Minskningar i Brain Reward Funktion Reflektera Nikotin- och Metamfetamin-Återtagande Aversion i Råttor (2011))

Curr Neuropharmacol. 2011 Mar; 9 (1): 63 – 67.

doi:  10.2174/157015911795017218

Denna artikel har varit citerad av Andra artiklar i PMC.

Gå till:

Abstrakt

Syftet med den aktuella studien var att undersöka om hjärnans belöningsfunktion minskar under uttag från nikotin och metamfetamin, och om minskad belöningsfunktion är relaterad till aversion under uttag från dessa läkemedel. För detta ändamål infunderades hanråttor av Sprague-Dawley kroniskt subkutant med 9 mg / kg per dag nikotin eller med 6 mg / kg per dag metamfetamin med användning av osmotiska minipumpar. I ett intrakraniellt självstimuleringsparadigm (ICSS), minskade kronisk infusion av nikotin och metamfetamin trösklarna för lateral hypotalamisk ICSS, medan deras antagonister, mecamylamin och haloperidol ökade ICSS-trösklarna hos råttorna behandlade med nikotin respektive metamfetamin. I ett konditionerat ställeaversionsparadigm producerade mecamylamin och haloperidol aversion i nikotin- och metamfetamin-infunderade råttor. Intressant nog var höjningarna av ICSS-belöningströsklar och aversion vid mecamylaminutfällning av nikotintillstånd nästan samma i storleksordning som de som observerades under haloperidolutfällt metamfetaminuttag. Föreliggande studie indikerar att 1) hjärnbelöningsfunktionen minskade under nikotin- och metamfetaminuttag, och 2) en minskning av belöningsfunktionen kan återspegla det negativa affektiva tillståndet (aversion) under uttag från nikotin och metamfetamin.

Nyckelord: Nikotin, metamfetamin, intrakraniell självstimulering, konditionerad aversion, hjärnbelöningssystem, tillbakadragande.

1. INTRODUKTION

Kliniska bevis tyder på att de affektiva tecknen på abstinenssyndrom kan vara mer relevanta för läkemedelsbegär och återfall till tvångsmedicinsk användning än de somatiska tecken på abstinens [1-3]. Av den anledningen har de affektiva aspekterna av läkemedelsberoende undersökts omfattande med olika typer av experimentella paradigmer. Bland dem används tekniken för intrakraniell självstimulering (ICSS) i stor utsträckning för att mäta hjärnans belöningsfunktion. I djurstudier minskar akut administrering av ett missbrukstillstånd ICSS-belöningströsklarna [4, 5] och denna ökade känslighet för stimuleringen betraktas som ett mått på läkemedelsinducerad eufori [6]. Vidare antas det att ICSS-belöning kan försvagas efter upprepad administrering av ett missbruksläkemedel, till följd av neuro-anpassade förändringar av hjärnbelöningssystem och återspeglar dysfori under uttag från läkemedlet [7, 8]. Många studier har visat förhöjningar i ICSS-belöningströsklarna under tillbakadragande från olika typer av missbruksläkemedel inklusive amfetamin [9], kokain [6], opiater [10], etanol [11] och nikotin [12], som alla stödjer den nämnda hypotesen. Därför utformades den aktuella studien för att klargöra om höjningarna av ICSS-belöningströsklarna är relaterade till det negativa affektiva tillbakadragande tillståndet, särskilt med fokus på två olika typer av psykostimuleringsmedel, nikotin och metamfetamin.

2. MATERIAL OCH METODER

2.1. djur

Sjuttiotvå Sprague-Dawley-hanråttor (332-396 g) erhållna från Clea Japan Inc. (Tokyo) hölls individuellt i ett djurrum vid en reglerad temperatur (22 ± 2 ºC) med en ljus / mörk cykel av 12 / 12 timmar (tänds vid 8: 00 AM). Varje råtta matades 15 g mat per dag (vatten tillgängligt fritt) under hela experimentet, med undantag för en period av 3 dagar före och 7 dagar efter operationen. Detta experiment genomfördes i enlighet med principerna för laboratoriedjurvård vid Jikei University School of Medicine.

