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Chinese Prevention and Control Center for Disease，Medical Institute for Protection Against Radiation and Neaclear Safety100088.
【Abstract】 Objective To observe the efficacy of hypoglycemic and insulin secretion of hydrolyzed guar gum.Methods The diabetes animal model was induced by streptozototocin.Guar gum was perfuded to gaster between the dose1～4g/kg in diabetes rats.The insulin（1U/kg）was injected intramuscularly as control group.The blood glucose and serum insulin concentration were measured.The relative pharmacological bioavailability（f%）were calculated.The results of experiment were compared with intra-muscular injection group.Results Guar Gum appeared the lowˉe
r dilatative and lower imbibitional character after hydrolyzed.Both lower blood glucose levels and higher serum insulin concentration was exhibited in the diabetes animal model.But this changes of blood glucose and serum insulin level in guar gum group was lower than in intra-muscular injected insulin group significantly.The pharmacological efficacy of guar gum can display the dose-effect relationship following p.o guar gum.The calculation of f%showed that a variˉable pharmacological bioavailabilitywas14.4%～17.3%.Conclusion These data demonstrated that guar gum could improve carbohydrate metabolic and insulin secretion in the diabetes rats.
Key words guar gum insulin blood glucose diabetes animal model bioavailability
瓜尔豆胶（Guar Gum）是一种来源于印度豆类植物中可溶性纤维物质。目前该类物质作为食物添加剂和粘合剂已被广泛用于动物饲料和食品工业中。以往研究证实，瓜尔豆胶具有降低糖尿病动物或患者血糖的作用。
瓜尔豆胶（Guar Gum）为一种液体纤维性物质。多年来，瓜尔豆胶作为食品添加剂而誉名世界。由于其具有较大的体积膨胀特性，近十多年来研究者们利用该特性制作假饱型减肥药物。近年来大量的基础研究结果表明，瓜尔豆胶作为药用原料具有明显的降低血糖的作用。文献报道其降低血糖作用虽不及胰岛素和一些化学制剂，但其具有上述药品所不具备的可以口服，使用方便，无明显药物毒副作用，以及应用过量不致产生低血糖等特性 ［1～6］ 。
由于瓜尔豆胶所具有的巨大膨胀特性，食用者服用可产生胃部饱胀不适，影响食用病人食欲，故作为药用原料具有一定的局限性。本研究采用酸性水解的方法对瓜尔豆胶进行植物纤维水解化学处理，水解后的瓜尔豆胶在水中膨胀特性明显降低。为确证经水解处理后瓜尔豆胶降低血糖的药效作用变化，我们采用口服水解处理的瓜尔豆胶对糖尿病大鼠动物进行药效实验观察。本文对所观察到的瓜尔豆胶药效作用机理进行了探讨。
1 材料与方法
1.1 实验动物 采用二级Wistar大鼠，雄性，体重188～212g。由北京大学医学部实验动物中心提供，二级动物房常规饲养。
