PLoS One. 2014 kan 1; 9 (5): e96337. doi: 10.1371 / journal.pone.0096337.
Abstrakt
Ungdom är associerad med hög impulsivitet och riskupptagande, vilket gör ungdomar mer benägna att använda droger. Tidig drogförbrukning är korrelerad till ökad risk för substansanvändning senare i livet men den neurobiologiska grunden är oklart. Hjärnan genomgår omfattande utveckling under tonåren och störningar vid denna tidpunkt är hypoteserade för att bidra till ökad sårbarhet. Övergången från kontrollerad till kompulsiv drogbruk och missbruk innebär långvariga förändringar i neurala nätverk, inklusive ett skifte från kärnans accumbens, mediating akuta förstärkande effekter, rekrytering av dorsalstriatum och vanaformning. Denna studie syftade till att testa hypotesen om ökat dopaminfrisättning efter en farmakologisk utmaning hos ungdomar. Kaliumframkallad dopaminfrigöring och upptag undersöktes med användning av kronoamperometriska dopamininspelningar i kombination med en utmaning av amfetamin hos tidiga och sena ungdomar och hos vuxna råttor. Dessutom undersöktes konsekvenserna av frivilligt alkoholintag under ungdomar på dessa effekter. Uppgifterna visar en gradvis ökning av framkallad dopaminfrisättning med ålder, vilket stödjer tidigare studier som tyder på att poolen av frigörbar dopamin ökar med ålder. Däremot sågs en gradvis minskning av framkallad frisättning med ålder som svar på amfetamin, vilket stödde en proportionellt större lagringspool av dopamin hos yngre djur. Dopaminåtgärder efter frivilligt alkoholintag resulterade i lägre frigöringsamplituder som svar på kaliumklorid, vilket indikerar att alkohol påverkar den lösgörbara poolen av dopamin och detta kan ha konsekvenser för sårbarhet mot missbruk och andra psykiatriska diagnoser med dopamin i dorsalstriatumet.
Beskrivning
Ungdom är associerad med hög impulsivitet och riskupptagande beteende, vilket gör ungdomar mer benägna att använda droger [1]. Nikotin, alkohol eller cannabis testas troligen före psykostimulanter eller opiater [2], [3] och tidig narkotikamissbruk är korrelerad till ökad substansanvändning (SUD) senare i livet [4]-[6]. Den neurobiologi som ligger till grund för denna ökade risk för SUD är otydlig, men ungdomar är en tid med omfattande hjärnans utveckling och störningar av normal hjärnans utveckling av missbruksmedel är hypoteser för att bidra till ökad sårbarhet efter ungdomsmissbruk [7].
Missbrukande droger verkar vanligen på belöningssystemet och ökar extracellulära nivåer av dopamin i kärnan accumbens akut efter intag [8]. Övergången från början av narkotikamissbruk till tvångsmässig användning och beroende innefattar dock långvariga förändringar i många av de neurala nätverken [9] och en av dem är hypotesen att involvera ett skifte från kärnan accumbens, medierande akuta förstärkande effekter, rekrytering av dorsalstriatum och vana bildande [10]. Den dopaminerga aktiviteten i dorsalstriatum kan därför också vara en faktor för ungdomars sårbarhet.
Djurmodeller är av stor betydelse för vår förståelse av dessa mekanismer och åldersfönstret identifierat som ungdom hos gnagare är mellan postnatal dag (PND) 28 och 50 [11]. Tidigare studier har visat att ungdomar har en reducerad basal hastighet för dopaminfrisättning, en reducerad pool av lätt frigörbar dopamin, men också en större lagringspool av dopamin jämfört med vuxens [12]. Det har också föreslagits att de unga individerna trots det reducerade dopaminfrisättningen under basala tillstånd kan frigöra mer dopamin om de stimuleras av farmakologiska utmaningar [13]. Det första syftet med denna studie var därför att testa hypotesen om ökad dopaminfrisättning efter en farmakologisk utmaning hos ungdomar. Dopaminfrisättning och upptag undersöktes med användning av kronoamperometriska dopamininspelningar i kombination med en utmaning med amfetamin hos tidiga och sena ungdomar samt vuxna utbredda Wistar-råttor.
Det andra syftet med denna studie var att undersöka effekten av miljöpåverkan genom frivilligt alkoholintag under tonåren. Bakgrunden till detta var att tidigare studier visar att miljöfaktorer under ungdomstiden, såsom intraperitonealt administrerad alkohol, ökar basala extracellulära nivåer av dopamin [14] medan frivilligt alkoholintag hos alkoholföreträdande P-råttor ökar upptaget av dopamin utan att påverka basala extracellulära nivåer [15]. Skillnaderna mellan dessa studier kan förklaras av ett antal faktorer, såsom administreringsväg, dos, råttstam och exakt tidsperiod, men i båda fallen påverkar adolescentalkohol dopamindynamiken och det är väl värt att undersöka ytterligare.
Material och metoder
Etikförklaring
Alla djurförsök utfördes enligt ett protokoll godkänt av Uppsala djurets etiska kommitté och följde riktlinjerna i den svenska lagen om djurförsök (djurskyddslagen SFS1998: 56) och Europeiska gemenskapens rådsdirektiv (86 / 609 / EEC).
djur
Gravid Wistar-råttor (RccHan: WI, Harlan Laboratories BV, Horst, Nederländerna) anlände till djuranläggningen vid gestationsdagen 16. Djuren anlände i partier över flera veckor för att tillgodose tidpunkten för de kronografiska mätningarna. Dammarna var singelhus i makrolonburar (59 cm × 38 cm × 20 cm) med pelletsmat (Typ R36, Lantmännen, Kimstad, Sverige) och kranvatten AD libitum. Burarna innehöll träklädsel och pappersark (40 × 60 cm; Cellstoff, Papyrus) och byttes en gång i veckan av djurvårdspersonal. Djurrummet hölls vid konstant temperatur (22 ± 1 ° C) och fuktighet (50 ± 10%) på en vanlig 12 h ljus / mörk cykel med lampor på 06: 00 am. Alla rum hade ett maskerande bakgrundsbrus för att minimera oväntade ljud som skulle kunna störa djuren.
