- Wai Chong Wong,
- Kerstin A. Ford,
- Nicole E. Pagels,
- James E. McCutcheon, a
- Michela Marinelli
+ Poznámky autora
Současná adresa JE McCutcheona: Katedra psychologie, University of Illinois v Chicagu, Chicago, IL 60607.
Příspěvky autora: WCW, JEM a MM navržený výzkum; Výzkum WCW, KAF, NEP a MM; WCW, KAF, NEP, JEM a MM analyzovaná data; WCW, JEM a MM napsal článek.
- Journal of Neuroscience, 13 březen 2013, 33(11): 4913-4922; doi: 10.1523/JNEUROSCI.1371-12.2013
- Abstraktní
- Plný text
- Plný text (PDF)
Abstraktní
U lidí je dospívání obdobím zvýšené náchylnosti k rozvoji závislosti na kokainu. Není známo, zda to lze přičíst většímu přístupu k kokainu a jeho expozici v tomto věku, nebo zda je mozek dospívajících obzvláště citlivý na návykové vlastnosti kokainu. Zde jsme podrobili samce adolescentů (P42) a dospělých (∼P88) různým postupům samopodávání kokainu. Kromě toho, abychom určili, zda jsou behaviorální rozdíly spojeny s vývojovými rozdíly v dopaminergní aktivitě, zkoumali jsme a manipulovali aktivitu dopaminových neuronů. Ve srovnání s dospělými adolescentní krysy brali kokain snadněji, byli citlivější na nižší dávky, vykazovali větší eskalaci příjmu kokainu a byli méně náchylní ke zvýšení cen (tj. Byli „neelastickí“). Současně vykazovali adolescenti zvýšenou aktivitu dopaminových neuronů ventrální tegmentální oblasti, což je rys, o kterém je známo, že je spojen se zvýšeným chováním při samopodávání. Farmakologická manipulace s dopaminem D2 funkce receptoru s chinpirolem (agonistou) nebo eticlopridem (antagonistou), ke změně aktivity neuronového dopaminu, eliminovala věkové rozdíly v samopodávání kokainu. Tato data naznačují kauzální vztah mezi behaviorálními a elektrofyziologickými determinanty závislosti na kokainu. Závěrem lze říci, že adolescenti vykazují behaviorální a elektrofyziologické rysy zvýšené odpovědnosti za závislost.
Úvod
Adolescence je období zvýšené náchylnosti k rozvoji závislosti na kokainu u lidí (Kandel a kol., 1992; Chambers a kol., 2003; Johnston a kol., 2011), což se projevuje rychlejší progresí onemocnění a závažnějšími příznaky (Anthony a Petronis, 1995; Patton a kol., 2004; Reboussin a Anthony, 2006; Chen a kol., 2009). Není jasné, zda taková zvýšená vnímavost vyplývá z větší expozice drogům a experimentování nebo zda jsou adolescenti citlivější na návykové vlastnosti kokainu. To je u člověka obtížné, protože člověk nedokáže vysvětlit rozdíly v možnostech užívání drog ve věku. Stejně tak je nemožné studovat užívání kokainu při absenci nebiologických faktorů, jako jsou socioekonomické vlivy na užívání drog.
Pomocí zvířecích modelů můžeme studovat příjem léčiv za podmínek rovného přístupu k lékům. Ačkoli žádný jednotlivý behaviorální úkol nemůže modelovat každý prvek závislosti, různé postupy samosprávy mohou modelovat specifické aspekty užívání drog (přehled viz. Lynch a Carroll, 2001). Současná literatura ukazuje, že ve srovnání s dospělými krysy, dospívající krysy berou více určitých drog zneužívání (Schramm-Sapyta a kol., 2009), jako je alkohol (Doremus a kol., 2005; Siegmund a kol., 2005), nikotin a amfetamin (Levin a kol., 2007; Shahbazi a kol., 2008). Studie o kokainu jsou však nekonzistentní a bohužel byly použity pouze postupy pro získání jedné dávky. Některé studie ukazují, že dospívající mají větší příjem než dospělí (Anker a Carroll, 2010; Schramm-Sapyta a kol., 2011), zatímco jiní ukazují, že adolescenti a dospělí se neliší (Leslie a kol., 2004; Belluzzi a kol., 2005; Frantz a kol., 2007; Kantak a kol., 2007; Kerstetter a Kantak, 2007; Harvey a kol., 2009; Li a Frantz, 2009). K vyřešení těchto nesrovnalostí jsme zde použili širokou škálu dávek kokainu a procedury samopodávání k modelování více dimenzí užívání drog, konkrétně příjmu a citlivosti [získávání samopodávání pomocí krátkých (ShA) / dlouhých (LgA) procedury přístupu], eskalace příjmu a konzumace kokainu jako funkce ceny (příjem kokainu, když se zvýší poměr k získání drogy). Použitím těchto postupů jsme zjistili, že v porovnání s dospělými krysy vykazovaly dospívající krysy zvýšené chování při podávání kokainu.
Zvýšené podávání kokainu je spojeno se zvýšenou aktivitou dopaminových neuronů ventrální tegmentální oblasti (VTA) u dospělých potkanů (Marinelli a White, 2000). Zajímavé je, že aktivita dopaminových neuronů je také zvýšena během dospívání (McCutcheon a Marinelli, 2009; McCutcheon a kol., 2012). Snažili jsme se stanovit kauzalitu mezi behaviorálními a fyziologickými měřeními závislosti na závislosti podáváním léků, které modifikují aktivitu dopaminových neuronů, během vlastního podávání kokainu. Konkrétně jsme testovali hypotézu, že snížení zvýšené aktivity dopaminového neuronu u dospívajících potkanů sníží jejich zvýšený příjem kokainu na hladiny pozorované u dospělých; Naopak zvyšující se aktivita dopaminového neuronu u dospělých zvýší příjem kokainu na hladiny pozorované u dospívajících.
Materiály a metody
Předměty
Samci krys Sprague Dawley byli získáni z kolonie Portage (Charles River). Byly umístěny tři v kleci v cyklu 12 h světlo / tma, při konstantní teplotě 22 ± 2 ° C a vlhkosti 66% ± 25, s podle libosti přístup k jídlu a vodě za všech okolností. Dospívající krysy byly odstaveny v přesně postnatálním dni 21 (P21). Všechny krysy dorazily do vivária ∼1 týden před zahájením experimentů. Během této doby aklimatizace byly krysy ošetřeny alespoň jednou. Nástup puberty byl stanoven přibližně od P35 do P44 pomocí balano-předkožné separační metody (Kolho a kol., 1988); došlo k přibližně P41. Všechny experimenty trvaly 7 – 10 d, pokud není uvedeno jinak, a byly zahájeny, když byly prepubertální adolescentní krysy, postpubertální adolescentní krysy (dále jen „adolescentní krysy“) a dospělé krysy v P35, P42 a P88. Všechny studie byly provedeny během temné fáze cyklu světlo / tma, když jsou krysy aktivní. Studie byly prováděny po dobu ∼2.
Kokainová samospráva
Krysy testované pro samopodávání kokainu nebo experimenty zavedené infuze kokainu dostaly intravenózní katetrizaci pravé vnější jugulární žíly pod anestézií isofluranovým plynem (indukce 5%, udržování 2 – 3%). Do krční žíly byl připevněn SILASTICKÝ katétr (10 – 12 μl mrtvého objemu) a subkutánně prošel pro výstup ze střední lopatkové oblasti. Během pooperačního zotavovacího období ∼1 týdně byl katétr denně propláchnut sterilním fyziologickým roztokem (100 μl), aby se zabránilo ucpávání. V den před začátkem samopodávání byly krysy umístěny do samoobslužných komor (41 × 24 cm podlahová plocha, 21 cm vysoká; MED Associates) pro návyk do komor pro 1.5 h. To bylo provedeno, aby se zabránilo průzkumnému chování, které by narušovalo chování samosprávy. V pilotním experimentu jsme si všimli, že dospívající krysy prozkoumaly komoru více než dospělí a že tato aktivita konkurovala chování při samopodávání. Období návyku proto sloužilo k odstranění této věkové předpojatosti.