1.2 受试药物 （1）链脲霉素（Streptozotocin）C 8 H 15 N 3 O 7 ，白色粉剂，-80℃保存。批号:53F0126，由Sigma公司提供。（2）瓜尔豆胶（Guar Gum）:灰白色粉剂，室温保存。批号:EC NO232-536-8;由Sigma化学品公司提供。
1.3 糖尿病动物模型制作 低温下用柠檬酸缓冲液配制1%链脲霉素溶剂。柠檬酸缓冲液为:0.1mol/L柠檬酸55.9ml;0.2mol/L磷酸二氢纳44.1ml，pH4.4。常规消毒实验大鼠腹部注射部位皮肤，按50mg/kg剂量腹腔注射1%链脲霉素-柠檬酸药液。腹腔注射链脲霉素后动物自由饮食饮水。于注射3天后尾静脉取血，测定血糖浓度高于400mg/dl（22mmol/L）者定为糖尿病模型大鼠。
1.4 瓜尔豆胶水解方法 将100g瓜尔豆胶粉剂加入0.05mol/L盐酸（HCl）溶液500ml中充分溶解，将溶解后的瓜尔豆胶放入90℃恒温箱中进行植物纤维水解。6h后用冰水冷却瓜尔豆胶盐酸溶液，用1mol/L氢氧化钠（NaOH）溶液缓慢滴定瓜尔豆胶盐酸溶液至pH5.5。静置冷房中24h。待完全析出上清液和瓜尔胶完全沉淀后，离心4500g，20min。收集水解后的瓜尔豆胶冷冻干燥。
1.5 给药剂量、实验分组及给要途径 按不同给药剂量分为3个剂量组，即:口服不同剂量瓜尔豆胶4g/kg组、2g/kg组和1g/kg组。另设肌肉注射胰岛素1U/kg对照组和空白对照组。空白对照组给予等量生理盐水灌胃，每组10只糖尿病模型大鼠。采用灌胃给药后1、2、4、6、8、24h尾静脉取血进行全血中血糖含量检测。
1.6 实验检测指标
1.6.1 血糖含量测定 尾静脉取血，采用日产京都II型血糖测定仪（Glucocard TM II）和血糖测试插片（Test stip II）测定模型动物血糖含量。
1.6.2 血清胰岛素含量测定 糖尿病大鼠经眼底静脉穿刺取血，3000g离心10min取血清。采用放射免疫方法测定糖尿病大鼠血清胰岛素含量。胰岛素放射免疫测定药盒由核工业部放射免疫中心提供。
血糖经时曲线上面积和药理相对生物利于度计算:应用梯形法计算糖尿病大鼠给药后血糖经时曲线上面积（AAC）。采用药理生物利用度公式计算瓜尔豆胶药理相对生物利用度（f%）。
f%=［（AAC0～480min·p.o·Dose se/AAC0～480min·sc·Dose po）］×100%。AAC0～480min表示经肺输送胰岛素后480min内血糖曲线面积值;po为瓜尔豆胶口服给药组 （g/kg）;se为肌肉注射胰岛素组（U/kg） ［7］ 。
1.7 实验数据统计学方法 全部实验数据均采用均数±标准差（ˉx±s）表示，采用t检验对各组数据进行统计学分析。
2 实验结果
2.1 链脲霉素诱发大鼠糖尿病模型后血糖含量变化 腹腔注射链脲霉素诱发大鼠糖尿病模型前后模型大鼠血糖含量变化显示为诱发糖尿病模型前大鼠血糖浓度为（104.7±21.12）mg/dl;诱发糖尿病模型3天后大鼠血糖浓度为（430.0±38.06）mg/dl。血清胰岛素含量测定显示诱发糖尿病模型前大鼠血清胰岛素含量为（6.89±1.82）mIU/L;诱发糖尿病模型3天后大鼠血清胰岛素含量降至（3.42±1.36）mIU/L。上述结果可见，实验大鼠腹腔注射链脲霉素后其血糖含量较正常大鼠明显升高，约为正常大鼠血糖含量的410.7%，胰岛素含量较正常大鼠降
低约50.4%。采用腹腔注射链脲霉素（60mg/kg）方法诱发糖尿病动物模型的成功率为100%。
2.2 水解后瓜尔豆胶物理特性测定 见表1。
表1 瓜尔豆胶水解前后膨胀情况和吸水量变化略
从表1显示瓜尔豆胶水解前后药物吸水和膨胀变化分析，经水解后的瓜尔豆胶在再次溶解后其吸水量和膨胀率均明显低于非水解瓜尔豆胶的水平。低膨胀率的瓜尔豆胶使其增加服用剂量以及作为药用原料成为可能。
2.3 口服不同剂量瓜尔豆胶后不同时间糖尿病大鼠血糖含量变化 见表2。
表2 不同剂量瓜尔豆胶对糖尿病大鼠血糖浓度（mg·dl）动态变化观察 （略）
从表2血糖检测数据显示，各组糖尿病模型大鼠口服瓜尔豆胶后2h其血糖浓度均有不同程度的降低，统计学比较，P<0.05。血糖变化以4g/kg组最为明显，其峰值比空白对照组降低31.3%。血糖降低幅度与口服瓜尔豆胶剂 量有关。但各瓜尔豆胶组动物血糖降低的幅度均明显低于肌肉注射胰岛素1U/kg组。
2.4 口服不同剂量瓜尔豆胶对糖尿病大鼠血清胰岛素含量的影响 见表3。
表3 不同剂量瓜尔豆胶对糖尿病大鼠血清胰岛素含量（mIU/L）动态变化观察 （略）
三组口服不同剂量瓜尔豆胶糖尿病大鼠胰岛素含量测定仅高剂量组（4g/kg组）服用后4h血清胰岛素均值高于空白对照组水平，P<0.05，其它口服瓜尔豆胶组糖尿病大鼠血清胰岛素含量与空白对照组比较差异无显著性。推测瓜尔豆胶增加胰岛素分泌作用与服用剂量有关。三组口服瓜尔豆胶糖尿病大鼠胰岛素含量均明显低于肌肉注射胰岛素1U/kg组，故推测瓜尔豆胶的降糖作用并非主要依赖于促进胰岛素分泌机制有关。
2.5 口服瓜尔豆胶后糖尿病大鼠药理相对生物利用度变化分析 见表4。
