期第6天开始按照最大采食量的85%给料;正试期5 d,两期试验之间设过渡期5 d,在过渡期换料。采用全收粪尿法收集粪尿样品。待测DM、总能(GE)、CP、NDF、ADF。
1.4 测试指标
烘箱干燥法测定DM,氧弹式热量计(IKAC4000,德国)测定GE,用灼烧法测定Ash,凯氏定氮法测定CP,NDF、ADF参照范氏方法,具体操作参见《饲料分析及饲料质量检测技术》[2]。
1.5 统计分析
所有的数据用Excel软件进行预处理后,用SAS 9.1软件进行方差分析,用Duncan氏法进行多重比较,差异显著以P<0.05表示,P<0.10作为有差异的趋势来讨论。
2 结果与分析
2.1 四种粗饲料基本营养成分测定
注:(1)RFV为饲草相对饲用价值。RFV=(DDM×DMI)/1.29,DDM=88.9-0.779×ADF,DMI=120/NDF;(2)同列肩标不同字母表示差异显著(P<0.05),下表同。
由表1的结果可以看出,羊草、苜蓿、玉米青贮和玉米秸秆的DM、CP、NDF、ADF的含量及饲草相对饲用价值(RFA)存在很大差异。CP的含量最高为苜蓿(17.72%),显著高于羊草(8.57%)和全株玉米青贮(8.37%)(P<0.05),玉米秸秆粗蛋白质(6.69%)显著低于其他粗饲料(P<0.05)。各饲草的EE含量均不高,羊草(2.73%)和全株玉米青贮(2.41%)显著高于苜蓿(1.47%)(P<0.05),苜蓿的EE含量显著高于玉米秸秆(0.94%)(P<0.05)。各粗饲料的NDF含量差异显著(P<0.05),其中玉米秸秆的NDF含量最高,达到68.09%,其次羊草(60.59%)、全株玉米青贮(53.16%)与苜蓿(46.97%);ADF含量最高的为玉米秸秆(36.73%),且显著高于苜蓿(32.64%)(P<0.05),其他各粗饲料差异不显著(P>0.05)。全株玉米青贮的CP、EE含量高于玉米秸秆(P<0.05),而NDF和ADF则低于后者(P<0.05)。饲草相对饲用价值从高至低依次为苜蓿[3]、全株玉米青贮、羊草和玉米秸秆,各饲料间差异显著(P<0.05)。
2.2 四种粗饲料能量代谢
第一期饲养试验结果如表2所示,各试验组奶牛的体重差异不显著(P>0.05),平均体重为558.50 kg。在试验牛饲喂相同的基础日粮期间,各组试验牛的干物质采食量、能量摄入量差异均不显著(P>0.05);并且粪能、尿能差异不显著,消化能、代谢能以及粪能占总能的比例、尿能占总能的比例、粪能和尿能总量占总能的比例、能量消化率和能量代谢率各指标差异均不显著,说明各试验牛对试验所用基础日粮的消化代谢状况基本一致。
消化代谢试验的第二期试验结果如表3所示。试验牛的体重与第一期试验相比有不同程度的下降,但各组试验牛平均体重差异仍不显著(P>0.05),因此可认为奶牛体重的变化没有对代谢试验结果产生影响。饲养试验结果表明,基础日粮干物质的30%用苜蓿和玉米青贮替代后,日粮的干物质采食量明显高于以玉米秸秆替代的日粮的干物质采集量(P<0.05),而以羊草替代的日粮与其它各组之间差异不显著(P>0.05),这主要是由于粗饲料的适口性以及粗饲料在瘤胃中的降解速率不同造成的。总能摄入量羊草组最高,且显著高于玉米秸秆组和苜蓿组(P<0.05),玉米青贮组也显著高于玉米秸秆组(P<0.05),总能摄入量不仅与干物质采食量有关,而且与饲粮的总能含量有关,所以总能摄入量的差异性与干物质采食量的差异性不会完全相同。羊草组粪能也显著高于其他各组(P<0.05),苜蓿组的粪能显著低于玉米秸秆与玉米青贮组(P<0.05)。各组间的尿能差异不显著(P>0.05)。苜蓿组日粮的消化能最高,且与玉米秸秆组日粮和羊草组日粮差异显著(P<0.05),玉米青贮组日粮的消化能显著高于玉米秸秆组日粮(P<0.05)。玉米秸秆组日粮的代谢显著低于苜蓿组日粮与玉米青贮组日粮(P<0.05)。对于饲料的能量转化效率而言,玉米秸秆组和羊草组的粪能占总能的比例差异显著高于苜蓿组和玉米青贮组(P<0.05);而玉米青贮组显著高于苜蓿组(P<0.05)。各组的尿能差异不显著(P>0.05)。粪能和尿能总量占总能的比例以苜蓿组最低,显著低于玉米秸秆组和羊草组(P<0.05),其它各组之间差异不显著(P>0.05)。苜蓿组的DE/GE显著高于其他三组(P<0.05),玉米青贮组的DE/GE高于玉米秸秆组与羊草组(P<0.05),后两者的之间异不显著(P>0.05)。日粮的ME/GE以苜蓿组最高,且显著高于玉米秸秆组与羊草组(P<0.05),其他三组之间差异不显著(P>0.05)。
3 讨论
本试验研究的4种粗饲料中除青贮饲料外,DM含量差异不大;粗蛋白质和NDF和ADF的含量差异很大。这与陶春卫(2009)报道的结果较接近[4]。玉米青贮与玉米秸秆相比,CP和EE较高,NDF、ADF较低,这与刘桂要等(2009)的报道相同[5],说明青贮过程改善了粗饲料的纤维性质及蛋白组分,有利于提高玉米秸秆的营养价值,其可能的原因一方面是因为秸秆收割后进行青贮,可使有用营养成分流失降低,另一方面青贮时微生物发酵利用了纤维、蛋白等成分合成了菌蛋白[6]。RFV是美国目前唯一广泛使用的粗饲料品质综合评定指数,RFV值越大,表明饲料的营养价值越高。本试验中苜蓿的RFV值最高,一定程度上说明了苜蓿的营养价值最高,玉米青贮较玉米秸秆RFV值高,说明青贮改善了玉米秸秆的品质,提高其营养价值[7]。
4 结论
各粗饲料营养成分相关较大,苜蓿的RFV值最高,一定程度上说明了苜蓿的营养价值最高,玉米青贮较玉米秸秆RFV值高,说明青贮改善了玉米秸秆的品质,提高其营养价值。
参考文献
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[5]刘桂要,杨云贵,曹社会,等.玉米秸秆和4种玉米青贮饲料的营养差异性分析[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2009,4:76-80,85.