En översikt över försöksramen finns i Figur 1. Kullarna som föddes samma dag (postnatal dag (PND) 0) var korsfrätade för att inkludera 6-män och 4-honor för att kontrollera mödras fraktspänning, maternal beteende och genetik. Valparna avvänjdes på PND 22 och hölls 3 per bur tills PND 28 (± 1-dag) eller PND 42 (± 1-dag) när kronografiska mätningar gjordes. Endast manliga valpar användes vidare i denna studie. En grupp av 30 manliga råttor fick frivillig bingeliknande tillgång till 20% etanol i ett tvåflaskigt fritt valparadigm från PND28 till PND65. Djuren fick 24 timmar tillgång till etanol i tre på varandra följande dagar per vecka, dvs tisdag till torsdag i sex veckor, totalt 18-sessioner. För åtgärder av etanolintag vägdes flaskorna före och efter varje session och gram ren etanol per kg kroppsvikt beräknades. Flaskpositioner ändrades mellan sessioner för att undvika position preferenser. De etanoldryckande djuren hölls individuellt från PND 28 till PND 70. Djuren med det högsta kumulativa etanolintaget (g / kg) valdes och elektrokemiska inspelningar gjordes sedan vid PND 70 (± 2 dagar). Åldersmatchade vattendrycker kontrollerades också individuellt under samma period.
Figur 1. Den experimentella dispositionen.
E = etanoldryck, PND = postnatalt dag, W = vattendryck.
doi: 10.1371 / journal.pone.0096337.g001
Kronoamperometriska inspelningar av dopamin In lever
Material.
Inactin, Nafion 5% -lösning, dopaminhydroklorid, L-askorbinsyra, kaliumklorid, natriumklorid, natriumfosfat, kalciumklorid och d-amfetaminsulfat erhölls från Sigma-Aldrich, LLC (St Louis, MO, USA). Kerr klibbigt vax erhölls från DAB LAB AB (Upplands Väsby, Sverige). Kolfibermikroelektroder (SF1A; 30 μm yttre diameter × 150 μm längd) köptes från Quanteon, LLC (Nicholasville, KY, USA), referenselektrodens silvertråd (200 ^ im, Teflon-isolerad) köptes från AM Systems Inc. Carlborg, WA, USA) och glaskapillärer (0.58 mm inre diameter) för mikropipetterna köptes från World Precision Instruments Ltd (Stevenage, Storbritannien).
Kirurgi.
Dopamininspelningar gjordes vid PND 28 (± 1-dag), PND 42 (± 1-dag) eller PND 70 (± 2 dagar). Kirurgi utfördes omedelbart före de elektrokemiska inspelningarna. En vattencirkulerande värmepanna (Gaymar Industries, Inc., Orchard Park, New York) användes för att bibehålla kroppstemperaturen. Djurna bedövades med Inactin 125 mg / kg intraperitonealt (ip) och placerades i en stereotaxisk ram (Stoelting Co., Wood Dale, IL, USA). Ett hål i skallen borras ovanför inspelningsplatsen för elektroden och ett annat hål borras avlägset från inspelningsstället för placering av Ag / AgCl-referenselektroden.
Höghastighetskronoamperometrisk inspelning av dopaminfrisättning och upptagning.
Höghastighetskronoamperometriska mätningar (1 Hz samplingsfrekvens, 200 ms totalt) utfördes med användning av FAST16-mkII-inspelningssystemet (Fast Analytical Sensing Technology, Quanteon, LLC, Nicholasville, KY, USA) enligt ett tidigare beskrivet förfarande [16]. Kolfibermikroelektroder (SF1A) belades med tre skikt Nafion med 5 min upphettning vid 200 ° C före den första beläggningen och efter varje beläggning [17]. Elektroderna kalibrerades därefter vitro i 0.05 M fosfatbuffrad saltlösning för bestämning av selektivitet, detektionsgräns (LOD) och lutning före användning in vivo- [16]. Mikroelektroderna visade linjära respons på seriella tillägg av dopamin (2-6 μM), med en genomsnittlig korrelationskoefficient (R2) av 0.999 ± 0.0003. Den genomsnittliga selektiviteten för alla elektroder som användes i denna studie var 14482 ± 3005 ^ M för dopamin över askorbinsyra. Den genomsnittliga LOD var 0.026 ± 0.004 μM dopamin och den genomsnittliga lutningen var -1.00 ± 0.03 nA / μM dopamin. Det genomsnittliga reduktions / oxidationsförhållandet mätt under referens toppreaktionerna för dopamin var 0.67 ± 0.02, vilket indikerar detektering av övervägande dopamin [17]. En silvertråd pläterades och användes som in vivo- Ag / AgCl referenselektrod [18].
In vivo försöksprotokoll.
En mikropipett (10-15 ^ im inre diameter) fylldes med isotonisk kaliumkloridlösning (120 mM KCl, 29 mM NaCl, 2.5 mM CaCI2· 2H2O) (pH 7.2-7.4) med en pipettfyllnadsnål (28G, World Precision Instruments, Aston, Storbritannien). Mikropipetten fästes approximativt 150-200 | im från kolfiberspetsen med klibbigt vax. Elektroden placerades stereotaktiskt i dorsalstriatumet, AP: + 1.0 mm, L: + 3.0 mm från bregma, förskjutningsstången justerades i enlighet med ålder och vikt [19], [20]. Elektroden placerades initialt dorsalt (-3.0 mm) på inspelningsstället, med användning av en micromanipulator (Narishige International Ltd, London, Storbritannien) för att sänka den och fick uppnå en stabil baslinje för omkring 45-60 min innan den sänktes till en djupet av -4.0 mm från bregma. Elektroden fick därefter en annan 5-10 min att stabilisera vid inspelningsstället innan effekten av en enda injektion av kaliumklorid på dopaminfrisättning bestämdes. Kaliumlösningen applicerades lokalt med användning av tryckutstötning kontrollerad av en PicoSpritzer III (Parker Hannifin Corporation, Pine Brook, NJ, USA) och trycket (10-20 psi) och tid (0.5-1.0 s) justerades för att ge 100 nl av Kaliumlösningen mätt med ett kirurgiskt mikroskop försedd med en okularhäftning [21].
