Nat Neurosci. Autora manuskripts; pieejams PMC 2016 Jan 15.
Publicēts galīgajā rediģētā formā kā:
Nat Neurosci. 2014 maijs; 17 (5): 704 – 709.
Publicēts tiešsaistē 2014 Apr 6. doi: 10.1038 / nn.3694
PMCID: PMC4714770
NIHMSID: NIHMS574802
Ingo Viluhns,1,2,3,* Laurens M. Burgeno,1,2 Pīters A. Groblevskis,2 un Pols EM Filips1,2
Izdevēja galīgā rediģētā šī raksta versija ir pieejama vietnē Nat Neurosci
Skatīt komentāru “Fāzes dopamīna signālu zaudēšana: jauns atkarības marķieris"in Nat Neurosci, 17. sējums 644. lpp.
Skatiet citus PMC rakstus citāts publicēto rakstu.
Anotācija
Narkomānija ir neiropsihiski traucējumi, ko raksturo pieaugoša narkotiku lietošana. Dopamīna neirotransmisija ventromediālajā striatumā (VMS) rada ļaunprātīgi lietotu narkotiku akūtu pastiprinošu iedarbību, bet domājams, ka ar ilgstošu lietošanu dorsolateral striatum (DLS) pārņem kontroli pār narkotiku meklēšanu. Mēs izmērījām striatālā dopamīna izdalīšanos kokaīna pašinjekcijas laikā, kas izraisīja zāļu lietošanas saasināšanos žurkām. Pārsteidzoši, ka mēs atklājām, ka fāziskais dopamīns samazinājās abos reģionos, palielinoties kokaīna uzņemšanas ātrumam; ar dopamīna līmeņa pazemināšanos VMS ievērojami korelēja ar saasināšanās ātrumu. Dopamīna prekursora L-DOPA ievadīšana devā, kas papildināja dopamīna signālu parādīšanos VMS, apvērsa saasinājumu, tādējādi parādot cēloņsakarību starp samazinātu dopamīna pārnešanu un pārmērīgu narkotiku lietošanu. Tādējādi šie dati kopā sniedz mehānisku un terapeitisku ieskatu pārmērīgā narkotiku daudzumā, kas rodas pēc ilgstošas lietošanas.
IEVADS
Narkotiku lietošana ir cieši saistīta ar dopamīna izdalīšanos striatumā1,2. Tomēr ar narkotiku lietošanu saistītās izmaiņas dopamīna neirotransmisijā atšķiras pēc ilguma un apakšreģiona3-5. Lēna dopamīna ārpusšūnu koncentrācijas palielināšanās ventromediālajā striatumā (VMS), ko stimulē daudzas ļaunprātīgas narkotikas, ieskaitot kokaīnu6, tiek pieņemts, ka tie atspoguļo narkotiku pastiprinošās īpašības7, jo dzīvnieki regulē savu kokaīna pašinjekcijas ātrumu, lai uzturētu paaugstinātu apkārtējās vides dopamīna koncentrācijas līmeni8. VMS ietvaros tika ziņots, ka dopamīna signālu signālu pārklāšanās kodolieroču kodola kodolu un apvalku apakšreģionos pārklājas, taču uzsvars tiek likts uz apvalku primārā narkotiku ieguvuma starpniecībai un kodolu, kas darbojas kā substrāts kondicionētai pastiprināšanai.1. Faktiski dažu sekunžu ilga fāziska dopamīna atbrīvošanās kodolos uzkrātajā kodolā ir tāda, ka tiek parādīti vides stimuli, kas vairākkārt savienoti pārī ar šo narkotiku.9-12 un spēj kontrolēt narkotiku meklēšanu un lietošanu9. Šādu kondicionētu stimulu kodēšana ar dopamīna izdalīšanos ir atrodama arī striatum (dorsolateral striatum, DLS) sensorimotoros aspektos.13, striatras apakšreģions, kas ir saistīts ar ierasto un kompulsīvo narkotiku meklēšanas attīstību14-16. Tādējādi tiek uzskatīts, ka narkotiku pārņemšana ārpus atpūtas lietošanas atspoguļo dopamīna signalizācijas iesaistīšanos dažādos striatras apakšreģionos.1,17, uzsvaru liekot uz pāreju no limbiskā (VMS) uz sensorimotor (DLS) striatum, attīstoties noteiktai narkotiku meklēšanas uzvedībai1,18. Tomēr nav zināms, vai ar narkotikām saistītu darbību vai stimulu kodēšana ar fāzes dopamīna izmaiņām mainās, jo saasinās mērena zāļu lietošana.
Grauzēju paradigmās, kuras uzskatāmas par vislabākajām modelēm pārejā no mērenas narkotiku lietošanas uz atkarību, ir ilgstoša pieeja narkotikām19,20, piemēram, uz nedēļu pagarināt piekļuvi no vienas (īsas piekļuves, ShA) līdz sešām stundām (gara pieeja, LgA) dienā21. Šāda zāļu pašpārvaldes shēma spēj saasināties21 un piespiedu narkotiku meklēšana22, starp citiem kardināliem simptomiem, kas raksturo atkarību no vielām cilvēkiem23. Šeit mēs pārbaudījām, kā LgA līdz kokaīnam ietekmē fāzisko dopamīna signālu reģionālo dinamiku striatumā, kas iepriekš tika raksturots stabilas ShA narkotiku lietošanas laikā13 iegūt labāku izpratni par neirobioloģiskajiem mehānismiem, kas ir narkotiku lietošanas saasināšanās pamatā.
