A Novel Procedure for evaluering af forstærkende egenskaber af Tastants i laboratorierotter: Operant Intraoral Self-administration
Summary
Den aktuelle undersøgelse vurderer en roman procedure for vurdering af de forstærkende virkninger af velsmagende løsninger i laboratorie rotter: intraoral selv-administration. Til dette formål operant reagere (dvs. løftestang presning) for intraorale infusioner af søde løsninger i forskellige koncentrationer blev målt på løbende og progressive nøgletal tidsplaner for forstærkning.
Abstract
Dette papir beskriver en ny metode til at studere bio-adfærdsmæssige grundlag af afhængighed af mad. Denne metode kombinerer den kirurgiske del af smag reaktivitet med de adfærdsmæssige aspekter af operant selvadministration af narkotika. Under meget kort generel anæstesi rotterne implanteret med en intraoral (IO) kanyle, der tillader levering af testopløsninger direkte i mundhulen. Dyrene testes derefter i operant selv-administration kamre, hvorved de kan trykke på en løftestang til at modtage IO infusioner af test løsninger. IO selvadministration har flere fordele i forhold eksperimentelle procedurer, der involverer drikke en løsning fra en tud eller operant reagerer til faste træpiller eller løsninger, der leveres i en beholder. Her viser vi, at IO selvadministration kan anvendes til at studere selvadministration af high fructose corn syrup (HFC). Rotterne blev først testet for selvmedicinering på en progressiv ratio (PR) tidsplan, der vurderer den maksimale opdium adfærd, som vil blive udsendt til forskellige koncentrationer af HFC (dvs. 8%, 25% og 50%). Efter denne test, rotter selvadministrerede disse koncentrationer på en kontinuerlig tidsplan for forstærkning (dvs. en infusion for hver løftestang presse) i 10 på hinanden følgende dage (1 session / dag, hver varer 3 timer), og derefter blev de testet igen på PR tidsplan . På kontinuerlig udbygning tidsplan, tog rotter færre infusioner af højere koncentrationer, selvom den laveste koncentration af HFC (8%) opretholdt mere variabel selvadministration. Desuden afslørede, PR prøver at 8% havde lavere styrke værdi end 25% og 50%. Disse resultater indikerer, at IO selvadministration kan anvendes til at studere anskaffelse og vedligeholdelse for at reagere for søde løsninger. Følsomheden af operant respons på forskelle i koncentration og tidsplan for forstærkning gør IO selvadministration en ideel procedure at undersøge neurobiologi af frivillig indtagelse of slik.
Introduction
Studiet af neurobiologiske og adfærdsmæssige grundlag af afhængighed af mad bygger på observationer, at ligesom med misbrugsstoffer, overdreven indtagelse af velsmagende fødevarer fremmer adfærdsmæssige afhængighed 1-4 og inducerer ændringer i hjernens belønning kredsløb i både mennesker 5-6 og laboratorium dyr 7-8. Men mens der er flere protokoller og procedurer for at studere de vanedannende egenskaber misbrugsstoffer i laboratorie rotter, tilpasning af disse metoder til at vurdere "vanedannende" adfærd fremkaldt af mad præsenterer unikke udfordringer. Målet med den aktuelle undersøgelse var at anvende principperne for operant intravenøs (IV) drug selvadministration til undersøgelse af operant selvforvaltning af søde løsninger leveret af intraoral (IO) infusion. Den søde ansat var høj fructose corn syrup (HFC), for selv kontroversiel, er der tegn på, at HFC kan være forbundet med den moderne epidemi af fedme 9-12.
Traditionelt er IO infusioner leveres til studere velsmag tastants i smag reaktivitet forsøg 13. Kort fortalt er en IO kanyle indopereret i kinden af rotter og IO infusioner af forskellige løsninger, er passivt leveret 14. Målet er at undersøge orofaciale reaktioner dyrene til tastants. Imidlertid har IO kanyler også blevet implanteret kronisk i ganen af rotter til at afgøre, om de ville lære at trykke på en løftestang til selv at indgyde løsninger direkte ind i mundhulen, deraf udtrykket IO selvinjektion 15-17. I den aktuelle undersøgelse beskriver vi en fremgangsmåde, der udnytter mindre kirurgi, og som tillader langsigtet operant selvadministration test. Denne fremgangsmåde har flere betydelige fordele frem for traditionelle procedurer, der involverer drikke en løsning fra en tud (a), eller operant reagerer for faste pellets (b), eller operant reagerer for dråber af væske, der leveres i en beholder(C).