Kalium-framkallad frisättning användes i kombination med subkutana injektioner av amfetamin eller saltlösning. Tre referenstoppar som liknar amplituden producerades, 10 min från varandra. Fem minuter efter den sista referenstoppen gavs råttor antingen 2 mg / kg amfetamin eller motsvarande mängd saltlösning (1 ml / kg) och efter en annan 5-minutlösning framkallade man igen varje 10-min som producerar toppar vid 5, 15, 25 , 35, 45, 55 och 65 min efter systemisk injektion, se Figur 2A för ett representativt spår. Dosen av amfetamin valdes utifrån beteendemässiga effekter i lokomotion och självstudier [22]-[24].
Figur 2. Representativa spår.
A) Ett representativt spår av oxidationsströmmen för en råtta vid postnatal dag 28 som mottar amfetamin och B) en närbild av den andra referenstoppen för samma djur som visar hur amplituden och T80 beräknades. Amp = amplitud, bas = baslinje, Ref = referens.
doi: 10.1371 / journal.pone.0096337.g002
Verifiering av elektrodplacering och uteslutningar.
Elektroderna skars av och lämnades på plats efter det färdiga experimentet och hjärnorna frystes. Placeringen verifierades genom snittning av de frusna hjärnorna. Från 12-djuren vid PND28 uteslöts 1 på grund av felaktig placering och 2 på grund av inspelningsfel. För 12-djuren vid PND 42 uteslöts 1-djur på grund av felaktig placering. För 16-djuren vid PND 70 uteslöts 3 på grund av inspelningsfel. För 16 etanoldryckande djur vid PND 70 uteslöts 2 på grund av inspelningsfel. Inspelningsfel inkluderar pipettstoppning och elektriska störningar som strömavbrott och störningar av den allmänna strömförsörjningen till inspelningsenheten.
Dataanalys.
Den maximala amplituden för de framkallade topparna och tiden för toppen att minska till 80% av dess amplitud (T80) beräknades med hjälp av FAST Analysis mjukvaruversion 4.4 (Quanteon, LLC, Nicholasville, KY, USA), se Figur 2B för ett representativt spår. De tre referenstopparna beräknades i genomsnitt och procentandelen av dessa toppar beräknades för topparna efter injektion. För statistisk analys användes upprepade måttanalyser av varians (ANOVA) för att jämföra kronoamperometriska data över tid mellan åldrar eller dricksgrupper och behandling (saltlösning eller amfetamin), följt av Fishers minst signifikanta skillnad (LSD) post-hoc-test. För etanolintagsdata, som inte normalt distribuerades, användes Friedman ANOVA. Statistiska analyser utfördes med användning av Statistica 10 (StatSoft Inc., Tulsa, OK, USA). Skillnader ansågs statistiskt signifikanta vid p <0.05.
Resultat
Åldersberoende effekter
Skillnader i referensförstärkningar mellan åldersgrupperna visas i Figur 3. En upprepad mätning ANOVA som jämförde ålder och tid visade en huvudverkan av ålder [F (2,22) = 5.81; p = 0.009], men ingen effekt av tiden [F (2,44) = 1.43; p = 0.25] eller någon interaktionseffekt mellan tid och ålder [F (4,44) = 1.70; p = 0.17].
Figur 3. Referens toppamplitud i olika åldrar.
Amplituder (µM) (medelvärde ± SEM) för de tre referenstopparna före behandling med antingen amfetamin eller saltlösning i de tre åldersgrupperna; postnatal dag (PND) 28, 42 och 70. ** p <0.01.
doi: 10.1371 / journal.pone.0096337.g003
Inga effekter av ålder [F (2,24) = 1.02; p = 0.38], tid [F (2,48) = 0.94; p = 0.40] eller tid och ålder [F (4,48) = 0.22; p = 0.93] hittades för referens T80-värdena. Medelvärdet ± standardfelet för medelvärdet (SEM) referens T80-värden var 17.3 ± 1.3 för PND 28, 19.5 ± 0.9 för PND 42 och 20.5 ± 1.0 för PND70.
Skillnader mellan åldersgrupperna i amplitudsvaret mot amfetamin visas i Figur 4A-C. Amfetaminbehandling resulterade i huvudeffekter av ålder [F (2,26) = 3.95; p = 0.03], behandling [F (1,26) = 10.77; p = 0.003] och tid [F (6,156) = 3.32; p = 0.004] och interaktionseffekter mellan tid och ålder [F (12,156 2.23) = 0.01; p = 6,156], tid och behandling [F (4.20) = 0.001; p <2,26], men ingen interaktion mellan ålder och behandling [F (2.37) = 0.11; p = 12,156] eller tid, ålder och behandling [F (0.77 0.68) = XNUMX; p = XNUMX].
Figur 4. Amplitudes och T80-svar över tid i olika åldrar.
Svar över tid efter subkutan (sc) injektion av saltlösning eller amfetamin, som procent av referensvärden (medelvärde ± SEM), för amplituderna vid A) postnatal dag (PND) 28, B) PND 42 och C) PND 70 och för T80-värdena vid D) PND 28, E) PND 42 och F) PND 70. * p <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001 jämfört med saltlösningskontroller, #p <0.05 jämfört med ekvivalent tidpunkt vid PND 42, ° p <0.05, ° ° p <0.01, ° ° ° ° p <0.001 jämfört med motsvarande tidpunkt vid PND 70, §p <0.05, §§p <0.01, §§§p <0.001 jämfört med motsvarande tidpunkt vid PND 28.
doi: 10.1371 / journal.pone.0096337.g004
T80-svaret på amfetamin visas i Figur 4D-E. Det fanns ingen huvudeffekt av ålder [F (2,25) = 1.87; p = 0.17], men det fanns effekter av behandling [F (1,25) = 26.52; p <0.001], tid [F (6,150) = 7.70; p <0.001] och en interaktionseffekt av tid och behandling [F (6,150 12.29) = 0.001; p <2,25]. Det fanns ingen interaktion mellan ålder och behandling [F (1.29) = 0.29; p = 12,150], tid och ålder [F (0.66 0.78) = 12,150; p = 1.60] och en trend mot en interaktion mellan tid, ålder och behandling [F (0.098 XNUMX) = XNUMX; p = XNUMX].
