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一种通过高强度间歇训练与饮食诱导肥胖的慢性模型以最大化大鼠运动努力并诱导生理变化

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DOI：

10.3791/64447

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2023年4月28日

 ,  , 
1West Virginia School of Osteopathic Medicine

本文内容

摘要

本文介绍了在饮食诱导肥胖的Sprague-Dawley大鼠模型中，高强度间歇训练（HIIT）方案的形态测量学反应及训练效果。该方案的目的是最大化运动强度，并确定瘦型和肥胖型大鼠对HIIT的生理反应。

摘要

与持续中等或低强度训练相比，高强度间歇训练（HIIT）是一种时间效率更高且能产生相似生理效益的替代方法。本文介绍了一种可用于评估饮食诱导肥胖Sprague-Dawley大鼠模型中多种健康指标的HIIT实验方案。将21日龄的雌性Sprague Dawley大鼠随机分为以下四组：对照组（CON，n = 10）、运动训练组（TRN，n = 10）、高脂饮食组（HFD，n = 10）和高脂饮食/运动训练组（HFD/TRN，n = 10）。对照组饲料为市售实验室普通饲料，其中10%千卡能量来自脂肪（3.82 kcal/g）；高脂饲料（HFD）中45%千卡能量来自脂肪（4.7 kcal/g）。动物具有 随意摄取 在整个研究期间，动物可随时获取其指定饮食。经过8周的饮食诱导期后，运动组每周进行4次高强度间歇训练（HIIT），持续8周。每次HIIT训练包括10个循环的1分钟冲刺/2分钟休息，使用带有电机驱动跑带的啮齿类动物跑台完成。8周训练结束后，动物被处死以采集组织样本。结果显示，TRN组与HFD/TRN组在跑步距离上无显著差异；训练速度在整个研究期间稳步提升，最终跑步速度分别为TRN组115 cm/s和HFD/TRN组111 cm/s。每周热量摄入量下降（p < 0.05）在TRN组相对于CON组减少，但增加（p < 0.05）。最后，HFD组动物的指标显著高于p < 0.05）的体脂率，且训练组动物的体脂率降低（p < 0.05）的体脂率。该方案展示了一种在饮食诱导肥胖模型中高效评估高强度间歇训练（HIIT）对多种生理指标影响的方法。

引言

肥胖及其合并症（如心血管疾病、代谢性疾病和癌症）仍然是所有健康问题中最为严重、治疗成本高昂且可预防的问题之一。目前，根据体重指数（BMI；定义为体重（千克）除以身高（米）的平方）判断，美国超过三分之一的成年人以及全球超过16亿成年人被归类为肥胖1 。肥胖作为一种疾病，源于遗传易感性、环境暴露以及调节能量摄入与能量消耗的正常机制发生紊乱2。 随着肥胖流行带来的人力与经济负担持续上升，人们正 increasingly 加强对能量平衡相关机制的研究，并深入探讨饮食与运动在防治代谢性疾病中的作用。

先前的研究表明，接触高适口性、高能量密度的饮食会刺激大鼠模型的过度进食3。 Ad libitum（自由摄取）地获取高适口性饮食会导致热量摄入增加，从而引起显著的体重增长4。研究还表明，运动可以调节食欲，并改善肥胖个体饱腹信号的敏感性5。理论上认为，运动恢复饱腹信号敏感性的机制部分是通过运动训练对中枢和外周组织对瘦素（leptin）反应性的影响实现的；瘦素是一种关键的脂肪细胞分泌调节激素，可抑制食欲并促进能量消耗5。尽管这些研究已探讨了多种运动干预方案，但目前尚无明确共识指出哪种干预方式更优6,7。有部分证据表明，高强度间歇训练（HIIT）——即在恢复间隔中穿插反复的剧烈运动——在改善食欲调节方面可能优于其他形式的运动，例如中等强度持续训练（MICT）、高强度持续训练或自主体力活动8。然而，关于高强度间歇训练、饮食与食欲调节三者交叉作用的知识仍存在空白。