2.2. Droger

(-) - nikotint vätetartrat (Sigma, St. Louis, MO, USA), mecamylaminhydroklorid (Sigma), (-) metamfetaminhydroklorid (Dainipponn Seiyaku, Japan) och haloperidolhydroklorid (Sigma) löstes i saltlösning och injicerades i en volym av 1.0 ml / kg.

2.3. Intrakraniell självstimulering

2.3.1. Anordning

En standardoperantkammare i 29.5 (W) x 23.5 (L) x 28.7 (H) cm (ENV-008; Med Associates, Inc., St. Albans, VT, USA) utrustad med en spak och ett ljusljus ovanför spaken på främre väggen och ett husljus på bakväggen användes. Sidoväggarna var gjorda av transparent plexiglas.

2.3.2. Kirurgi

Råttor bedövades med natrium pentobarbital (50mg / kg, ip) och bereddes med en bipolär elektrode av rostfritt stål (Neuroscience, Japan) i den laterala hypotalamus (koordinater 3.8mm posterior till bregma; 1.4mm lateral till mellanlinjen; 8.4mm ventral till dura) enligt till atlaset från Paxinos och Watson [13]. För att motverka eventuella hjärnasymmetrier fick hälften av råttorna implantat på höger sida av hjärnan, med den andra på vänster sida.

2.3.3. Procedur

I ICSS-träningspassarna tändes ett husljus och ett ljusljus och de elektriska stimuli gavs varje gång omedelbart efter att råttan tryckte på spaken. Stimulerna bestod av 1.5 msek rektangulära katodpulser, levererade av 100 Hz för 150 msek med en fast ström av 120 μA. Varje träningspass varade i 15 min. ICSS-träning gavs åtminstone under 6 dagar och fortsatte tills antalet spakpress var mer än 30 per min under 3 på varandra följande dagar.

För att mäta baslinjen för ICSS-svarande utfördes baslinjetest under 15 min före varje ICSS-tröskeltest. Proceduren för baslinjetestet var detsamma som vid ICSS-utbildningen. Ett ICSS-tröskeltest bestod av 11 tidsfack på 3 min, separerade med 1 min time out. Under avbrottet stängdes ett husljus och en lampa för lampan. I varje testfack tändes dessa lampor och råttorna fick den elektriska stimuleringen efter varje spakpress. Över lådorna minskade den elektriska stimuleringsströmmen med 10 μA från 120 μA till 20 μA i fallande ordning.

En stabil baslinje för ICSS-svar fastställdes för alla råttor före implantering av minipumparna. På dag 1, en osmotisk minipump (Alzet 2001, Alza Corporation, CA, USA) med en flödeshastighet av 1.03 μl / h fylld med nikotin eller metamfetamin i saltlösning implanterades subkutant i råttor som hade bedövats med dietyleter. Koncentrationen av nikotin och metamfetamin justerades för skillnader i kroppsvikt, men var ungefär 116 och 77.3 mg / ml, vilket resulterade i kontinuerlig subkutan infusion med hastigheten 9 mg / kg per dag nikotin och med hastigheten 6 mg / kg per dag metamfetamin enligt metoden i en tidigare studie [14]. ICSS-tröskeltestet genomfördes på dag 2, 4 och 6 efter implantering av minipumparna.

På dag 7 efter implantation av minipump fick råttor mecamylamin (0.0, 0.1, 0.5, 1.0 mg / kg, sc) i de nikotin- och saltlösningsinfunderade grupperna eller haloperidol (0.0, 0.1, 0.25, 0.5 mg / kg, sc) i metamfetamin- och saltlösning-infunderade grupperna, 15 min före början av ICSS-tröskeltestsessionen, med användning av en Latin-square-design inom ämnen. Djuren var tvungna att återgå till baslinjen ICSS-tröskelnivåer för minst en ICSS-session före efterföljande antagonist- eller fordonsinjektioner.