Samoobslužné komory byly opatřeny dvěma protilehlými otvory pro ucpání nosu, které byly umístěny 2 cm nad podlahou v každé z krátkých stran komory. Komory byly umístěny uvnitř zvukotěsné kabiny. Během aklimatizačního období byly zakryty otvory pro nos. Během samopodávání, strkání nosu do jedné z děr („aktivní“ díra) podalo jednu infuzi léku [tj. Pevný poměr 1 (FR1); jeden hrabavý nos je ekvivalentní jedné infuzi, není-li uvedeno jinak]; také to vedlo k osvětlení světla uvnitř aktivní díry pro 10. Časový limit 10 – 30 byl časový limit, který zabraňoval předávkování ve všech experimentech s výjimkou experimentu, který testoval příjem jako funkci rostoucího poměru (cena), který neměl časový limit. Nose strkající do druhé díry („neaktivní“) nemělo žádné důsledky. Infuze byly dodávány injekční pumpou v objemu 200 μl / kg (tj. 30 μl pro 150 g krysy) a rychlostí ∼12 μl / s. Počet nosních kousků a počet infuzí byly shromážděny programem MED Associates Software Package Schedule Manager pro Windows. Průchodnost katétrů byla testována jednou na krysu s Brevitalem (5 mg / kg, iv) ke konci experimentu; krysy, které neodpověděly okamžitě na anestetikum, byly ze studií vyloučeny. Celkem 18 455 (∼4%) potkanů bylo tedy ze studií vyloučeno.
Experiment 1: věkové rozdíly v získávání samosprávy
ShA.
Různé kohorty potkanů si samy mohly podávat fyziologický roztok nebo kokain (75 – 1200 μg / kg na infuzi) po dobu 1.5 h denně pro 7 – 10 d. Tyto dávky kokainu jsou definovány jako velmi nízké (75 μg / kg na infuzi), nízké (150 μg / kg na infuzi), středně nízké (300 μg / kg na infuzi), střední (600 μg / kg na infuzi) a vysoké (1200 μg / kg na infuzi). Prepubertální adolescenti byli testováni pouze při mírně nízké dávce (300 μg / kg na infuzi). Akvizice chování při samopodávání s kokainem při střední dávce (600 μg / kg na infuzi) byla také testována v oddělené skupině potkanů za účelem stanovení kritéria pro získání.
LgA.
Pro zkoumání získání drogy po prodloužení denního přístupu k lékům bylo povoleno samostatné skupině potkanů samostatně podávat kokain pro 6 h denně ve střední dávce (600 μg / kg na infuzi) pro 10 d.
Pokus 2: věkové rozdíly ve stupňování sebepodávání kokainu
Samostatná kohorta potkanů byla nejprve vyškolena, aby si samostatně podávala mírnou dávku kokainu (600 μg / kg na infuzi) pro 4 d (dvakrát denně po dobu osmi hodin 1.5 h). Mírně vysoké dávky jsou vyžadovány k navázání eskalace (Ahmed a Koob, 1998; Mantsch a kol., 2004). Protože příjem v mírných dávkách se lišil mezi adolescenty a dospělými (Obr. 1) a to by mohlo ovlivnit následnou eskalaci, jsme vyrovnali množství příjmu kokainu v průběhu věků během počáteční tréninkové fáze. Za tímto účelem byly krysy odstraněny ze samoobslužných komor, jakmile dosáhly infuze 15 – 20, nebo po maximální 3 h. Po tréninkové fázi byly krysy podrobeny eskalační studii. Pro eskalační studii byly krysy testovány 6 h denně (LgA) nebo 1.5 h denně (ShA) na 12 d.
Experiment 3: věkové rozdíly ve spotřebě kokainu v závislosti na ceně
Samostatná skupina potkanů se nechala samostatně podávat vysokou dávku kokainu (1200 μg / kg na infuzi) po dobu 1.5 h denně. Během prvního 2 d jsme použili FR1 (jeden nosní hrot odpovídá jedné infuzi). Pevný poměr (tj. Cena) byl poté zvýšen každý druhý den (FR3, FR6, FR9, FR12 a FR24), takže krysy dokončily dvě sezení za každou cenu. Analýza byla provedena na druhém zasedání, které krysy dokončily za každou cenu. Počet samovolných infuzí (tj. Spotřeba) byl přizpůsoben křivce exponenciální poptávky stanovené Hurshem a Silberbergem (2008; Hursh a Roma, 2013): log Q = log Q0 + k(e−α (Q0×C) - 1). Tato křivka se používá k odhadu úrovně „motivace“ ke konzumaci drogy (Hursh, 1993) a způsob, jakým příjem kokainu odolává rostoucí ceně (tj. „elasticita poptávky po kokainu“) (Bickel a kol., 2000). Proto se považuje za dobrou metodu hodnocení odpovědnosti za zneužití (Hursh, 1993). Q představuje spotřebu (počet samovolných infuzí) a Q0 je úroveň spotřeby za nejnižší možnou cenu. C představuje cenu (tj. poměr) a k je nastavena na konstantu, která odpovídá odhadovanému rozsahu spotřeby v logaritmických jednotkách (k = 0.91 v těchto studiích). α se nazývá „základní hodnota“ a představuje elasticitu poptávky po kokainu. Chování je považováno za „neelastické“, pokud je spotřeba necitlivá na cenu (tj. Spotřeba je udržována navzdory zvyšování cen), a přechází na „elastické“, když je spotřeba citlivá na cenu (tj. Spotřeba klesá se zvyšováním ceny). Strmější pokles se rovná pružnějšímu chování a většímu α (Hursh a Silberberg, 2008) vzhledem k nepružnému chování. Pomocí této rovnice můžeme vypočítat Pmax, což je cena, za kterou se chování mění z nepružného na elastický (Bickel a kol., 2000).
Pokus 4: věkové rozdíly v hladinách kokainu a jeho metabolitů
Samostatná skupina potkanů se nechala samostatně aplikovat střední dávku kokainu (600 μg / kg na infuzi) po dobu 1.5 h denně pro 2 d. Tato počáteční sezení pro vlastní podání (dny 1 a 2) byly zahrnuty, aby se minimalizovaly všechny averzivní účinky způsobené následnými nekontrolovatelnými infuzemi kokainu (Twining a kol., 2009). Potom krysy dostaly 21 počítačem dodávané infuze kokainu během 1.5 h denních relací pro další 5 d. Infuze byly dodávány v časových intervalech, každých 1.5 min pro první tři infuze a každých 5 min pro zbytek. Účelem tohoto návrhu bylo napodobit relaci samosprávy při zajištění stejné expozice kokainu napříč skupinami. V den testu (den 7) byly krysy dekapitovány 2 min. Po obdržení poslední infuze kokainu. Krevní kmen se odebral do zkumavek 5 ml obsahujících fluorid sodný (10 mg) a oxalát draselný (8 mg); zkumavky byly poté uloženy při -20 ° C. Po extrakci a odstranění mozečku byly mozky čerstvě zmraženy na suchém ledu a uloženy při -80 ° C. Vzorky byly odeslány do University of Utah Center for Human Toxicology, kde byl kokain a metabolity (benzoylecgonin, ekgoninový ethylester, norcocain) měřeny pomocí kapalinové chromatografie - tandemové hmotnostní spektrometrie (Lin et al., 2001, 2003).