Frivillig adolescent alkoholintag
Etanolintagdata för 14-råttorna som användes i kronografiska inspelningarna visas i Tabell 1. En Friedman ANOVA visade inga signifikanta skillnader i intag över tiden, även om det fanns en trend [x2 = 9.80; p = 0.08] mot skillnader som drivs av intaget under den andra veckan (PND 35-37), vilket var något högre än följande veckor. En Friedman ANOVA av preferensen visade en ökning över tiden [x2 = 19.7; p = 0.001], främst som ett resultat av ökningar under de första tre veckorna, se Tabell 1.
Tabell 1. Median, minimalt och maximalt alkoholintag (g / kg / 24 h) och preferens (%) under sex veckors alkoholtillgång och median-, minsta och maximala kumulativa intaget (g) efter 18-sessionerna.
doi: 10.1371 / journal.pone.0096337.t001
Skillnader i referensförstärkningar mellan etanol- och vattendryckgrupperna visas i Figur 5. En upprepad åtgärd ANOVA som jämför dryckegrupp och tid, visade en huvudeffekt av drickgrupp [F (1,17) = 16.22; p <0.001], men ingen tidseffekt [F (2,34) = 1.76; p = 0.19] eller någon interaktionseffekt mellan tid och dricksgrupp [F (4,44) = 1.32; p = 0.28].
Figur 5. Referens toppamplitud i vatten- eller etanoldryckande djur.
Amplituder (µM) (medelvärde ± SEM) för de tre referenstopparna före behandling med antingen amfetamin eller saltlösning i vatten- och etanoldrinkningsgrupperna. ** p <0.01, *** p <0.001.
doi: 10.1371 / journal.pone.0096337.g005
Inga effekter av dricksgrupp [F (1,18) = 0.04; p = 0.85], tid [F (2,36) = 1.96; p = 0.16] eller tid och dricksgrupp [F (2,36) = 0.22; p = 0.81] hittades för referens T80-värdena. Medelvärdena ± SEM-referens T80-värden var 20.5 ± 1.0 för de råttor som dricker vatten och 19.1 ± 1.3 för de etanoldrottande råttorna.
Svaret på amfetamin i etanol- och vattendricksgrupperna visas i Figur 6. För amplituderna, som visas i Figur 6A, det fanns en trend för en effekt av behandlingen [F (1,19) = 3.01; p = 0.099] och det fanns en viktig effekt av tiden [F (6,114) = 2.30; p = 0.04], men ingen effekt av dricksgrupp [F (1,19) = 0.39; p = 0.54] eller några interaktionseffekter mellan behandlings- och dricksgruppen [F (1,19) = 0.83; p = 0.37] eller tid och behandling [F (6,114) = 1.13; p = 0.35], tid och dricksgrupp [F (6,114) = 0.44; p = 0.85] eller tid, behandlings- och dricksgrupp [F (6,114) = 0.27; p = 0.95].
Figur 6. Amplitudes och T80-reaktioner över tid i vatten- eller etanoldryckande djur.
Svar över tid efter subkutan (sc) injektioner av saltlösning eller amfetamin, som procent av referensvärden (medelvärde ± SEM), för A) amplituder och B) T80-värden i vatten (W) - eller etanol (E) -drinkgrupper . * p <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001 jämfört med saltlösningskontroller.
doi: 10.1371 / journal.pone.0096337.g006
För T80-värdena, Figur 6B, var det en huvudeffekt av behandlingen [F (1,19) = 17.35; p <0.001] och tid [F (6,114) = 2.42; p = 0.03] och en interaktionseffekt mellan tid och behandling [F (6,114) = 10.28; p <0.001]. Det fanns ingen effekt av dricksgrupp [F (1,19) = 0.33; p = 0.57], eller någon interaktionseffekt mellan behandling och dricksgrupp [F (1,19) = 0.76; p = 0.40], tid och dricksgrupp [F (6,114) = 1.66; p = 0.14], eller grupp för tid, behandling och dricka [F (6,114) = 1.75; p = 0.12].
Diskussion
Åldersberoende effekter på dopaminfrisättning och upptag undersöktes under basala förhållanden och som svar på amfetamin hos tidiga och sena ungdomar, såväl som vuxna råttor. Effekten av alkoholdrycker under ungdomar undersöktes också och är enligt vår kunskap den första studien som undersöker frisättning och upptag i frivilliga dricka ungdomar med en kronologisk mätteknik.
Åldersberoende effekter
De åldersberoende skillnaderna i referensamplituderna överensstämmer med en tidigare studie med användning av voltammetri i kombination med elektrisk stimulering, vilket visade att vuxna råttor släppte mer dopamin vid stimulering än unga råttor [12]. Tidpunkten för ungdomar som användes av Stamford (1989) var ungefär PND 30, men sedan dess har studier visat att omkring PND 40-45 finns toppar i basala extracellulära nivåer av dopamin [25]-[27] och dopaminreceptor D2 densitet [28], medan tyrosinhydroxylasnivåer är lägre än både tidig ungdom och vuxen ålder [29]. Den aktuella studien omfattade därför två tidpunkter under tonåren, PND 28 och PND 42, som motsvarar tidig och sen ungdom [11]. Amplitud hos sena ungdomar var mellanliggande till amplitud i tidig ungdom och vuxenliv, vilket indikerar att utveckling från ungdomar till vuxenlivet innebar en gradvis ökning av frisättningskapaciteten för dopamin som svar på kaliumklorid i dorsalstriatumet. Detta överensstämmer med rapporter om ökade extracellulära nivåer av dopamin i kärnan accumbens i vuxenlivet jämfört med ungdomar [30], [31]. Som tidigare nämnts visar vissa studier också toppnivåer vid PND 45 [25]-[27] och de kan försonas med den aktuella studien genom rapporter om ökad avfyringshastighet kring samma PND [32], [33]. Den aktuella studien mätte inte basala extracellulära nivåer och det är möjligt att en ökad avfyrningsgrad resulterar i ökade basala nivåer utan någon topp i kaliuminducerad frisättning. Dessutom visar en av studierna som visar kaliuminducerad extracellulär nivå i kärnan upp till toppen kring PND 42 [25] kontrasterar mot data från dorsalstriatumet, från Stamford (1989) och den aktuella studien, som indikerar regionala skillnader.