先前的研究还表明，运动是影响久坐相关共病的强有力调节因素，特别是从肌肉和脂肪组织变化的角度来看尤为显著9,10,11。 据推测，这些组织成分的改变可促进抗炎状态的形成，这可能是运动降低疾病风险的原因12。运动过程中骨骼肌收缩会释放肌细胞因子（myokines），即细胞因子、其他小分子蛋白质和蛋白聚糖肽，这些物质被认为在调节体力活动相关的抗炎效应中发挥中介作用。相比之下，脂肪组织产生的细胞信号分子——脂肪因子（adipokines）——则主要发挥不利作用，并促进炎症状态的发展13,14,15,16。 尽管已有大量证据表明中等强度持续训练（MICT）引起的组织成分改变有助于改善健康状况，但关于高强度间歇训练（HIIT）潜在益处的研究仍相对较少17,18。

最后，心血管疾病已被明确认为是人类发病率最高的疾病，且与肥胖、饮食和体力活动密切相关1。 本方案提供了一种高效的方法，用于训练啮齿类动物以评估心血管训练对多种系统的影响。特别是，心肌肥厚是心血管运动引起的一种显著适应性改变。这种肥厚可增强心肌收缩力，提高向运动组织输送血液和氧气的能力。既往研究表明，与中等强度运动相比，高强度运动更易诱发心肌肥厚19。

本方案通过提供一种研究高强度间歇训练（HIIT）对饮食诱导肥胖小鼠模型食欲调节、成分变化（从而影响肌因子和脂肪因子变化）以及心血管适应性影响的方法，有助于填补现有文献中的空白。此外，基于表现的强度递增模式可最大化训练效果，并确保动物不会对运动训练产生适应，从而在训练后期仍能维持高强度状态。

本方法的总体目标是最大限度地提高运动强度，并识别Sprague-Dawley大鼠在高强度间歇训练（HIIT）、饮食诱导肥胖以及这两种刺激相互作用下的表型变化。该方案与其他技术相比具有独特优势，能够在整个训练期间持续最大化运动努力程度，即使大鼠的运动技能和体能水平不断提升亦能实现。此外，该方法还允许同时分析运动与肥胖的影响，而非仅单独关注其中某一方面。具体而言，本研究旨在检验以下假设：（1）在训练过程中，大鼠的运动速度可能逐渐提高，且TRN组大鼠所跑行的距离可能大于HFD/TRN组20；（2）训练组大鼠的平均每周热量摄入可能高于对照组，并且在每种饮食亚组中均可观察到这一现象21；（3）对照组大鼠的平均每日体重增长可能大于运动组大鼠，且在处死时对照组大鼠的体脂含量可能更高21；（4）与TRN大鼠相比，HFD/TRN大鼠的心脏和肝脏质量可能更大19。

方案

本研究中描述的所有实验程序均遵循《实验动物护理和使用指南》第8版。实验方案已获得西弗吉尼亚骨科医学院机构动物护理和使用委员会（IACUC 2019-5）下属的研究与资助项目办公室（ORSP）批准。有关本实验方案所用材料的更多详细信息，请参见材料表和表1。本方案时间线的总体概览见图1。