REZULTĀTI
Tīri Wistar žurkas ar ievietotiem intravenoziem katetriem tika apmācīti patstāvīgi ievadīt kokaīnu ikdienas ShA sesiju laikā un pēc iegūšanas tika pārslēgti uz LgA sesijām kamerās, kas aprīkotas ar divām deguna aizbāžņa atverēm. Deguna ielikšana aktīvajā ostā izraisīja kokaīna infūziju (0.5 mg / kg / infūzija) un 20 parādīja gaismas toņa stimulu uz fiksēta intervāla (FI) 20 pastiprināšanas grafiku. Atbildes otrajā (neaktīvajā) deguna aizbāžņa ostā vai aktīvajā ostā stimula prezentācijas laikā (20-time-out) bija bez ieprogrammētām sekām. Ziņojuma sniegšanas nolūkā deguna sprādziena reakcijas aktīvajā ostā ārpus taimauta perioda (ti, tās, kas izraisīja kokaīna infūziju) tiek sauktas par “aktīvām deguna mugām”, un reakcijas, kas neaktīvā ostā atrodas ārpus laika perioda, kā “neaktīvas deguna pokes ”. Aktīvo deguna stabu skaits ievērojami pārsniedza neaktīvos deguna kauliņus (deguna deguna porta galvenā ietekme: F(1, 23) = 383.226, P <0.001; Fig. 1) katras nedēļas laikā (P <0.001). Pēc pārejas no ShA uz LgA kokaīna uzņemšana laika gaitā ievērojami palielinājās (nedēļas galvenais efekts: F(3, 69) = 25.504, P <0.001; Fig. 1), par ko konsekventi ziņojuši daudzi citi24.
Lai novērtētu dopamīna pārnešanas ilgtermiņa dinamiku, garenvirziena neiroķīmiskos ierakstus vienlaicīgi veica VMS kodola uzkrāšanās kodolā un DLS hroniski implantētu mikrosensoru laikā.25 izmantojot ātrās skenēšanas ciklisku voltammetriju (sk 1 elektrodu izvietojuma histoloģiskai pārbaudei). Pirmajā LgA nedēļā mēs novērojām īslaicīgu ārpusšūnu dopamīna koncentrācijas palielināšanos VMS pēc aktīvās atbildes reakcijas (P <0.001; 2a). Šis aktivizācijas modelis samazinājās LgA laikā, kur dopamīna izdalīšanās trešajā nedēļā bija ievērojami mazāka nekā pirmajā (P <0.001) un otro (P = 0.030) nedēļas (nedēļas galvenā ietekme: F(2,72) = 10.230, P <0.001; 2b). Fāzes dopamīna izdalīšanās DLS parādījās otrajā nedēļā (P = 0.006; 2c), bet nebija klāt LgA trešajā nedēļā (nedēļas galvenā ietekme: F(2,51) = 3.474, P = 0.039; aktīva kule × nedēļas mijiedarbība: F(2,51) = 4.021, P = 0.024; 2c, d). Šie dati rāda, ka fāziski dopamīna signāli VMS un DLS parādās secīgi dažādos zāļu lietošanas posmos līdzīgi tam, ko mēs ziņojām par ShA shēmu13. Tomēr šī signalizācija abos reģionos samazinājās LgA laikā, par kuru ir zināms, ka intravenozi ievadīta kokaīna farmakokinētika nemainās26,27.
Lai pārbaudītu saistību starp dopamīna signālu zudumu un narkotiku patēriņa pieaugumu, mēs izmantojām individuālās atšķirības jutībā pret zāļu pašpārvaldes palielināšanos LgA režīma laikā, sadalot dzīvniekus divās grupās atkarībā no tā, vai viņiem bija ievērojama eskalācija, balstoties uz lineāru narkotiku patēriņa regresija LgA sesiju laikā vai nē (3a, b). Šīs dzīvnieku atdalīšanas validācija parādīja, ka dzīvniekiem, kas nav eskalēti, LgA trīs nedēļu laikā nav novērots būtisks aktīvo deguna kaulu palielināšanās (nedēļas galvenā iedarbība: F(2,18) = 0.633, P = 0.542; 3b, pa kreisi), turpretī eskalētās žurkas ievērojami palielināja uzņemšanu (nedēļas galvenā ietekme: F(2,26) = 14.826, P <0.001; 3b, pa labi; uzņemšana × nedēļas mijiedarbība: F(2,44) = 4.674, P = 0.014), trešajā LgA nedēļā padarot aktīvākus deguna kauliņus nekā dzīvnieki bez eskalācijas (t(22) = 2.307, P = 0.031; 3b). Proti, eskalētiem dzīvniekiem bija paaugstināta motivācija iegūt kokaīnu, kā parādīts progresīvas proporcijas uzdevumā (P = 0.028; 2). Eskalētām žurkām bija vērojams būtisks dopamīna izdalīšanās samazinājums VMS (nedēļas galvenā ietekme: F(2,51) = 15.507, P <0.001; 3c, pa labi, un 3a papildinājums). Tomēr VMS dopamīna izdalīšanās bija stabila žurkām, kas nebija eskalētas (nedēļas galvenā iedarbība: F(2,18) = 0.057, P = 0.945; 3c, pa kreisi un 4a papildinājums), kas trešajā nedēļā piešķir ievērojami vairāk fāziska dopamīna salīdzinājumā ar eskalētām žurkām (galvenā uzņemšanas ietekme: F(1,69) = 6.444, P = 0. 013; 3d, pa kreisi; uzņemšana × nedēļas mijiedarbība: F(1,70) = 4.303, P = 0.042). Šīs dopamīna izdalīšanās atšķirības starp eskalētām un neeskalētām žurkām bija acīmredzamas visu sešu stundu laikā pēc pašinjekcijas (t(43) = 2.599, P = 0.013). Svarīgi ir tas, ka šīs atšķirības neizraisīja vispārējs dopamīna funkcijas samazināšanās saasinātiem dzīvniekiem, jo dopamīna izdalīšanās pēc nekontingenta, eksperimenta izraisīta kokaīna infūzijas neatšķīrās starp dzīvniekiem, kas nebija eskalēti un eskalēti (P = 0. 605; 5a papildinājums).