Upptagsmåttet T80 avslöjade inte några skillnader mellan åldrarna i den aktuella studien, medan Stamford (1989) fann att upptagningshastigheten var högre hos vuxna råttor. Detta kan bero på metodologiska skillnader i åtgärdens upptagning. T80 innehåller både den linjära och kröklinjiga delen av kurvan, medan Stamford använde den linjära delen av kurvan [34]. Koncentrationerna som nås i denna studie är bara en tiondel av koncentrationerna i föregående studie och Vmax bör därför inte nås. Genom att använda den linjära delen av toppkurvan för att beräkna upptagningshastigheten under dessa förhållanden kommer endast att producera upptagshastigheter beroende på amplituder [35]. T80 valdes eftersom den också tar hänsyn till den krökta delen av kurvan, där dopaminkoncentrationer är lägre och är känsligare för dopaminupptagningsblockerare [35], [36]. Naturligtvis är T80 också beroende av amplituden, men som det framgår av denna studie resulterar skillnader i amplitud inte automatiskt i skillnader i T80, vilket tyder på att förhållandet mellan upptaget och frisättningen skiftas mot upptag i de yngre djuren. Att stödja de aktuella resultaten är en studie som använde kvantitativ mikrodialys och fann inga skillnader i extraktionsfraktionen, en indirekt mätning av upptagningshastigheten i kärnans accumbens hos råttor vid PND 35, 45 och 60 [26].
Den större kaliumframkallad frisättningen i vuxenlivet kan bero på en större släppbar pool av dopamin [12] och ett antal faktorer kan vara involverade, såsom åldersberoende skillnader i dopaminsyntes med tyrosinhydroxylas [29], [37], vesikulär monoamintransportör-2 (VMAT-2) -innehållande vesiklar [38], och kinetik av VMAT-2 [39], såväl som D2-receptor beskärning [28] och funktion [40]. Dessa faktorer kan också bidra till att förklara de ökade amplituderna som ses efter amfetamin hos tidiga ungdomar. Återigen är de nuvarande uppgifterna förenliga med data som visar en större ökning av dopaminfrisättning hos unga jämfört med vuxna djur som svar på nomifensin [12] vilket indikerar att tidiga ungdomar har en proportionellt större lagringspool som kan frisläppas vid stimulering av psykoaktiva ämnen. Detta stöds vidare av data som visar en större ökning av stimulerad extracellulär dopamin efter amfetamin hos ungdomar [22]. Det finns emellertid mikrodialysstudier som visar lägre extracellulära nivåer av dopamin efter amfetamin hos ungdomar jämfört med vuxna [30], [37], som återigen betonar att en möjlighet till ökad stimulerad frisättning inte nödvändigtvis innebär en ökning av extracellulära nivåer och att olika tekniker kan lägga till kompletterande information.
Inga åldersberoende effekter på T80 efter amfetamin hittades, vilket tyder på att amfetamin har liknande effekter på upptag av dopamin i alla åldrar. Detta stöds igen av resultaten från Stamford (1989), vilket inte visar några skillnader i graden av upptagningsblockering efter nomifensin mellan åldersgrupper. Det finns också studier som tyder på att åldersrelaterade skillnader i dopamintransportörens struktur och funktion är relaterade till kokainbindningsstället på transportören, men inte den amfetaminbindande platsen [22] vilket kan indikera att åldersberoende effekter av amfetamin vid upptag inte existerar. Det fanns emellertid en trend mot en växelverkan mellan tid, ålder och behandling, vilket tyder på att de svarade olika över tiden på amfetamin beroende på ålder. Ytterligare studier som undersöker upptagningen genom att använda exogen dopamin kan också bidra till att separera amplitudberoende upptag från transportörfunktionen [41]-[43]. Studier i vakna råttor skulle också vara viktiga, eftersom den aktuella studien gjordes i bedövade djur. Den anestesi som användes var barbiturattiobutabarbital (Inactin), en positiv allosterisk modulator av gamma-aminobutyrsyra (GABA) A-receptorer, vilket ger en långvarig och stabil anestesi hos råttor [44]. GABA kan utöva olika effekter beroende på ålder och alkoholdrickshistoria [45] och därför kan anestesi interagera med ålder eller behandling och ge förvirrande effekter. Emellertid har pentobarbital, ett annat barbiturat, visat sig få liten effekt på dopaminhalterna i striatumet [46]. Vidare inducerades frisättning under användning av kaliumklorid i den aktuella studien och ålades inte på spontana händelser, vilket skulle minska betydelsen av GABAergic ton vid frisättning. När det gäller upptag av dopamin rapporteras att barbiturater kan påverka dopaminupptaget specifikt [47], men om det också kan finnas en interaktion med ålder eller behandling är oklart.
Frivillig adolescent alkoholintag
Frivilligt tonårigt alkoholintag i sex veckor resulterade i lägre referensamplituder jämfört med vattendryckskontroller. Amplituderna liknade de som ses i tidiga ungdomar råttor. Eftersom effekterna observerades i amplitud och inte upptagstid är det tänkbart att alkohol påverkar faktorer som styr den frigörbara poolen av dopamin snarare än dopamintransportören och det finns data som stöder opåverkat upptag efter ungdomlig alkohol [14]. Det finns också mikrodialysdata som visar ökade extracellulära nivåer av dopamin efter ungdomars exponering för intraperitoneala injektioner av alkohol [14], [27], [48], och detta är något motsägelsefullt för de aktuella resultaten av minskad frigörbar dopamin. Som tidigare nämnts kan ökade avfyrningshastigheter vara ett sätt att förena mikrodialysdata med aktuella data, men det finns inga studier för att stödja detta. Vidare finns det studier som visar att exponeringen av alkohol, dvs frivillig eller tvungen, kan ha olika effekter på neurobiologin [49].
När det behandlades med amfetamin var det inga signifikanta skillnader mellan alkohol- och vattendryckningsgrupperna i amplituder eller T80. Det fanns emellertid en trend mot en effekt på amplitud, på grund av den ökning som alkoholdryckgruppen visar. Det finns också mer variation i svaret på amfetamin i alkoholdryckgruppen, vilket kan bero på en variation i alkoholintag, även om denna variation inte är korrelerad med svaret (data visas inte). Detta pekar också på en begränsning med denna studie, nämligen att blodalkoholnivåerna inte mättes. Studien var baserad på ostörd tillgång för 24 h och för att man skulle mäta blodalkoholnivåerna skulle åtkomsten ha varit begränsad och spänningen i blodprovet skulle ha riskerat att störa djurens intagsmönster. Således kan korrelationer mellan respons och individuella blodalkoholnivåer inte uteslutas. Innehållsdata som presenteras i denna studie liknar emellertid andra studier, som visar neurobiologiska effekter av alkohol, med användning av Wistar-råttor i liknande åldrar eller intagsparadigmer[50]-[52]. Detta föreslår att inte bara individer utsatta för högt intag, men även blygsamma drinkare från ett tvärsnitt av en allmän befolkning, riskförändringar i neurobiologi efter frivilligt ungdomars alkoholintag.
