эмоциональная реактивность и чувствительность системы

1
ЭМОЦИОНАЛЬНАЯ РЕАКТИВНОСТЬ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СИСТЕМЫ
ПОДКРЕПЛЕНИЯ МОЗГА К МОРФИНУ У ИНБРЕДНЫХ ЛИНИЙ КРЫС.
А.Ф. Мещеряков, Е.В. Борисова *
Государственное учреждение Научно-исследовательский институт нормальной физиологии им.
П.К. Анохина РАМН, * Научно-исследовательский институт наркологии МЗ РФ. Москва.
При сравнении крыс линий Fischer-344 (F344) и Wistar Albino Glaxo (WAG), отличающихся по
ряду параметров поведения и биохимическим показателям, было показано, что они также
обладают разной предрасположенностью к действию психоактивных веществ: линия WAG
более устойчива к наркотикам по тестам "самовведение", "предпочтения места",
"добровольного потребления". При этом крысы F344 обладают низкими показателями
эмоциональной реактивности по сравнению с крысами линии WAG, причем острое введение
морфина повышает эти показатели у F344 и приближает их значения к таковым у WAG.
Электрическое самораздражения (СС) латерального гипоталамуса (порог и интенсивность)
гораздо выше у крыс линии F344, а введение морфина (и/п 4мг/кг) вызывает увеличение
интенсивности реакции СС у крыс WAG по сравнению с исходными значениями и с реакцией
СС у F344. Т.о., возникновение эмоционального стресса влияет на чувствительность организма
к опиоидам, а его развитие может оказаться тем фактором, который модулирует
мотивационные свойства опиатов, обуславливая изменения чувствительности системы
подкрепления мозга. Реакция структур мозга, связанных с реализацией положительного
подкрепления, на действие психоактивных веществ, в определенной степени зависит от
генетически детерминированной эмоциональной реактивности крыс линий F344 и WAG.
Ключевые слова: самостимуляция, оборонительное поведение, морфин, инбредные линии.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что психоактивные вещества (ПАВ) оказывают влияние на центральные механизмы
нервной системы, связанные с процессами оценки значимости факторов окружающей среды, на
основе которых формируется целенаправленное поведение. Ключевую роль в организации
такого поведения играют механизмы подкрепления. Вещества с опиатной активностью
принимают участие в функционировании системы подкрепления или награды. Возможность
эндогенных опиоидов и их агонистов оказывать положительно подкрепляющее действие была
продемонстрирована многочисленными исследованиями (11,17,19,25).
Одним из направлений исследования роли нарушений в системе положительного подкрепления
мозга при развитии зависимости от ПАВ является изучение ее функций у генетически
инбредных линий животных, устойчивых или предрасположенных к потреблению наркотиков.
Большое количество работ подобного плана проведено на двух инбредных линиях крыс Fischer
344 (F344) и Lewis (Lew), различающихся, прежде всего, по их отношению к ПАВ.
Самовведение опиатов, кокаина, алкоголя, степень предпочтения места при действии
наркотиков существенно выше у крыс Lew по сравнению с крысами F344, являющимися более
устойчивыми к действию психоактивных веществ (16). При сравнении крыс линии F344 и
Wistar Albino Glaxo (WAG), отличающихся по ряду параметров поведения и биохимическим
показателям, в некоторых исследованиях было показано, что они также обладают разной
предрасположенностью к потреблению ПАВ: линия WAG обладает еще большей
1
2
устойчивостью к психоактивным веществам по тестам "самовведение", "предпочтения места",
"добровольного потребления" наркотиков (2). Порог болевой чувствительности при этом, как
и выраженность анальгетического эффекта морфина значительно выше у крыс линии Lew, по
сравнению с крысами линии F344 и линии WAG, обладающей самыми низкими показателями
в этом ряду (2). Кроме этого было отмечено, что у крыс F344 снижена устойчивость к
стрессорным воздействиям по сравнению с рядом других линий, по таким показателям, как
увеличение надпочечников, инволюция тимуса. У них также была зафиксирована
гипоактивность гипоталамо-гипофизарного комплекса (8,15) и более высокий уровень
кортикостерона в плазме при стрессе, чем у других линий крыс (21).