Pretstatā saglabātajai fāziskajai dopamīna izdalīšanai VMS neeskalējošām žurkām, mēs iepriekš ziņojām, ka dopamīna izdalīšanās samazinājās dzīvniekiem, kuriem trīs nedēļas bija ierobežota piekļuve kokaīnam (ShA) - tikai viena stunda dienā.13. Tādēļ mēs veica papildu analīzes datiem, kas iegūti no šīm ShA žurkām, lai varētu detalizēti raksturot saistību starp dopamīna funkciju un zāļu devu dzīvniekiem, kuriem ShA vai LgA tika veikta kokaīna pašpārvalde. Kaut arī ShA laikā nebija nozīmīga vidējā narkotiku patēriņa palielināšanās starp dzīvniekiem, bija individuālas atšķirības ar dzīvnieku apakškopu (6 no 16), kas uzrādīja ievērojamu narkotiku patēriņa palielināšanos trīs nedēļu laikā pēc ShA kokaīna pašinjekcijas. Interesanti, ka VMS fāziskais dopamīns ShA kokaīna pašinjekcijas trešajā nedēļā dzīvnieku grupā, kas uzturēja stabilu narkotiku patēriņu (ti, neuzrādīja ievērojamu eskalāciju), neatšķīrās no dzīvniekiem, kuriem nebija eskalācijas, trešajā nedēļā LgA (P = 0.741; Papildu 5b. Att). ShA dzīvniekiem, kas palielināja zāļu uzņemšanu, bija mazāks zāļu patēriņš (32.7 ± 3.9 pret 43.9 ± 3.1 uzlējumiem pirmajā stundā, P = 0.017) un mazāk samazināta dopamīna izdalīšanās (P = 0.049; Papildu 5b. Att) nekā dzīvnieki, kas palielināja uzņemšanu LgA apstākļos. Neskatoties uz to, bija nenozīmīga VMS dopamīna līmeņa pazemināšanās tendence salīdzinājumā ar to neeskalējošajiem kolēģiem (P = 0.094), un laika gaitā starp ShA un LgA eskalējošām žurkām nebija nozīmīgas mijiedarbības ar dopamīna izdalīšanos (bez uzņemšanas × režīma mijiedarbība: F(1,57) = 0.111 P = 0.740; Papildu 5b. Att). Ņemot vērā šīs individuālās atšķirības, mēs veica regresijas analīzi visām ShA un LgA žurkām, lai pārbaudītu tiešu saistību starp dopamīna līmeni un saasināšanās pakāpi, un mēs atklājām būtisku negatīvu korelāciju (ShA un LgA žurkas apvienojās; r = −0.628 , P = 0.005) ar vislielāko eskalāciju dzīvniekiem, kuriem 3 nedēļā bija viszemākā dopamīna izdalīšanās (3e, pa kreisi). Tāpēc dopamīna signālu vājināšanās VMS paredzēja zāļu pašpārvaldes saasināšanos visā LgA un ShA zāļu piekļuves shēmās. Šie dati izceļ, ka ar dopamīna izdalīšanās izmaiņām saistītais vispārīgais aspekts ir tas, vai dzīvnieki saasinās vai nē, nevis pašpārvaldes režīms, uz kuru viņi ir bijuši pakļauti per se. Tāpat mēs atklājam, ka visām žurkām eskalācija ir nozīmīgs kokaīna motivācijas paaugstinātas prognozēšanas priekšnoteikums (P = 0.037, 6a papildinājums), bet LgA / ShA režīms nav, kā novērtēts progresīvās proporcijas grafikā (P = 0.340, Papildu 6b. Att).
Pretstatā VMS, reakcijas nosacītā dopamīna izdalīšanās DLS neatšķīrās starp eskalētiem un neeskalētiem LgA dzīvniekiem (galvenā uzņemšanas ietekme: F(1,48) = 0.472, P = 0. 496; 3d, pa labi un Papildu vīģes 3b un 4b), kā arī nebija nozīmīgas attiecības starp saasināšanās slīpumu un dopamīna izdalīšanos dzīvniekiem, kuriem pašam tika ievadīts ShA vai LgA (r = −0.112, P = 0.649; 3e, pa labi). Tādējādi, lai gan dopamīns VMS korelēja ar narkotiku lietošanas saasināšanos, līdzīga korelācija netika novērota DLS - smadzeņu reģionā, kas ir plaši saistīta ar paplašinātu zāļu pašpārvaldi.1,14,16,18.
Ņemot vērā šo provokatīvo korelāciju starp neiroķīmiju un uzvedību, mēs izvirzījām hipotēzi, ka fāziskās dopamīna signālu samazināšanās ir cēloņsakarība, lai palielinātu narkotiku lietošanu, līdzīgi kā dopamīna receptoru antagonistu izraisītais narkotiku lietošanas pieaugums.28-30, un tā atjaunošana izraisītu saasināšanās saasinājumu (4a). Tāpēc mēs apstrādājām eskalētus dzīvniekus (P = 0.024; 4b) ar L-DOPA pirms sesijas sāk palielināt fāzisko dopamīna izdalīšanos31. L-DOPA, kas atkarīgs no devas (0, 10, 30 un 90 mg / kg, intravenozi), samazināta kokaīna uzņemšana (galvenā L-DOPA iedarbība: F(3,53) = 5.053, P = 0.004; 4b), ar 30 mg / kg uzņemto devu atjaunojot iepriekš palielinātu līmeni. Svarīgi ir tas, ka 30 L-DOPA deva mg / kg bija pietiekama, lai pilnībā atjaunotu fāzes dopamīna signālus VMS (sk. 7 reģistrēšanas vietnēm) narkotiku lietošanas laikā (F(2,8) = 6.316, P = 0.023; 4c), efekts tika novērots arī sešas pašpārvaldes stundas (F(2,8) = 7.610, P = 0.0141). Tādējādi fāziskā dopamīna izdalīšanās daudzums VMS prognozēja narkotiku daudzumu kokaīna pašpārvaldes sesijas laikā (r = −0.525, P = 0.046; 4d). Šo L-DOPA uzvedības efektu nevar izskaidrot ar izmaiņām farmakoloģiskajā atbildē uz kokaīnu, jo lēnās VMS dopamīna koncentrācijas izmaiņas pēc iespējamās zāļu infūzijas L-DOPA terapijā nemainījās un faktiski neatšķīrās starp iepriekšēju saasināšanās, saasināšanās un saasināti stāvokļi, kas apstrādāti ar L-DOPA (F(2,8) = 0.020, P = 0.980; 8). Turklāt L-DOPA ietekme uz narkotiku patēriņu tika novērota arī tad, kad L-DOPA tika lokāli ievadīts VMS (sk. 9 infūzijas vietām) eskalētu žurku pirms sesijas (t(7) = 6.517, P <0.001; 4e). Kopumā šis pētījumu kopums pierāda, ka vienreizēja L-DOPA deva, kas ievadīta pirms piekļuves narkotikām, ir efektīva, lai atjaunotu signālus par dopamīna lietošanu un normalizētu kokaīna lietošanu iepriekš saasinātā stāvoklī.
