Curr Neuropharmacol. 2011 Mar; 9 (1): 63 – 67.
Hisatsugu Miyata,a,* Michio Itasaka,b Naofumi Kimura,c und Kazuhiko Nakayamaa
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Abstrakt
Der Zweck der vorliegenden Studie war es zu untersuchen, ob die Belohnungsfunktion des Gehirns während des Entzugs von Nikotin und Methamphetamin abnimmt und ob eine verminderte Belohnungsfunktion mit der Abneigung während des Entzugs von diesen Arzneimitteln zusammenhängt. Zu diesem Zweck wurden männlichen Sprague-Dawley-Ratten chronisch subkutan 9 mg / kg Nikotin pro Tag oder 6 mg / kg Methamphetamin pro Tag mit osmotischen Minipumpen infundiert. In einem Paradigma der intrakraniellen Selbststimulation (ICSS) senkte die chronische Infusion von Nikotin und Methamphetamin die Schwellenwerte für laterale hypothalamische ICSS, während ihre Antagonisten Mecamylamin und Haloperidol die ICSS-Schwellenwerte bei den mit Nikotin bzw. Methamphetamin behandelten Ratten erhöhten. In einem konditionierten Place-Aversion-Paradigma erzeugten Mecamylamin und Haloperidol Place-Aversion bei mit Nikotin und Methamphetamin infundierten Ratten. Interessanterweise waren die Erhöhungen der ICSS-Belohnungsschwellen und die Platzaversion während des Entzugs von mit Mecamylamin ausgefälltem Nikotin nahezu gleich hoch wie die, die während des Entzugs von mit Haloperidol ausgefälltem Methamphetamin beobachtet wurden. Die vorliegende Studie zeigt, dass die Belohnungsfunktion des 1) -Hirns während des Entzugs von Nikotin und Methamphetamin abnimmt, und dass 2) eine Abnahme der Belohnungsfunktion den negativen affektiven Zustand (Abneigung) während des Entzugs von Nikotin und Methamphetamin widerspiegeln kann.
1. EINFÜHRUNG
Klinische Beweise deuten darauf hin, dass die affektiven Anzeichen eines Abstinenzsyndroms für Drogendrang und Rückfall in den Drogenkonsum relevanter sein können als die somatischen Anzeichen eines Entzugs [1-3]. Aus diesem Grund wurden die affektiven Aspekte der Drogenabhängigkeit unter Verwendung verschiedener experimenteller Paradigmen eingehend untersucht. Unter ihnen ist die Technik der intrakraniellen Selbststimulation (ICSS) weit verbreitet, um die Belohnungsfunktion des Gehirns zu messen. In Tierstudien senkt die akute Verabreichung eines Medikaments gegen Missbrauch die ICSS-Belohnungsschwellen [4, 5] und diese erhöhte Empfindlichkeit gegenüber der Stimulation wird als Maß für die medikamenteninduzierte Euphorie angesehen [6]. Darüber hinaus wird die Hypothese aufgestellt, dass die ICSS-Belohnung nach wiederholter Verabreichung eines Medikaments gegen Missbrauch aufgrund neuroadaptierter Veränderungen des Gehirn-Belohnungssystems abgeschwächt werden kann und Dysphorie während des Absetzens des Medikaments widerspiegelt [7, 8]. Viele Studien haben gezeigt, dass die ICSS-Belohnungsschwellen beim Absetzen von verschiedenen Arten von Drogen, einschließlich Amphetamin, angehoben wurden [9], Kokain [6], Opiate [10], Ethanol [11] und Nikotin [12], die alle die vorgenannte Hypothese stützen. Daher sollte in der vorliegenden Studie geklärt werden, ob Erhöhungen der ICSS-Belohnungsschwellen mit dem negativen affektiven Entzugszustand zusammenhängen, insbesondere mit zwei verschiedenen Arten von Psychostimulanzien, Nikotin und Methamphetamin.
2. MATERIALIEN UND METHODEN
2.1. Tiere
Zweiundsiebzig männliche Sprague-Dawley-Ratten (332-396 g), erhalten von Clea Japan Inc. (Tokio), wurden einzeln in einem Tierraum bei einer regulierten Temperatur (22 ± 2 ºC) mit einem Hell / Dunkel-Zyklus von 12 / 12 gehalten Stunden (Licht an bei 8: 00 AM). Jede Ratte erhielt während des gesamten Experiments 15 g Futter pro Tag (frei verfügbares Wasser), mit Ausnahme eines Zeitraums von 3 Tagen vor und 7 Tagen nach der Operation. Dieses Experiment wurde in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Labortierpflege der Jikei University School of Medicine durchgeführt.