Известно, что различия индивидуальной и видовой устойчивости животных к стрессу
сопровождаются определенными особенностями поведения. В качестве прогностических
критериев устойчивости животных к эмоциональному стрессу могут быть использованы
различные неинвазивные приемы, отражающие эмоциональную реактивность животных:
латентный период ноцицептивной реакции, соотношение вертикальной и горизонтальной
активности в новой обстановке, ортостатическая проба (3), тип поведения в модели
"эмоционального взаимодействия" двух животных (5). В то же время устойчивость к
эмоциональному стрессу и характеристики оборонительного поведения имеют общие
нейрохимические предпосылки (3,4). В ряде работ по изучению эмоционального стресса в
качестве модели оборонительного поведения был использован тест пассивного избегания - как
прогностический критерий для определения уровня эмоциональной реактивности исследуемых
линий крыс (4,5).
Хроническое воздействие на животных стрессирующих факторов изменяет их реакцию на
положительное подкрепление. Электрическая СС медиального переднемозгового пучка (MFB)
на уровне латерального гипоталамуса (LH) была выбрана в качестве модели положительного
подкрепления у животных (11,24). Уменьшение порога реакции СС, наблюдаемое при
введении низких доз опиатов и кокаина, рассматривается в литературе как облегчение
функционирования системы положительного подкрепления (1,11), а увеличение порога СС как основа для возникновения негативного аффективного состояния, т.е. стресса (23).
Поскольку активность эндогенной опиатной системы снижается при стрессе (7,26), анализ ряда
параметров поведения крыс F344 и WAG (ноцицептивной реакции, локомоторной активности,
степени тревожности, реакции обучения, исследовательской активности) позволил сделать
предположение, что найденные межлинейные различия, как и разные подкрепляющие эффекты
при действии психоактивных веществ, могут быть связаны с характером их реакции на стресс.
В связи с этим, целью настоящей работы явилось определение взаимосвязи между характером
реакции СС у инбредных линий крыс, устойчивых (WAG) и предрасположенных (F344) к
действию ПАВ и особенностями их реакции на стресс (по показателям эмоциональной
реактивности) при остром введении морфина.
МЕТОДИКА
I. Самостимуляция латерального гипоталамуса.
Эксперименты были проведены на взрослых крысах-самцах двух инбредных линий Fischer-344
(F344) и Wistar Albino Glaxo (WAG), весом 230-250г в начале эксперимента. Животные
содержались при естественном освещении и t=23 С, при свободном доступе к стандартному
корму и воде. Под нембуталовым наркозом 16 крысам (8F344 и 8WAG) были стереотаксически
вживлены биполярные нихромовые электроды в LH (P=2,5; l=1,5; h=8,7). Через 3-4 дня после
операции крыс обучали нажатию на педаль для получения электрического раздражения LH.
Параметры раздражения: I = 50-150 мкА, f=100 Гц, длительность пачки импульсов 200-250 мс.
При обучении животных тестировали ежедневно, по стандартной программе в течение 1 ч. В
2
3
первый день опыта сила тока СС равнялась пороговой и колебалась в пределах 5—150 мкА, во
все последующие дни в связи со снижением чувствительности нейрональных структур к
электрическому раздражению, она увеличивалась для каждой крысы на 10 мкА. Крыс
показывавших постоянную частоту нажатия на педаль в единицу времени использовали в
эксперименте при введении внутрибрюшинно (в/б) морфина гидрохлорида (4-15 мг/кг). В 1-ый
день животным в/б вводили 0.9% р-р NaCl и тестировали в камере трижды с интервалом в 1 ч в
течение 6 мин. На 2-ой день осуществляли ту же процедуру, но с в/б введением морфина.
Фиксировалось количество нажатий на педаль за время каждого нахождения в
экспериментальной камере.
2. Тест пассивного избегания.