Tālāk mēs pārbaudījām, vai L-DOPA lietošana būs efektīva, lai samazinātu pieaugošo zāļu patēriņu ilgtermiņa dozēšanas shēmās, kas vairāk attiecas uz klīnisko pielietojumu. Vispirms mēs veicām eksperimentus, ieviešot atkārtotu L-DOPA infūziju secīgās dienās saasināšanās indukcijas laikā. Dzīvnieki tika apmācīti patstāvīgi ievadīt kokaīnu un pēc tam vai nu pārslēdzās uz LgA, vai arī palika ShA, un šajā laikā pirms katras sesijas divas nedēļas viņiem injicēja L-DOPA (30 mg / kg, intravenozi) vai fizioloģisko šķīdumu (5a). L-DOPA nozīmīgi ietekmēja zāļu uzņemšanu, ievērojot shēmu (ārstēšanas galvenais efekts: F(1,53) = 9.297, P = 0.004; režīma galvenais efekts: F(1,53) = 5.968, P = 0.018; 5a) ar samazinātu kokaīna uzņemšanu LgA dzīvniekiem (P = 0.004), bet ne ShA dzīvniekiem (P = 0.170; 5a) un bez ietekmes uz neaktīvajiem deguna kauliņiem (LgA, P = 0.202; ŠA, P = 0.101; dati nav parādīti). Tādēļ L-DOPA terapija bija efektīva, lai novērstu zāļu patēriņa palielināšanos LgA laikā. Tomēr, pārtraucot ārstēšanu, šī iedarbība neizpalika (P = 0.789; 5a). Otrkārt, mēs atkārtoti ievadījām L-DOPA secīgās dienās dzīvniekiem ar konstatētu pieaugošu zāļu patēriņu. Dzīvnieki tika apmācīti patstāvīgi ievadīt kokaīnu un pēc tam tika nomainīti uz LgA vai trīs nedēļas palika ShA. Pēc tam šos dzīvniekus pirms pašinjekcijas trešajā nedēļā ārstēja ar L-DOPA vai fizioloģisko šķīdumu (5b). LgA apmācīti dzīvnieki pirmajās divās nedēļās uzrādīja ievērojamu kokaīna lietošanas pieaugumu, salīdzinot ar ShA apmācītajiem dzīvniekiem (režīma galvenā iedarbība: F(1,51) = 15.706, P <0.001; dati nav parādīti). Ārstēšana ar L-DOPA izraisīja režīmam raksturīgu efektu (ārstēšanas galvenais efekts: F(1,51) = 5.303, P = 0.025; režīma galvenais efekts: F(1,51) = 11.884, P = 0.001; 5b), samazinot kokaīna uzņemšanu LgA dzīvniekiem (P = 0.048), bet ne ShA dzīvniekiem (P = 0.210; 5b), neveicot neaktīvu reaģēšanu (LgA, P = 0.641; ŠA, P = 0.664). Svarīgi ir tas, ka L-DOPA diferencētā ietekme uz aktīvajiem deguna kauliņiem bija spēcīgāka, ja dzīvnieki tika grupēti saasinātos un neeskalētos, nevis ShA un LgA (eskalētie dzīvnieki, P = 0.005; dzīvnieki, kas nav eskalēti, P = 0.421; 5c), norādot, ka L-DOPA galvenokārt samazināja palielinātu kokaīna uzņemšanu, nevis ietekmēja narkotiku patēriņu per se, mijiedarbība, kas attīstījās dienu laikā (uzņemšana × ārstēšana (1 diena)): F(1,51) = 0.562, P = 0.457; bet uzņemšana × ārstēšana (5 diena) mijiedarbība: F(1,51) = 4.091, P = 0.048). Svarīgi ir tas, ka šīs atšķirības starp eskalētām un neeskalētām apakšpopulācijām, kā arī akūtas un hroniski ievadītas L-DOPA saasināšanās efekti tiek novēroti arī visās sešās pašpārvaldes stundās (10). Kopā šie atklājumi pierāda, ka fāziska dopamīna izdalīšanās samazinās dzīvniekiem, kuri palielina kokaīna uzņemšanu, un atjaunojot to ar atkārtotu dopamīna prekursora L-DOPA ievadīšanu, novērš un apvērš šo saasināšanos, sniedzot pierādījumus, ka samazināts dopamīna daudzums veicina zāļu pašpārvaldes eskalāciju.