I forhold til (a), IO selvadministration indebærer en operant respons (dvs. at trykke på en løftestang), og det er derfor muligt at ændre tidsplanen regulerer forholdet mellem respons krav og levering af IO infusioner. For eksempel ved at anvende en progressiv ratio (PR) tidsplan, hvor svarene er nødvendige for successive infusioner stige eksponentielt inden for en session 18, er det muligt at vurdere, hvor meget et dyr "ønsker" den næste infusion 19. Dette vigtige aspekt af "søger" adfærd kan ikke vurderes, når dyrene drikker en løsning fra en tud, medmindre et specielt apparat, der styrer væske levering og overvåger svar er ansat 20. Desuden IO selvadministration giver et middel til at sammenligne adfærd er motiveret af forskellige forstærkende stimuli. Det vil sige, er det muligt at sammenligne operant besvarer spørgsmålene i grønbogen vedligeholdes af slik og andre forstærkere såsom misbrugsstoffer isåkaldte "substitutions studier."
I forhold til (b), IO selvadministration tillader afprøvning af koncentration og eventuel volumen noget vandopløseligt tilsætningsstof. Dette er afgørende for at studere adfærd motiveret af slik såsom HFC fordi, at de bedste af vores viden, er der ingen kommercielt tilgængelige faste pellets af fructose eller fructose-glucose kombinationer på forskellige nøgletal, der ville være egnet til operantkamre. Det er også obligatorisk i eksperimenter, hvor indtaget kan moduleres både af den kaloriefattige værdien i en opløsning (der fører til næringsstof-specifik mæthed) og ved, hvor meget af denne løsning kan indtages i en betragtning af betydningen af at kontrollere og manipulere koncentration / volumenforholdene periode (dvs. fylde) 21. IO selvforvaltning forkorter også forsinkelsen mellem operant respons og levering af den primære reinforcer, en faktor, der spiller en vigtig rolle i erhvervelsen og vedligeholdelse af operant adfærd 16,22-23.
Endelig i forhold til (c), IO selvforvaltning tillader levering af passive IO infusioner af kontrollerede mængder af testopløsningen, og det gør det muligt at måle orofaciale reaktioner »smag« (mål hedoniske reaktion såsom tunge fremspring 24 -25), og hvorvidt disse svar ændre sig i løbet IO selvadministration. Desuden evnen til at administrere passive IO infusioner har betydelige ansøgninger om undersøgelse af tilbagefald til mad-søger. Det er i studier af IV medicin selvadministration, efter perioder, udslettelse, kan narkotika primtal (dvs. administration af en lille dosis af lægemidlet 26) "genindføre" reagere 27-28. Derfor kan evnen til at levere IO infusioner uden nogen handling på den del af dyret bruges til at studere "fødevarer" primet genindsættelse, såvel som potentielle kryds genindsættelse mellem mad ogmisbrugsstoffer.
IO selvadministration af søde løsninger er også at foretrække til IV og intra-gastrisk selvadministration. I virkeligheden, selvom IV infusioner af fruktose i både mennesker og forsøgsdyr fremkalde fysiologiske konsekvenser magen til dem observeret efter oral indtagelse 29-31, det er en dårlig model for, hvordan slik normalt fortæres (dvs. mundtligt). Desuden gustatory signaler produceret af tygning giver vigtig information om smagen af mad, og når denne fase af fordøjelsesprocessen udelades, udviklingen af utilpasset adfærd, såsom overspisning reduceret 32-33.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den aktuelle undersøgelse viser en ny tilgang til evaluering af forstærkende egenskaber af søde løsninger ved at kombinere metoder der traditionelt anvendes til at studere adfærd motiveret af misbrugsstoffer (intravenøs operant selvforvaltning), og til at vurdere smagen af tastants (smag reaktivitet gennem intraorale infusioner). Til dette formål under meget korte isofluran-induceret bedøvelse rotterne implanteret med en IO kanyle, der giver mulighed for levering af testopløsninger direkte i munden. Efter…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Disse undersøgelser blev støttet af tilskud fra naturvidenskab og teknik Forskningsråd Canada (NSERC) til FL og en canadisk Graduate Scholarship (CGSD) fra NSERC til AM.L.