1. 实验设计

  1. 使用40只来自商业来源的雌性21日龄Sprague-Dawley大鼠（参见 材料表).
  2. 根据IACUC指南，在处理动物时应使用适当的个人防护装备。这些安全措施包括但不限于佩戴一次性无菌手套、实验服、鞋套等。
  3. 称量每只动物，计算平均值及平均值的标准误，以确保各组间体重无差异。若组间存在差异，则通过将较重的个体重新分配至较轻组，较轻的个体重新分配至较重组，以匹配各组的体重。
  4. 将动物随机分为四组：对照组（CON，n = 10）、正常饮食/运动训练组（TRN，n = 10）、高脂饮食/对照组（HFD，n = 10）和高脂饮食/运动训练组（HFD/TRN，n = 10）。
  5. 将大鼠单独饲养在独立笼具中（每笼一只动物），置于受控环境内（12小时光照/12小时黑暗循环，21 °C ± 2 °C，相对湿度60% ± 10%），所有大鼠均断奶后喂饲市售实验室饲料作为对照饮食（参见 材料表）进行为期1周的适应性饲养。每个笼具中提供丰富化装置（庇护所、啃咬物和筑巢材料）。
    注意：CON 饮食由市售的实验室饲料组成（参见 材料表 和 表1 脂肪供能占总热量的10%（3.82 kcal/g）。
  6. 允许 随意摄取 实验期间可自由获取食物和水。
  7. 在为期1周的适应期结束后，开始8周的饮食干预，为HFD组和HFD/TRN组小鼠提供HFD饲料。HFD饲料（见 材料表 和 表1 （欲了解详细信息）由45%的千卡热量来自脂肪（4.7千卡/克），代表典型西方饮食中的宏量营养素构成。确保所有动物持续拥有 随意摄取 食物和水的获取
    1. 每周开始时，称量并记录每只动物所给予饲料的质量。每只动物每周饲喂 140 g 饲料。
    2. 称量饲料时，将称量舟置于精密电子天平上（参见 材料表），并通过按下将天平归零 "去皮" 按钮。将140 g饲料放入称量舟中，并记录天平显示的重量（g）。这是 "之前" 重量
    3. 将饲料放入每只动物饲养笼中的食槽内。
    4. 如果动物的饲料即将耗尽，应称取额外的饲料配给量（每剩余一天补充20 g），并将该部分饲料加入食盒中。记录每只动物所补充的饲料量。若动物摄食困难（表现为料斗中出现滚圆的颗粒），可在料斗内的饲料上方增加配重，以方便其取食。
  8. 每周结束时，称量每只动物剩余的饲料。每只动物均应有剩余饲料，以确保其能够进食。 随意摄取使用相同量程，记录剩余的食物。这是 "之后" 重量
  9. 减去 "之后" 重量来自 "称重前" 记录每只动物每周的食物摄入量（g）。
  10. 在为期8周的饮食诱导期结束后，开始对TRN组和HFD/TRN组大鼠实施HIIT训练方案。该方案包括持续8周的HIIT训练，每周一、周二、周四和周五进行训练（参见 "高强度间歇训练方案" 上午8:00至10:00之间（如下所述）。确保所有动物均具有 随意摄取 在整个实验过程中均可获得其指定的实验饮食。
    注意：各组之间该实验方案并无统一标准，因为本方案旨在最大化每组的表现，而各组之间可能存在差异（由饮食诱导的表型所致）。
  11. 在最后一次运动训练后48小时处死大鼠 通过 吸入异氟烷（5%）诱导麻醉后的重要组织采集