DISKUSIJA
Šajā pētījumā mēs pētījām fāzisko dopamīna izdalīšanos VMS un DLS zāļu uzņemšanas eskalācijas laikā - parādība, kas modelē galveno diagnostisko kritēriju atkarībai no narkotikām21,23. Mūsu atklājumi pierāda, ka eskalācija ir saistīta ar samazinātu dopamīna signālu daudzumu gan VMS, gan DLS, un dopamīna līmeņa samazināšanās VMS būtiski korelē ar eskalācijas ātrumu. Šis efekts šķietami ir selektīvs attiecībā uz fāzisko dopamīnu, jo šajā pētījumā iepriekšējā pētījumā, izmantojot to pašu shēmu žurkām, tonizētajā dopamīnā līdzīgas izmaiņas netika novērotas27 vai ar to saistītās pašpārvaldes paradigmas primātiem, kas nav cilvēkveidīgie primāti32,33. Ir saņemti vairāki ziņojumi par samazinātu fāzes dopamīna funkciju zāļu lietošanas laikā (pārbaudīti no 18 stundām līdz septiņām dienām pēc pēdējās pašinjekcijas sesijas), kas saistīta ar samazinātu jutību pret kokaīnu34-37. Kaut arī mēs novērojām līdzīgu dopamīna atbildes reakcijas samazināšanos pret kokaīnu starp ShA un LgA žurkām (5a papildinājums), šī ietekme nešķita atbilstoša eskalācijai, jo neiroķīmiskā reakcija uz nekontingentu kokaīnu neatšķīrās starp žurkām, kuras saasinājās, un tām, kuras nekonstatēja (bez uzņemšanas × režīma mijiedarbība: F(1,34) = 1.964 P = 0.170; 5a papildinājums). Tāpat tonizējošā dopamīna koncentrācijas maksimālās izmaiņas līdz 90 sekundēm pēc iespējamā kokaīna, domājams, kokaīna farmakoloģiskās iedarbības dēļ, neatšķīrās starp iepriekš saasinātu un saasinātu stāvokli tiem pašiem dzīvniekiem (8). Tādējādi vienīgais dopamīna pārnešanas aspekts, ko mēs novērojām un kas paredzēja narkotiku uzņemšanas palielināšanos, bija fāzes reakcija, kas notika tūlīt pēc aktīva deguna izlikšanas, kas ir nosacīta reakcija galvenokārt uz narkotikām saistītām norādēm9,11,13. Šī neiroķīmiskā reakcija pasliktinājās dzīvniekiem, kuri palielināja zāļu uzņemšanu, kas atgādina parasto mācību procesu, kurā dopamīna izdalīšanās VMS, ko izraisa ar atlīdzību saistīts stimuls, samazinās, jo šis stimuls laikā tiek prognozēts38,39. Tomēr dopamīna izdalīšanās pavājināšanās pašpārvaldes laikā notiek daudz vēlāk mācību procesā, nekā varētu sagaidīt mācoties ārkārtas situācijās, ilgi pēc tam, kad ir apgūta noteikta narkotiku lietošana. Turklāt dzīvniekiem, kuru narkotiku patēriņš nepalielinās, fāziskās dopamīna izdalīšanās mazināšanās nenotiek, kaut arī šie dzīvnieki izrāda asimptotiski diskriminējošu instrumentālu izturēšanos.
Pēc nominālvērtības mūsu novērojumi par dopamīna izlaišanas samazināšanos, narkotiku lietošanas progresēšanai, šķiet, ir pretrunā ar vairākām mūsdienu atkarības teorijām. Teorijas, kas vērstas uz narkotiku izraisītiem stimulējošiem sensibilizācijas procesiem, postulē ar paaugstinātu VMS dopamīna sistēmas reaktivitāti pēc atkārtotas narkotiku lietošanas, kas rada sensibilizētu reakciju uz narkotikām un bižele40, parādība, kas ir īpaši spēcīga pēc LgA41. Konceptualizācijas par nevērīgas mācīšanās un ieradumu veidošanās lomu narkomānijā liek domāt, ka DLS parādījusies dopamīna signālu pārņemšana arvien vairāk kontrolē narkotiku meklēšanu1,14,16. Turklāt ievērojamie atkarības aprēķināšanas modeļi īpaši nozīmē paaugstinātu dopamīna signālu rādīšanu ar narkotikām saistītām niansēm kā atkarības virzītājspēku.42,43. Un otrādi, mūsu atklājumi, šķiet, vairāk atbilst atkarības hipotēzei par atkarību no dopamīna līmeņa pazemināšanās, ko ierosinājuši Dackis un Gold44, un saistītās pretinieku-procesu teorijas21 kas uzsver narkotiku lietošanas izraisītu ar atlīdzību saistītu procesu apspiešanu. Šāda nomākšana ir izvirzīta hipotēzi, lai izraisītu kompensējošu narkotiku lietošanas pašregulāciju, lai uzturētu vēlamo narkotisko vielu intoksikācijas līmeni21. Konkrēti, cilvēki un dzīvnieki kompensē samazinātas kokaīna vienības devas ar paaugstinātu reaģēšanu45,46. Šo procesu VMS regulē dopamīna pārnešana8 un līdz ar to, samazinot dopamīna transmisiju (piemēram, izmantojot dopamīna receptoru antagonismu), palielinās zāļu patēriņa ātrums28,29. Tāpēc dopamīna signālu samazināšanās, ko novērojām LgA laikā, var stimulēt kompensētu zāļu uzņemšanas regulēšanu, lai sasniegtu vēlamo intoksikācijas līmeni. Šīs hipotēzes atbalstam dopamīna samazinājums VMS bija visizteiktākais dzīvniekiem, kuriem bija vērojama lielāka narkotiku lietošanas eskalācija.
Tādējādi mēs pamatojām, ka dopamīna pārnešanas atjaunošana saasinās eskalāciju. Patiešām, L-DOPA ievadīšana bija efektīva gan novēršot, gan apkarojot narkotiku uzņemšanu. Proti, L-DOPA ietekme uz narkotiku lietošanu neizzuda pēc ārstēšanas pārtraukšanas, kas liek domāt, ka tas nenovērš pamatā esošo neiroadaptāciju. Tādēļ mūsu dati norāda, ka eskalāciju veic process, kas izpaužas kā fāziskā dopamīna līmeņa pazemināšanās zāļu lietošanas laikā. Šie atklājumi sniedz mehānisku informāciju par L-DOPA izmantošanu psihostimulantu ļaunprātīgas izmantošanas klīniskajā ārstēšanā - stratēģijai, kurai ir bijuši daži daudzsološi, bet kopumā jaukti rezultāti, kas veikti nelielā skaitā nesenu klīnisko pētījumu47. Konkrēti, tā kā L-DOPA samazināja pieaugošo narkotiku lietošanu, neradot atturību, mēs iesakām, ka tā ir labāk piemērota kaitējuma mazināšanas pieejām un jo īpaši ļaujot narkomāniem atgūt zināmu narkotiku lietošanas kontroli, uzsākot uzvedības terapijas programmas. Kopumā mūsu atklājumi atklāj fāziskās dopamīna izdalīšanās samazināšanos, kas notiek ilgstošas narkotiku piekļuves laikā, kas rada pāreju no atpūtas uz nekontrolētu narkotiku lietošanu.