Materials
| Reagents | |||
| Meloxicam | Boehringer Ingelheim Canada Ltd. | From the Ontario Veterinary College pharmacy | |
| Procaine Penicillin G | Pen Aqueous, Wyeth Animal Health | From the Ontario Veterinary College pharmacy | |
| Lidocaine HCl 2% | From the Ontario Veterinary College pharmacy | ||
| Marcaine 0.5 % | From the Ontario Veterinary College pharmacy | ||
| Lubricating eye ointment | Product can be bought at any pharmacy | ||
| 2% Lidocaine Viscous Oral (Topical Anesthetic) | Pharmascience Inc. | CDMV # 14705 | 100 ml bottle |
| Isoflurane USP | Pharmaceutical Partners of Canada | CDMV # 108737 | 250 ml bottle |
| Bacti-Stat | Merck Sante Animale | CDMV # 6449 | 3.785 L bottle |
| Isopropyl alcohol (70%) | Perdu Pharma | Fisher # MPX18404 | 4 L bottle |
| Betadine 10% | McKesson Canada | CDMV # 104826 | 500 ml bottle |
| Super Germiphene | Ceva Animal Health | CDMV # 103629 | 454 ml bottle |
| Chlorhexidene(Novadent) | Zoetis | CDMV # 8908 | 236 ml bottle |
| High Fructose Corn Syrup | Natures Flavours | HFCS-55 | 1 Gallon bottle |
| Materials | |||
| PE90 tubing | Becton Dickinson and Company | VWR # CA-63019-080A | 100 ft/coil |
| PE160 tubing | Becton Dickinson and Company | VWR # CA-63018-747 | 100 ft/coil |
| Polypropylene Mesh | Small Parts Inc. | CMP-0297-D | |
| Soldering iron | Product can be bought at any hardware store | ||
| # 64 Elastic bands | Staples Office supplies | Item # 13556 | Product can be bought at any office supply store |
| 15 G thin-walled 3.5 inch needles | VWR # CABD1108 | 12 needles per pack | |
| Electric razor (1/2 in wide blade) | Product can be bought at any pet supply store | ||
| Percision Glide Needles 20 G needles (1 ½ in) | Becton Dickinson and Company | Fisher # 14-826D | |
| Percision Glide Needles 16 G needles (1 ½ in) | Becton Dickinson and Company | Fisher # 14-826-5D | |
| Operant conditioning chambers | Med Associates Inc. | ENV-008-CTC | |
| Sound attenuating chamber | Med Associates Inc. | ENV-018M | |
| MED PC IV software | Med Associates Inc. | SOF-735 | |
| Syringe Pumps | Razel Scientific Instruments | ||
| Disposable plastic swivel assembly | Med Associates Inc. | PHM-115I | |
| Tygone Microbore tubing | Saint Gobain Performance Plastics | Fisher # 1417015B | 500 ft/coil |
References
- Avena, N. M., Bocarsly, M. E., Hoebel, B. G., Gold, M. S. Overlaps in the nosology of substance abuse and overeating: the translational implications of "food addiction". Curr. Drug Abuse Rev. 4 (3), 133-139 (2011).
- Ifland, J. R., Preuss, H. G., et al. Refined food addiction: a classic substance use disorder. Med. Hyp. 72, 518-526 (2009).
- Volkow, N., Wise, R. A. How can drug addiction help us understand obesity. Nat. Neurosci. 8 (5), 555-560 (2005).
- Gearhardt, A. N., Davis, C., Kuschner, R., Brownell, K. D. The addiction potential of hyperpalatable foods. Curr. Drug Abuse Rev. 4 (3), 140-145 (2011).
- Gearhardt, A. N., Yokum, S., Orr, P. T., Stice, E., Corbin, W. R., Brownell, K. D. Neural correlates of food addiction. Arch. Gen. Psychiatry. 68 (8), 808-816 (2011).
- Volkow, N. D., Wang, G., Fowler, J. S., Telang, F. Overlapping neuronal circuits in addiction and obesity: evidence of systems pathology. Philos. Trans. Royal Soc. 363, 3191-3200 (2008).
- Alsiö, J., Olszewski, P. K., Levine, A. S., Schiöth, H. B. Feed-forward mechanisms: addiction-like behavioral and molecular adaptations in overeating. Front. Neuroendocrinol. 33 (2), 127-139 (2012).
- Johnson, P. M., Kenny, P. J. Dopamine D2 receptors in addiction-like reward dysfunction and compulsive eating in obese rats. Nat. Neurosci. 13 (5), 635-644 (2010).
- Bray, G. A., Nielsen, S. J., Popkin, B. M. Consumption of high-fructose corn syrup in beverages may play a role in the epidemic of obesity. Am. J. Clin. Nutr. 79 (4), (2004).
- Forshee, R. A., Storey, M. L., et al. A critical examination of the evidence relating high fructose corn syrup and weight gain. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 47 (6), 561-582 (2007).
- Moeller, S. M., Fryhofer, S. A., Osbahr, A. J., Robinowitz, The effects of high fructose corn syrup. J. Am. Coll. Nutr. 28 (6), 619-626 (2009).
- White, J. S., Foreyt, J. P., Melanson, K. J., Angelopoulos, T. J. High fructose corn syrup: Controversies and common sense. Am. J. Lifestyle Med. 4 (6), 515-520 (2010).
- Grill, H. J., Norgren, R. The taste reactivity test. I. Mimetic responses to gustatory stimuli in neurologically normal rats. Brain Res. 143 (2), 263-279 (1978).