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脑能量代谢 篇5
大菱鲆(Scophthalmus maximus)隶属于鲆科、菱鲆属,自然分布于东北大西洋沿岸,其生长迅速、适应低温生活,市场潜力巨大,其养殖业已成为一项新兴产业[7,8]。为促进大菱鲆产业健康、稳定和可持续发展,国内外学者对大菱鲆亲鱼、精子、卵子、受精卵及仔、稚鱼的质量进行了评价[9,10,11,12,13],尤其是对大菱鲆精子和卵子的评价从不同的角度进行了探讨,但至今尚无统一的标准应用到实际生产。目前,对大菱鲆卵质评价研究主要集中于亲鱼卵子成熟度控制、卵裂形态学、活细胞染色等标准与受精率和孵化率的相关性[12,13,14,15,16,17],尚无基于生理生化参数对大菱鲆卵质进行评价的报道。该研究选择与蛋白质代谢相关的关键酶AST及与糖代谢相关的关键酶PK为参数,对大菱鲆卵质进行初步评价,以期为大菱鲆卵质评价及优化亲鱼培育条件等提供理论指导。
1 材料与方法
1.1材料与试剂
大菱鲆受精卵于2011年6月～7月取自山东烟台百佳水产育苗场,试验所用大菱鲆雌性亲鱼为4龄,雄性亲鱼为3龄,雌鱼生物学平均全长(496.00±23.25)mm,平均体质量(3 535.00±350.00)g;雄鱼平均全长(410.75±18.13)mm,平均体质量(2 400.00±316.23)g。采用腹部挤压法分别获得大菱鲆亲鱼成熟的卵子和精液,人工干法授精获取受精卵(将成熟的卵子挤入500 mL塑料碗中,加入适量精液,摇匀后加入少量海水,放置5～10 min;加入300～350 mL海水,再放置10 min后洗卵)。在人工控制水温为(14±0.5)℃,盐度30的条件下卵子授精后经过110 h左右仔鱼孵出。试验所用AST试剂盒、PK试剂盒及考马斯亮蓝试剂盒均购自南京建成生物工程研究所。
1.2繁殖性状测定及样品制备
用5 mL量筒分别量取0.1 mL受精卵放入500 mL的碗中,分别测定悬浮率、受精率和孵化率。每项设3个平行组。悬浮率为卵子授精后40 min测定碗中浮卵数占浮卵和沉卵总数的百分比;受精率为取卵子授精40 min后的上浮卵、测定授精后30 h碗中原肠中期受精卵数占总卵数的百分比;孵化率为卵子授精40 min后取0.1 mL受精卵放入孵化碗中(3个平行样)孵出仔鱼占总卵数的百分比。
根据时序分别取大菱鲆胚胎发育至原肠中期的受精卵进行液氮保存;将液氮保存的受精卵样品进行水浴解冻,同时用吸水纸吸去表面水分并采用微量天平(0.10～1.00 g)进行等量(0.19 g)称量;加入3倍体积遇冷的PBS缓冲液,冰浴下进行匀浆,4 ℃ 6 000 r·min-1离心15 min,取上清液4 ℃保存备用。
1.3总蛋白含量及酶活性测定与分析方法
AST活力采用赖氏法进行测定,根据AST能够使α-酮戊二酸和Asp转移氨基和酮基,生成谷氨酸(Glu)和草酰乙酸;草酰乙酸在反应过程中可自行脱羧成丙酮酸;丙酮酸与2‚4二硝基苯肼苯腙在碱性溶液中显红棕色,进行比色测定并根据标准曲线计算酶活力。以1 mL上清液,反应液总容量3 mL,25 ℃下1 min内所生成的丙酮酸,使羟酰辅酶A脱氢酶(NADH)氧化成NAD+而引起吸光度每下降0.001为1个卡门氏单位。PK活力测定,根据在腺苷-5′-二磷酸(ADP)存在下可催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)产生丙酮酸,丙酮酸再由乳酸脱氢酶(LDH)将其转化成乳酸的原理进行测定。在37 ℃每克组织蛋白每分钟将1 μmol的PEP转变成丙酮酸为1个酶活力单位。PK(U·g-1)=(绝对吸光度/mmol消光系数)×[1/(反应时间×比色光径)]×(反应液总体积/取样量)/总蛋白含量。运用Excel软件和SPSS软件对大菱鲆受精卵卵径进行形态差异及相关性分析。
原肠期受精卵的总蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法,样品与考马斯亮蓝按体积比1:60混合,室温放置10 min后采用紫外可见分光光度计(WFJ 2000),每组设3个平行组,在波长为595 nm下测定。
2 结果
2.1受精卵卵径差异
从16批大菱鲆受精卵样品中随机取样(各31粒)进行测量(表1),其受精卵卵径规格为1.00 mm左右,平均值皆大于1.00 mm,不同批次大菱鲆受精卵卵径间均无显著差异。双变量相关统计分析结果显示,大菱鲆受精卵卵径与悬浮率的Pearson相关系数为R=0.015,P=0.955(双侧),Spearman相关系数为R=0.025,P=0.927(双侧),两者间均无显著相关性;受精卵卵径与受精率(Pearson相关系数R=0.015,P=0.955,Spearman相关系数R=0.025,P=0.927)和孵化率(Pearson相关系数:R=0.015,P=0.955,Spearman相关系数R=0.025,P=0.927)间均无显著的相关性。
2.2AST在受精卵中的表达