Inga skillnader i upptagstid efter amfetamin tyder på att ungdomsalkohol inte har någon effekt på dopamintransportörens funktion som svar på amfetamin, men skulle också gynnas av undersökning genom användning av exogent dopamin [41]-[43].
Dessutom gjordes två intressanta observationer. För det första liknar referensförstärkningarna efter alkoholintag de som ses hos djur vid början av alkoholintaget, dvs PND 28. För det andra liknar storleken på ökningen av amplitud efter amfetamin hos de alkoholdrinkande djuren som de sena tonåriga råttorna, dvs PND 42. Huruvida dessa resultat avser förändrad utveckling av den frigörbara poolen och lagringspoolen för dopamin i neuronerna återstår att belysas. I den aktuella studien ingår inte en grupp vuxna alkoholdrottande råttor, så slutsatser om möjligheten att åldersspecifika effekter inte kan dras. Indikationer av åldersspecifika effekter kan emellertid hittas i skillnaderna mellan studier av ungdomar som utsätts för alkoholpåverkad råtta som visar opåverkad dopaminupptagning [14] och studier av vuxna alkoholexponerade råttor och apor som visar ökat upptag, men inga effekter på framkallad dopaminflöde [53], [54]. För framtida studier är det därför av stor intresse att undersöka alkoholexponering och mekanismerna bakom dess effekt i olika åldrar. Ytterligare undersökningar av faktorer som tyrosinhydroxylas, dopaminreceptortäthet och -funktion och vesikulär monoamintransportör skulle kunna bidra till att skona lite möjliga åldersspecifika alkoholeffekter på den släppbara poolen och lagringspoolen för dopamin. Enligt vår kännedom har dessa faktorer inte undersökts efter tonåringalkohol.
Slutsats
Uppgifterna visar en gradvis ökning av framkallade dopaminflöden med ålder, vilket stödjer tidigare studier som tyder på att poolen av frigörbar dopamin ökar med åldern. Däremot sågs en gradvis minskning av framkallat överflöde med ålder som svar på amfetamin, vilket stödde en proportionellt större lagringspool av dopamin hos yngre djur vilket gör dem potentiellt känsligare för dopaminfrisättande läkemedel. Adolescent alkoholintag resulterade i överflöde lägre än vid vattendrycker. Det indikerar att alkohol påverkar den släppbara poolen av dopamin och detta kan ha konsekvenser för sårbarhet mot missbruk och andra psykiatriska diagnoser med dopaminsystemet i dorsalstriatumet.
Erkännanden
Författarna vill tacka Marita Berg för tekniskt bistånd och Dr Martin Lundblad för metodologiska diskussioner.
Författarbidrag
Upptäckt och utformat experimenten: SP IN. Utförde experimenten: SP. Analyserade data: SP IN. Skrev papperet: SP.
Referensprojekt
Referensprojekt
- 1. Arnett J (1992) Hänsynslös beteende i ungdomar - ett utvecklingsperspektiv. Utvecklingsgranskning 12: 339–373.
doi: 10.1016/0273-2297(92)90013-r - 2. Yamaguchi
K, Kandel DB (1984) Mönster av narkotikamissbruk från ungdomar till unga
vuxen ålder: II. Progressionssekvenser. Am J Folkhälsa 74: 668-672.
doi: 10.2105 / ajph.74.7.668 - 3. Degenhardt
L, Chiu WT, Conway K, Dierker L, Glantz M, et al. (2009) Har
gateway? Föreningar mellan ordningen för inledande av narkotikamissbruk
och utvecklingen av narkotikamissbruk i den nationella comorbiditetsstudien
Replikering. Psychol Med 39: 157-167.
doi: 10.1017 / s0033291708003425 - 4. Anthony JC, Petronis KR (1995) Tidig användning av drogbruk och risk för senare drogproblem. Drogalkohol beror 40: 9-15.
doi: 10.1016/0376-8716(95)01194-3 - 5. Grant
BF, Dawson DA (1997) Ålder vid användande av alkoholanvändning och dess förening
med DSM-IV alkoholmissbruk och beroende: resultat från National
Longitudinal Alcohol Epidemiological Survey. J Subst Abuse 9: 103-110.
doi: 10.1016/s0899-3289(97)90009-2 - 6. DeWit
DJ, Adlaf EM, Offord DR, Ogborne AC (2000) Ålder vid första alkoholanvändning: a
riskfaktor för utveckling av alkoholstörningar. Am J Psykiatri
157: 745-750.
doi: 10.1176 / appi.ajp.157.5.745 - 7. Crews
F, He J, Hodge C (2007) Adolescent cortical utveckling: en kritisk
Period av sårbarhet för missbruk. Pharmacol Biochem Behav 86:
189-199.
doi: 10.1016 / j.pbb.2006.12.001 - 8. Di
Chiara G, Imperato A (1988) Läkemedel som missbrukas av människor företrädesvis
öka synaptiska dopaminkoncentrationer i mesolimbic systemet av
fritt rörliga råttor. Proc Natl Acad Sci USA 85: 5274-5278.
doi: 10.1073 / pnas.85.14.5274 - 9. Koob GF, Volkow ND (2010) Neurokretsen av beroende. Neuropsykofarmakologi 35: 217-238.
doi: 10.1038 / npp.2009.110 - 10. Everitt
BJ, Robbins TW (2013) Från ventral till dorsalstriatum:
Utbyta synpunkter på sina roller i narkotikamissbruk. Neurosci Biobehav Rev. - 11. Spjut LP (2000) Den ungdomshjärna och åldersrelaterade beteendemässiga manifestationer. Neurosci Biobehav Rev 24: 417-463.
doi: 10.1016/s0149-7634(00)00014-2 - 12. Stamford
JA (1989) Utveckling och åldrande av råtta nigrostriatal dopamin
system studerat med snabb cyklisk voltammetri. J Neurochem 52: 1582-1589.