    1. 首先确保系统中有充足的氧气和异氟烷以诱导麻醉。通过逆时针旋转主阀门（通常位于氧气瓶顶部）打开氧气瓶。根据氧气瓶的型号，可能还需要打开氧气瓶上的减压阀。此外，检查排气管是否已正确固定，并确认收集罐未超重。
    2. 使用前称量罐体重量，并在罐体侧面记录日期和重量。检查确认三通阀通向诱导室的阀门已打开，通向鼻罩的阀门已关闭。
    3. 为诱导麻醉，将动物放入诱导室，并通过固定锁紧装置密封诱导室。按下安全锁并逆时针旋转旋钮，将异氟烷浓度设定为5%。
    4. 接下来，逆时针旋转氧气流量计底部的旋钮，直至流量计读数在1.5–2 L/min之间。
    5. 1～2 分钟后，当动物失去意识时，按住安全锁并将旋钮顺时针旋转，关闭异氟烷。按下氧气释放阀 3～5 秒，用氧气冲洗诱导室。打开诱导室，取出失去意识的动物。
    6. 将失去意识的动物仰卧放置，并连接鼻罩以持续给予麻醉。打开面罩给药的三通阀，关闭通向诱导室的三通阀。以100%氧气为载体，输送5%异氟烷进行麻醉。 通过 面罩给药直至足底反射消失。
      1. 通过捏压麻醉动物的脚趾并观察是否存在反射性反应，来检查足底屈肌反射。
  12. 根据IACUC批准的方法（可能因研究而异）处死动物，并仔细解剖出用于测量和进一步分析的靶组织（皮下脂肪组织、肾周脂肪组织、骨骼肌、肝脏、性腺和心脏）。根据IACUC规程，安乐死可通过断头器断头或活体组织（心脏）采集完成。
    1. 在肋骨下方及横膈膜处做一切口，以取出心脏。
      1. 找到心脏，用手术剪剪断血管（主动脉、腔静脉、肺动脉、肺静脉）。用镊子夹住心脏，剪断周围结缔组织以分离心脏。迅速用生理盐水冲洗心脏，用纱布吸去多余液体，称重并记录。如需进一步分析，可用手术剪分离左心室、右心室和室间隔，分别称重。
      2. 将心脏组织样本放入冻存管中，并在液氮中速冻。
    2. 接下来，使用手术刀沿腹部中线做一纵向切口，并从脐部区域向动物体侧做两个侧向切口，以暴露腹腔器官。
      1. 使用镊子和手术剪切除任何感兴趣的器官。
        注意：本研究中采集了肝脏、内脏（腹部）脂肪组织、胰腺和腓肠肌。通过轻轻修剪器官周围及体腔壁的结缔组织，将腹部脂肪组织以一至两大块完整取出。未采集皮下脂肪组织，此操作方式与既往研究方法一致。22.
      2. 对于器官，取出后将其置于已去皮的清洁称量皿中，记录重量（g），然后将样品放入冻存管中进行速冻。
    3. 对于腓肠肌，在小腿外侧两侧各做一个纵向切口，并在跟腱处做一个横向切口。
      1. 剪断或撕开连接皮肤与肌肉组织的结缔组织，以暴露腓肠肌。用手术剪尽可能靠近肌肉处剪断跟腱，并用镊子夹住腓肠肌。
      2. 沿腓肠肌向上追踪至其上端附着点，并进行类似的切割以游离该肌肉。
      3. 将样品置于洁净的已去皮重的称量舟中称重，转移至冻存管，于液氮中速冻。
  13. 立即将其他收集的组织样本放入冻存管中，液氮速冻后于−80 °C保存。这些组织可用于后续实验室分析，如PCR、蛋白质印迹（western blot）或其他方法，具体根据研究目标而定。