In vivo extracelulární záznam dopaminových neuronů VTA
Samostatná skupina potkanů byla anestetizována chloral hydrátem (400 mg / kg, ip). Boční ocasní žíla byla kanylována pro intravenózní podávání dalších anestetik nebo léků. Krysy byly umístěny do stereotaxického aparátu (David Kopf Instruments). Tělesná teplota byla monitorována rektálním teploměrem (Medline Industries) a udržována na 37 ± 0.5 ° C pomocí topné podložky (Fintronics). Hloubku anestézie jsme monitorovali zajištěním absence reakce na štípnutí zadní tlapky a zajištěním rychlosti dýchání dechů 60 – 80 / min u dospívajících a dechů 52 – 72 / dospělých pro dospělé. V některých experimentech byla měření stavu spánku a bdění shromážděna pomocí kortikálních elektroencefalogramů, aby se dále zajistil stabilní stav anestézie. Skleněná elektroda byla vytažena ze skleněné pipety o vnějším průměru 2-mm s vertikálním stahovačem elektrod (Narishige PE-2) a rozbita pod mikroskopem na průměr hrotu 1 – 2 μm. Elektroda byla naplněna 1% rychle zeleným barvivem (Thermo Fisher Scientific) v 2 m roztoku NaCl. Impedance elektrody byla 1.5 – 2.1 MΩ měřená při 135 Hz (Winston Electronics BL1000-B). Nad VTA byla vyvrtána otřepová díra (souřadnice viz níže). Elektroda byla snížena 5 nebo 6 mm ventrálně na kortikální povrch pro adolescenty a dospělé, a poté pomalu postupovala do oblasti dopaminových neuronových těles pomocí hydraulického mikrodrive (David Kopf Instruments). Elektrody byly sníženy v oblasti VTA podél předem definovaných „kolejí“ (0.2 mm od sebe); plocha odebraná u dospělých byla 3.2 – 4.0 mm před lambda, 0.2 – 1.4 mm laterálně od střední linie a 7.5 – 8.5 mm ventrálně od kortikální plochy pro dospělé. Odběr vzorků z adolescentů byl 2.4 – 3.4 mm před lambda, 0.3 – 0.7 mm laterálně od střední linie a 7.5 – 8.5 mm ventrálně od kortikální plochy. Tyto souřadnice byly upraveny tak, aby poskytovaly podobná konečná místa záznamu, navzdory rozdílům ve velikosti mozku v průběhu věků.
Během extracelulárního záznamu dopaminových neuronů byly elektrické signály přiváděny do vysokoimpedančního zesilovače (Fintronics), pásmové filtry filtrovány při 400 a 500 Hz nebo při 50 a 800 Hz, zobrazovány na osciloskopu (Tektronix R5110) a monitorovány diskriminačním oknem a audio zesilovač (Grass AM8; Grass Instruments). Digitální výstupy byly vedeny přes rozhraní (Digidata 1200; Molecular Devices) do osobního počítače se softwarem AxoScope (Molecular Devices), který určoval palebnou aktivitu online a uložil všechna data pro budoucí analýzu. Uložená data byla analyzována pomocí programu na zakázku, který určuje vypalovací charakteristiky.
Dopaminové neurony byly identifikovány anatomickým umístěním ve VTA a podle standardních fyziologických kritérií (Bunney a kol., 1973). Stručně řečeno, tato kritéria jsou následující: charakteristický třífázový (+ / - / +) tvar vlny s dlouhou dobou trvání 2.5–3.5 ms měřený od začátku do konce pomocí filtrů 400–500 Hz nebo> 1.1 ms od začátku do konce záporného píku pomocí filtrů 50–800 Hz. Střelecké vzorce také ukazují nízkou rychlost spontánního střelby 0.5–10 Hz (Grace a Bunney, 1984; Marinelli a kol., 2006) s přerušovanými dávkami, které jsou shluky vysokofrekvenčních špiček (Grace a Bunney, 1983). Tato kritéria jsou ∼90% přesná při detekci dopaminových neuronů (Ungless a Grace, 2012). Abychom zkoumali věkové rozdíly v aktivitě dopaminových neuronů, shromáždili jsme maximálně tři až čtyři buňky na krysu. Každý záznam sestával z alespoň 3 minut stabilní aktivity (<5% variace). Analyzovali jsme rychlost střelby (hroty v čase) a vzor střelby. U posledně jmenovaného bylo množství prasklé aktivity vypočteno jako procento špiček emitovaných v dávkách na celkovém počtu špiček. Rovněž jsme vypočítali frekvenci událostí série a vlastnosti skupin (počet špiček / dávku a dobu trvání série v milisekundách).
Na konci záznamu byly krysy hluboce anestetizovány dalším hydrátem chloru. Poloha hrotu elektrody byla označena průchodem katodového proudu 28 uA přes elektrodu po dobu xNUMX min. To uložilo diskrétní barvicí skvrnu. Mozky byly poté odstraněny a uloženy v 30% Formalinu, dokud nebyly sériové koronální řezy (10 μm) nařezány na mrazícím mikrotomu (Leica Microsystems). Byly namontovány řezy a umístění elektrod bylo ověřeno světelnou mikroskopií s použitím interních atlasů pro dospívající a dospělé krysy s hmotností ekvivalentními těm v této studii. Jako jedna krysa byla zaznamenána až čtyři buňky a pouze konečná buňka u každé krysy byla označena barvivem; umístění dalších buněk byla extrapolována na základě jejich zaznamenané vzdálenosti od konečné buňky. Vzhledem k rozdílu ve velikosti mozku v průběhu věků jsme použili korekční faktor k extrapolaci těchto vzdáleností u dospívajících. To bylo vypočteno porovnáním délky, šířky a výšky středního mozku napříč mozky dospívajících a dospělých. Korekční faktory byly 1.14 pro anteroposterior, 1.06 pro mediolateral a 1.09 pro dorsoventral. Poté jsme ověřili, že všechny buňky byly v dopaminergní oblasti VTA jejich mapováním na další interní atlas ukazující dopaminergní oblasti VTA (imunohistochemické barvení pro tyrosinhydroxylázu).
Účinky léčiv, které modifikují aktivitu dopaminových neuronů na vlastní podání kokainu
Samostatná skupina potkanů se nechala samostatně aplikovat střední dávku kokainu (600 μg / kg na infuzi) po dobu 1.5 h denně pro 6 d. Během prvního 2 d jsme použili FR1 (jeden strýček nosu odpovídá jedné infuzi). Poté byla FR zvýšena na 3 (tři strumy nosu jsou ekvivalentní jedné infuzi) pro další 4 d. Deset minut před začátkem poslední relace dostaly krysy injekci léčiva, které buď zvýšilo nebo snížilo dopaminovou neuraminovou aktivitu midbrainu, působením na dopamin D2- autoreceptory třídy (dále nazývané „D2 receptory “). Konkrétně krysy dostaly D2 agonista receptoru chinpirol [20 μg / kg, sc, dávka selektivní pro autoreceptory, která snižuje aktivitu neuronů dopaminu (Marinelli a kol., 2003)], D2 antagonista receptoru eticloprid [20 μg / kg, sc, dávka, která zvyšuje aktivitu neuronů dopaminu (Marinelli a kol., 2003)] nebo fyziologickým roztokem (subkutánně) jako kontrola. Vzhledem k tomu, že adolescenti i dospělí vykazují podobnou citlivost na D2 receptory (McCutcheon a kol., 2012) by tyto farmakologické manipulace měly mít za následek podobné účinky na rychlost vypalování neuronů dopaminového neuronu v průběhu věků.
Drogy
Kokain HCl byl velkoryse poskytnut Národním institutem pro zneužívání drog nebo byl zakoupen od Sigma-Aldrich a rozpuštěn v 0.9% solném roztoku; pH roztoku bylo udržováno na 6.5 – 7.0 pomocí 0.1N NaOH. Brevital, chinpirol-hydrochlorid a eticloprid-hydrochlorid byly zakoupeny od Henryho Scheina a rozpuštěny v 0.9% solném roztoku. Isofluran a 0.9% solný roztok byly zakoupeny od Butler Schein. Chloralhydrát byl zakoupen od Sigma-Aldrich a rozpuštěn v deionizované vodě.
Statistické analýzy
Dávky a infuze z nosu byly analyzovány pomocí ANOVA s použitím, pokud je to vhodné, mezi jednotlivými subjekty věku (adolescenti vs. dospělí nebo prepubertální adolescenti, adolescenti a dospělí), dávky (fyziologický roztok vs. kokain) a podmínky přístupu (ShA vs. LgA), a faktory v rámci subjektu: díra (aktivní vs. neaktivní), dny tréninku (různé doby trvání podle experimentu), pevný poměr (FR1, FR3, FR6, FR9, FR12 a FR24) a časový bod (předběžné ošetření vs. dodatečné zpracování). Byl použit test Newman – Keuls post hoc analýzy. Podíl krys, které dosáhly akvizice, byl hodnocen pomocí Fisherova přesného testu. Aktivita dopaminových neuronů byla analyzována pomocí Studentova t test (dospívající vs. dospělí). Hladiny kokainu a jeho metabolitů v krvi byly analyzovány také pomocí Student's t test (dospívající vs. dospělí), pokud vzorky nebyly pod prahem detekce; v tomto případě jsme použili Mann – Whitney's U test (adolescenti vs. dospělí). Výše uvedená data byla analyzována pomocí Statistica (StatSoft). Pružnost poptávky byla analyzována pomocí Prism 6 (GraphPad Software). Rozdíly v hodnotách exponenciální křivky poptávky Q0 a a byly analyzovány pomocí F test (Cassidy and Dallery, 2012). Úroveň významnosti byla pro všechny testy 0.05.
výsledky
Kokainová samospráva
Experiment 1: věkové rozdíly v získávání samosprávy
ShA.