2.3.4. Histologi

Råttor avlivades genom djup anestesi av natrium pentobarbital. Hjärnan avlägsnades och lagrades i 10% formaldehydlösning. Hjärnan skivades med en tjocklek av 100 um och spetsen på en elektrod undersöktes mikroskopiskt.

2.4. Skick Placera Aversion

2.4.1. Appatarus

Platskonditionering utfördes enligt Suzukis metod et al. [15, 16]. Apparaten bestod av en pendelbox (30 × 60 × 30 cm: w × l × h) som var uppdelad i två fack av samma storlek. Det ena facket var vitt med ett texturerat golv och det andra var svart med ett jämnt golv.

2.4.2. Procedur

På dag 1 framställdes råttor med nikotin-, metamfetamin- eller saltinnehållande osmotiska minipumpar under samma förhållanden som de som beskrivits för ICSS-studien.

På morgonen (9: 00) på dagen 7 av infektion med nikotin eller metamfetamin, injicerades råttor subkutant med en antagonist av testläkemedlet (mecamylamin eller haloperidol) eller saltlösning (1.0 ml / kg) och inskakades omedelbart till ett fack av testapparaten under 60 min. På kvällen (21: 00) samma dag behandlades råttor sedan med saltlösning eller en antagonist (mecamylamin respektive haloperidol) och begränsades till det andra facket under 60 min. Injektionsparterna (antagonist eller saltlösning) och facket (vitt eller svart) balanserades över alla försökspersoner. Kontrollråttorna i nikotin-, metamfetamin- och saltlösning-infunderade grupperna injicerades med saltlösning i stället för mecamylamin eller haloperidol under konditioneringssessionen. Efter saltinjektionerna begränsades råttorna till ett fack på morgonen och till det andra facket på kvällen.

På morgonen på dag 8 utfördes konditioneringstester enligt följande: partitionen som separerade de två facken höjdes till 12 cm över golvet, och en neutral plattform infördes längs sömmen som separerade facken. Tiden som tillbringades i varje fack under en 900-session mäts automatiskt av en infraröd strålssensor (kn-80, Natsyme Seisakusho, Tokyo, Japan).

2.5. Bedömning av Somatic Uttagstecken

I ICSS-experimentet placerades varje råtta i en cylindrisk plastobservationskammare omedelbart efter avslutad ICSS-belöningströskelsession efter administrering av mecamylamin eller haloperidol, och somatiska abstinenssignaler observerades under 10 min. Under bedömningen av somatiska abstinenssymboler registrerades frekvensen av abstinenssymtom med användning av en opiat-avhållsamhetsskala modifierad för att få nikotin- eller metamfetamin-abstinens [1]. Experimenters var blinda för behandlingen av varje råtta. I CPP-experimentet observerades somatiska abstinenssignaler på samma sätt som i ICSS-experimentet förutom att observationen av somatiska abstinensstecken utfördes i CPP-apparaten.

2.6. Dataanalys

För att mäta ICSS-svaret användes antalet förstärkningar per min i varje fack som mått. På testdagarna omvandlades antalet förstärkningar vid varje elektrisk ström till procent av baslinjen erhållen den dagen. För att bestämma ICSS-tröskeln monterades S-formskurvan individuellt enligt sigmoid-Gompertz-modellen. Med användning av denna modell bestämdes den elektriska strömmen som inducerade 50% av baslinjesvar som ICSS-tröskeln. All data analyserades med användning av en tvåvägs inom-individer upprepade mätningsanalyser av varians (ANOVA) följt av Tukey's Studentized Range Method efter observation av en statistiskt signifikant effekt av behandlingsvillkor i ANOVA.

Konditioneringsresultat representerar den tid som läggs på den läkemedelsparade platsen minus tiden på den fordonsparade platsen och uttrycks som medelvärden ± SEM Beteendata utvärderades statistiskt med en tvåvägs upprepad mätning av ANOVA, som användes för att bestämma effekterna av behandling på antagonistinducerad platskonditionering. När ANOVA indikerade närvaron av en signifikant effekt genomfördes ytterligare analys med Tukey's Studentized Range Method.