2. 高强度间歇训练方案

  1. 开始训练前，通过翻转控制单元背面的电源开关来启动跑步机（参见材料表）。
  2. 将控制单元上的旋钮逆时针旋转，直至显示器读数为 0.00 mA，以将跑步机电击强度调整至 0.00 mA。
  3. 松开跑步机底部的锁紧螺母，将坡度调节至第一个卡槽位置，使跑步机倾斜度设为 5.0%，然后重新拧紧锁紧螺母以固定该坡度。
  4. 一只手支撑动物身体，另一只手轻轻抓住其尾根部，并 将动物 放置于跑步机的单个通道中。
  5. 重复此操作，直到跑步机上的五个独立通道均被来自同一队列的大鼠占据。
  6. 顺时针旋转速度调节旋钮，将跑步机速度设定为 45 cm/s，直至显示器显示 45 cm/s。按下停止/运行按钮启动跑步机，使其运行 5 分钟，然后再次按下停止/运行按钮停止跑步机。此阶段不使用电击刺激。
    注意：在实验早期阶段，动物可能需要使用硬毛刷进行鼓励，以避免接触电击网格，从而帮助其学习如何使用跑步机。
  7. 5 分钟结束后，给予 2 分钟休息时间，然后开始训练阶段。顺时针旋转控制单元上的旋钮，使显示器显示本次训练阶段对应的起始速度。首次训练会话的初始跑速设为 55 cm/s。每个新训练日的第一次冲刺，其起始速度应比前一天达到的最高速度低 4 cm/s。
    1. 按下启动按钮启动跑步机，让动物奔跑至显示器显示 1:00（1 分钟），然后再次按下停止/运行按钮停止跑步机。
    2. 若动物到达跑步机后部的电击网格区域，需使用刷子刺激以促使其向前移动。如果每组训练中任一动物在单次训练阶段内对刷子刺激无反应超过两次，则在该次训练剩余时间内将电击强度调至 2.0 mA。
  8. 完成一次冲刺后，让动物休息 2 分钟。2 分钟休息结束后，按下控制单元上的停止/运行按钮启动跑步机，开始下一次冲刺。跑步机速度的具体调整规则如下：
    1. 若同一队列中的全部五只动物在无需激励（即未使用硬毛刷鼓励或接触电击网格不超过五次）的情况下完成完整的 1 分钟冲刺阶段，则在下一次冲刺阶段将速度提高 4 cm/s。通过顺时针旋转控制单元上的速度旋钮实现加速。
    2. 若在 1 分钟冲刺过程中使用了刷子激励，或任一动物接触电击网格超过五次，则下一次冲刺阶段维持与前一次相同的速度。
    3. 若动物在冲刺阶段表现出明显挣扎行为（在电击网格上累计停留时间超过 20 秒），则在下一个阶段将速度降低 4 cm/s。
      注意：根据我们的经验，所有动物均能完成规定的跑步任务。然而，若动物表现出拒绝奔跑或遭受过多电击的情况，研究者可根据实际情况决定将其移出实验。
    4. 记录每次训练阶段的跑步速度和距离。
  9. 每天共重复上述过程 10 次，完成 10 组高强度间歇训练（HIIT）训练阶段。每次训练阶段包括 1 分钟高强度跑步和随后 2 分钟的休息。
  10. 训练会话结束后，将每只动物从跑步机上取下，并放回各自的独立笼具中。
  11. 在每个新的训练日，首次训练阶段的初始跑速应比前一天训练中达到的最高速度低 4 cm/s，最低不得低于 55 cm/s。

3. 统计分析

  1. 以均值和标准误的形式报告形态计量学及其他结果指标。
  2. 使用分析软件（参见材料表）中的混合效应模型进行组间差异分析，允许进行多重比较。
    注意：采用Šidák校正法对多重比较进行校正。适当时采用重复测量模型。显著性差异由p < 0.05确定。

结果

图2表明，训练表现随着实验方案的进行而逐渐提高。TRN组和HFD/TRN组的最终跑步速度分别为115 cm/s和111 cm/s。TRN组与HFD/TRN组之间的总跑步距离无显著差异（图3）。

对照饮食组动物的平均每周饲料摄入量显著高于高脂饮食组（p < 0.0001）（分别为 103 g/周 ± 1.0 g/周 与 91 g/周 ± 1.0 g/周）。训练组的平均每周饲料摄入量也显著高于未训练组（p < 0.001）（分别为 98 g/周 ± 1.3 g/周 与 92.2 g/周 ± 1.0 g/周）。在分析交互效应时，CON组与TRN组之间的每周摄入量无显著差异，但均显著高于HFD/TRN组（p < 0.05）；而HFD/TRN组的摄入量又显著高于HFD组（p < 0.05）（图4）。将饲料摄入量换算为千卡摄入量后，高脂饮食组动物的热量摄入显著高于对照饮食组（p < 0.0001）（分别为 430 kcal/周 ± 4.6 kcal/周 与 396 kcal/周 ± 3.7 kcal/周）。这导致四个组之间的每周热量摄入存在显著差异（p < 0.05），其中HFD/TRN组的每周热量摄入最高，随后依次为HFD组、CON组和TRN组（图5）。