Srovnali jsme chování při vlastní aplikaci fyziologického roztoku a pěti dávek kokainu. Pro všechny dávky se příjem kokainu typicky stabilizoval po 2 d po podání kokainu (data nejsou uvedena); proto jsou akviziční profily zobrazeny v Obrázek 1A zahrnují pouze data ode dne 3.
Získání chování při podávání kokainu napříč dávkami kokainu. A, Příjem fyziologického roztoku nebo kokainu při velmi nízkém (75 μg / kg na infuzi), nízký (150 μg / kg na infuzi), mírně nízký (300 μg / kg na infuzi), střední (600 μg / kg na infuzi), nebo vysoké (1200 μg / kg na infuzi) dávku během denní ShA (1.5 h). Každý bod představuje průměr ± SEM každé skupiny v každé relaci samo-administrace 1.5 h. Dospívající (n = 6, 8, 8, 16, 20 a 12) a dospělí (n = 6, 8, 9, 11, 18 a 13) v dávkách 0, 75, 150, 300, 600 a 1200 μg / kg na infuzi; n = 14 pro prepubertální adolescenty v dávce 300 μg / kg na infuzi. B, Pořízení samopodávání kokainu v různých dávkách kokainu u dospívajících ve srovnání s dospělými. Každý bod představuje průměr ± SEM posledních 3 dnů pro vlastní podání v dávkách uvedených v A.
As Obrázek 1A ukazuje, adolescenti a dospělí si podali podobné množství fyziologického roztoku (věk, F(1,10) = 0.01, ns), kokain ve velmi nízké dávce (75 μg / kg na infuzi, věkový efekt, F(1,14) = 0.03, ns) a kokain ve vysoké dávce (1200 μg / kg na infuzi, věkový efekt, F(1,23) = 0.22, ns). Dospělí si podali více kokainu než dospělí v nízké dávce (150 μg / kg na infuzi, věk, F(1,15) = 11.27, p <0.01), středně nízká dávka (300 μg / kg na infuzi, věkový efekt, F(2,38) = 9.85, p <0.001) a mírná dávka (600 μg / kg na infuzi, věkový efekt, F(1,36) = 19.83, p <0.001). Prepubertální krysy byly také testovány při mírně nízké dávce (300 μg / kg na infuzi). Příjem se lišil podle věku (věkový efekt, F(2,38) = 2.85, p <0.001). Konkrétně předpubertální dospívající a dospělí vykázali podobný příjem kokainu (ns), zatímco dospívající vykazovali vyšší příjem než předpubertální dospívající i dospělí (p <0.001). Obrázek 1B ukazuje průměrný příjem pro každou dávku v průběhu posledního 3 d samostatného podání při každé dávce. Přímé porovnání skupin nebylo provedeno, protože různé dávky byly testovány v samostatných experimentech v průběhu několika měsíců. Nejnižší dávka (75 μg / kg) nebyla zahrnuta, protože průměry ve skupině byly zkoseny u jednoho dospívajícího potkana a jednoho dospělého potkana vykazujícího velmi vysoké množství příjmu léčiva, jak se často stává u velmi nízkých dávek. Obrázek ilustruje klasickou obrácenou křivku závislosti odpovědi na dávce ve tvaru U pro vlastní podání kokainu (Lynch a Carroll, 2001) v obou věkových skupinách.
Dále jsme zkoumali, zda adolescenti získávají samoobsluhu rychleji než dospělí, a zkoumali jsme podíl potkanů, kteří dosáhli požití kokainu, a počet dní, které trvalo k dosažení nabytí. Pro provedení tohoto experimentu jsme stanovili kritérium akvizice, jak navrhuje Mitchell a kol. (2005) pomocí korytu bimodálního rozdělení odpovědí na aktivním zařízení, kumulovaném ve všech relacích samo-administrace. Koryto představuje bod změny v chování, kdy se krysy reagující méně než minimální hodnota dosud nenaučily vztah mezi strkáním nosu a odměnou, zatímco krysy reagující více než minimální hodnota získaly chování samo-administrace. Použili jsme samostatnou velkou kohortu krys (adolescentů, n = 55; Dospělí, n = 58), ve kterém adolescenti opět vykázali větší příjem než dospělí (Obr. 2A; věkový efekt, F(1,111) = 26.89, p <0.001). Dospělí vykazovali bimodální distribuci vpichu do nosu, přičemž koryto bylo 15 vpíchnutí do nosu. Naproti tomu adolescenti nevykazovali bimodální distribuci, protože jim chyběl vysoký podíl nízkých odpovědí (Obr. 2C), což naznačuje rychlejší získání samosprávy. Ve skutečnosti, při použití kritéria akvizice infuzí 15, adolescenti vykazovali rychlejší a vyšší míru získávání než dospělí (Obr. 2B; Fisherův přesný, dvoustranný, p = 0.001). Navíc do posledního dne 29% dospělých nesplnilo akviziční kritéria, na rozdíl od pouze 5% u adolescentů. Adolescenti proto častěji než dospělí získali sebeovládání kokainu a získali ho rychleji.
Struktura získávání kokainu při mírném podání (600 μg / kg na infuzi) během ShA (1.5 h). A, Příjem v kohortě použité pro účely stanovení kritérií pro získání. Každý bod představuje průměr ± SEM každé skupiny v každé relaci samo-administrace 1.5 h. Inset, reprezentativní infuze zaznamenává od adolescenta a dospělé krysy během relace samo-podání 1.5 h. B, Míra získání kokainové samosprávy. Čáry představují procento krys, které splnily kritéria pro získání. CDistribuce nosních štěrbin v aktivní jamce při získávání kokainu. Počet tahů nosu od všech potkanů a všech sezení je sledován v intervalech 5. Pruhy jsou počet aktivních výdutí nosních děr v každém konkrétním intervalu bin. Adolescenti, n = 55; Dospělí, n = 58.
LgA.
Aby se zajistilo, že rozdíly v příjmu kokainu nelze přičíst nedostatečné době odběru vzorků, porovnali jsme také chování při získávání adolescentů proti dospělým potkanům během LgA s podáním kokainu. Tak jako Obrázek 3 ukazuje, že adolescenti vykazovali vyšší příjem kokainu ve srovnání s dospělými v proceduře LgA (6 h sezení) (věk, F(1,19) = 25.45, p <0.001; efekt relace, F(9,171) = 9.89, p <0.001; věk × interakce relace, F(9,171) = 3.41, p <0.001).
Získání chování při podávání kokainu při střední dávce (600 μg / kg na infuzi) během LgA (6 h). Každý bod představuje průměrné infuze ± SEM každé skupiny v každé relaci samo-administrace 6 h. Adolescenti, n = 9; Dospělí, n = 12.
Pokus 2: věkové rozdíly při eskalaci samopodávání kokainu
Aby se vyrovnal příjem mezi skupinami, byl během tréninků, které předcházely eskalačnímu testu, příjem omezen na infuze 15 – 20 na relaci (Obr. 4A; věkový efekt, F(1,18) = 2.56, ns; efekt relace, F(7,126) = 3.53, p <0.01; věk × interakce relace, F(7,126) = 0.39, ns). Během těchto školení byli adolescenti rychleji než dospělí při dosahování infuzí 15 – 20 (Obr. 4A, vložené; t(20) = -2.92, p <0.01). Krysy byly poté rozděleny do skupin ShA a LgA s podobným příjmem během tréninku (efekt podmínky přístupu, F(1,18) = 0.006, ns; věk × skupinové interakce, F(1,18) = 0.12, ns).