2.2. Drogen
(-) - Nikotinwasserstofftartrat (Sigma, St. Louis, MO, USA), Mecamylaminhydrochlorid (Sigma), (-) Methamphetaminhydrochlorid (Dainipponn Seiyaku, Japan) und Haloperidolhydrochlorid (Sigma) wurden in Salzlösung gelöst und injiziert ein Volumen von 1.0 ml / kg.
2.3. Intrakranielle Selbststimulation
2.3.1. Gerät
Eine Standardoperantenkammer aus 29.5 (B) x 23.5 (L) x 28.7 (H) cm (ENV-008; Med Associates, Inc., St. Albans, VT, USA), ausgestattet mit einem Hebel und einem Hinweislicht über dem Hebel an der Vorderwand wurde eine Hausleuchte und an der Rückwand eine verwendet. Die Seitenwände bestanden aus transparentem Plexiglas.
2.3.2. Chirurgie
Die Ratten wurden mit Natriumpentobarbital (50mg / kg, ip) anästhesiert und mit einer bipolaren Elektrode aus rostfreiem Stahl (Neuroscience, Japan) im lateralen Hypothalamus (Koordinaten 3.8mm posterior zu Bregma; 1.4mm lateral zu Mittellinie; 8.4mm ventral zu Dura) entsprechend präpariert zum Atlas von Paxinos und Watson [13]. Um mögliche Gehirnasymmetrien auszugleichen, erhielt die Hälfte der Ratten Implantate auf der rechten Seite des Gehirns und die andere auf der linken Seite.
2.3.3. Verfahren
In den ICSS-Trainingseinheiten wurden ein Hauslicht und ein Hinweislicht eingeschaltet und die elektrischen Reize jedes Mal gegeben, unmittelbar nachdem die Ratte den Hebel gedrückt hatte. Die Stimuli bestanden aus rechteckigen kathodischen 1.5-ms-Impulsen, die von 100-Hz für 150-ms mit einem festen Strom von 120-μA abgegeben wurden. Jede Trainingseinheit dauerte mindestens 15. Das ICSS-Training wurde mindestens für 6-Tage durchgeführt und fortgesetzt, bis die Anzahl der Hebeldrücke an aufeinanderfolgenden 30-Tagen mehr als 3 pro Minute betrug.
Um die Basislinie der ICSS-Reaktion zu messen, wurde vor jedem ICSS-Schwellentest ein Basistest für 15 min durchgeführt. Der Ablauf des Basistests war derselbe wie beim ICSS-Training. Ein ICSS-Schwellentest bestand aus 11-Zeitbereichen von 3 min, die durch 1 min time out getrennt waren. Während der Auszeit wurden ein Hauslicht und eine Signallampe ausgeschaltet. In jedem Testbehälter wurden diese Lichter eingeschaltet und die Ratten erhielten nach jedem Drücken des Hebels die elektrische Stimulation. In allen Behältern wurde der elektrische Stimulationsstrom in absteigender Reihenfolge von 10 μA um 120 μA auf 20 μA verringert.
Vor der Implantation der Minipumpen wurde für alle Ratten eine stabile Basislinie der ICSS-Reaktion ermittelt. Am Tag 1 wurde Ratten, die mit Diethylether anästhesiert worden waren, eine osmotische Minipumpe (Alzet 2001, Alza Corporation, CA, USA) mit einer Flussrate von 1.03 & mgr; l / h, die mit Nikotin oder Methamphetamin in Kochsalzlösung gefüllt war, subkutan implantiert. Die Konzentration von Nikotin und Methamphetamin wurde auf Unterschiede im Körpergewicht eingestellt, betrug jedoch ungefähr 116 und 77.3 mg / ml, was zu einer kontinuierlichen subkutanen Infusion mit einer Rate von 9 mg / kg pro Tag und einer Rate von 6 mg / kg führte pro Tag Methamphetamin nach der Methode einer früheren Studie [14]. Der ICSS-Schwellentest wurde am Tag 2, 4 und 6 nach Implantation der Minipumpen durchgeführt.
Am Tag 7 nach der Minipumpenimplantation erhielten die Ratten Mecamylamin (0.0, 0.1, 0.5, 1.0 mg / kg, sc) in der mit Nikotin und Kochsalzlösung infundierten Gruppe oder Haloperidol (0.0, 0.1, 0.25, 0.5 mg / kg, sc). in den mit Methamphetamin und Kochsalzlösung infundierten Gruppen 15 min vor Beginn der ICSS-Schwellentestsitzung unter Verwendung eines innerhalb der Probanden liegenden lateinischen Quadrats. Die Tiere mussten für mindestens eine ICSS-Sitzung auf die ICSS-Grundschwellenwerte zurückkehren, bevor sie Antagonisten- oder Vehikelinjektionen erhielten.