在喂养期的前8周内，各组之间的体重没有差异，直到第8周时，HFD组和HFD/TRN组的体重显著高于CON组和TRN组（分别为293 g ± 10.1 g和298 g ± 13.1 g，对比270 g ± 8.6 g和264 g ± 6.8 g，p < 0.05）。在研究的剩余时间内，HFD组和HFD/TRN组的体重仍显著高于CON组和TRN组（HFD、HFD/TRN、CON和TRN组的最终体重分别为332 g ± 14.4 g、347 g ± 16.3 g、304 g ± 10.3 g和304 g ± 10.1 g，p < 0.05）。在研究的运动阶段，训练组动物的平均日增重（ADG）显著高于未训练组（分别为0.8 g/天 ± 0.11 g/天与0.5 g/天 ± 0.09 g/天，p < 0.05），而在此期间CON组与HFD组之间的ADG无显著差异。总体而言，在训练期间，HFD/TRN组的ADG显著高于HFD组，而CON组与TRN组之间无显著差异（图6，p < 0.05）。然而，为期8周的训练并未导致HFD/TRN组与HFD组在体重上出现显著差异（分别为347 g ± 16.3 g与331.5 g ± 14.4 g）。

训练方案完成后，组织取材结果显示，高脂饮食组（HFD）动物的内脏脂肪量显著高于对照组（CON）（分别为 25 g ± 2.1 g 与 19 g ± 1.5 g，p < 0.05）；而接受运动训练的动物其内脏脂肪量较对照动物显著降低（分别为 21 g ± 2.4 g 与 25 g ± 2.1 g，p < 0.05）。HFD 组的内脏脂肪量显著高于 TRN 组和 HFD/TRN 组（图 7）（p < 0.05）。HFD/TRN 组的心脏质量高于 CON、TRN 和 HFD 组（p < 0.05；分别为 1.3 g ± 0.2 g、1.1 g ± 0.1 g、1.1 g ± 0.1 g 和 1.0 g ± 0.1 g）。各组之间的肝脏质量未观察到差异。其他任何器官或组织的质量均未发现显著差异。

显示生长阶段的时间线示意图：出生、适应环境、饮食、训练、第147天进行尸检。
图1：按动物日龄排列的研究方案时间线。 请点击此处查看此图的放大版本。

训练期间速度图；实线与虚线分别比较HFD/TRN组与TRN组的表现趋势。
图 2：TRN组与HFD/TRN组动物在8周训练方案中各次训练的HIIT速度变化。 HIIT每周进行4天，持续8周，共完成32次训练。图中显示每次训练的平均数据。请点击此处查看该图的放大版本。

TRN组与HFD/TRN组跑步距离的柱状图比较；统计数据分析图
图3：训练周期中TRN组和HFD/TRN组每次冲刺的平均跑步距离。 高强度间歇训练（HIIT）每周进行4天，持续8周，共完成32次训练。数据以均值±标准误（SEM）表示。请点击此处查看该图的放大版本。

平均饲料摄入量（克/周）柱状图比较：CON、TRN、HFD 和 HFD/TRN 组，含统计标记。
图 4：CON、TRN、HFD 和 HFD/TRN 各组的平均每周饲料摄入量。 数据以均值 ± 均值标准误（SEM）表示。a,b,c 标有不同字母的均值之间差异具有统计学意义（p < 0.05）。请点击此处查看此图的放大版本。

比较四种饮食组（CON、TRN、HFD、HFD/TRN）平均能量摄入的柱状图。
图 5：CON、TRN、HFD 和 HFD/TRN 各组每周热量摄入量。 数据以均值 ± 标准误（SEM）表示。a,b,c,d 标有不同字母的均值之间差异具有统计学意义（p < 0.05）。请点击此处查看该图的放大版本。