3. RESULTAT

3.1. ICSS-gränsvärden

Under kronisk administrering, nikotin (F (2, 35) = 5.28, P<0.01) och metamfetamin (F (2, 35) = 7.62, P<0.01) minskade signifikant ICSS-belöningströsklar. Individuella medeljämförelser avslöjade signifikanta effekter på dag 4 och dag 5 av nikotininfusion (P<0.05) och på dag 2, dag 4 och dag 5 av metamfetamininfusion (P

Såsom visas i fig. (11), i kroniska nikotin-infunderade och metamfetamin-infunderade råttor, mecamylamine (F (1, 47) = 9.59, P<0.01) och haloperidol (F (1, 47) = 10.64, P<0.01) gav signifikanta höjningar av ICSS-belöningströsklarna. Enskilda medeljämförelser avslöjade signifikanta effekter vid 1.0 mg / kg mekamylamin (P<0.05) och vid 0.25 och 0.5 mg / kg haloperidol (P<0.05). Det fanns ingen signifikant effekt av dosen heller hos nikotininfunderade råttor (F (3, 47) = 1.87, P> 0.05) eller hos metamfetamininfunderade råttor (F (3, 47) = 2.24, P> 0.05), eller behandling × dosinteraktion antingen hos nikotininfunderade råttor (F (3, 47) = 1.56, P> 0.05) eller hos metamfetamininfunderade råttor (F(3, 47) = 1.77, P> 0.05).

Fig. (1) 

Intrakraniell självstimulering belöningströsklar under uttag utfällt av mecamylamin (övre diagrammet) och haloperidol (nedre diagram) hos råttor som infekterades kroniskt med nikotin respektive metamfetamin. Varje punkt representerar .

3.2. Conditioned Place Aversion (CPA)

Såsom visas i fig. (22), uppvisade saltkontrollråttorna ingen preferens för någon av avdelningarna. Mecamylamine och haloperidol producerade varken signifikant ställepreferens eller placerade aversion hos saltlösningsinfuserade råttor. Å andra sidan mecamtlamine (F (1, 47) = 8.62, P<0.01) och haloperidol (F (1, 47) = 11.28, P<0.01) producerade platsaversion hos kroniska nikotin- och metamfetamininfunderade råttor. Betydande platsaversion observerades vid 1.0 mg / kg mekamylamin (P<0.01) och vid 0.25 och 0.5 mg / kg haloperidol (P <0.05 och P <0.01). Det fanns ingen signifikant effekt av dosen hos nikotininfunderade råttor (F (3, 47) = 1.98, P> 0.05) eller hos metamfetamininfunderade råttor (F (3, 47) = 2.56, P> 0.05), eller behandling × dosinteraktion antingen hos nikotininfunderade råttor (F (3, 47) = 1.74, P> 0.05) eller hos metamfetamininfunderade råttor (F (3, 47) = 2.28, P> 0.05).

Fig. (2) 

Placeringskonditionering producerad av mecamylamine (övre diagrammet) och haloperidol (nedre graf) i råttor som var kroniskt infunderade med nikotin respektive metamfetamin. Varje punkt representerar medelkonditioneringspoängen med SEM för 6-råttor. *P .

3.3. Somatiska tecken

Det totala antalet somatiska tecken skilde sig inte mellan nikotin- och saltbehandlade råttor under administrering av mecamylamin varken i ICSS-experimentet (F (1, 47) = 2.02, P> 0.05) eller i CPA-experimentet (F (1, 47) = 1.87, P> 0.05). Vidare skilde de sig inte mellan metamfetamin- och saltlösning-behandlade råttor under haloperidoladministrering varken i ICSS-experimentet (F (1, 47) = 1.53, P> 0.05) eller i CPA-experimentet (F (1, 47) = 2.33, P> 0.05).