大菱鲆不同批次受精卵的AST相对活性存在显著差异(表2)。单因子方差分析(ANOVA)统计检验结果显示,不同批次受精卵的AST相对活性差异系数为F=50.39,P=0.00。基于双变量相关统计分析结果显示,大菱鲆受精卵的孵化率与AST相对活力的Pearson相关系数为R=0.569,P=0.022,Spearman相关系数为R=0.675,P=0.003,两者存在显著相关性。同时结果显示AST相对活力与受精卵的生活状态(沉降与悬浮)存在极显著的正相关性(Pearson相关系数R=0.651,P=0.006,Spearman相关系数R=0.751,P=0.001),其中第3、第10、第12和第14批受精卵(沉降)的AST相对活力极低(<5.6 U·mg-1),其孵化率皆低于11%;当AST相对活力值大于(15.159±3.330)U·mg-1(FEQ5)时,大菱鲆受精卵孵化率皆高于20%(表2,图1)。另外,在该研究中大菱鲆受精卵悬浮率和受精率与AST相对活力间无显著的相关性(图2)。
注:*. 发育到原肠期的受精卵数/受精卵总数×100%
Note:*. the number of oosperm in gastrulation/ total oosperm ×100%
2.3PK在受精卵中的表达
大菱鲆不同批次的受精卵PK相对活力值存在一定差异,但皆极低(图3)。双变量相关统计分析结果显示PK相对活力与悬浮率(Spearman相关系数R=0.152,P=0.575)、受精率(Spearman相关系数R=0.078,P=0.773)和孵化率(Spearman相关系数R=0.160,P=0.553)均不存在显著的相关性。PK相对活力总体上呈现极低的表达趋势,平均值为(0.156±0.206)U·mg-1。另外,双变量相关统计检验结果显示,大菱鲆受精卵悬浮率与孵化率间存在显著的相关性(Pearson相关系数R=0.591,P=0.016,Spearman相关系数R=0.590,P=0.016)。
3 讨论
优质苗种的规模生产是进行现代鱼类养殖产业化研究的重要因素,目前养殖鱼类的质量良莠不齐,往往呈现高死亡率、异速生长以及在鲆鲽鱼类中出现的白化现象[10]。以往的研究发现受精卵质量优劣直接影响胚胎的发育以及仔、稚、幼鱼的成活和生长,并且在多种海水养殖鱼类中得到证实[18,19,20,21]。KJ∅RSVIK等[17]认为鱼类受精卵质量的高低决定着受精卵发育成苗种的潜能。同时研究还揭示在野生和人工养殖条件下鱼类卵子的质量受内源因素(如激素和酶等)调控和外源性因素(如亲鱼年龄、生殖周期及环境因子等)的影响[17,22]。该研究通过对维持物种生命活动的能量代谢反应过程中的关键酶展开研究,基于生理生化参数对大菱鲆卵质进行了初步探讨。
3.1受精卵卵径评价分析
以往的研究认为,通过鱼类卵径规格和外形可以评估卵在受精后的发育潜能[23]。BOBE和LABBÉ[23]指出虽然在生态学研究中提出鱼类卵子的规格对后期胚胎发育存在很重要的影响,但是很少有直接的研究支持这一假设。BROMAGE等[24]通过研究发现虹鳟(Oncorhynchus mykiss)在相同温度、排卵时期和人工授精条件下,小规格卵子与大规格卵子具有相似的受精率。BONNET等[25]提出通过观察鱼类胚胎或幼鱼早期发育畸形情况来评估受精卵的发育潜能。AEGERTER和JALABERT[26]采用虹鳟老化卵子进行人工授精发现容易引发高机率的独眼畸形。
对大菱鲆早期发育的研究发现,大菱鲆受精卵从形态上呈圆球形,无色透明,中央有油球1个,亦无色透明,卵径范围为0.91～1.20 mm[27,28]。HOWELL和SCOTT[29]报道大菱鲆受精卵卵径范围是0.97～1.10 mm,在每一繁殖季节期间卵径存在下降趋势。该研究结果显示大菱鲆受精卵卵径规格为1.00 mm左右,其平均值为(1.053±0.020)mm,处于以往研究结果的上限,这与该研究所选择大菱鲆亲鱼的产卵周期有关。该研究所采用的大菱鲆亲鱼为苗种繁育后期的预备亲鱼,亲鱼处于产卵繁殖周期中期,营养积累比较充足,性腺发育成熟充分,因此卵径比较大。
FORES等[30]认为大菱鲆卵径是决定卵子活力的一个重要指标,卵径规格与受精率存在很紧密的关系。OMNES等[15]和KJ∅RSVIK等[17]认为海水鱼类受精卵相关形态参数可以作为卵质评价的重要指标,但是不能仅局限于卵径,受精卵的卵裂对称性是一个重要参数。该研究结果显示,大菱鲆不同批次的受精卵卵径间未检测到显著的差异,双变量相关统计分析结果显示,大菱鲆卵径与悬浮率、受精率和孵化率间皆未检测到显著的相关性。因此,以卵径作为卵质评价的形态学指标需要谨慎,为有效进行卵质评价,有必要筛选多组形态学参数如卵裂对称性进行综合形态学评价。
3.2受精卵生理生化评价分析
海水鱼类受精卵的质量与其胚胎及后期仔、稚、幼鱼的发育和生长存在密切关系。FAUVEL等[14]通过研究发现,大菱鲆卵子的活力与孵化率存在正相关,并将卵子活力率(活的卵子数/总卵子数)作为卵子质量评价的指标。上述研究仅从大菱鲆卵子表型活力上进行判断,而未深入发掘可用于衡量卵子活力的生理生化指标。近年来,多项研究发现鱼类卵巢液或体腔液低水平的pH与卵质降低存在显著相关性[23]。FAUVEL等[31]通过研究发现大菱鲆卵质降低是由于大菱鲆卵巢液pH降低导致排除的卵子老化而引起的,相似的研究结果在虹鳟中也被检测到。LAHNSTEINER等[32]通过对湖鳟(Salmo trutta lacustris)卵巢生理生化指标与卵活力相关性进行研究,发现当卵巢中AST活力和β-葡萄糖糖苷酶活力分别低于31.65 μm·(min·L)-1和8.62 μm·(min·L)-1时,卵的活力皆高于80%,认为卵子本身及其内部的溶酶体破损是导致湖鳟卵巢中上述2种代谢酶活力值升高的原因。