Metodes
Dzīvnieki
Pieauguši vīriešu dzimuma Wistar žurkas no Čārlza upes (Hollister, CA, ASV), kas sver no 300g līdz 400g, tika izmitināti individuāli un tika turēti 12-h gaismas / 12-h tumšajā ciklā (iedegas 0700) ar kontrolētu temperatūru un mitrumu kopā ar pārtiku un ūdens pieejams ad libitum. Visu dzīvnieku izmantošanu apstiprināja Vašingtonas Universitātes Institucionālā dzīvnieku kopšanas un lietošanas komiteja, un ķirurģiskas procedūras tika veiktas aseptiskos apstākļos. Voltammetrijas eksperimentiem 50 dzīvniekiem tika veikta operācija, no kuriem 29 visu eksperimentu laikā saglabāja katetra caurlaidību, tiem bija vismaz viens funkcionāls un histoloģiski pārbaudīts elektrods un izturēti izturēšanās kritēriji (skatīt zemāk). Farmakoloģiskajā eksperimentā 28 žurkām 32, kurām implantēja katetru, saglabāja katetra intravenozo caurlaidību un tika izmantotas pētījumā. Dzīvnieki tika līdzsvaroti eksperimentālās grupās, pamatojoties uz viņu pašinjekcijas ātrumu ShA pirmseksperimenta apmācības laikā. Paraugu lielumi ir līdzīgi tiem, par kuriem ziņots iepriekšējās publikācijās13.
Stereotaksiskā ķirurģija
Žurkas tika anestēzētas ar izoflurānu, ievietotas stereotaksiskā rāmī, ievadītas kopā ar nesteroīdo pretiekaisuma karprofēnu (5 mg / kg, subkutāni) un novietotas uz izotermiskā spilventiņa, lai uzturētu ķermeņa temperatūru. Galvas ādu uztriepe ar spirtu un betadīnu, peldē ar lidokaīna (0.5 mg / kg) un bupivakaīna (0.5 mg / kg) maisījumu un iegriezta, lai pakļautu galvaskausu. Galvaskausa urbumos tika urbti caurumi un notīrīti izturīgie materiāli, lai mērķētu uz DLS (1.2-mm priekšpusē, 3.1-mm sānu un 4.8-mm ventrāli pret Bregmu)48) un VMS kodola uzkrājuma kodolu (1.3-mm priekšpusē, 1.3-mm sānu un 7.2-mm ventrāli attiecībā pret Bregmu). Viens oglekļa šķiedras mikroelektrods, kas izgatavots uz vietas25 tika novietots VMS, bet cits - DLS, un Ag / AgCl atsauces elektrods tika implantēts atsevišķā priekšējā smadzeņu daļā. Dažādu citu dzīvnieku komplektā vadlīnijas (26 gabarīts; Plastics One, Roanoke, VA, ASV), kuras aizklāja vienāda garuma “fiktīvas” kanūnas, divpusēji tika implantētas, lai mērķētu uz VMS. Elektrodi un virzošā kanula tika nostiprināti ar kranioplastisko cementu, kas ar skrūvēm piestiprināts pie galvaskausa. Pēc operācijas žurkām tika ievadīts ilgstošās darbības nesteroīdais pretiekaisuma karprofēns (5 mg / kg, subkutāni) un novietotas uz izotermiskā spilventiņa, lai saglabātu ķermeņa temperatūru līdz ambulatorai. Visiem dzīvniekiem pēc nedēļas atsevišķas operācijas laikā tika implantēti intravenozie katetri.
Intravenozo katetru implantācija
Žurkas tika anestēzētas ar izoflurānu, ievadītas ar nesteroīdiem pretiekaisuma karprofēniem (5 mg / kg, subkutāni) un novietotas uz izotermiskas spilventiņa, lai uzturētu ķermeņa temperatūru. Katetri tika izgatavoti no silastiskām caurulēm ar ārējo diametru 0.6 mm un vienā galā piestiprināti pie “rumbas” (distālā līdz vēnas ievietošanai; Plastics One, VA, ASV) savienošanai ar infūzijas sūkni. Katetri tika subkutāni virzīti caur iegriezumu aizmugurē starp pleciem līdz ķermeņa priekšpusei un noenkuroti labajā kakla vēnā, kam palīdz silīcija gumijas lodītes netālu no katetra proksimālā gala. Katetra optimālā pozīcija tika pārbaudīta, ievelkot tajā asinis ar negatīvu spiedienu. Pēc tam rumbu nostiprināja teflona sieta gabals, kas uzšūts apkārtējiem audiem, un iegriezumi tika aizvērti, atstājot rumbu, kas izvirzījās no žurkas muguras. Pēc tam katetru noskaloja ar heparīna šķīdumu (80 U / ml fizioloģiskā šķīdumā) un piepildīja ar viskozu polivinilpirolidona (PVP) un heparīna (1000 V / ml) šķīdumu. Katetra rumbu aizvēra ar īsu, saspiestu polietilēna cauruļu gabalu, un PVP šķīdums palika katetrā, lai nodrošinātu caurspīdīgumu. Pēc operācijas žurkām ļāva atveseļoties vismaz piecas dienas.