3.4. Histologisk analys

Resultaten av den histologiska analysen indikerade att elektrodspetsarna var belägna i området för den laterala hypotalamusen, i ett främre / bakre intervall som sträckte sig från -3.84 mm till -4.20 mm från bregma. Det verkade inte finnas några skillnader mellan elektrodplaceringarna för kontroll och försöksdjur (Fig. 33).

Fig. (3) 

Histologisk lokalisering av laterala hypotalamiska stimulerande elektrodspetsar. Antalet bredvid varje hjärnskiva representerar avståndet från bregma. Rekonstruktioner baserade på stereotaxiska atlas från Paxinos och Watson [13]. Placeringar som är helt .

4. DISKUSSION

Resultaten från den aktuella studien visar att kronisk administration av nikotin och metamfetamin minskar ICSS-belöningströsklarna, medan deras antagonister, mecamylamin och haloperidol ökar ICSS-belöningströsklarna och inducerar en CPA hos råttor behandlade med nikotin respektive metamfetamin. När det gäller förändringar i hjärnbelöningskretsar under tillbakadragande har det hävdats att, när beroendet utvecklas, inträffar neuro-anpassningar inom samma hjärnkretsar som medierar de förstärkande eller belöna effekterna av missbruksläkemedel efter akut administrering, vilket leder till uttryck av negativ affektiv tecken på tillbakadragande vid avstängning av läkemedel [7, 8]. I överensstämmelse med denna uppfattning indikerade den aktuella studien att nikotin såväl som metamfetamin visade minskningar i ICSS-belöningströsklar under akut administrering och ökar under antagonistutfällning. Andra missbruksläkemedel som kokain [6], opiater [10] och etanol [11] har också rapporterats inducera liknande effekter på ICSS-belöningströsklar. En fråga om sådana förändringar i hjärnbelöningskretsarna är tillräckliga för att redogöra för de negativa affektiva konsekvenserna av tillbakadragande har undersökts. Ett paradigm med CPA är ett användbart och känsligt beteendemässigt index för att upptäcka abstinensaversion, som rapporterats i tidigare studier med nikotin [15, 16] och opiater [17, 10]. I den aktuella studien inducerade mecamylamin och haloperidol en CPA vid doser som visade förhöjningar i ICSS-belöningströsklar, vilket antydde att höjningar i ICSS-belöningströskeln kan förmedla motvilja under uttag från nikotin och metamfetamin. Å andra sidan misslyckades mecamylamin och haloperidol att somatiska abstinenssymboler inducerades. Somatiska tecken på tillbakadragande från psykostimulantia är kända för att vara svagare än de från opiater, barbiturater och alkohol. Dessutom är det svårare att observera somatiska abstinenssymboler som utfällts av nikotinantagonister än de som framkallas av spontant tillbakadragande [12]. Intressant nog, i den aktuella studien, var höjningarna av ICSS-belöningströsklarna och platsaversion under nikotinabstinens nästan samma i storleksordning som de som observerades under uttag av metamfetamin, vilket kan antyda att minskningar i hjärnans belöningsfunktion, vilket leder till abstinensaversion, kanske inte signifikant skiljer sig i intensitet mellan nikotin och metamfetamin, oavsett de akuta effekterna av dessa läkemedel på belöningssystemet. Med andra ord antas att neuroadaptationer i hjärnbelöningskretsar utvecklas nästan till samma nivåer mellan nikotin och metamfetamin, även om de stimulerar belöningssystemet i en annan grad med akut metamfetamin som är starkare än akut nikotin. Emellertid behövs ytterligare studier för att klargöra denna fråga genom att använda ett större utbud av läkemedelsdoser eller andra typer av experimentella paradigmer.

Sammanfattningsvis indikerar den aktuella studien att 1) hjärnbelöningsfunktionen minskade under nikotin- och metamfetaminuttag, och 2) en minskning av belöningsfunktionen kan återspegla det negativa affektiva tillståndet (aversion) under uttag från nikotin och metamfetamin.

TACK

Denna studie stöds delvis av bidrag från ministeriet för utbildning, kultur, sport, vetenskap och teknik i Japan (nr. 16591166), och Research Research Foundation.