doi: 10.1111 / j.1471-4159.1989.tb09212.x - 13. ram
EM, Adriani W, Ruocco LA, Canese R, Sadile AG, et al. (2011)
Neurobehavioral anpassningar till metylfenidat: frågan om tidigt
ungdomsexponering. Neurosci Biobehav Rev 35: 1722-1739.
doi: 10.1016 / j.neubiorev.2011.02.011 - 14. Badanich
KA, Maldonado AM, Kirstein CL (2007) Kronisk etanol exponering under
ungdomar ökar basal dopamin i kärnan accumbens septi
under vuxen ålder. Alkoholklin Exp Exp 31: 895-900.
doi: 10.1111 / j.1530-0277.2007.00370.x - 15. Sahr
AE, Thielen RJ, Lumeng L, Li TK, McBride WJ (2004) Långvarig
förändringar av det mesolimbiska dopaminsystemet efter periadolescenten
etanol dricker av alkohol föredragande råttor. Alkoholklin Exp Exp 28:
702-711.
doi: 10.1097 / 01.alc.0000125344.79677.1c - 16. Littrell
OM, Pomerleau F, HuettlP, Surgener S, McGinty JF, et al .. (2012)
Förhöjd dopamintransportaktivitet hos medelålders Gdnf heterozygot
möss. Neurobiol Aging 33: 427 e421-414. - 17. Gerhardt
GA, Hoffman AF (2001) Effekter av inspelning av mediasammansättning på
svar på Nafion-belagda kolfibermikroelektroder mätta med användning av
höghastighets kronologisk mätning. J Neurosci Metoder 109: 13-21.
doi: 10.1016/s0165-0270(01)00396-x - 18. Lundblad
M, av Bjerken S, Cenci MA, Pomerleau F, Gerhardt GA, et al. (2009)
Kronisk intermittent behandling med L-DOPA inducerar förändringar i dopamin
släpp. J Neurochem 108: 998-1008.
doi: 10.1111 / j.1471-4159.2008.05848.x - 19. Paxinos G, Watson C (2007) Råttahjärnan i stereokastiska koordinater. New York: Academic Press.
- 20. Sherwood
NM, Timiras PS (1970) En stereotaxisk atlas av den utvecklande råtthjärnan.
Berkeley,: University of California Press. 209 s. (s. 214-203 illus.) sid. - 21. Friedemann
MN, Gerhardt GA (1992) Regionala effekter av åldrande på dopaminerga
funktion i Fischer-344 råttan. Neurobiol Aging 13: 325-332.
doi: 10.1016/0197-4580(92)90046-z - 22. Gåstol
QD, Morris SE, Arrant AE, Nagel JM, Parylak S, et al. (2010) dopamin
upptagshämmare men inte dopaminutlösare inducerar större ökningar i
motoriskt beteende och extracellulär dopamin hos tonåriga råttor än i
vuxna hanrotter. J Pharmacol Exp Ther 335: 124-132.
doi: 10.1124 / jpet.110.167320 - 23. krokar
MS, Jones GH, Neill DB, Justice JB Jr (1992) Individuella skillnader i
Amfetamin sensibilisering: dosberoende effekter. Pharmacol Biochem
Behav 41: 203-210.
doi: 10.1016/0091-3057(92)90083-r - 24. Dellu
F, Piazza PV, Mayo W, Le Moal M, Simon H (1996) Nyhetssökande i
råttor-biobehavioral egenskaper och möjliga förhållande till
sensationssökande drag i människan. Neuropsykobiologi 34: 136-145.
doi: 10.1159 / 000119305 - 25. Nakano
M, Mizuno T (1996) Åldersrelaterade förändringar i ämnesomsättningen av
neurotransmittorer i råtta striatum: en mikrodialysstudie. Mech Aging
Dev 86: 95-104.
doi: 10.1016/0047-6374(95)01680-5 - 26. Badanich
KA, Adler KJ, Kirstein CL (2006) Ungdomar skiljer sig från vuxna i
kokainkonditionerad platspreferens och kokaininducerad dopamin i
kärnan accumbens septi. Eur J Pharmacol 550: 95-106.
doi: 10.1016 / j.ejphar.2006.08.034 - 27. Philpot
RM, Wecker L, Kirstein CL (2009) Repeterad etanol exponering under
ungdomar förändrar utvecklingsbanan för dopaminerg produktion
från kärnan accumbens septi. Int J Dev Neurosci 27: 805-815.
doi: 10.1016 / j.ijdevneu.2009.08.009 - 28. Teicher
MH, Andersen SL, Hostetter JC Jr (1995) Bevis för dopaminreceptor
beskärning mellan ungdom och vuxenliv i striatum men inte kärna
accumbens. Brain Res Dev Brain Res 89: 167-172.
doi: 10.1016/0165-3806(95)00109-q - 29. Mathews
IZ, Waters P, McCormick CM (2009) Förändringar i hyporesponsivitet för
akut amfetamin och åldersskillnader i tyrosinhydroxylas
immunreaktivitet i hjärnan över ungdomar hos manliga och kvinnliga råttor.
Dev Psychobiol 51: 417-428.
doi: 10.1002 / dev.20381 - 30. Laviola
G, Pascucci T, Pieretti S (2001) Striatal dopamin sensibilisering till
D-amfetamin i periadolescent men inte hos vuxna råttor. Pharmacol Biochem
Behav 68: 115-124.
doi: 10.1016/s0091-3057(00)00430-5 - 31. Gazzara
RA, Andersen SL (1994) Den ontogeni av apomorfininducerade förändringar
av neostriatal dopaminfrigöring: effekter på kaliumframkallad frisättning.