表4 各组动物药理相对生物利用度变化观察 （略）
三组糖尿病动物口服瓜尔豆胶8h内血糖变化曲线面积均明显低于胰岛素治疗组。其8h内降低血糖曲线面积计算相对药理生物利用度分别为（16.8±3.6）%、（17.3±4.2）%和（14.4±3.2）%。口服中、高剂量组生物利用度略高于低剂量组水平。
3 讨论
瓜尔豆胶（Guar Gum）是一种来源于印度瓜尔豆类物质，具有液体纤维之称。多年来，瓜尔豆胶一直作为动物饲料和人类食品的辅料、黏合剂或添加剂。该物质具有巨大的膨胀性、黏合性以及含有丰富的可溶纤维素。生物效应研究发现:瓜尔豆胶可明显延长实验动物胃的排空时间，具有降低血液中脂类化合物和胆固醇的含量，减少机体脂肪储存等作用。目前，已有多种含有瓜尔豆胶材料的假饱类减肥食品和保健品问世。近年来，经大量动物实验研究，Jenkins及其合作者们首先发现瓜尔豆胶可降低正常人餐后血糖水平和提高餐后血清胰岛素的含量 ［8，9］ 。随着研究的进一步深入，许多研究者证实:在正常人和糖尿病病人中，瓜尔豆胶可改善生物体内碳水化合物的代谢，提高血清中胰岛素对血糖代谢的敏感性 ［10］ ，并增加胰岛细胞分泌胰岛素。故多数研究者建议，在糖尿病好发人群、糖尿病隐性患者甚至糖尿病病人的饮食中加入适量的瓜尔豆胶十分有 益。由于瓜尔豆胶具有巨大的膨胀性和延缓胃排空等特性，故长期大量服用常使服用者产生胃部不适症状，并使其服用量受到限制。如何使其即保留对血糖和胰岛素的有益作用，又减少其对消化系统的不利影响，改变瓜尔豆胶物理溶解特性，许多学者进行了大量的有益尝试。
本研究采用化学水解的方法，对瓜尔豆胶液体纤维进行水解，其目的是力求最大限度的降低瓜尔豆胶的吸水性和膨胀性，实验采取不同浓度盐酸和不同水解温度条件观察瓜尔豆胶的物理性特征变化，实验结果显示，采用0.05mol/L的盐酸溶液在90℃高温条件下水解6h，可获得溶解后的瓜尔豆胶最大的液体析出、最小的吸水量和膨胀体积。采用该方法水解后的瓜尔豆胶，其完全溶解后吸水量比非水解处理的等量瓜尔豆胶减少59.5%，完全溶解后体积较非水解处理的瓜尔豆胶降低60.6%。低膨胀度瓜尔豆胶为大剂量口服该液体纤维，并观察其对糖
尿病模型大鼠血糖和胰岛素影响创造了条件。
为了进一步了解水解处理的瓜尔豆胶对血糖和胰岛素的影响，并观察不同剂量瓜尔豆胶和血糖和血清胰岛素含量的关系，我们采用链脲霉素（Streptozotocin）诱发糖尿病大鼠动物模型，观察口服不同剂量瓜尔豆胶对糖尿病模型大鼠血糖和胰岛素含量的影响。采用常用的药理相对生物利用度计算公式，分析瓜尔豆胶对血糖和胰岛素变化的影响。实验结果显示:（1）口服瓜尔豆胶后2h各剂量组糖尿病大鼠血糖浓度均有不同程度的降低，统计学比较，P<0.05。降低血糖作用以4g/kg组最为明显，其峰值比空白对照组降低31.3%，瓜尔豆胶降低
血糖幅度与口服剂量有关。由于瓜尔豆胶降低血糖的幅度明显低于肌肉注射胰岛素1U/kg组，故认为瓜尔豆胶作为预防辅助药品具有一定的应用价值。而作为治疗糖尿病的主要药品，其降糖作用尚待进一步观察;（2）口服瓜尔豆胶后24h各剂量组糖尿病大鼠血清胰岛素含量与空白对照组比较差异均无显著性，由此推测瓜尔豆胶降糖作用并非主要依赖促进胰岛素细胞分泌胰岛素的机理;（3）根据血糖浓度经时变化曲线面积计算瓜尔豆胶药理生物利用度（f%）结果表明，4g/kg组f%为（16.8±3.6）%;2g/kg组f%为（17.3±4.2）%;1g/kg组f%为（14.4±
3.2）%。
目前，瓜尔豆胶对血糖浓度影响的研究的结论仅停留在动物实验数据的结果上，有关该液体纤维物质影响血糖的作用机制尚无确切的依据可循。多数研究推测，瓜尔豆胶降低血糖作用并非直接增加胰岛细胞释放胰岛素，其理由是在大多数研究中并未发现血清胰岛素含量增加。综合多数研究推论，瓜尔豆胶降低血糖可能的原因为:（1）延缓胃肠道内容物排空时间，减慢体内碳水化合物分解代谢 ［11］ ;（2）该物质巨大的膨胀特性可降低食用者食欲和碳水化合物的摄入量 ［12］ ;（3）由于该液体纤维与食物中部分化合物的结合和包裹，
干扰其在胃肠道的消化吸收过程 ［13］ ;（4）不明原因的增加血清中胰岛素对血糖的敏感性，加快血液中糖代谢 ［14，15］ ;（5）增加胰岛细胞分泌胰岛素 ［16，17］ ;（6）甚至有部分研究者认为可增加糖从尿中排出，同时胃肠道碳水化合物吸收减少亦是血糖降低的另一因素 ［18］ 。本实验仅从实验测试数据推测:瓜尔豆胶降低血液中血糖浓度作用可能与胰岛素利用率增加和食物中碳水化合物的消化吸收降低有关，究其确切机制尚需进一步深入研究观察。
参考文献
1 Jenkins DJA，Goff DV，Leeds AR，et al.Unabsorbable carbohydrates and diabetes:decreased post-prandial hyperglyeaemia，Lancet，1976，2:172.