该研究选择与蛋白质和糖等能量代谢相关的关键酶AST和PK作为生理生化指标对大菱鲆卵质进行评价。统计结果显示,大菱鲆受精卵孵化率与AST相对活力存在显著相关性,当AST相对活力大于(15.159±3.330)U·mg-1时,大菱鲆受精卵孵化率皆高于20%(表1,表2和图1);悬浮率和受精率与AST相对活力间无显著相关性,受精率是衡量亲鱼繁殖特征和卵子质量的重要指标,此研究中所测定的受精率是以原肠期中期受精卵数占总卵数的百分比进行统计,这可能是造成此研究中大菱鲆受精率普遍较低、以及受精率与AST相对活力间无显著相关性的原因。综上所述,此研究结果表明,AST相对活力可以作为用于评价大菱鲆卵质的生理生化参数,同时蛋白质是大菱鲆受精卵能量代谢过程中一个重要的能量来源,对维持大菱鲆受精卵活力起着重要的作用。在大菱鲆卵质检测中,其悬浮率、受精率和孵化率与PK间均无显著的相关性(图3),表明糖在大菱鲆受精卵能量代谢过程中可能不是主要的能量来源,在该研究中不适合作为大菱鲆卵质评价的指标。
鱼类卵质评价技术对中国现代鱼类养殖产业化发展具有重要意义,尤其是对现代优质种苗繁育生产具有直接的影响。形态学评价标准及受精率和孵化率是对鱼类卵质好坏与否的反映,并没有揭示影响卵质的决定因素。该研究从形态学和生理学角度对大菱鲆卵质进行了初步评价探讨,检测到蛋白能量代谢与大菱鲆受精卵孵化潜能具有显著相关性,今后有必要进一步开展与蛋白代谢相关的酶及产物研究,同时开展与脂肪代谢相关的研究,从生理学角度综合评价大菱鲆卵质,以期建立大菱鲆受精卵质量评价生理学指标,为海水鱼类的卵质评价奠定理论基础。
摘要：采用卵径形态比较和能量代谢关键酶生理生化分析方法,对大菱鲆(Scophthalmus maximus)卵质进行了评价。结果显示,大菱鲆受精卵卵径平均值为(1.053±0.020)mm,不同批次的受精卵卵径间无显著差异。双变量相关统计分析结果显示,大菱鲆卵径与悬浮率、受精率和孵化率间相关性皆不显著。基于能量代谢关键酶统计结果显示,大菱鲆受精卵孵化率与参与蛋白代谢关键酶谷草转氨酶(AST)相对活力存在显著相关性[EAST≥(15.159±3.300)U.mg-1,HHatchingrate>20%,Spearman相关系数为R=0.675,P=0.003],悬浮率和受精率与AST显著相关;大菱鲆受精卵悬浮率、受精率和孵化率与参与糖代谢关键酶丙酮酸激酶(PK)间相关性均不显著。该研究表明,AST相对活力可以作为用于评价大菱鲆卵质的生理生化参数,蛋白质在大菱鲆受精卵能量代谢过程中是一个重要的能量来源。
脑能量代谢 篇6
能量代谢[1](EnergyMetabolism)是人体最基本的生理活动之一,能量代谢的测定对于营养学、运动生理学、预防医学和临床医学等均具有重要的意义。寻找客观、精确、重复性高的能量代谢测量方法,一直就是生理学家、营养学者和医学工作者研究的重要内容。目前测定人体能量代谢的方法很多[2],常用的有直接测热法(DirectCalorimetry)和间接测热法(IndirectCalorimetry)。直接测热法是在隔热的条件下,将受试者关闭在量热器内,测量人体能量代谢过程中散发的热能。由于设备复杂,活动受限,其应用受到限制。间接测热法是现在能量代谢测量中常用的方法。其原理是根据三大产能营养素在产能时所消耗的氧气和产生的二氧化碳存在的定比关系,在特定条件下、一定时间内测量耗氧量和二氧化碳的生成量来计算其能量消耗。常用的有多氏袋和近年来出现的气体代谢分析仪。双标水法[3]是20世纪80年代出现的一种人体能量消耗测定技术,它以稳定同位素标记的2H218O作为示踪物,通过稳定性核素氘(2H)标记身体中的H2O,用重氧(18O)标记身体中H2O和CO2,通过分析尿液中标记物的峰度值变化,了解机体的能量代谢情况,其精确度2%~8%,准确度1%~3%,被誉为能量消耗测定的“金标准”。现综合有关文献,对双标水技术在能量代谢测定中的研究及应用现状做一综述,希望这项在国外已被广泛应用于营养科学领域的新技术能够在不久的将来切实有效地服务于我国的科学实践,并对准确制定我国的食物能量摄入标准提供有益参考。
1国内外研究现状
1.1历史渊源
Lifson等[4]始创于20世纪50年代,最初的研究主要局限于小动物。直到20世纪80年代才开始应用于人体研究。其主要原因是18O的价格昂贵,当时每公斤体重所需的同位素价格为1 500美元。后来,随着生产同位素的成本下降,特别是由于高灵敏度和高精确度的同位素比质谱仪(IsotopeRateMassSpectrometer,IRMS)的应用,使得同位素的用量大大减少,从而费用降低,才有可能将此方法推广到人体采用双标水法对人体活动时的能量消耗进行测定最早见于Schoeller和VanSanten的研究[5],它是一种能够准确测量人体在日常生活和工作中总能量消耗的能量代谢测定方法。
1.2基本原理
在营养代谢研究中,稳定同位素常被用作示踪剂来描述营养物质被摄入体内以后所经历的代谢动力学过程,最常用的稳定同位素包括15N、13C、2H18O、42Ca、44Ca等等,其中双标记水(2H218O)常用来作为能量代谢的示踪剂。