Neurochem Res 19: 339-345.
doi: 10.1007 / bf00971583 - 32. McCutcheon JE, Marinelli M (2009) Åldersfrågor. Eur J Neurosci 29: 997-1014.
doi: 10.1111 / j.1460-9568.2009.06648.x - 33. Wong
WC, Ford KA, Pagels NE, McCutcheon JE, Marinelli M (2013) Ungdomar
är mer utsatta för kokainberoende: beteende och
elektrofysiologiska bevis. J Neurosci 33: 4913-4922.
doi: 10.1523 / jneurosci.1371-12.2013 - 34. Stamford
JA, Kruk ZL, Millar J, Wightman RM (1984) Striatal dopaminupptag i
råtta: in vivo analys med snabb cyklisk voltammetri. Neurosci Lett 51:
133-138.
doi: 10.1016/0304-3940(84)90274-x - 35. Wightman
RM, Zimmerman JB (1990) Kontroll av dopamin extracellulär koncentration
i råttstriatum genom impulsflöde och upptagning. Brain Res Brain Res Rev 15:
135-144.
doi: 10.1016/0165-0173(90)90015-g - 36. Zahniser
NR, Dickinson SD, Gerhardt GA (1998) Höghastighetskronoamperometrisk
elektrokemiska mätningar av dopamin clearance. Metoder Enzymol 296:
708-719.
doi: 10.1016/s0076-6879(98)96050-5 - 37. Matthews
M, Bondi C, Torres G, Moghaddam B (2013) Minskad presynaptisk dopamin
aktivitet i ungdomlig dorsalstriatum. Neuropsykofarmakologi 38:
1344-1351.
doi: 10.1038 / npp.2013.32 - 38. Truong
JG, Wilkins DG, Baudys J, Crouch DJ, Johnson-Davis KL, et al. (2005)
Åldersberoende metamfetamininducerade förändringar i vesikulär monoamin
transportör-2-funktion: konsekvenser för neurotoxicitet. J Pharmacol Exp
Ther 314: 1087-1092.
doi: 10.1124 / jpet.105.085951 - 39. Volz
TJ, Farnsworth SJ, Rowley SD, Hanson GR, Fleckenstein AE (2009)
Åldersberoende skillnader i dopamintransportör och vesikulär
monoamintransportör-2-funktionen och deras konsekvenser för
metamfetamin neurotoxicitet. Synapse 63: 147-151.
doi: 10.1002 / syn.20580 - 40. Benoit-Marand
M, O'Donnell P (2008) D2 dopaminmodulering av corticoaccumbens
Synaptiska svar förändras under tonåren. Eur J Neurosci 27:
1364-1372.
doi: 10.1111 / j.1460-9568.2008.06107.x - 41. Cass
WA, Gerhardt GA (1995) In vivo bedömning av upptag av dopamin i råtta
medial prefrontal cortex: jämförelse med dorsalstriatum och kärna
accumbens. J Neurochem 65: 201-207.
doi: 10.1046 / j.1471-4159.1995.65010201.x - 42. Cass
WA, Zahniser NR, Flach KA, Gerhardt GA (1993) Uthyrning av exogena
dopamin i råtta dorsalstriatum och kärnan accumbens: roll av
metabolism och effekter av lokalt applicerade upptagshämmare. J Neurochem
61: 2269-2278.
doi: 10.1111 / j.1471-4159.1993.tb07469.x - 43. Mjölnare
EM, Pomerleau F, Huettl P, Russell VA, Gerhardt GA, et al. (2012)
spontant hypertensiva och Wistar Kyoto-råttmodeller av ADHD uppvisar
subregionala skillnader i dopaminfrisättning och upptag i striatumet
och kärnan accumbens. Neurofarmakologi 63: 1327-1334.
doi: 10.1016 / j.neuropharm.2012.08.020 - 44. Fisk RE (2008) Anestesi och analgesi i laboratoriedjur. San Diego: Academic Press.
- 45. Silveri
MM (2014) Bidrag från GABA till alkoholrespons under
ungdomar: Insikter från prekliniska och kliniska studier. Pharmacol
Ther. - 46. Semba
K, Adachi N, Arai T (2005) Underlättande av serotonerg aktivitet och
amnesi hos råttor orsakade av intravenös anestetika. Anestesiologi 102:
616-623.
doi: 10.1097 / 00000542-200503000-00021 - 47. Keita
H, Lecharny JB, Henzel D, Desmonts JM, Mantz J (1996) är hämning av
dopaminupptagning som är relevant för den hypnotiska effekten av iv-anestetika? Br
J Anaesth 77: 254-256.
doi: 10.1093 / bja / 77.2.254 - 48. Paschal
M, Boix J, Felipo V, Guerri C (2009) Upprepad alkoholadministration
under ungdomar orsakar förändringar i mesolimbisk dopaminerg och
glutamatergiska system och främjar alkoholintag hos vuxna råtta. J
Neurochem 108: 920-931.
doi: 10.1111 / j.1471-4159.2008.05835.x - 49. Spanagel R (2003) Alkoholberoendeforskning: från djurmodeller till kliniker. Best Pract Res Clin Gastroenterol 17: 507-518.
doi: 10.1016/s1521-6918(03)00031-3 - 50. Adermark
L, Jonsson S, Ericson M, Soderpalm B (2011) Intermittent etanol
konsumtionen deprimerar endokannabinoid-signalering i dorsolaterala
striatum av råtta. Neurofarmakologi 61: 1160-1165.
doi: 10.1016 / j.neuropharm.2011.01.014 - 51. Garcia-Burgos
D, González F, Manrique T, Gallo M (2009) Mönster av etanolintag i
preadolescent, adolescent och adult Wistar råttor under förvärv,
underhåll och återfallsliknande tillstånd. Alkoholism: Klinisk och
Experimentell forskning 33: 722-728.
doi: 10.1111 / j.1530-0277.2008.00889.x - 52. Steens
P, Fredriksson I, Holst S, Feltmann K, Franck J, et al. (2012)
monoaminstabilisator (-) - OSU6162 dämpar frivilligt etanolintag och
etanolinducerad dopaminutgång i kärnbatterier. Biolpsykiatri
72: 823-831.
doi: 10.1016 / j.biopsych.2012.06.018 - 53. Budygin
EA, John CE, Mateo Y, Daunais JB, Friedman DP, et al. (2003) Kronisk
etanol exponering förändrar presynaptisk dopamin funktion i striatum av
apor: en preliminär studie. Synapse 50: 266-268.
doi: 10.1002 / syn.10269 - 54. Budygin
EA, Oleson EB, Mathews TA, Lack AK, Diaz MR, et al. (2007) Effekter av
kronisk alkoholexponering vid upptag av dopamin i ryggkärnans accumbens och
caudate putamen. Psykofarmakologi (Berl) 193: 495-501.
doi: 10.1007/s00213-007-0812-1
;