У 20 крыс F344 и 20 крыс WAG весом 180-230г определяли пороговые значения тока при
электрокожном раздражении в экспериментальной клетке с электродным полом (I = 1.0-1.4
мА). Для тестирования крыс помещали в клетку и наносили электрокожное раздражение
пороговых значений (длительность раздражения 5-30с). Регистрировали латентный период
избегания (ЛПИ) – время с момента нанесения раздражения до появления двигательной
реакции, далее в течение 3 мин – продолжительность локомоторной активности, груминга и
реакции замирания. На следующий день осуществляли ту же процедуру с предварительным в/б
введением (за 15 мин до эксперимента) морфина гидрохлорида (10 мг/кг).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.
Реакция СС у инбредных линий крыс.
Проведенные исследования показали, что при СС LH у крыс линии F344 скорость нажатия на
педаль значительно выше, чем у линии WAG (р<0.001), причем порог реакции СС у WAG крыс
изначально был ниже и составлял 73+24мкА, по сравнению с F344 крысами , у которых он
равнялся 102+33 мкА. Необходимо отметить, что стабильность интенсивности нажатия на
педаль в каждый последующий день эксперимента являлась необходимым критерием
включения полученных показателей реакции СС в статистическую обработку.
Разовое введение морфина в дозе 4мг/кг за 15 мин до начала тестирования увеличивало
интенсивность СС у WAG и F344 крыс, причем у линии WAG эффект введения морфина на
СС был отмечен начиная с 30 мин (p<0.01), а у F344 - только после 40 мин (p<0.05).
Для изучения динамики реакции СС после введения морфина тестирование животных
проводили в течение 3-х часов с момента инъекции контрольного раствора NaCl (в первый
день) или раствора морфина (во второй день). У крыс линии WAG в большей степени
вырастала частота СС, чем у F344 на протяжении всего периода после введения морфина
(p<0.001): количество нажатий на педаль у WAG увеличивалось в 4 раза, тогда как у F344 только в 1,5 раза, хотя первые имели более низкие показатели реакции СС при введении
контрольного раствора, достоверно отличающиеся от показателей крыс F344 (р<0.01).
Использование более высоких доз морфина (10 и 15 мг/кг) вызывало дозозависимое
подавление скорости СС у обеих линий, начинающееся с 15 мин после инъекции, и было
значительнее выражено у линии F344.
2. Анализ эмоциональной реактивности крыс на модели пассивного избегания.
При определении индивидуальных особенностей оборонительного поведения крыс изучали
характеристики поведения животных при нанесении электрокожного раздражения. В ответ на
раздражение крысы демонстрировали два типа поведения - активный и пассивный. Активный
тип оборонительного поведения заключался в проявлении любых видов двигательной
активности, возникающей на фоне электрокожного раздражения. Пассивный тип
оборонительного поведения характеризовался реакцией замирания при нанесении
3
4
раздражения. В результате было обнаружено, что крысы линии F344 при электрокожном
воздействии имели более длительный латентный период избегания (p<0.005) по сравнению с
крысами линии WAG, и соответственно, в большей свой части демонстрировали реакцию
замирания в ответ на раздражение (17 крыс из 20 F344). Т.е., крысы F344 проявляли в основном
пассивно-оборонительный тип избегания, а крысы WAG - активно-оборонительный тип
избегания. Острое введение морфина в дозе 5 мг/кг вызывало снижение длительности
латентного период избегания у крыс F344 и реакции замирания за счет увеличения периода
двигательной активности, и приближало их к значениям, зарегистрированным в контроле у
крыс WAG. Что же касается линии WAG, то у этой группы после введения морфина еще в
большей степени увеличивалась степень двигательной активности, а время реакции замирания
снижалось (p<0.01).
Интересно отметить, что по полученным нами ранее данным, после 12-часового
иммобилизационного стресса не наблюдалось различий в болевой чувствительности у обеих
линий крыс в тесте "Tail-immertion". Время отдергивания хвоста из горячей воды у крыс F344
составляло до иммобилизации 5.81+0.85, после - 5.95+1.16; у крыс WAG соответственно
3.57+0.96 и 3.34+0.48.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
По данным литературы, имеется тесная связь между активностью гипоталамо-гипофизарного
комплекса, высвобождением кортикостерона и стрессорными реакциями у крыс различных
линий (8,15,20). Показано, что стрессогенные стимулы вызывают выброс ДА в префронтальной
коре крыс (27), а стресс вызванное высвобождение кортикостерона играет существенную роль
в чувствительности ДА-ых структур прилежащего ядра (10).