条形图显示 CON、TRN、HFD 和 HFD/TRN 组每日质量变化（克/天）的比较。
图6：CON、TRN、HFD 和 HFD/TRN 各组的平均每日体重增加量。 数据以均值 ± 标准误表示。a,b 标注不同字母的组间差异具有统计学意义（p < 0.05）。请点击此处查看该图的高清版本。

不同条件（CON、TRN、HFD、HFD/TRN）下质量的柱状图比较。统计分析。
图7：尸检时平均内脏脂肪质量。 数据以均值 ± 标准误表示。a,b不同字母标注的组间差异有统计学意义（p < 0.05）。请点击此处查看该图的放大版本。

表1：本实验方案所用饲料的成分。 请点击此处下载该表格。

讨论

本方案提供了一种有效的方法，用于研究高强度间歇训练（HIIT）在饮食诱导肥胖模型中对多种健康指标的影响。该实验流程借鉴了以往的研究，能够更高效地检测多个结果变量，例如运动训练相关参数、食欲调节标志物以及身体成分的侵入性分析3,7,8,18,23,24。 饮食成分、干预周期和运动干预方案均与先前发表的研究保持一致23,24。 在本研究中，实验用商业实验室饲料为外购（见材料表）。高脂饮食组与对照组饲料中的蛋白质和微量营养素含量相同，仅调整碳水化合物和脂肪含量，以安全地诱导实验组动物产生肥胖（见表1）。

本研究采用的8周肥胖诱导期是基于先前的研究建立的，这些研究显示，在提供由45%千卡来自脂肪（4.7 kcal/g）的商用实验饲料后，体重会出现显著变化，这种宏量营养素比例与典型的西方饮食中的构成相似23。此外，以往研究已证明，为期8周的高强度间歇训练（HIIT）方案在影响食物摄入7,8、脂肪组织特征18,23以及肌肉增长18方面具有显著效果。 本研究所描述方案的结果与既往研究一致，表明HIIT会影响食欲调节，以及体脂和肌肉质量的组成变化。

本方案的一个优势在于，它能够最大化动物运动训练的强度，并在整个实验过程中维持最高运动强度。随着动物不断熟练掌握跑步机的使用并提升体能，跑步机的速度会根据其表现相应增加。此外，采用5.0%的坡度设置，可使动物在每次训练及整个实验过程中更快地达到最大运动强度，相比不使用坡度的情况更为高效。因此，每次训练以及整个实验周期内的运动表现均得以最大化。

在研究过程中，一只动物因生病无法完成实验方案，导致共有 n = 39 只动物完成了研究，其中高脂饮食（HFD）组仅有 n = 9 只大鼠。本方案最初设计用于评估运动和饮食干预对细胞因子谱的影响，功效分析显示，其检测主要目标细胞因子（irisin）差异的统计功效超过 90%（p < 0.05）。未来使用该模型的研究应基于独立的功效分析来确定合适的样本量。

本研究主要旨在探讨高强度间歇训练（HIIT）在饮食诱导肥胖啮齿类动物模型中的生理学效应，并最大化运动强度。该方案能够展示在饮食和高强度间歇训练干预下平均日增重（ADG）和脂肪含量的变化（图6 和 图7）。未来的研究可进一步明确高强度间歇训练对内分泌、肌因子和脂肪因子的特异性反应。阐明这些机制可能有助于肥胖及其共病的治疗与预防。

本研究还揭示了饮食和高强度间歇训练（HIIT）对摄食量的影响。结果表明，当动物摄入高脂饮食时，经过训练的动物比未训练动物摄入更多的热量；相反，在摄入对照饮食的情况下，经过训练的动物比未训练动物摄入更少的热量，显示出食欲调节反应因饮食成分不同而异。因此，对于同时摄入高脂饮食的人群而言，采用HIIT进行减重的策略可能效果较差，因为他们更有可能摄入过量热量。相反，在HIIT期间保持均衡的宏量营养素摄入可能有助于降低热量摄入，从而促进减重。该模型有助于推动相关研究，深入理解能量平衡背后的机制，并助力开发有效的减重策略。