Eskalace samopodávání kokainu při střední dávce (600 μg / kg na infuzi). A, Omezená školení, ve kterých byly všechny skupiny omezeny na samopravování infuzí 15 – 20 na relaci, dvakrát denně pro 4 d, přičemž každá relace trvala maximálně 3 h. Inset, Čas potřebný k dosažení infuzí 15 – 20 za relaci (černý pruh, adolescent; bílý pruh, dospělí). B, Příjem během 6 h LgA relací. C, Příjem během 1.5 h ve skupině ShA a pro první 1.5 h ve skupině LgA. Každý bod představuje průměrné infuze ± SEM každé skupiny v každé relaci samo-administrace. Adolescenti LgA, n = 5; adolescenti ShA, n = 5; dospělí LgA, n = 6; a dospělé ShA, n = 6. *p <0.05; **p <0.01; ***p <0.001 ve srovnání s 1. dnem.
Nejprve jsme analyzovali příjem přes 6 h ve skupinách LgA. Tak jako Obrázek 4B ukazuje, že adolescenti vzali více kokainu než dospělí celkem (věkový efekt, F(1,9) = 12.27, p <0.01); příjem se časem změnil (efekt relace, F(11,99) = 6.76, p <0.001) a vztah mezi věkovými skupinami se také časem změnil (interakce věk × relace, F(11,99) = 8.31, p <0.001). Ve skutečnosti bylo u dospívajících pozorováno zvyšování příjmu kokainu (účinek relace u dospívajících, F(11,44) = 3.4, p <0.002), ale ne u dospělých (účinek relace u dospělých, F(11,55) = 1.2, ns). Konkrétně se příjem kokainu u dospívajících začal zvyšovat od relace 4 (p <0.05 ve srovnání s relací 1) a poté se dále zvyšovaly (všechny p hodnoty <0.01). Naopak, příjem kokainu u dospělých se nikdy nezvýšil (ns u všech relací vs. relace 1).
Potom jsme porovnali eskalaci za podmínek ShA a LgA analýzou příjmu z prvního 1.5 h každé relace od obou skupin potkanů (Ahmed a Koob, 1998); to bylo provedeno s věkem a podmínkou přístupu mezi faktory mezi subjekty a relací jako faktorem mezi subjekty. Tak jako Obrázek 4C znovu ukazuje, že adolescenti vzali více kokainu než dospělí celkem (věkový efekt, F(1,18) = 13.04, p <0.001); příjem se časem změnil (efekt relace, F(11,99) = 3.54, p <0.001) a vztah mezi věkovými skupinami a podmínkami přístupu se také časem změnil (interakce věk × relace, F(11,198) = 4.55, p <0.001; podmínka přístupu × interakce relace, F(11,198) = 1.84, p <0.05). Následná analýza každé skupiny (rozdělená podle věku a stavu přístupu) odhalila hlavní účinek relace pouze u dospívajících potkanů za podmínek LgA (adolescent LgA, F(11,44) = 3.38, p <0.01; dospělý LgA, F(11,55) = 1.20, ns; dospívající ShA, F(11,44) = 1.78, ns; dospělý ShA, F(11,55) = 1.65, ns). Post hoc testy ukázaly, že u dospívajících s LgA se příjem zvýšil od relace 8 směrem k relaci 1 (p <0.05). I když tedy byla zvažována pouze první 1.5 h testování, byla pozorována eskalace příjmu kokainu u dospívajících s LgA, ale ne u dospívajících s ShA nebo u dospělých za podmínek ShA nebo LgA.
Experiment 3: věkové rozdíly ve spotřebě kokainu v závislosti na ceně
As Obrázek 5A ukazuje, adolescentní nos strčil více než dospělí o kokain ve vysoké dávce (1200 μg / kg na infuzi). U aktivní díry se reakce zvýšila, když se zvýšil požadavek FR (tj. Cena) (efekt poměru, F(4,68) = 15.55, p <0.001) a došlo k tomu častěji u dospívajících než u dospělých (Obr. 5; věkový efekt, F(1,17) = 11.38, p <0.01; interakce věk × poměr, F(4,68) = 2.85, p <0.05). Zejména dospívající za vysoké ceny reagovali více než dospělí (FR6, p <0.01; FR12, p <0.05; a FR24, p <0.05), ale ne za nízké ceny (FR1 a FR3, ns). Neaktivní reakce díry se nezměnila, jak se poměr zvyšoval (poměrový efekt, F(4,68) = 1.77, ns) v každé věkové skupině (věkový efekt, F(1,17) = 3.04, ns; interakce věk × poměr, F(4,68) = 0.41, ns). Diskriminace mezi aktivní a neaktivní dírou se projevila silně se zvyšujícím se poměrem, přičemž diskriminace se projevovala v dřívější fázi u dospívajících než u dospělých (účinek díry F(1,17) = 63.09, p <0.001; poměr × interakce díry, F(4,68) = 21.10, p <0.001; poměr × díra × věková interakce, F(4,68) = 3.71, p <0.01). Konkrétně dospívající rozlišovali na FR6, FR12 a FR24 (p <0.05), zatímco dospělí diskriminovali pouze při FR12 a FR24 (p <0.05).
Sebepodávání kokainu (1200 μg / kg na infuzi) jako funkce ceny. APočet nosů strká, když se zvyšuje cena kokainu, zvýšením FR za účelem získání léku. B, Spotřeba kokainu (počet samovolných infuzí) jako funkce ceny (tj. Poměr), vynesená v logaritmickém měřítku a přizpůsobená podle exponenciální rovnice poptávky. Q0, Úroveň spotřeby za nejnižší cenu; α, elasticita poptávky po kokainu; Pmax, cena, za kterou se chování mění z nepružného na elastický. R2, druhá mocnina korelačního koeficientu (tj. koeficient stanovení) pro přizpůsobení křivky. Každý bod představuje střední hodnoty ± SEM každé skupiny ve druhý den pro každý poměr. Adolescenti, n = 7; Dospělí, n = 12. *p <0.05; **p <0.01 ve srovnání s dospělými.
Analyzovali jsme, jak se mění spotřeba (tj. Počet samovolných infuzí) v závislosti na ceně (tj. Poměru), a to tak, že se údaje přizpůsobí exponenciální poptávkové křivce stanovené Hursh a Silberberg (2008). Data od dospívajících i dospělých se křivky dobře hodí (R2 = 0.94 pro dospívající; R2 = 0.96 pro dospělé) a hodnoty z těchto křivek jsou uvedeny v Obrázek 5B. Q0 (maximální spotřeba za nejnižší cenu) byla v různých věcích podobná (F(1,5) = 0.001, ns). Spotřeba klesla jako funkce ceny a pokles byl méně prudký u dospívajících ve srovnání s dospělými. To znamená, že adolescenti měli menší α než dospělí (F(1,5) = 10.45, p <0.05), což naznačuje, že poptávka byla u dospívajících nepružnější než u dospělých.
Pokus 4: věkové rozdíly na hladinách kokainu a jeho metabolitů v mozku
U adolescentů byl trend mít nižší hladiny kokainu v krvi (923.24 ± 67.32 vs. 1119.73 ± 66.94 ng / ml, t(9) = -2.05, p = 0.070), ale nikoli v mozku (5135.20 ± 281.25 vs 6947.00 ± 971.28 ng / g, t(9) = −1.64, ns). U adolescentů byl také trend mít nižší hladiny metabolitu kokainu benzoylecgoninu v krvi (754.72 ± 81.09 vs 1086.70 ± 133.07 ng / ml, t(9) = -2.02, p = 0.074) a v mozku (123.30 ± 13.80 vs 184.38 ± 25.15 ng / g, t(9) = -2.00, p = 0.076). Nebyly zjištěny žádné významné věkové rozdíly v hladinách ekgonin-methyl-esteru kokainu v krvi (105.84 ± 5.08 vs. 87.27 ± 9.48 ng / ml, t(9) = 1.62, ns) nebo mozek (138.54 ± 9.62 vs 146.44 ± 5.36 ng / g, U(11) = 14.00, Z = −0.09, ns). Rovněž nebyly zjištěny žádné rozdíly v metabolitu norcocainu v krvi (8.28 ± 0.96 vs. 11.77 ± 1.72, t(9) = −1.67, ns). Hladiny norcocainu v mozku byly ve většině vzorků nedetekovatelné (data neuvedena).