双标记水中的稳定性同位素2H和18O丰度远高于自然界中水的丰度(水中天然丰度:2H 0.015%,18O 0.204%),当受试者摄入一定量的双标记水(2H218O)后,机体即被这两种同位素所标记。2H参加水的代谢,其速率常数KD反映水的代谢率rH2O;18O既参加水的代谢,又参加CO2的代谢,由于碳酸酐酶的催化作用使得18O在H2O和CO2之间处于反应平衡,其速率常数KO反映水的代谢率rH2O和CO2的代谢率或生成率rCO2,当H2O和CO2反应平衡时,KO-KD可得到CO2的生成率rCO2。通过呼吸商(RespiratoryQuotient,RQ)和得到的CO2生成率可算出O2消耗量,最后利用经典的Weir公式[6]就能计算出单位时间内平均能量的消耗量。
1.3基本操作
1.3.1双标水的来源
国际上主要重氧水(H218O)的生产厂家有:美国CambridgeIsotopeLaboratories,Inc(简称:CIL);Sigma-AldrichCorporation等。其中,美国剑桥同位素实验室公司是全球最大的医用18O同位素分离单位,年生产能力为250kg,并通过GMP和美国FDA认证,重氧水的规格分别有:10.0atom%、95.0atom%和97.0atom%。国内仅有极少生产厂家报道生产重氧水(H218O)产品:上海化工研究院采用“水精馏路线”,生产3种规格的重氧水(H218O)产品:10.0atom%、95.0atom%和97.0atom%;江苏华益埃索托普公司采用高效的精馏分离技术,可根据不同用户的要求提供2%~97%各种规格的重氧水以及双标水,年生产能力达100kg。1.3.2双标水的给药途径及剂量
双标水一般采用口服的方式给药,事先按照一定的比例配制,消毒灭菌后用于人体。目前双标水的应用剂量为:2H(0.05~0.70)g/kgTBW(Tota BodyWater),18O(0.12~0.40)g/kgTBW,未成年人剂量要稍微高于成人。二者的浓度没有严格的比例限制,以同位素测试仪器的精确度为准。同位素的剂量与同位素丰度测试的误差有关,剂量大,费用增加,剂量小,精度低于5%。根据以往的研究经验,2H和18O的最适同位素剂量见表1。
1.3.3实验周期及样品收集
实验周期与同位素的生物半衰期有关,实验期过短,同位素丰度值变化太小增加偏差;实验期过长,后期样品的同位素丰度接近本底值增加测量误差,通常收集时间为1~3周,最适实验周期见表1双标水法收集的样品可以是尿液、唾液或者血液,通常样品为尿液,婴儿可收集唾液或尿液。样品收集有多点法和两点法,多点法是指收集全部实验过程的样品并分析,两点法是指只收集实验开始一天和结束一天的样品并分析,大多数情况下,两种方法都能得到正确的结果,但在某些特殊情况下每种方法都有其优点和缺点[7—9]。收集到的样品分装于密封管中,-20℃冰箱保存备用。
1.3.4样品分析及结果计算
样品经过预处理,采用气体同位素比质谱仪(IsotopeRateMassSpectrometer,IRMS)进行测定,得到样品的δ18O和δ2H。上海第二医科大学罗伟等[10]用双标水示踪法测定13例正常成年人的能量消耗,首次在国内建立了双标水样品测定方法,尿样双复管测定的平均CV%小于1%,最大不超过2.5%。得到样品δ值后,结果计算参照以下步骤。
(1)δ值的修正实验测得的各时间点18O和2H的δ值首先要使用下面的公式进行修正,换算成百分数
x=((dpost-dpre)/(ddose-dtap))×(18.02a/WA)
x为18O或2H的丰度;dpost为样品的丰度比值(相对于工作标准的比值δ‰);dpre为口服双标水前,基线样品的丰度比值(相对于工作标准的比值δ‰);ddose为稀释后双标水的丰度比值(相对于工作标准的比值δ‰);dtap为现场自来水的丰度比值(相对于工作标准的比值δ‰);a为分析用双标水重量(g);W为稀释口服双标水所用的重量(g);A为口服双标水的重量(g)。
(2)同位素消除曲线的绘制分别用样品18O和2H的丰度值取自然对数为纵坐标,以时间为横坐标作图,分别得到两条直线,即为同位素的消除曲线,见图1。18O和2H的速率常数分别为各自消除曲线的斜率KO和KD。由两条消除曲线反推到t=0,得到截距,把截距反对数后再取倒数,得出NO和ND,它们分别代表18O和2H代谢池的大小,二者的比值应在1.015-1.06之间。
(3) CO2的产生速率 由同位素的消除曲线,可以得到18O和2H的速率常数KO和KD以及18O和2H代谢池的大小NO和ND,从而得到CO2的产生速率。由于尚需考虑标记水分子的分馏因素而加入校正因子,因此实际计算用的公式各家报道不尽相同,目前国内外文献中常用的是Speakman model[11],它是在Lifson model[4]和Schoeller model[12]的基础上,综合了161份双标水测定数据得到的,根据Speakman model算出CO2的产生速率。
rCO2=(N/2.196)×(Ko-1.0427KD)。其中,N=(No+ND/1.042 7)/2。
(4) 呼吸商(RQ) 呼吸商是指一定时间内机体CO2产量与O2消耗量的比值,RQ随着受试者摄入的混合食物中蛋白质、脂肪、碳水化合物的比例不同会产生0.7～1.0的变化。当受试者处于热量平衡状态(体重恒定)时,可用食物商(Food Quotient,FQ)代替RQ,食物商(FQ)可由实际摄入的食物组成计算得到[13,14,15]。已知食物商FQ和CO2生成率rCO2,则O2的消耗速率 rO2=rCO2/FQ。
(5) 总的能量消耗(TEE) 最后,总的能量消耗可以依据经典的Weir公式计算得到。
TEE=3.941×rO2+1.106×rCO2-2.17×UN (UN为每天的尿氮量 g/d)