Kokaīna pašpārvalde
Pašpārvaldes sesijas tika veiktas starp 0900 un 1700 hr. Žurkas iemācījās patstāvīgi ievadīt kokaīnu (Sigma, Sentluisa, MO, ASV) modulārā operantu kamerā (Med Associates, VT, ASV), kas aprīkots ar divām deguna aizbāžņa reaģēšanas ierīcēm (pieslēgvieta ar integrētām gaismām), kas atrodas uz blakus esošajiem paneļiem no vienas sienas, mājas apgaismojums un skaļruņi, lai nodrošinātu tīru toņu un baltā trokšņa stimulus. Operantu kamera atradās skaņas novājinātā ārējā kamerā. Žurkas (3 – 4 mēnešus veci) tika apmācītas iegūt kokaīnu pēc operētas reakcijas uz FI20 pastiprināšanas grafiku. Deguna aizbāzšana aktīvajā vietā (dzīvnieku līdzsvars sānos) izraisīja tūlītēju intravenozu kokaīna infūziju (0.5 mg / kg apmēram desmit sekunžu laikā) pārī ar audiovizuālā stimula 20 otro prezentāciju (deguna iekšējās gaismas apgaismojums). poka ports un signāls; kondicionēts stimuls, CS). CS prezentācijas laikā tika uzlikts 20 sekundes noildze, kuras laikā deguna aizbāzšana neizraisīja turpmāku zāļu ievadīšanu vai citas ieprogrammētas sekas. Narkotiku pieejamību sesijas laikā nozīmēja baltais troksnis un mājas apgaismojums. Lai kontrolētu reakcijas specifiskumu, tika uzraudzīts otrā (neaktīvā) porta spraugšana, bet tas nekad netika pastiprināts. Pēc pirmsskolas apmācības sesijām ar piecu vai vairāk aktīvu atbilžu kritēriju vienā sesijā divās secīgās sesijās, lai iekļautu pētījumā, žurkām katru dienu tika atļauta kokaīna pieejamība vienu stundu dienā (īsa pieeja; ShA) vienas nedēļas laikā un pēc tam sešas reizes. stundas dienā (ilga pieeja; LgA) trīs nedēļas (piecas dienas nedēļā). Sesiju skaits, lai sasniegtu kritēriju, dzīvniekiem svārstījās no divām līdz piecām sesijām. Iepriekš zināmas kontroles grupas uzvedības rezultāti13 tika izmantoti kā atskaites dati, lai salīdzinātu uzvedības datus no žurkām, kurām pašam tiek ievadīts LgA kokaīns, ar žurkām, kas apmācītas saskaņā ar ShA shēmu, kas ir vienāds dienu skaits.
Pēc FI20 kokaīna pašinjekcijas trīs ShA vai LgA nedēļām žurku apakšgrupa tika pārbaudīta ar progresīvu attiecību. Šīs sesijas bija identiskas FI20 sesijām, izņemot to, ka dzīvniekiem šajā sesijā bija jāveic arvien lielāks skaits operēto reakciju uz secīgām kokaīna infūzijām. Operācijas prasība katrā izmēģinājumā (T) bija 1.4 noapaļotais skaitlis(T - 1) sviras nospiešana, sākot ar 1 sviras nospiešanu (tas ir, 1, 1, 1, 2, 3, 5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 56, 79, 111, 155, 217, 304, 426, XNUMX, . Šī darba prasība kļūst tik augsta, ka galu galā dzīvnieki pārstāj reaģēt un sasniedz “pārtraukuma punktu”. Pārtraukuma punkts tika operatīvi definēts kā kopējais uzlējumu skaits, kas nopelnīts pirms trīsdesmit minūšu perioda, kurā infūzijas netika iegūtas.
L-DOPA / Benserazide ievadīšana
L-DOPA (L-3,4-dihidroksifenilalanīns) tika ievadīts kombinācijā ar perifēriski darbojošos DOPA dekarboksilāzes inhibitoru Benserazide, lai samazinātu L-DOPA perifērisko sadalīšanos (abi no Sigma, Sentluisas, MO, ASV). Abas zāles izšķīdināja fizioloģiskajā šķīdumā un ievadīja intravenozi 1 ml / kg ķermeņa svara. L-DOPA tika ievadīts 30 minūtes pirms sesijas sākuma ar 0, 10, 30 vai 90 mg / kg, turpretim Benserazide tika konsekventi ievadīts 2 mg / kg neatkarīgi no ievadītās L-DOPA devas. Pirmajā pētījumu komplektā (reakcija uz devu) žurkas ārstēja ar L-DOPA vienā dienā (Fig. 4). Neviena no izmantotajām L-DOPA devām neinhibēja vispārējo darbību vai neizraisīja diskinēziju. Lai izvairītos no atkārtotas L-DOPA ievadīšanas potenciāli neskaidrajām sekām, žurkas apmācīja bez L-DOPA apstrādes pēc “L-DOPA sesijām”. Otrajā pētījumu komplektā dzīvnieki tika ārstēti ar šo L-DOPA pirms katras pašinjekcijas sesijas uz laiku līdz divām nedēļām (Fig. 5). Trešajā pētījumu komplektā žurkām, kurām LgA laikā tika demonstrēta pastiprināta kokaīna pašinjekcija, L-DOPA divpusējas infūzijas ietekme (25 – 50 µg izšķīdināja 0.5 µl ACSF katrā puslodē; 0.25 µl / min; Sigma, St. Tika pārbaudīta Luisa, MO, ASV) un ACSF VMS par narkotiku lietošanas uzvedību. Infūzijas dienās manekena kanula tika aizstāta ar 33 izmēra infūzijas kanulu, kas izvirzījās 1.0 mm ārpus virzošā kanula. Uzlējumi tika doti desmit minūtes pirms sesijas sākuma. Pēc infūzijas kanēles pirms izņemšanas divas minūtes atstāja vietā, lai ļautu difūzijai.