In vivo extracelulární záznam neuronů VTA
Ve srovnání s dospělými vykazovali adolescenti vyšší rychlost vypalování dopaminových neuronů VTA o ∼1 Hz (∼24%) (Obr. 6A; t(41) = 2.33; p <0.05). Množství prasknutí bylo podobné napříč věky. To bylo měřeno jako procento hrotů emitovaných v nárazech (Obr. 6A; t(41) = 0.30; ns) a četnost burst událostí (0.46 ± 0.08 vs 0.51 ± 0.09 Hz, t(41) = −0.40; ns). Dospívající však vykazovali větší burstové události než dospělí, s více hroty na burst (Obr. 6A; t(41) = 2.28; p <0.05) a trend směrem k delšímu trvání série (256.76 ± 35.12 vs 157.60 ± 33.40 ms, t(47) = 2.01, p = 0.051). Tak jako Obrázek 6B ukazuje, že oblast VTA, která byla vzorkována, byla srovnatelná napříč věky (věkový efekt, F(1,41) = 2.71, ns; interakce věk × struktura, F(2,82) = 0.28, ns). Souřadnice (v milimetrech) pro dospívající a dospělé byly následující: anteroposterior, 3.57 ± 0.04 vs. 3.66 ± 0.05; mediolaterální, 0.84 ± 0.05 vs. 0.97 ± 0.07; dorsoventrální, 7.79 ± 0.05 vs. 7.84 ± 0.04. Výsledky byly podobné, pokud byla analyzována pouze poslední zaznamenaná buňka označená rychle zeleným barvivem (data neuvedena).
A, Aktivita dopaminových neuronů. Vlevo, rychlost střelby; střední, praskající hroty (procento); správně, hroty na jeden výboj. Každá svislá čára představuje průměr ± SEM každé skupiny. Adolescenti, n = Buňky 24 od krys 11; Dospělí, n = Buňky 19 od krys 11. *p <0.05 ve srovnání s dospělými. B, Umístění dopaminových neuronů odebraných ve VTA. Místa (v milimetrech) jsou předozadní od lambdy (AP), středně od středové linie (ML) a dorzoventrální od povrchu kůry (DV). Každý kruh / čtverec představuje umístění jednoho dopaminového neuronu. CReprezentativní histologické obrázky z buněk reprezentovaných čtverci v B. Umístění elektrody je označeno černou šipkou. Černá čára je referenční značka a je součástí oční části mikroskopu.
Účinky léčiv, které modifikují aktivitu dopaminových neuronů na vlastní podání kokainu
Testovali jsme vztah mezi dopaminovou neuronovou aktivitou a samopodáváním farmakologicky modifikovanou dopaminovou neuronovou aktivitou a zkoumali jsme jeho dopad na samopodávání kokainu při střední dávce (600 μg / kg na infuzi). Quinpirole, D2 agonista receptoru, byl použit ke snížení neuronové aktivity, a eticloprid, D2 receptorový antagonista, byl použit ke zvýšení neuronové aktivity (Marinelli a kol., 2003). Krysy byly nejprve vyškoleny na FR1 pro 2 d (data nejsou uvedena); pak byli trénováni na FR3 pro 4 další dny. Krysy byly poté rozděleny do tří skupin s podobným příjmem kokainu (účinek léku, F(2,61) = 2.08, ns), u nichž byl naplánován příjem fyziologického roztoku, chinpirolu (0.2 μg / kg, sc) nebo eticlopridu (0.2 μg / kg, sc). Jak je uvedeno v Obrázek 7během předléčení byly ve všech skupinách zachovány rozdíly v příjmu kokainu u dospívajících a dospělých (věkový efekt, F(1,61) = 31.08, p <0.001; drogový efekt, F(2,61) = 2.08, ns; věk × lékové interakce, F(2,61) = 1.68, ns). Potom jsme porovnávali chování před (před ošetřením, průměr 3 d před ošetřením) versus po léčbě (následná léčba). To bylo provedeno s použitím časového bodu (před vs. po) jako faktoru v rámci subjektu a věku (adolescenti vs. dospělí) a drogy (fyziologický roztok, chinpirol, eticloprid) jako mezi faktory mezi subjekty. Chování se změnilo podle podávaného léku (interakce lék × interakce v čase: F(2,61) = 14,43, p <0.001) a věk subjektů (věk × interakce časového bodu, F(1,61) = 11.96, p <0.001; věk × lék × interakce v časovém bodě, F(2,61) = 6.84, p <0.01). Léčba solným roztokem konkrétně neměla žádný účinek na žádnou věkovou skupinu, takže si adolescenti udržovali vyšší příjem kokainu než dospělí (po léčbě, dospívající vs. dospělí, p <0.05; předúprava vs následná léčba, ns). Chinpirol potlačil příjem kokainu u adolescentů, což způsobilo, že se adolescenti podobali dospělým (pro postléčení, adolescenti vs. dospělí, ns; adolescenti předléčení vs. adolescenti po léčbě, p <0.05). Eticloprid zvýšil příjem kokainu u dospělých, což z nich učinilo „adolescentního“ (pro následnou léčbu, dospívající vs. dospělí, ns; dospělí před léčbou vs. dospělí po léčbě, p <0.001). Abychom zajistili, že účinek chinpirolu nebyl artefaktem vysoké základní (prechinpirolové) chování dospívajících, opakovali jsme naši analýzu po vyloučení tří dospívajících potkanů s vysokým výchozím příjmem v této skupině. Výsledky byly podobné, i když byly tyto krysy odstraněny (data nejsou uvedena).
Podávání kokainu ve střední dávce (600 μg / kg na infuzi) před (Pre) a po (Post) podání léků, které modifikují aktivitu dopaminového neuronu. Každá svislá čára představuje průměrné ± SEM infuze / 1.5 h každé skupiny. Hodnoty pre jsou průměrné během 3 d před podáním léčiva. Hodnoty po podání jsou ihned po podání léku. Adolescenti, n = 11, 12 a 11 pro fyziologický roztok, chinpirol a eticloprid; Dospělí, n = 11 v každé skupině. *p <0.05; ***p <0.001 ve srovnání s dospělými. #p <0.05; # # #p <0.001 ve srovnání s Pre.
Diskuse
Naše výsledky ukazují, že v porovnání s dospělými adolescenti vykazují vyšší příjem kokainu, získávají kokainové samopodávání rychleji, vykazují eskalaci příjmu kokainu, tvrději pracují na drogách a jsou méně citliví na zvýšení cen (tj. Jsou nepružnější) . Navíc zvýšené podávání kokainu bylo spojeno se zvýšenou aktivitou dopaminových neuronů VTA a mohlo být zvráceno chinpirolem, léčivem, které potlačuje aktivitu těchto neuronů.
Ve srovnání s dospělými vykazovali adolescenti vyšší příjem kokainu při nízkých až středních dávkách (150 – 600 μg / kg na infuzi). Zvýšený příjem kokainu byl pozorován, když byly potkanům podány kokainu ShA nebo LgA, což naznačuje, že rozdíl mezi adolescenty a dospělými nebyl artefaktem nedostatečného času odběru vzorků. Naše výsledky jsou v souladu se dvěma studiemi, které ukazují, že adolescenti si podávají více kokainu než dospělí při mírně nízké dávce [400 μg / kg na infuzi (Anker a Carroll, 2010)] nebo mírně vysoké dávky [800 μg / kg na infuzi (Schramm-Sapyta a kol., 2011)]. Tuto práci jsme rozšířili pomocí širší škály dávek, což nám umožňuje určit, že dospívající jsou na kokain citlivější než dospělí. Získání příjmu kokainu v podobných nízkých až středních dávkách lze použít k testování rozdílů v citlivosti na prospěšné účinky kokainu (Piazza a kol., 1989).
Rozdíly v chování byly specifické pro kokain, protože neexistovaly věkové rozdíly v odpovědi na fyziologický roztok. Podobně nebyly pozorovány rozdíly při velmi nízké dávce kokainu (75 μg / kg na infuzi), která může být pod prahem pro potkany, aby se dostali samy. Při vysoké dávce (1200 μg / kg na infuzi) se adolescenti a dospělí nelišili v příjmu kokainu. To se očekávalo, protože při tak vysokých dávkách nebyly pozorovány rozdíly v citlivosti na léky (Piazza a kol., 2000). Toto zjištění je také v souladu se studiemi, které neprokázaly vyšší příjem u dospívajících ve srovnání s dospělými, kteří užívali vysoké dávky kokainu (Kantak a kol., 2007; Kerstetter a Kantak, 2007).