2.3.4. Histologie
Die Ratten wurden durch tiefe Betäubung mit Natriumpentobarbital getötet. Das Gehirn wurde entnommen und in 10% Formaldehydlösung aufbewahrt. Das Gehirn wurde mit einer Dicke von 100 & mgr; m geschnitten und die Spitze einer Elektrode wurde mikroskopisch untersucht.
2.4. Bedingung Ort Abneigung
2.4.1. Appatarus
Die Platzkonditionierung wurde nach der Methode von Suzuki durchgeführt et al. [15, 16]. Die Apparatur bestand aus einer Shuttlebox (30 × 60 × 30 cm: B × L × H), die in zwei gleich große Fächer unterteilt war. Ein Fach war weiß mit einem strukturierten Boden und das andere war schwarz mit einem glatten Boden.
2.4.2. Verfahren
Am Tag 1 wurden Ratten mit Nikotin-, Methamphetamin- oder Kochsalzlösung-haltigen osmotischen Minipumpen unter den gleichen Bedingungen wie für die ICSS-Studie beschrieben präpariert.
Am Morgen (9: 00) an Tag 7 der Nikotin- oder Methamphetamininfusion wurde den Ratten ein Antagonist des Testarzneimittels (Mecamylamin oder Haloperidol) oder eine Salzlösung (1.0 ml / kg) subkutan injiziert und sofort auf ein Kompartiment von die Testapparatur für 60 min. Am Abend (21: 00) des gleichen Tages wurden die Ratten dann mit Kochsalzlösung oder einem Antagonisten (Mecamylamin oder Haloperidol) behandelt und für 60 min. Die Paarungen von Injektion (Antagonist oder Kochsalzlösung) und Kompartiment (weiß oder schwarz) wurden über alle Probanden hinweg ausgeglichen. Den Kontrollratten in den mit Nikotin, Methamphetamin und Kochsalzlösung infundierten Gruppen wurde während der Konditionierungssitzung Kochsalzlösung anstelle von Mecamylamin oder Haloperidol injiziert. Nach den Kochsalzinjektionen wurden die Ratten morgens in ein Abteil und abends in das andere Abteil eingesperrt.
Am Morgen des Tages 8 wurden Konditionierungstests wie folgt durchgeführt: Die Trennwand, die die beiden Kammern trennte, wurde auf 12 cm über dem Boden angehoben, und eine neutrale Plattform wurde entlang der Naht eingeführt, die die Kammern trennte. Die Zeit, die in jedem Abteil während einer 900-Sitzung verbracht wurde, wurde automatisch durch einen Infrarotstrahlsensor (kn-80, Natsyme Seisakusho, Tokio, Japan) gemessen.
2.5. Beurteilung von somatischen Entzugserscheinungen
In dem ICSS-Experiment wurde jede Ratte unmittelbar nach Beendigung der ICSS-Belohnungsschwellensitzung nach Verabreichung von Mecamylamin oder Haloperidol in eine zylindrische Plastikbeobachtungskammer gebracht, und es wurden somatische Entzugserscheinungen für 10 min beobachtet. Während der Beurteilung der somatischen Entzugserscheinungen wurde die Häufigkeit der Abstinenzsymptome anhand einer Opiat-Abstinenz-Skala aufgezeichnet, die auf Nikotin- oder Methamphetamin-Abstinenz umgestellt wurde [1]. Die Experimentatoren waren gegenüber der Behandlung jeder Ratte blind. Im CPP-Experiment wurden somatische Entzugserscheinungen auf die gleiche Weise wie im ICSS-Experiment beobachtet, mit der Ausnahme, dass die Beobachtung von somatischen Abstinenzerscheinungen im CPP-Apparat durchgeführt wurde.
2.6. Datenanalyse
Für das Maß der ICSS-Reaktion wurde die Anzahl der Bewehrungen pro Minute in jedem Behälter als Maß verwendet. An Testtagen wurde die Anzahl der Verstärkungen bei jedem elektrischen Strom in Prozent der an diesem Tag erhaltenen Basislinie umgerechnet. Zur Bestimmung der ICSS-Schwelle wurde die S-Form-Kurve individuell nach dem Sigmoid-Gompertz-Modell angepasst. Unter Verwendung dieses Modells wurde der elektrische Strom, der 50% der Basislinienantwort induziert, als ICSS-Schwelle bestimmt. Alle Daten wurden unter Verwendung einer Zwei-Wege-Varianzanalyse (ANOVA) mit wiederholten Messungen innerhalb der Probanden analysiert, gefolgt von Tukeys Studentized Range-Methode nach Beobachtung eines statistisch signifikanten Effekts der Behandlungsbedingungen in der ANOVA.