Voltammetriskie mērījumi un analīze
Dopamīna noteikšanai ar ātru skenēšanas ciklisku voltammetriju eksperimentālo sesiju laikā (ieraksti tiek veikti divu sesiju laikā nedēļā) hroniski implantētus oglekļa šķiedras mikrosensorus savienoja ar galviņā iebūvētu voltammetrisko pastiprinātāju, saskarni ar datoru vadītu datu ieguves un analīzes sistēmu. (Nacionālie instrumenti, TX, ASV) caur elektrisko šarnīru (Med Associates, VT, ASV), kas tika uzstādīts virs testa kameras. Voltammetriskos skenējumus atkārtoja ik pēc 100 ms, lai sasniegtu 10 Hz paraugu ņemšanas ātrumu. Katras voltammetriskās skenēšanas laikā oglekļa šķiedras elektrodu potenciāls tika lineāri palielināts no −0.4 V pret Ag / AgCl līdz + 1.3 V (anodiskā slaucīšana) un atpakaļ (katoda slaucīšana) pie 400 V / s (kopējais skenēšanas laiks 8.5-ms) ) un tiek turēts pie –0.4 V starp skenēšanu. Ja dopamīns atrodas elektrodu virsmā, anodiskās slaucīšanas laikā tas tiek oksidēts, veidojot dopamīna-o-hinonu (maksimālā reakcija tiek noteikta aptuveni + 0.7 V), kas katoda slaucījumā tiek samazināts par dopamīnu (maksimālā reakcija tika noteikta pie aptuveni −0.3 V). Sekojošo elektronu plūsmu mēra kā strāvu un ir tieši proporcionāls molekulu skaitam, kurām tiek veikta elektrolīze. Voltammetriskos datus caurlaides caurlaidībā filtrēja ar 0.025 - 2,000 Hz. Ar fona atņemtā, ar laiku izšķirtā strāva, kas iegūta no katras skenēšanas, nodrošināja analizējamās vielas ķīmisko parakstu, kas ļauj izdalīt dopamīnu no citām vielām49. Dopamīns no voltammetriskā signāla tika izolēts ar ķīmiskās analīzes palīdzību, izmantojot standarta treniņu komplektu25 balstās uz elektriski stimulētu dopamīna izdalīšanos, ko nosaka hroniski implantēti elektrodi. Dopamīna koncentrācija tika aprēķināta, pamatojoties uz vidējo elektrodu jutīgumu pēc implantācijas25. Pirms vidējās koncentrācijas analīzes visi dati tika izlīdzināti ar 5-punktu izmēģinājuma vidējā vērtībā. Dopamīna koncentrācijai vidējo vērtību noteica septiņu sekunžu laikā (aptuvenais novērotā fāzes signāla ilgums) pēc operētās reakcijas (pēcreakcijas) vai nemainīgas CS parādīšanas un tika salīdzināta ar vidējo koncentrāciju divu sekunžu laikā pirms operatora. reakcija (sākotnējā vērtība). CS tika prezentēts bez nosacījumiem katrā ierakstīšanas sesijā, kas tika veikta otrajā un trešajā nedēļā (divas reizes sesijā pa 20 sekundēm katra), bet ne pirmās nedēļas laikā, lai izvairītos no iejaukšanās asociatīvajā kondicionēšanā starp zāļu piegādi un norādi attiecīgajā periodā kur šī asociācija, domājams, joprojām attīstījās.
Statistiskā analīze
Atsevišķu elektroķīmisko signālu vidējais lielums tika veikts pašpārvaldes sesijā un pēc tam dzīvniekiem un nedēļām, lai palielinātu statistisko jaudu. Signāli tika salīdzināti, izmantojot daudzfaktoru ANOVA, kā faktorus ar reakciju, smadzeņu reģionu, kokaīna uzņemšanu un nedēļu. Salīdzinājumam ar elektroķīmiskajiem datiem uzvedības dati tika apkopoti arī nedēļās. L-DOPA eksperimentos tika analizēti uzvedības dati (vidēji dienās, ja tos ievada secīgās dienās) par attiecīgo narkotiku ārstēšanu (bez ārstēšanas, L-DOPA devas vai nesēja), izmantojot daudzvariantu ANOVA ar ārstēšanu ar narkotikām, apmācības shēmu, kokaīna uzņemšanu, un nedēļa kā faktori. Būtiskas galvenās ietekmes vai mijiedarbības gadījumā tika veiktas post-hoc analīzes un P vērtības tika koriģētas saskaņā ar Holma-Bonferroni korekcijas metodi vairākkārtējai pārbaudei50. Grafiki tika izgatavoti, izmantojot Prism (GraphPad Software, La Jolla, CA, ASV). Statistiskās analīzes tika veiktas, izmantojot SPSS, versiju 17.0 (Čikāga, IL, ASV) un Prism. Dati ir piemēroti parametriskai statistiskai analīzei. Datu vākšana un analīze netika veikta akli, ņemot vērā eksperimenta apstākļus.
Reģistrācijas vietu histoloģiskā pārbaude
Pēc eksperimenta pabeigšanas dzīvnieki tika anestēti ar intraperitoneālu ketamīna (100 mg / kg) un ksilazīna (20 mg / kg) injekcijām. Dzīvniekiem ar elektrodu implantiem reģistrēšanas vietas pirms transkardiālas perfūzijas ar fizioloģisko šķīdumu un pēc tam 300% -paraformaldehīda tika marķētas ar elektrolītisku bojājumu (4 V). Smadzenes tika noņemtas un pēc tam fiksētas paraformaldehīdā divdesmit četras stundas un pēc tam ātri sasaldētas izopentāna vannā, sagrieztas uz kriostata (50-µm koronālās sekcijas, −20 ° C) un iekrāsotas ar krezilvioletu, lai palīdzētu vizualizēt anatomiskās struktūras un elektrodu izraisītās bojājuma vai infūzijas vietas.
Papildmateriāls
1
8
9
10
11
2
3
4
5
6
7
Pateicības
Mēs pateicamies Scott Ng-Evans, Christina Akers Sanford, Chad Zietz, Nicole Murray un Daniel Hadidi par tehnisko atbalstu, kā arī Monica Arnold un Jeremy Clark par noderīgām atsauksmēm. Šo darbu atbalstīja Vācijas Pētniecības fonds (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG) Grant WI 3643 / 1-1 (IW), Alkohola un narkotiku institūta (PEMP) un Vašingtonas Universitātes Provost (PEMP) balvas un Nacionālie institūti. no veselības stipendijām T32-DA027858 (LMB), F32-DA033004 (PAG), P01-DA015916 (PEMP), R21-DA021793 (PEMP) un R01-DA027858 (PEMP).
Zemsvītras piezīmes
Autora iemaksas
IW un PEMP izstrādāti pētījumi, IW, LMB un PAG veica pētījumus, un IW analizēja datus; IW un PEMP rakstīja rakstu.
Autora informācija
Autori paziņo, ka nav interešu konflikta.
Atsauces