1.4 优缺点评价
1.4.1 优 点
首先,双标水法测定结果准确,与常规的能量代谢测定方法相比,其精确度(2%～8%)和准确度(1%～3%)都比较高,被称为能量代谢测定的金标准[16,17,18,19,20]。其次,双标水法基本不干扰受试者的一切正常活动,它测定的是人体在自由活动情况下的能量消耗,与实际情况更为接近,可以实现对不能合作者及活动不应受限制者的能量消耗的测定。最后,双标水法无毒、无损伤,它使用的示踪物2H和18O是无放射性的稳定同位素,对人体无害;样本的收集过程较为简单,仅收集尿液来计算体内同位素的残留量,对人体无创。此外,双标水法在测定能量代谢的同时,可以评价总体水及体成分。
1.4.2 缺 点
首先,双标水法实验费用昂贵,不仅试剂双标水价格昂贵,而且测试需要灵敏度和精确度较高的同位素质谱仪和高技术素质的分析人员,这限制了此方法在营养科学和流行病学大样本人群中的应用。其次,双标水法只能测定人体总的能量消耗量,它是对某时间段内尿液中的稳定同位素进行分析,只能获得这一时间段内总能量消耗方面的信息,难以了解每天或每小时的能量消耗模式。最后,双标水法还存在分析准确性上的缺陷。因为双标水法是建立在一些假设和理想条件下的,当应用于实际环境时容易产生误差,需要进行相应的校正。在理想条件下,2H只以水的形式代谢,18O也只以水和二氧化碳形式代谢,但实际上机体组织会发生同位素捕获或者交换。例如,合成脂类时就有2H的掺入,同位素还会以尿素、碳酸氢盐等非水的形式排泄。当受试者的体重在研究期间发生变化时,这种现象造成的误差会很明显,导致低估能量消耗。但如果机体处于稳定阶段,这种误差则可以忽略[21]。
2 国内外应用现状
目前,国外用双标水法研究人体能量代谢的报道日益增多,研究领域不断扩大;现国内已有学者同国外实验室合作,用双标水法进行研究。
2.1 各种生理条件下的人群
双标水法目前已广泛应用于不同人群能量消耗的研究,如早产儿、儿童、艾滋病人、肥胖人群、孕妇、哺乳期妇女和老年人,这些人群如果采用其他能量测定方法则会遇到很多问题。譬如,以往因检测方法的限制,研究婴儿能量消耗很困难,只有在睡觉时才能较容易测定。现在由于双标水法的优势,使这方面的研究有了很大进展[22,23,24]。国内也开展了这方面的工作,广东中山大学蒋卓勤等用双标水法对4月龄或6月龄婴儿的能量需要量进行了研究[25];中国疾控中心王京钟等用双标水法测定了54例4月龄和6月龄婴儿的体成分[26]。近几年双标水方法在成人和儿童肥胖、慢性病等流行病学方面的研究成果也引人关注[27,28],这些研究充分显示了该法的突出优点,即对不能合作者及活动不应受限制者的能量消耗的测定。
2.2 体育科学领域
充足的能量摄入对于出色的竞技非常重要,教练员、运动员、科研人员都很关注男女运动员的能量代谢。尽管心率监测法等在个体能量消耗测定中普遍应用,但这些方法有时会对训练和比赛有负面影响;而双标水法丝毫不干扰训练活动,可作为有效、精确测量能量消耗的参考。目前,双标水法已初步应用于体育科学领域的实验室研究和场地研究中,如环法自行车赛运动员、南极探险运动员、珠穆朗玛峰登山运动员等[29,30,31]。一直以来,运动员的能量摄入主要依靠饮食记录法进行估算,其准确性存在很大的争议。Trappe等[32]对5名女子游泳运动员的研究表明,大运动量训练期间,女子运动员的每日能量摄入EI(饮食记录法)与总能量消耗TEE相比有很大差距(EI: 3136±227 kcal/ d, TEE: 5593±495 kcal/ d) 。Ebine[33]等对8名男子足球运动员能量消耗的测试也发现,采用饮食记录法所得到的数据有明显的低报。这说明以膳食记录为基础计算能量摄入不能较好地预测运动员的能量消耗。在我国,北京医科大学运动医学研究所与英国Dunn营养中心合作,将双标水技术应用于我国少年体操运动员的能量消耗研究,结果表明儿童体操运动员的总能量消耗高于推荐能量摄入量,这一结果与国外的相关研究相一致,可能与运动员每日从事运动训练时消耗大量能量有关[34]。
2.3 评定其它能量代谢测定方法的准确性
利用双标水方法的准确性,以双标水法为参照来评定其它能量代谢测定方法的有效性和可靠性,有关这方面的报道很多[35,36,37,38,39]。如美国约翰·霍普金斯学院 Joan 等[40]将“7日体力活动回顾问卷法”与双标水法做了比对研究,结果表明体力活动问卷能够较为准确地评估个体总能量消耗,但是需要良好的个体依从性及严格的督导。国内关于这方面也有报道,如中国疾控中心刘爱玲等[41]应用双标水法对加速度计(CSA) 测量成人日常体力活动的效度进行验证,结果表明两者测得的能量消耗值存在显著的正相关关系(R=0.31,P<0.01)。
2.4 能量推荐摄入量(RNI)的制定
能量推荐摄入量(RNI)是营养科学重要的技术指标,也是国家制定食物发展计划和指导食品加工及食品营养素标识的重要依据。由于能量需要量与人种和膳食模式密切相关,许多国家都制定了各自的能量推荐量。目前,中国居民膳食能量参考摄入量(RNI)是中国营养学会2000年制订的[42],它是以1985年FAO/WHO/UNU有关能量方面的报告[43]为基础,采用WHO推荐使用的Schofield公式,对其稍做修正后用于计算中国人的基础代谢能量消耗,进而估算总能量需要量。由于缺乏可靠的中国人体实测数据,完全在西方人体数据的基础上进行经验下调,因此其准确性值得商榷。