2 Gassull MA，Goff DV，Haisman，et al.The effect of unavailable carbohyˉdrate gelling agents in reducing postprandial glycemia in normal volunˉteers and diabetics.J Physiol Lond，1976，259:528.
3 Jenkins DJA，Nineham R，Craddock C，et al.Fiber and diabetes.Lancet，1979，1:434.
4 Jenkins DJA，Leeds AR，Gassull MA.Decrease in postprandial insulin and glucose concentrations by guar gum and pectin.Ann Intern Med，1977，86:20.
5 Aro A，Uusitupa M，Voutilainen G，et al.Improved diabetic control and hypercholesterolemic effect induced by long term dietary supplementation with guar gum in type2（non-insulin dependent）diabetics.Diabetoloˉgia，1981，54:1.
6 Smith U，Holm G.Effect of modified guar dum preparation on glucose and lipid levels in diabetics and healthy volunteers.Atherosclerosis，1982，45:1.
7 Mclvor ME，Cummings CC，Leo TA.Mendeloff AL.Flattening postpranˉ dial blood glucoseresponses with guar gum-acute effects.Diabetes Care，1985，8:274.
8 Johnson IT.The biological effects of dietary fiber in the small intestine.In Dietary Fiber:Chemical and Biological Aspects.The Royal Society of Chemistry.London，UK，2001，151-163.
9 Leclere CL，Champ M，Boillot J，et al.Role of viscous guar gums in lowˉering the glycemic response after a solid meal.Am J Clin Nutr，1994，59:914-921.
10 Jenkins DJA，Wolever TMS，Vuksan V，et al.Nibbling versus gorging:metabolic advantages of increased meal frequency.N.Engl.J.Med，1989，321:929-934.
11 Morgan LM，Tredger JA，Wright J，et al.The effect of soluble and insolˉuble fiber supplementation on post-prandial glucose tolerance，insulin and gastrc inhibitory polypeptide secretion in healthy subjects.Br J Nuˉtr，1990，64:103-110.
12 Begin F，Vachon C，Jones JD，et al.Effect of dietary fibers on glycemia and insulinemia and gastrointestinal function in rats.Can J Physiol Pharmacol，1989，67:1265-1271.
13 Krotkiewski M.Effect of guar gum on body-weight hunger ratings and metabolism in obese subjects.Br J Nutr，1984，52:97-105.
14 Collier GR，Wolever TMS，Jenkins DJA.Concurrent ingestion of fat and reduction in starch content impairs carbohydrate tolerance to subseˉquent meals.Am J Clin Nutr，1987，45:963-969.
15 Hasegawa G，Mori H，Sawada M，et al.Dietary fiber treatment amelioˉrates overt diabetes and decreased insulin secretion to glucose.Induced by overeating in impaired glucose tolerant mice.Horm.Metab Res，1990，22:408-412.
16 Cameron-Smith D，Collier GGR，O’Dea K.Effect of soluble dietary fiber on the viscosity of gastrointestinal contents and the acute glyˉcaemic response in the rat.Br J Nutr，1994，71:563-571.
17 Landin K，Holm G，TengbomL，et al.Guar gum improves insulin sensiˉtivity，blood lipids，blood pressure，and fibrinolysis in healthy men.Am J Clin Nutr，1992，56:1061-1065.
18 Track NS，Cannon MM，Flenniken A，et al.Improved carbohydrate tolˉerance in the fiber-fed rats:studies of the chronic effect.Can J Physiˉol，1982，60:776-796.
基金项目:香港科技大学研究基金（USTHK.6137/01M）
作者单位:1 100088北京中国疾病预防控制中心，辐射防护与核安全医学所
2 香港科技大学生化系