По мнению большинства исследователей мезолимбическая дофаминовая система, является тем
субстратом, на котором разворачивается действие ПАВ. Известно, что эта система вовлечена во
внутримозговую электрическую СС, а дофаминергическая медиаторная система является
одним из важнейших компонентов подкрепляющего эффекта СС (19,21,24). СС вентрального
тегментального поля значительно увеличивается уровень экстраклеточного ДА и его
метаболитов в прилежащем ядре (13), так же как при СС медиальной префронтальной коры
градуально увеличивается высвобождение ДА в этой же области (24). В большом количестве
работ продемонстрирована тесная связь ДА структур прилежащего ядра, префронтальной
коры, MFB с опиоидами и психостимуляторами (17,18,25). Имеются данные о включении
эндогенной опиоидной системы в модуляцию ряда процессов вызванных стрессом (7,12). В
связи с этим, было высказано предположение о наличии генетически детерминированных
различий в организации системы положительного подкрепления, ее чувствительности к
действию ПАВ у инбредных линий крыс, а также о возможной связи этих явлений с ответом
организма на стрессирующие факторы.
Полученные результаты показали, что крысы линии F344, характеризующиеся
предрасположенностью к действию ПАВ, имеют высокие значения порога самостимуляции и
интенсивности реакции СС LH-MFB по сравнению с линией WAG. При этом крысы F344
демонстрировали в большей своей части пассивно-оборонительный тип избегания, а крысы
WAG - активно-оборонительный тип избегания, что согласно классификации предложенной
рядом авторов (4,5), указывает на низкий уровень эмоциональной реактивности линии F344, по
сравнению с линией WAG. При этом, действие морфина приводит к изменениям в характере
реакций животных на электрокожное раздражение, приближая их к таковым у крыс WAG.
Генетические факторы могут быть определяющими факторами появления индивидуальной
зависимости от ПАВ. Полученные данные указывают на то, что мотивационные возможности
психоактивных веществ, под которыми понимаются эффективность и величина
4
5
подкрепляющего эффекта веществ с наркотическим потенциалом (A.S.Ward et al 1996)
различны у разных линий животных, и зависят от индивидуальной предрасположенности
животных к ПАВ. Как отмечено ранее, реакция СС является тем фактором, который
активирует эндогенное высвобождение опиоидов. Увеличение реакции СС у крыс линии WAG
в большей степени чем у линии F344 при экзогенном введении морфина может являться
следствием более высокой чувствительности к нему структур связанных с подкреплением у
WAG крыс, как животных генетически менее адаптированных к употреблению ПАВ (с низкой
плотностью опиатных рецепторов и более низкой их связующей способностью) (2). Помимо
этого, хроническое воздействие на животных стрессирующих факторов снижает их
способность отвечать на подкрепление, вызывая избыточное высвобождение ДА у линии F344,
тем самым увеличивая его оборот, и истощая, в конечном итоге, его запасы (9). Поэтому при
помещении крыс этой линии в обстановку, влияющую на эмоциональную реактивность крыс,
реакция их эндогенной опиоидной системы может снижаться, а дополнительное введение
морфина, как агента подкрепляющей системы, нормализует состояние и предотвращает
развитие стресса.
Т.о., с одной стороны, возникновение стресса может влиять на чувствительность организма к
опиатам, а его развитие - оказаться тем фактором, который модулирует их действия (6),
обуславливая изменения чувствительности структур, связанных с возникновением различного
рода мотиваций, в том числе латерального гипоталамуса, и системы подкрепления мозга (20). С
другой стороны - низкая устойчивость к стрессу у F344 может модулировать различную
степень чувствительности к боли, потенцируя анальгетический эффект морфина. Отсутствие
различий в болевой чувствительности у обеих линий крыс после кратковременного
иммобилизационного стресса возможно свидетельствует о том, что у крыс WAG, имеющих
отличия в эндогенной опиатной системе (по анальгетическому действию морфина и по реакции
СС) от F344, при стрессе механизмы подкрепления могут регулироваться иными факторами.