- Limebeer, C. L., Vemuri, V. K., et al. Inverse agonism of cannabinoid CB1 receptors potentiates LiCl-induced nausea in the conditioned gaping model in rats. Br. J. Pharmacol. 161 (2), 336-349 (2010).
- DeBold, R. C., Miller, N. E., Jensen, D. D. Effect of strength of drive determined by a new technique for appetitive classical conditioning of rats. J. Comp. Physiol.Psychol. 59 (1), 102-108 (1965).
- Panksepp, J., Trowill, J. A. Intraoral self injection: I. Effects of delay of reinforcement on resistance to extinction and implications for self-stimulation. Psychonomic Sci. 9 (7), 405-406 (1967).
- Panksepp, J., Trowill, J. A. Intraoral self injection: II. The simulation of self-stimulation phenomena with a conventional reward. Psychonomic Sci. 9 (7), 407-408 (1967).
- Richardson, N. R., Roberts, D. C. Progressive ratio schedules in drug self-administration studies in rats: a method to evaluate reinforcing efficacy. J. Neurosci. Methods. 66, 1-11 (1996).
- Berridge, K. C., Robinson, T. E. Parsing reward. Trends Neurosci. 26 (11), 507-501 (2003).
- Sclafani, A., Ackroff, K. Reinforcement value of sucrose measured by progressive ratio operant licking in the rat. Physiol. Behav. 79, 663-670 (2003).
- Houpt, K. A. Gastrointestinal factors in hunger and satiety. Neurosci. Biobehav. Rev. 6 (2), 145-164 (1982).
- Mazur, J. E. Effects of rate of reinforcement and rate of change on choice behaviour in transition. J. Exp. Psychol. 50 (2), 111-128 (1997).
- Samaha, A. N., Robinson, T. E. Why does the rapid delivery of drugs to the brain promote addiction. Trends Pharmacol. Sci. 26 (2), 82-87 (2005).
- Berridge, K. C., Kringelbach, M. L. Affective neuroscience of pleasure: reward in humans and animals. Psychopharmacology. 199 (3), 457-480 (2008).
- Kelley, A. E., Berridge, K. C. The neuroscience of natural rewards: relevance to addictive drugs. J. Neurosci. 22 (9), 3306-3311 (2002).
- Shaham, Y., Shalev, U., Lu, L., De Wit, H., Stewart, J. The reinstatement model of drug relapse: history, methodology and major findings. Psychopharmacology. 168 (1-2), 3-20 (2003).
- de Wit, H., Stewart, J. Drug reinstatement of heroin-reinforced responding in the rat. Psychopharmacology. 79 (1), 29-31 (1983).
- Schmidt, H. D., Anderson, S. M., Famous, K. R., Kumaresan, V., Pierce, R. C. Anatomy and pharmacology of cocaine priming-induced reinstatement of drug seeking. Eur. J. Pharmacol. 526 (1-3), 65-76 (2005).
- Dunnigan, M. G., Ford, J. S. A. The insulin response to intravenous fructose in relation to blood glucose levels. J. Clin. Endocrinol. Metab. 40 (4), 629-635 (1975).
- Crapo, P. A., Kolterman, O. G., Olefsky, J. M. Effects of oral fructose in normal, diabetic, and impaired glucose tolerance subjects. Diabetes Care. 3 (5), 575-582 (1980).
- Lê, K. A., Tappy, L. Metabolic effects of fructose. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 9 (4), 469-475 (2006).
- Scheggi, M. E., Secci, G., Marchese, M. G., De Montis, C., Gambarana, Influence of palatability on motivation to operate for caloric and non-caloric food in non food-deprived and food-deprived rats. 신경과학. 236, (2013).
- Sclafani, A., Lucas, F., Ackroff, K. The importance of taste and palatability in carbohydrate-induced overeating in rats. Am. J. Physiol. 270 (6), 1197-1202 (1996).
- Roberts, D. C. S., Loh, E. A., Vickers, G. Self-administration of cocaine on a progressive ratio schedule in rats: dose-response relationship and effect of haloperidol pretreatment. Psychopharmacology. 97 (4), 535-538 (1989).
- Reilly, S. Reinforcement value of gustatory stimuli determined by progressive ratio Performance. Pharmacol. Biochem. Behav. 63 (2), 301-311 (1999).
- Zittel-Lazarini, A., Cador, M., Ahmed, S. H. A critical transition in cocaine self-administration: Behavioral and neurobiological implications. Psychopharmacology. 192 (3), 337-146 (2007).
- Stanhope, K. L., Havel, P. J. Endocrine and metabolic effects of consuming beverages sweetened with fructose, glucose, sucrose, or high fructose corn syrup Am. J. Clin. Nutr. 88 (6), 17335-17375 (2008).
- Deroche-Gamonet, V., Belin, B., Piazza, P. V. Evidence for addiction-like behaviour in the rat. Science. 305, 1014-1017 (2004).