Die Konditionierungswerte geben die Zeit an, die am Ort der Arzneimittelpaarung verbracht wurde, abzüglich der Zeit, die am Ort der Fahrzeugpaarung verbracht wurde, und werden als Mittelwert ± SEM ausgedrückt die Wirkungen der Behandlung auf die durch Antagonisten induzierte Platzkonditionierung. Wenn die ANOVA das Vorhandensein eines signifikanten Effekts anzeigte, wurde eine weitere Analyse mit Tukeys Studentized Range-Methode durchgeführt.
3. ERGEBNISSE
3.1. ICSS-Schwellenwerte
Während der chronischen Verabreichung wurde Nikotin (F (2, 35) = 5.28, P<0.01) und Methamphetamin (F (2, 35) = 7.62, P<0.01) senkten die ICSS-Belohnungsschwellen signifikant. Einzelne Mittelwertvergleiche ergaben signifikante Auswirkungen auf Tag 4 und Tag 5 der Nikotininfusion (P<0.05) und am Tag 2, Tag 4 und Tag 5 der Methamphetamin-Infusion (P
Wie in Abb. (11), bei chronisch mit Nikotin und Methamphetamin infundierten Ratten Mecamylamin (F (1, 47) = 9.59, P<0.01) und Haloperidol (F (1, 47) = 10.64, P<0.01) führten zu signifikanten Erhöhungen der ICSS-Belohnungsschwellen. Einzelne Mittelwertvergleiche ergaben signifikante Effekte bei 1.0 mg / kg Mecamylamin (P<0.05) und bei 0.25 und 0.5 mg / kg Haloperidol (P<0.05). Auch bei mit Nikotin infundierten Ratten gab es keinen signifikanten Dosiseffekt (F (3, 47) = 1.87, P> 0.05) oder bei mit Methamphetamin infundierten Ratten (F (3, 47) = 2.24, P> 0.05) oder Wechselwirkung Behandlung × Dosis entweder bei mit Nikotin infundierten Ratten (F (3, 47) = 1.56, P> 0.05) oder bei mit Methamphetamin infundierten Ratten (F(3, 47) = 1.77, P> 0.05).
3.2. Bedingte Ortsaversion (CPA)
Wie in Abb. (22) zeigten die Kontrollratten mit Kochsalzlösung keine Präferenz für beide Kompartimente. Mecamylamin und Haloperidol erzeugten bei mit Kochsalzlösung infundierten Ratten weder eine signifikante Ortspräferenz noch eine Ortsaversion. Andererseits ist Mecamtlamin (F (1, 47) = 8.62, P<0.01) und Haloperidol (F (1, 47) = 11.28, P<0.01) erzeugte eine Platzaversion bei chronischen Ratten, die mit Nikotin bzw. Methamphetamin infundiert waren. Eine signifikante Ortsaversion wurde bei 1.0 mg / kg Mecamylamin beobachtet (P<0.01) und bei 0.25 und 0.5 mg / kg Haloperidol (P <0.05 und P <0.01). Auch bei mit Nikotin infundierten Ratten gab es keinen signifikanten Dosiseffekt (F (3, 47) = 1.98, P> 0.05) oder bei mit Methamphetamin infundierten Ratten (F (3, 47) = 2.56, P> 0.05) oder Wechselwirkung Behandlung × Dosis entweder bei mit Nikotin infundierten Ratten (F (3, 47) = 1.74, P> 0.05) oder bei mit Methamphetamin infundierten Ratten (F (3, 47) = 2.28, P> 0.05).
3.3. Somatische Zeichen
Die Gesamtzahl der somatischen Anzeichen unterschied sich auch im ICSS-Experiment nicht zwischen mit Nikotin und Kochsalzlösung behandelten Ratten während der Verabreichung von Mecamylamin (F (1, 47) = 2.02, P> 0.05) oder im CPA-Experiment (F (1, 47) = 1.87, P> 0.05). Darüber hinaus unterschieden sie sich auch im ICSS-Experiment nicht zwischen mit Methamphetamin und Kochsalzlösung behandelten Ratten während der Verabreichung von Haloperidol (F (1, 47) = 1.53, P> 0.05) oder im CPA-Experiment (F (1, 47) = 2.33, P> 0.05).