На основе полученных данных можно сделать вывод, что чувствительность центральных
структур мозга, связанных с реализацией положительного подкрепления, к ПАВ, в некоторой
степени зависит от генетически детерминированной эмоциональной реактивности крыс линий
F344 и WAG.
ЛИТЕРАТУРА
1. Беспалов А.Ю., Звартау Э.Э., Думпис М.А., Петровский Л.Б. Толерантность к опиатной
аналгезии: комплексный эффект антогонистов рецепторов возбуждающих аминокислот.
Бюлл. Эксперим. Биол. и Мед., 1994, 117, 5, 494-496.
2. Борисова Е.В., Судаков С.К. Модулирующее влияние тиреотропин-рилизинг гормона на
генетически обусловленные механизмы чувствительности к морфину. Ж.ВНД
им.И.П.Павлова, 1995, 45, 6, 1174-1181.
3. Судаков К.В. Индивидуальная устойчивость к эмоциональному стрессу. М., 1998. 268 с.
4. Стрекалова Т.В. Особенности оборонительного поведения у крыс с различной
устойчивостью к эмоциональному стрессу: эффекты пептида, вызывающего дельта-сон.
Канд. дисс. Москва, 1995.
5. Юматов Е.А., Мещерякова О.А. Прогнозирование устойчивости к эмоциональному стрессу
на основе индивидуального тестирования поведения. Ж. ВНД им.И.П.Павлова, 1990, 40, 3,
525-532.
6. Abrahamsen G.C., Caldarone B.J., Stock H.S., Schutz A.D., Rosellini R.A. Conditioned fear
exacerbates acute morphine dependence. Pharmacol. Biochem. Behav., 1995,51,2/3, 407-413.
5
6
7. Bertrand E., Smadja С., Mauborgne A., Roques B.P., Daugre V. Social interaction increases the
extracellular levels of met-enkephalin in the nucleus accumbens of control but not of chronic mild
stressed rats. Neuroscience, 1997, 80, 1, 17-20.
8. Cizza G., Brady L.S., Pacak K,, Blackman M.R., Gold P.W., Chrousos G.P. Stress-induced
inhibition of the hypothalamic-pituitary-thyroid axis is attenuated in the aged Fischer 344/N male
rats. Neuroendocrinology, 1995, 62, 5, 506-513.
9. Chrapusta S.J., Wyatt R.J., Masserano J.M. Effects of single and repeated footshock on dopamine
release and metabolism in the brains of Fischer rats. J.Neurochem, 1997, 68, 5, 2023-2031.
10. Doherty M.D., Gratton A. Medial prefrontal cortical D1 receptor modulation of the mesoaccumbens dopamine response to stress: an electrochemical study in freely-behaving rats. Brain
Res., 1996, 715, 1-2, 86-97.
11. Easterling K.W., Holtzman S.G. Intracranial self-stimulation in rats: sensitization to an opioid
antagonist following acute or chronic treatment with mu opioid agonists. J.Pharmacol. Exp. Ther.,
1997, 281, 1, 188-199.
12. Fanselow M.S. The midbrain periaqueductal gray as a coordinator of action in response to fear
and anxiety. In: Depaulis A., Bandler R., eds. The midbrain periaqueductal gray matter. N.Y.:
Plenum Press, 1991, 151-174.
13. Fiorino D.F., Coury A., Fibiger H.C., Phillips A.G. Electrical Stimulation of reward sites in the
ventral tegmental area increases dopamine transmission in the nucleus accumbens of the rat.
Behav. Brain Res. 1993, 55, 1, 131-141.
14. Gilbert D.B., Millar J., Cooper S.J. The putative dopamine D3 agonist, 7-OH-DPAT, reduces
dopamine release in the nucleus accumbens and electrical self-stimulation to the ventral
tegmentum. Brain Res., 1995, 681, 1-2, 1-7.
15. Gromez F., Lahmame A., de Kloet E.R., Armario A. Hypothalamic-pituitary-adrenal response to
chronic stress in five inbred rat strains: differential responses are mainly located at the
adrenocortical level. Neuroendocrinology, 1996, 63, 4, 527-537.