最后，本方案展示了各队列间心脏组织的差异，反映了机体组成在饮食和运动训练作用下的适应性变化。这些数据表明，肥胖诱导后进行高强度间歇训练（HIIT）可能导致心肌肥厚，而不会伴随肝脏大小的改变。未来对这些发现背后机制的分析，将有助于深入研究心肌肥厚以及肥胖、HIIT与心血管疾病之间的代谢关联。

本研究中描述的实验方案存在若干局限性。首先，本研究所使用的跑台具有五个跑道，可同时让五只大鼠进行运动。尽管这种操作方式效率较高，但单名研究人员很难同时兼顾所有动物。在某些情况下，跑台操作人员难以将注意力同时分配给多只需要使用鬃毛刷进行刺激的大鼠。未来，确保有更多研究人员协助完成训练方案将是一个优先事项。此外，五跑道跑台设备不具备气体交换测量功能，因此无法评估动物在实验过程中的有氧/无氧代谢状态。提供啮齿类动物跑台的公司（见材料表）确实提供具备气体交换测量功能的跑台型号，但该型号为单跑道设计，因此需要耗费显著更多的时间和人力。然而，对于需要测量或控制间接热量测定特定结果的研究人员而言，这种投入可能是值得的。此外，目前关于电击网格如何影响运动表现的证据极为有限，在解读本模型的结果时应予以考虑。最后，本研究中描述的运动方案是针对年轻的雌性Sprague-Dawley大鼠设计的。既往研究表明，不同性别之间存在明显的差异效应，尤其是在高强度间歇训练（HIIT）与食欲调节方面3,7。 尽管预期可能获得类似的结果，但本方案并未测试不同物种、年龄、性别或健康状况的动物。

与先前的模型相比，本方案展示了一种更为省时高效的方法，可用于评估多种结果变量。例如，本方案在一个为期8周、每周进行4次训练的实验设计中，成功识别出高强度间歇训练（HIIT）与食欲调节之间的相互作用，而此前的研究则需要每周进行5次训练，持续8周24，甚至长达12周的训练周期8。 此外，本研究设计还允许对多种健康指标进行分析，例如运动数据、食欲调节标志物以及身体成分。这些指标，连同心脏对运动训练的适应性变化，也为评估心血管系统训练适应提供了有前景的手段。内皮功能、肌纤维类型组成以及心肌细胞肥厚等指标可轻松加入本方案，以进一步加深对这些运动诱导适应机制的理解。此外，本方案包含了基于表现的强度递增设计。该设计有助于最大化训练效果，并确保大鼠不会对运动环境产生适应，从而避免在干预后期趋向于中等强度持续训练模式。这一点在图2中有所体现；具体而言，这些动物的冲刺速度超过以往文献报道速度的两倍以上，进一步证明了其在心血管、骨骼肌及体温调节方面产生了与高强度间歇训练干预一致的多种适应性变化25。

披露

作者声明，本文发表不存在任何利益冲突。

致谢

作者感谢 Michael Pankey、Chris Butler 以及 WVSOM 工作人员在动物护理和数据收集方面提供的帮助。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
对照饮食用商业实验室饲料Research Diets Inc., New Brunswick, NJD12450H
高脂饮食用商业实验室饲料Research Diets Inc., New Brunswick, NJD12451
GraphPad Prism 软件GraphPad Software Inc., San Diego, CA
精密电子数字天平Ohaus Corporation, Pine Brook, NJV11P30
啮齿类动物跑台Panlab, Barcelona, Spain
Sprague Dawley 大鼠Charles River, Durham, NC
台式麻醉机VetEquip Inc., Livermore, CAV0557

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