2002年全国营养调查结果显示[44],过去20年,我国居民膳食能量摄入呈下降趋势。以标准人计,1982年10 413 kJ/d,1992年9 732 kJ/d,2002年9 407 kJ/d,2002年能量摄入仅达到推荐值的94%。与此同时,中国人的超重和肥胖率却呈上升趋势,与1992年相比,2002年成人超重率上升39%,肥胖率上升97%。从能量平衡的角度来解释,这种现象一方面可归因于国人体力活动减少降低了能量支出;另一方面,也让我们对我国的能量推荐值是否过高产生了疑问。而RNI的高估必然导致能量蓄积,对个体而言最终引起超重和肥胖的发生,对群体来说导致超重率的增加,这种变化是一个长期积累的过程,最终势必引发严重的公共卫生问题。
WHO的报告建议[43],各国应尽可能以实际测定的能量消耗量为基础,来确定人体的能量需要量。制定能量需要量应以准确的能量消耗测定值为基础。因此,双标水法在制定新的能量推荐需要量中发挥了重要的作用。目前,西方国家已经积累了大量的人体能量代谢数据。Black等[45]收集了12年中576例关于双标水的研究,结果显示美国于1989年制定的能量摄入标准中,婴儿和儿童的偏高,而青少年和成年人的偏低。Davis [46]综述了双标水研究中400多个婴儿的资料,认为目前对1周岁内婴儿能量摄入的推荐值比用双标水法测定的能量消耗值高10 %。Bandini[47]等对109名(8～12)岁儿童的研究发现,他们的平均能量消耗比Black等的评估要高(100～200)kcal/ d。Bratterby[48]等对46名青春期少年的研究与Black等的评估基本相符。Carpenter 等[49]对164名(65～70)岁的老年人的研究资料显示,男性受试者能耗量与Black 的评估值基本相符,而女性受试者的能耗值与Black结果有较大差距。这些人体能量代谢数据对于RNI的修订和补充具有重要的参考价值。在我国,有关这方面的报道很少。目前,只有中国疾控中心姚漫江等与美国Tufts大学合作[50],以(35～49)岁北京市民为受试对象,用双标水法测定了其日常活动能量消耗。对于我国能量RNI的进一步修订,则需要更多、更新的中国人的实测数据来支持。
3 总结
最后,我们认为关于能量消耗测定方法的选择,取决于实验的目的、测量的条件(实验室、现场)、实验对象及经济因素等。每种方法的有效性都受其方法本身固有的缺陷所限制,包括双标水法在内。双标水法尽管准确,但由于其高额的成本,限制了它在大范围人群中的应用。而RNI的修订则需要有不同年龄、不同职业、不同地域的大样本参与,这就需要以双标水法为标尺,寻找更为经济、适用于大样本人群的能量代谢测定方法。
摘要：双标水法是能量代谢测定方法中的金标准,综述了双标水法在国内外的研究及应用现状,为双标水技术在修订我国膳食能量摄入标准(RNI)中的应用提供有益参考。
脑梗死与糖代谢异常相关性研究 篇7
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2010年1月-2013年8月入住本院脑病科的108例急性脑梗死患者, 其中男56例, 女52例;年龄41~83岁, 平均 (62.24±11.6) 岁。入院后48 h内经头颅CT和/或MRI证实存在脑梗死, 根据梗死灶范围分为:轻度 (梗死灶直径<10 mm) 、中度 (梗死灶直径10~20 mm) 和重度 (梗死灶直径>20 mm) 。
1.2 检测指标
入院后当日或次日空腹抽血检测空腹血糖 (FPG) 、糖化血红蛋白 (Hb A1c) , 给予口服葡萄糖粉75 g后2 h抽血测量血糖 (PG) 。若FPG≥7.0 mmol/L, Hb A1c正常者, 考虑可能存在应激性高血糖, 暂不应用降糖药物, 给予限制葡萄糖摄人及静脉使用, 病情稳定后多次复查FPG, 并完成糖耐量试验。
1.3 糖代谢异常诊断标准
FPG≤6.0 mmol/L属正常范围, 6.1~6.9 mmol/L诊断为空腹血糖调节受损, 血糖≥7.0 mmol/L, 诊断为糖尿病;2 h PG<7.8 mmol/L考虑糖耐量正常, 7.8~11.1 mmol/L诊断为糖耐量减低, >11.1 mmol/L考虑为糖尿病[3]。空腹血糖调节受损及糖耐量减低统称为糖调节受损。
1.4统计学处理
采用SPSS 17.0软件对所得数据进行统计分析, 所有数据进行正态性检验、方差齐性检验。符合正态分布的计量资料用 (±s) 表示, 两组间比较采用单因素方差分析, 使用LSD检验。不同损害程度脑梗死患者发病率情况应用R×C卡方检验有无差异, 若有差异, 应用四格表卡方检验比较发生率, 以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 诊断结果
108例急性脑梗死患者, 43例患者入院前已诊为糖尿病 (39.8%) , 11例患者入院后经糖耐量试验诊断为糖尿病 (10.2%) , 9例患者为糖调节受损 (8.3%) 。
2.2 不同损害程度脑梗死患者血糖情况的比较
糖调节受损和糖尿病与正常血糖患者比较, 中度和重度组脑梗死比率明显升高;糖尿病患者脑梗死中度组、重度组比率较糖调节受损患者明显升高, 差异均有统计学意义 (P<0.05) , 见表1。
例 (%)
*与正常血糖患者比较, P<0.05;△与糖调节受损患者比较, P<0.05
2.3 不同程度脑梗死患者Hb A1c、FPG、2 h PG水平比较