3.4. Histologische Analyse
Die Ergebnisse der histologischen Analyse zeigten, dass sich die Elektrodenspitzen im Bereich des lateralen Hypothalamus befanden, und zwar in einem Bereich von -3.84 mm bis -4.20 mm vom Bregma. Es zeigten sich keine Unterschiede zwischen den Elektrodenpositionen von Kontrolltieren und Versuchstieren (Abb. 33).
4. DISKUSSION
Die Ergebnisse der aktuellen Studie zeigen, dass die chronische Verabreichung von Nikotin und Methamphetamin die ICSS-Belohnungsschwellen senkt, während ihre Antagonisten Mecamylamin und Haloperidol die ICSS-Belohnungsschwellen erhöhen und bei mit Nikotin bzw. Methamphetamin behandelten Ratten eine CPA auslösen. In Bezug auf Veränderungen in der Belohnungsschaltung des Gehirns während des Entzugs wurde argumentiert, dass mit zunehmender Abhängigkeit Neuroadaptionen in denselben Gehirnkreisläufen auftreten, die die verstärkenden oder belohnenden Wirkungen von Drogenmissbrauch nach akuter Verabreichung vermitteln, was zur Expression eines negativen Affekts führt Entzugserscheinungen bei Abstinenz [7, 8]. In Übereinstimmung mit dieser Vorstellung zeigte die vorliegende Studie, dass Nikotin sowie Methamphetamin während der akuten Verabreichung eine Abnahme der ICSS-Belohnungsschwellen und während des durch Antagonisten ausgelösten Entzugs eine Zunahme zeigten. Andere Drogen wie Kokain [6], Opiate [10] und Ethanol [11Es wurde auch berichtet, dass es zu ähnlichen Effektmustern bei ICSS-Belohnungsschwellenwerten kommt. Eine Frage, ob solche Änderungen in der Belohnungsschaltung des Gehirns ausreichen, um die negativen affektiven Folgen eines Entzugs zu erklären, wurde untersucht. Ein Paradigma der CPA ist ein nützlicher und sensitiver Verhaltensindex zur Erkennung von Entzugsaversion, wie in früheren Studien mit Nikotin berichtet [15, 16] und Opiate [17, 10]. In der vorliegenden Studie induzierten Mecamylamin und Haloperidol eine CPA in Dosen, die einen Anstieg der ICSS-Belohnungsschwellenwerte zeigten, was darauf hindeutet, dass ein Anstieg der ICSS-Belohnungsschwelle eine Abneigung während des Entzugs von Nikotin und Methamphetamin hervorrufen kann. Andererseits induzierten Mecamylamin und Haloperidol keine somatischen Entzugserscheinungen. Es ist bekannt, dass somatische Entzugserscheinungen bei Psychostimulanzien schwächer sind als bei Opiaten, Barbituraten und Alkohol. Darüber hinaus ist es schwieriger, somatische Entzugserscheinungen zu beobachten, die durch Nikotinantagonisten hervorgerufen werden, als solche, die durch spontanen Entzug hervorgerufen werden [12]. Interessanterweise waren in der vorliegenden Studie die Erhöhungen der ICSS-Belohnungsschwellen und die Ortsaversion während des Nikotinentzugs nahezu gleich hoch wie die während des Methamphetaminentzugs beobachteten, was darauf hindeuten könnte, dass sich die Abnahme der Gehirnbelohnungsfunktion, die zu einer Entzugsaversion führt, möglicherweise nicht signifikant unterscheidet in der Intensität zwischen Nikotin und Methamphetamin, unabhängig von akuten Wirkungen dieser Medikamente auf das Belohnungssystem. Mit anderen Worten wird die Hypothese aufgestellt, dass Neuroadaptionen im Belohnungskreislauf des Gehirns sich zwischen Nikotin und Methamphetamin fast auf demselben Niveau entwickeln, obwohl sie das Belohnungssystem in unterschiedlichem Maße stimulieren, da akutes Methamphetamin stärker ist als akutes Nikotin. Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um diese Frage zu klären, indem ein größerer Bereich von Medikamentendosen oder andere Arten von experimentellen Paradigmen verwendet werden.
Zusammenfassend zeigt die vorliegende Studie, dass die Belohnungsfunktion des 1) -Gehirns während des Nikotin- und Methamphetamin-Entzugs abnimmt, und dass 2) eine Abnahme der Belohnungsfunktion den negativen affektiven Zustand (Abneigung) während des Nikotin- und Methamphetamin-Entzugs widerspiegeln kann.
Danksagung
Diese Studie wurde teilweise durch Zuschüsse des japanischen Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (Nr. 16591166) und der Smoking Research Foundation unterstützt.
REFERENZEN
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