16. Guitart X., Kogan J.H., Berhow M., Terwilliger R.Z., Aghajanian G.K., Nestler E.J. Lewis and
Fischer rat strains display differences in biochemical, electrophysiological and behavioral
parameters: studies in the nucleus accumbens and locus coeruleus of drug naive and morphinetreated animals. Brain Res., 1993, 611, 1, 7-17.
17. Koob G.F. Neuronal mechanisms of drug reinforcement. Ann.N.Y.Acad.Sci., 1992,654,171-191.
18. Kuribara H. Modification of morphine sensitization by opioid and dopamine receptors antagonists: evaluation by studying ambulation in mice. Eur.J.Pharmacol., 1995, 275, 3, 251-258.
19. McBride W.J., Murphy J.M., Ikemoto S. Localization of brain reinforcement mechanisms:
intracranial self-administration and intracranial place-conditioning studies. Behav. Brain
Res.,1999,101,2,129-152.
20. Ortiz J., Fitzgerald L.W., Lane S., Terwilliger R., Nestler E.J. Biochemical adaptations in the
mesolimbic dopamine system in response to repeated stress. Neuropsychopharmacology, 1996,
14, 6, 443-452.
21. Sarrieau A., Morm'ede P. Hypothalamic-pituitary-adrenal axis activity in the inbred Brown
Norway and Fischer 344 rats strains. Life Sci., 1998, 62, 16, 1417-1425.
22. Singh J., Desiraju T., Raju T.R. Dopamine receptor sub-types involvement in nucleus accumbens
and ventral tegmentum but not in medial prefrontal cortex: on self-stimulation of lateral
hypothalamus and ventral mesencephalon. Behav. Brain. Res., 1997, 86, 2, 171-179.
23. Schulteis G., Markou A., Cole M., Koob G.F. Decreased brain reward produced by ethanol
withdrawal. Proc.Nat.Acad.Sci. USA, 1995, 92, 13, 5880-5884.
6
7
24. Taber M.T., Fibiger H.C. Electrical stimulation of the prefrontal cortex increases dopamine
release in the nucleus accumbens of the rat: modulation by metabotropic glutamate receptors.
J.Neurosci., 1995, 15, 5, 3896-3904.
25. Wise R.A., Hoffman D.C. Localization of drug treward mechanisms by intracranial injections.
Synapse, 1992, 10, 1, 247-261.
26. Willner P., Muscat R., Papp M. Chronic mild stress-induced anhedonia: a realistic animal model
of depression. Neurosci Biobehav. Rev., 1992, 16, 4, 525-534.
27. Weedzony К., Marckowiak M., Fijal K., Golembiowska K. Evidence that conditioned stress
enchances outflow of dopamine in rat prefrontal cortex: a search for the influence of diazepam
and 5-HT1A agonists. Synapse, 1996, 24, 3, 240-247.
INTRACRANIAL SELF-STIMULATION AND STRESS-RESISTANCE IN TWO INBRED RAT
STRAINS.
A.F. Mescheryakov, *E.V. Borisova
P.K. Anokhin Research Institute of Normal Physiology Russian Academy of Medical Sciences;
*Research Institute on Addiction Russian Federation Ministry of Health, Moscow, Russia.
The studies have shown that Fischer-344 (F-344) rats are less resistant to stress effect and have a
lower parameter of an emotional reactivity in comparison with Wistar Albino Glaxo (WAG) rats. A
single administration of morphine (i/p 10 mg/kg) reduces this parameter and approximates it to
values of the emotional reactivity of WAG rats. There are significant differences between WAG and
F-344 rats in intracranial self-stimulation (SS), resulted from electrical self-irritation of lateral
hypothalamus. It was shown, that the speed of pressing a pedal is much higher in F-344 rats, than in
WAG rats. Thus a single morphine dose of 4 mg/kg, i/p causes the increase in the SS response of
WAG rats, in comparison with the background values and with the SS of F-344 rats. The marked
interlinear distinctions might be connected partly with the pattern of the animal response to stress.
The origin of stress can influence the sensitivity to drugs, and its development might be the factor,
that modulates motivation capacity of opiates.
7