脑梗死中度组、重度组的Hb A1c、FPG、2 h PG水平均明显高于脑梗死轻度组, 重度组的Hb A1c、FPG、2 h PG水平明显高于中度组, 差异均有统计学意义 (P<0.05) , 见表2。
*与轻度组比较, P<0.05;△与中度组比较, P<0.05
3 讨论
动脉粥样硬化病变范围广, 可涉及多个器官、组织, 其中脑动脉粥样硬化疾病进展后可导致脑卒中。脑梗死又称缺血性脑卒中, 是最为常见的一种脑血管病, 系由于各种病因所造成的局部脑组织区域血液供应障碍, 导致脑组织缺血缺氧性病变坏死, 进而产生临床上对应的神经功能缺失表现。糖尿病合并脑梗死的相对危险程度是非糖尿病患者的2~3倍[1]。研究表明, 糖尿病是脑梗死的独立危险因素, 而糖调节受损亦可增加脑梗死的发病率及复发率[4]。
3.1 糖代谢异常与动脉粥样硬化
脑梗死是严重危害人类健康的疾病, 目前在我国它的发病率仍居高不下, 糖尿病增加动脉粥样硬化的危险, 与非糖尿病的健康人群相比较, 糖尿患者群动脉粥样硬化的发病率高, 发病年龄轻、病情进展快, 是脑梗死的独立危险因素。有研究显示, 在糖调节受损阶段, 大血管疾病的发病率即有明显增加[4]。糖尿病以高血糖为主要特征, 长期的慢性高血糖可引起血管结构和功能的改变, 而“高糖记忆效应”也可使短期的血糖升高对血管产生长期的不良影响, 从而导致血管损伤, 引发动脉粥样硬化[5]。糖尿病另一个主要特征是血脂代谢异常, 主要是由胰岛素抵抗和高血糖引起, 它也是加速动脉粥样硬化发生的关键因素, 糖尿病血脂异常主要表现为甘油三酯水平升高、高密度脂蛋白胆固醇水平降低、低密度脂蛋白胆固醇水平增高, 三者构成动脉粥样硬化的危险因素, 共同促进动脉粥样硬化病理过程的启动和发展[6]。糖调节受损作为糖尿病的前期病变, 60%~75%的糖调节受损人群已经存在胰岛素抵抗, 并且已有研究证实, 糖调节受损患者的心血管疾病发病率高于血糖正常人群, 甚至与糖尿患者群接近[7]。已有研究证实, 经口服葡萄糖耐量试验 (OGTT) 检测大多数心脑血管病患者存在糖代谢异常[8]。因此, 糖尿病患者的动脉粥样硬化病变早在糖尿病诊断之前、尚处于糖调节受损阶段时就已发生, 究其原因考虑主要与糖调节受损人群已存在血糖水平的异常和胰岛素抵抗有关, 两者共同促进糖调节受损患者动脉粥样硬化的起始及进展。因此, 糖代谢异常患者动脉粥样硬化发生早、进展快、病情重, 可较早期发生严重的心脑血管疾病[1,7]。
3.2 糖代谢异常与脑梗死损害程度及预后的关系
本研究发现, 糖代谢异常患者脑梗死损害程度明显重于正常血糖患者, 而糖代谢异常患者中的糖尿病患者的脑梗死损害程度明显重于糖调节受损患者, 差异有统计学意义 (P<0.05) ;进一步分析显示, 脑梗死损害程度严重患者不论是即时血糖水平 (FPG、2 h PG) , 还是近期平均血糖水平 (Hb A1c) 均明显升高, 这说明糖代谢异常患者无论是已确诊为糖尿病, 还是处于糖尿病前期的糖调节受损阶段, 脑血管风险都已明显升高。众所周知, 高血糖对心脑血管的损害是显著的, 而急性脑梗死时可通过下丘脑-垂体-肾上腺素轴刺激细胞因子释放, 增加糖原分解、糖异生, 胰岛素抵抗加重, 使血糖升高, 而高血糖可促进脑缺血组织的神经元坏死, 加重病情, 形成恶性循环[9,10,11]。造成脑梗死病变范围更加广泛, 损害程度更严重, 预后更差。本研究表明, 通过观察不同损害程度脑梗死患者的血糖水平, 分析脑梗死患者的糖代谢异常情况, 可为脑梗死的预防、诊断、治疗提供依据[12,13]。
3.3 脑梗死患者糖代谢异常的诊断时机
急性脑梗死患者急性期血糖升高, 可以是原有糖代谢异常的反映, 亦可以是应激反应的表现, 但应激性血糖升高持续多久, 有研究认为, 急性脑梗死患者在病后 (14±4) d已经无应激性血糖升高, 可以作为并发糖尿病 (DM) 、糖耐量受损 (TGT) 、空腹血糖受损 (IGF) 的诊断时间点。研究表明, 伴发高血糖的急性脑梗死患者神经功能缺损严重, 糖代谢水平变化对急性脑梗死患者的病情和预后判断有参考价值, 监测血糖并控制正常范围内可改善预后[14]。
因此, 对于脑血管病高危人群, 更多地关注糖代谢水平, 积极将血糖控制在理想范围, 将有利于降低脑梗死的发生风险;积极治疗糖尿病和糖调节受损, 对脑梗死的一级预防和二级预防具有重要的临床价值。对于已存在脑血管病的患者, 良好的血糖水平管理, 对改善预后、预防再发都具有重要的临床意义。
摘要：目的:观察不同损害程度脑梗死患者的血糖水平, 分析其糖代谢异常情况, 探讨脑梗死与糖代谢异常的关系, 为脑梗死的预防、诊断、治疗提供依据。方法:选取2010年1月-2013年8月入住本院脑病科的108例急性脑梗死患者, 根据梗死范围将其分为轻度组41例、中度组40例、重度组27例, 通过检测空腹血糖 (FPG) 、餐后2 h血糖 (PG) 、糖化血红蛋白 (HbA1c) , 观察患者的糖代谢情况。结果:糖调节受损、糖尿病与正常血糖患者比较, 中度及重度组脑梗死比率明显升高;糖尿病患者脑梗死中度组、重度组比率较糖调节受损患者明显升高;脑梗死中度组、重度组的HbA1c、FPG、2 h PG水平均明显高于脑梗死轻度组, 重度组的HbA1c、FPG、2 h PG水平明显高于中度组, 差异均有统计学意义 (P<0.05) 。结论:糖代谢异常与脑梗死的发生及损害程度明显相关, 良好的血糖控制有利于降低脑梗死的发生率, 监测血糖并控制正常范围内可改善预后。