U lidí se předpokládá, že nástup puberty se časově shoduje s nástupem zneužívání návykových látek (Patton a kol., 2004). Zde jsme zjistili, že ke zvýšení samopodávání kokainu došlo pouze u dospívajících potkanů, u kterých došlo k pubertě, nikoli dříve. To zdůrazňuje postpubertální dospívání jako zranitelné „okno“ pro závislost na kokainu. To může pomoci vysvětlit, proč některé studie využívající mladší dospívající krysy nezjistily rozdíly v příjmu mezi dospívajícími a dospělými (Leslie a kol., 2004; Belluzzi a kol., 2005; Frantz a kol., 2007; Kantak a kol., 2007; Kerstetter a Kantak, 2007; Harvey a kol., 2009; Li a Frantz, 2009). Rozdíly v experimentálních manipulacích by se mohly projevit i v jiných rozporech. Například dvě studie, které nezjistily žádné rozdíly v příjmu kokainu u dospělých a dospělých (Leslie a kol., 2004; Belluzzi a kol., 2005) byly provedeny během neaktivní fáze, nikoli aktivní fáze cyklu světlo / tma. Navíc ve výše uvedených studiích byly krysy umístěny jednotlivě místo skupinových. Rozhodli jsme se seskupit dospívající krysy, protože adolescence je charakterizována silnými sociálními interakcemi a herním chováním (Oštěp a brzda, 1983; Vanderschuren a kol., 1997; Douglas a kol., 2004). Dalším důležitým faktorem by mohl být věk odstavu, který ovlivňuje experimentální výsledky (Wiley a Evans, 2009). Krysy zakoupené prostřednictvím komerčních dodavatelů jsou odstaveny kdykoli z P17 na P24 (Harlan) nebo P19 na P23 (Charles River). Požadovali jsme, aby k odstavení došlo přesně na P21, aby se zabránilo nežádoucím účinkům variability odstavení.
Příjem kokainu se zvýšil u postpubertálních adolescentů, ale ne u dospělých. Eskalace modeluje fenomén u závislých, kdy spotřeba drog přechází ze stabilního na nadměrné užíváníAhmed, 2011). Tento typ chování je markerem drogové závislosti podle Diagnostické a statistické příručky duševních poruch, vydání IV (Americká psychiatrická asociace 2000). Vyšší eskalace u adolescentů než u dospělých je tedy dalším ukazatelem větší odpovědnosti za závislost. V souladu s tím nedávná studie ukázala, že dospívající, ale nikoli dospělí, eskalovali svůj příjem kokainu nebo metamfetaminu (Anker a kol., 2012; Zlebnik a kol., 2012). Existuje několik možných důvodů, proč jsme u dospělých nepozorovali eskalaci. Nejpravděpodobnějším faktorem je, že pro následný rozvoj eskalace je nutné dlouhé (∼10 d) školeníAhmed a kol., 2000; Knackstedt a Kalivas, 2007; Ahmed, 2011). Vzhledem k omezené době dospívání jsme se omezili na krátké školení (4 d), které mohlo zabránit eskalaci u dospělých. Eskalace je navíc závislá na napětí a substrátu (Freeman a kol., 2009; Picetti a kol., 2010); je robustní v Long-Evans (Quadros a Miczek, 2009), Wistar (Ahmed a Koob, 1998) a krysy Sprague Dawley zakoupené od Harlan (Ferrario a kol., 2005; Mantsch a kol., 2008), ale zdá se méně robustní u krys Sprague Dawley zakoupených od Charles River (Knackstedt a Kalivas, 2007; Kelamangalath a Wagner, 2010), které jsme použili v této studii.
Dalším rysem závislosti je to, že závislí tráví hodně času a úsilí získáváním drog (Americká psychiatrická asociace 2000) a jejich spotřeba je necitlivá na zvýšení cen (Bickel a kol., 2011). Modelovali jsme to měřením množství pracovních potkanů, které by udělali, aby získaly kokain za postupného zvyšování ceny kokainu (Griffiths a kol., 1978; Risner a Silcox, 1981). Rovněž jsme vyhodnotili, jak se spotřeba mění v závislosti na ceně, a to tak, že naše data přizpůsobíme exponenciální křivce poptávky (Bickel a kol., 2000; Hursh a Silberberg, 2008). Naše studie ukazují, že postpubertální adolescenti pracovali více než dospělí, aby získali kokain. Jejich spotřeba kokainu byla navíc méně citlivá na zvýšení cen (tj. Jejich chování bylo nepružnější). Tato zjištění společně naznačují, že dospívající vykazují behaviorální rysy závislosti.
Jaké jsou mechanismy podporující zvýšenou závislost na adolescentech? Dospívající mozek prochází rozsáhlými organizačními a funkčními změnami, včetně změn mezolimbického dopaminového systému (Andersen a kol., 1997; Spear, 2000; Wahlstrom a kol., 2010). Již dříve jsme prokázali, že aktivita vrcholů dopaminových neuronů VTA během dospívání (McCutcheon a Marinelli, 2009; McCutcheon a kol., 2012). Zde jsme replikovali tato zjištění pomocí jiného substrátu potkanů (Crl: Sprague Dawley z Charles River v současné studii vs. Hsd: Sprague Dawley z Harlan v předchozí studii); jsme zjistili, že aktivita dopaminových neuronů u dospívajících krys je ∼24% vyšší než aktivita u dospělých. U jiného domnělého modelu závislosti na zranitelnosti - u krys s vysokou mírou odpovědi oproti potkanům s nízkou mírou odpovědi - bylo prokázáno, že podobné zvýšení aktivity neuronů dopaminu je spojeno se zvýšeným chováním při samopodávání (Marinelli a White, 2000; McCutcheon a kol., 2009). Taková zvýšená aktivita dopaminového systému může vést k náchylnosti dospívajících na zneužívání drog (Doremus-Fitzwater a kol., 2010). Snažili jsme se stanovit kauzalitu mezi příjmem léčiva a aktivitou dopaminových neuronů manipulací aktivity dopaminových neuronů buď s D2 agonista receptoru, ke snížení aktivity, nebo antagonista, ke zvýšení aktivity. Podáním těchto léků jsme zvrátili věkové rozdíly v příjmu kokainu, což naznačuje, že behaviorální rozdíly závisely na aktivitě dopaminových neuronů. To naznačuje příčinnou souvislost mezi našimi neurofyziologickými a behaviorálními nálezy a odhaluje možný mechanismus pro terapeutické cíle. Systémové dodání farmakologických látek by mohlo mít úskalí; vybrali jsme však dávku selektivní pro autoreceptory, která působí centrálně na dopaminová neuronová těla (Pucak a Grace, 1991). Dávka, kterou jsme si vybrali, je srovnatelná s dávkami, které používáme my a jiní k vyvolání změn v odpalování neuronů dopaminu, uvolňování dopaminu a chování (Robertson a kol., 1993; Marinelli a kol., 2003; Zeeb a spol., 2009). Je nepravděpodobné, že by dávka chinpirolu, kterou jsme použili, významně aktivovala postsynaptickou D2- receptory třídy, protože aktivace těchto receptorů zvyšuje, spíše než snižuje příjem léčiva (Howell a kol., 1997).
Některé studie naznačují, že hladina kokainu v mozku je po intraperitoneálním nebo intravenózním porodu mezi adolescenty a dospělými podobná (Caster a kol., 2005; Frantz a kol., 2007; Schramm-Sapyta a kol., 2011). Naše výsledky naznačují, že hladiny kokainu a jeho metabolitů jsou u dospívajících o něco nižší než u dospělých. Je však nepravděpodobné, že rozdíly v hladinách nebo metabolismu kokainu způsobují vyšší příjem kokainu u dospívajících. Ve srovnání s dospělými adolescenti vykazovali vyšší příjem vysoké dávky kokainu, když se cena za získání léku zvýšila, ale měli podobný příjem za nízkou cenu (FR1). Jakékoli kompenzační zvýšení příjmu kokainu v souvislosti s metabolismem by bylo patrné za nízké i vysoké ceny.