REFERENSER

1. Henningfield JE, Johnson RE, Jasinski DR. Kliniska procedurer för bedömning av missbrukspotential. I: Bozarth MA, redaktör. Metoder för att utvärdera förstärkande egenskaper hos missbrukade droger. New York: Springer-Verlag; 1987. sid. 573 – 590.
2. Jasinski DR, Johnson RE, Kocher TR. Klonidin vid tillbakadragande av morfin. Differensiella effekter på tecken och symtom. Båge. Gen. Psykiatri. 1985; 42 (11): 1063-1066. [PubMed]
3. Miyata H, Hironaka N, Takada K, Miyasato K, Nakamura K, Yanagita T. Psykosocialt tillbakadragande egenskaper hos nikotin jämfört med alkohol och koffein. Ann. NY Acad. Sci. 2008; 1139: 458-465. [PubMed]
4. Frank RA, Martz S, Pommering T. Effekten av kroniskt kokain på tröskelvärdena för självstimulation. Pharmacol. Biochem. Behav. 1988; 29 (4): 755-758. [PubMed]
5. Huston-Lyons D, Kornetsky C. Effekter av nikotin på tröskeln för att belöna hjärnstimulering hos råttor. Pharmacol. Biochem. Behav. 1992; 41 (4): 755-759. [PubMed]
6. Markou A, Koob GF. Postkokain anhedonis. En djurmodell för tillbakadragande av kokain. Neuropsychopharmacol. 1991; 4 (1): 17-26. [PubMed]
7. Koob GF, Bloom FE. Cellulära och molekylära mekanismer för läkemedelsberoende. Vetenskap. 1988; 242 (4879): 715-723. [PubMed]
8. Solomon RL, Corbit JD. En motståndare-process teori om motivation. I. Temporal dynamik av affekt. Psychol. Rev. 1974; 81 (2): 119 – 145. [PubMed]
9. Leith NJ, Barrett RJ. Amfetamin och belöningssystemet: bevis för tolerans och depression efter läkemedlet. Psychopharmacologia. 1976; 46 (1): 19-25. [PubMed]
10. Schulteis G, Markou A, Guld LH, Stinus L, Koob GF. Relativ känslighet för naloxon från flera index för opiatavlägsnande: en kvantitativ dosresponsanalys. J. Pharmacol. Exp. Ther. 1994; 271 (3): 1391-1398. [PubMed]
11. Schulteis G, Markou A, Cole M, Koob GF. Minskad hjärnbelöning producerad genom etanoluttag. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995; 92 (13): 5880-5884. [PMC gratis artikel] [PubMed]
12. Epping-Jordan MP, Watkins SS, Koob GF, Markou A. Dramatisk minskning av hjärnans belöningsfunktion under nikotinuttag. Natur. 1998; 393 (6680): 76-79. [PubMed]
13. Paxinos G, Watson C. Råttahjärnan i stereotaxiska koordinater. San Diego: Academic Press; 1986.
14. Malin DH, Lake JR, Carter VA, Cunningham JS, Wilson OB. Gnagarmodell av nikotinabstinenssyndrom. Pharmacol. Biochem. Behav. 1992; 43 (3): 779-784. [PubMed]
15. Suzuki T, Ise Y, Mori T, Misawa M. Dämpning av mecamylaminutfällt nikotin-avlägsnande aversion av 5-HT3-receptorantagonisten ondansetron. Life Sci. 1997; 61 (16): 249-254. [PubMed]
16. Suzuki T, Ise Y, Tsuda M, Maeda J, Misawa M. Mecamylamine-utfällt nikotinuttag aversion hos råttor. Eur. J. Pharmacol. 1996; 314 (3): 281-284. [PubMed]
17. Mucha RF. Reflekteras den motiverande effekten av opiatabstinens av vanliga somatiska index för utfällt tillbakadragande? En platskonditioneringsstudie i råtta. Brain Res. 1987; 418 (2): 214-220. [PubMed]