Maturační změny v kognitivních a behaviorálních opatřeních se mohou také podílet na rozdílech v podávaní kokainu v závislosti na věku. Adolescenti jsou považováni za „riskující“ a vykazují vyšší preference a zkoumání nových prostředí než dospělí (Douglas a kol., 2003; Stansfield a Kirstein, 2006). To bylo navrhl, že riskování u dospívajících pramení z nesouladu mezi novinkou a hledáním citů (který roste u dospívání) a samoregulace (který zraje v dospělosti) (Steinberg, 2004). Podobně přesvědčivé důkazy naznačují, že upřesnění inhibiční kontroly v dospělosti může vysvětlit snížené chování podstupující riziko (Ridderinkhof a van der Molen, 1997; Geier a kol., 2010) a větší behaviorální inhibice (Sturman a kol., 2010; Andrzejewski a kol., 2011) během dospělosti než během dospívání. Ačkoli jsme zde tyto vlastnosti netestovali, tyto faktory by mohly přispět ke zvýšenému riziku závislosti u adolescentů.
Naše zjištění společně ukazují, že postpubertální adolescenti jsou na návykové vlastnosti kokainu náchylnější než dospělí. Kromě toho je tato zvýšená závislost v adolescenci spojena se zvýšenou aktivitou dopaminových neuronů VTA a může být zvrácena lékem, který potlačuje aktivitu těchto neuronů. Naše zjištění proto poskytují pohled na nervové mechanismy odpovědnosti za závislost adolescentů tím, že zvýrazňují neurony dopaminu jako klíčový prvek rizika závislosti. Naše zjištění také ukazují, že zvýšená citlivost na závislost na kokainu je produktem adolescentní neurobiologie a lze ji prokázat při absenci vnějších sociálních a ekonomických vlivů. Terapeutickým strategiím, které se zaměřují na biologické rizikové faktory během dospívání, by proto měla být dána vysoká priorita, protože dospívání uděluje tak silnou náchylnost k návykovému chování.
Poznámky pod čarou
- Přijato březen 8, 2012.
- Revize byla přijata prosinec 28, 2012.
- Přijaty v lednu 26, 2013.
Tato práce byla podpořena Národním institutem zdravotnických grantů R01DA020654. Děkujeme Mitch Beales a Lorissa Lamoureux za technickou pomoc, Dr. Serge Ahmedovi za užitečný příspěvek k postupům eskalace a Dr. Robertovi Messingovi za užitečné komentáře k tomuto rukopisu. Děkujeme Dr. Dave Moodyovi a personálu Centra pro toxikologii člověka na University of Utah za analýzu hladin kokainu v mozku, s podporou Národního institutu pro smlouvu o zneužívání drog N01DA-9-7767. Děkujeme Dr. Pete Roma z ústavů za zdroje chování (www.ibrinc.org) za radu ohledně analýzy dat pomocí Exponenciálního modelu poptávky.
Autoři neuvádějí žádné konkurenční finanční zájmy.
- Korespondence by měla být adresována Michele Marinelli, Ústavu buněčné a molekulární farmakologie, Univerzitě medicíny a vědy Rosalind Franklinové, Chicagské lékařské škole, 3333 Green Bay Road, North Chicago, IL 60064. [chráněno e-mailem]
- Copyright © 2013 autoři 0270-6474 / 13 / 334913-10 $ 15.00 / 0
Reference
- ↵
- Ahmed S
(2011) ve zvířecích modelech drogové závislosti, neuromethods, eskalace užívání drog, ed. Olmstead M (Humana, New York).
- ↵
- Ahmed SH,
- Koob GF
(1998) Přechod z mírného na nadměrný příjem léků: změna v hedonické žádané hodnotě. Věda 282: 298-300.
- ↵
- ↵
- Americká psychiatrická asociace
(2000) Diagnostický a statistický manuál duševních poruch (American Psychiatric Association, Washington, DC) Text Revision Edition, Ed 4.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Bunney BS,
- Walters JR,
- Roth RH,
- Aghajanian GK
(1973) Dopaminergní neurony: účinek antipsychotik a amfetaminu na aktivitu jednotlivých buněk. J Pharmacol Exp Ther 185: 560-571.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Geier CF,
- Terwilliger R,
- Teslovich T,
- Velanova K,
- Luna B
(2010) Nezralosti ve zpracování odměn a jejich vliv na inhibiční kontrolu v dospívání. Cereb Cortex 20: 1613-1629.
- ↵
- ↵
- Grace AA,
- Bunney BS
(1984) Kontrola vzoru střelby v nigrálních dopaminových neuronech: střelba jedním bodem. J Neurosci 4: 2866-2876.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Hursh SR,
- Roma PG
(2013) Behaviorální ekonomika a císařská veřejná politika. J Exp Anal Behav 99: 98-124.
- ↵
- ↵
- Johnston LD,
- O'Malley PM,
- Bachman JG,
- Schulenberg JE
(2011) Sledování budoucích národních výsledků užívání drog u dospívajících: přehled klíčových zjištění, 2010 (Institut pro sociální výzkum, University of Michigan, Ann Arbor, MI).
- ↵
- Kandel DB,
- Yamaguchi K,
- Chen K
(1992) Fáze progrese v zapojování drog od dospívání do dospělosti: další důkaz pro teorii brány. J Stud Alkohol 53: 447-457.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Knackstedt LA,
- Kalivas PW
(2007) Rozšířený přístup k samé správě kokainu zvyšuje obnovení léčivých přípravků, avšak bez senzibilizace v chování. J Pharmacol Exp Ther 322: 1103-1109.
- ↵
- Kolho KL,
- Nikula H,
- Huhtaniemi I
(1988) Sexuální zrání samců potkanů ošetřených postnatálně antagonistou hormonu uvolňujícího gonadotropiny. J Endocrinol 116: 241-246.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Lin SN,
- Moody DE,
- Bigelow GE,
- Foltz RL
(2001) Ověřená metoda kapalinové chromatografie - chemická ionizace - tandemová hmotnostní spektrometrie s atmosférickou atmosférou pro kvantifikaci kokainu a benzoylegononu v lidské plazmě. J Anal Toxicol 25: 497-503.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Marinelli M,
- Bílý FJ
(2000) Zvýšená zranitelnost vůči užívání kokainu je spojena se zvýšenou impulsní aktivitou dopaminových neuronů midbrain. J Neurosci 20: 8876-8885.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- McCutcheon JE,
- Conrad KL,
- Carr SB,
- Ford KA,
- McGehee DS,
- Marinelli M
(2012) Dopaminové neurony ve ventrální tegmentální oblasti střílejí rychleji u dospívajících potkanů než u dospělých. J Neurophysiol 108: 1620-1630.
- ↵
- ↵
- Patton GC,
- McMorris BJ,
- Toumbourou JW,
- Hemphill SA,
- Donath S,
- Catalano RF
(2004) Puberta a nástup užívání a zneužívání návykových látek. Pediatrie 114: e300 – e306.
- ↵
- Piazza PV,
- Deminière JM,
- Le Moal M,
- Simon H
(1989) Faktory, které předpovídají individuální zranitelnost vůči amfetaminové samosprávě. Věda 245: 1511-1513.
- ↵
- Piazza PV,
- Deroche-Gamonent V,
- Rouge-Pont F,
- Le Moal M
(2000) Vertikální posuny ve funkcích samostatné aplikace dávka-odpověď předpovídají fenotyp citlivý na léky predisponovaný ke závislosti. J Neurosci 20: 4226-4232.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- Robertson GS,
- Tham CS,
- Wilson C,
- Jakubovic A,
- Fibiger HC
(1993) In vivo srovnání účinků chinpirolu a domnělých presynaptických dopaminergních agonistů B-HT 920 a SND 919 na uvolňování striatalu dopaminu a acetylcholinu. J Pharmacol Exp Ther 264: 1344-1351.
- ↵
- Schramm-Sapyta NL,
- Walker QD,
- Caster JM,
- Levin ED,
- Kuhn CM
(2009) Jsou adolescenti náchylnější k drogové závislosti než dospělí? Důkazy ze zvířecích modelů. Psychofarmakologie (Berl) 206: 1-21.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
;