La motivazione per la ricompensa dell'alcol: predittori di auto-somministrazione di alcol per via endovenosa progressiva negli esseri umani

Summary

Questo studio mira a dimostrare che il paradigma Progressive-Ratio Computer-assisted Alcohol-Infusion System (CAIS) è un metodo affidabile e sensibile che può essere utilizzato per esaminare le proprietà motivanti associate all’auto-somministrazione di alcol negli esseri umani.

Abstract

Il paradigma di auto-somministrazione del Progressive Ratio (PR) è un metodo pre-clinico comune utilizzato per esaminare la motivazione di un farmaco attribuito a un desiderio, una ricompensa o il sollievo dell’affetto negativo. Il sistema di infusione di alcol assistito da computer (CAIS) consente il comportamento di auto-somministrazione di alcol per via endovenosa negli esseri umani. Questo sistema fornisce allo sperimentatore il controllo sulla traiettoria di ogni ricompensa incrementale di concentrazione di alcol nel respiro (BrAC) e sul BrAC massimo consentito in una sessione. Questo paradigma consente ai partecipanti di guadagnare questi premi alcolici utilizzando una sequenza di pressioni di pulsanti specificati dallo sperimentatore. Il sistema utilizza un algoritmo basato su modelli farmacocinetici basati sulla fisiologia per ottenere la stessa esposizione incrementale a BrAC in ogni partecipante. I partecipanti (n = 11) hanno preso parte a due sessioni identiche per esaminare l’affidabilità del test-retest e un gruppo aggiuntivo (n = 73) ha completato una singola sessione. Le sessioni sono iniziate con una fase di priming di 25 minuti: ai partecipanti è stato chiesto di premere un pulsante un numero crescente di volte per ricompensa, accumulando quattro traiettorie BrAC incrementali standardizzate. La seconda fase comprendeva un paradigma ad-lib e PR della durata di 125 minuti. Ogni ricompensa richiedeva un numero crescente di pressioni di pulsanti. Le misure di auto-somministrazione includevano: BrAC medio e di picco, premi totali guadagnati, grammi totali di etanolo consumati per unità di acqua corporea totale, numero totale di pressioni di pulsanti e tasso medio di pressione dei pulsanti. Le misure di autosomministrazione sono state altamente correlate sia tra le sessioni che all’interno di esse, dimostrando l’affidabilità del test-retest e la coerenza interna. La storia recente del consumo di alcol è stata fortemente associata a misure di auto-somministrazione; I bevitori più pesanti hanno scelto una maggiore autosomministrazione di alcol. Questi risultati indicano l’affidabilità e la sensibilità di questo metodo di auto-somministrazione endovenosa di alcol a rapporto progressivo per valutare le proprietà motivazionali dell’alcol, con il potenziale per migliorare i test dell’efficacia di nuovi farmaci pensati per ridurre il consumo di alcol. Questo metodo può essere utilizzato per comprendere i determinanti genetici e ambientali dell’auto-somministrazione di alcol negli esseri umani.

Introduction

Le proprietà di dipendenza dei farmaci possono essere valutate utilizzando paradigmi di auto-somministrazione. I paradigmi di autosomministrazione sono stati utilizzati per studiare lo sviluppo della dipendenza da alcol nei modelli animali ^1,2,3, nonché l’efficacia dei farmaci usati per trattare la dipendenza da alcol riducendo il consumo di alcol negli individui ^4,5,6. Al fine di valutare le proprietà motivazionali dell’alcol, è stato sviluppato un paradigma di pianificazione del rapporto progressivo (PR) utilizzando alcol per via endovenosa. I programmi di PR richiedono una quantità di lavoro predefinita e crescente per ottenere la ricompensa successiva. L’ultimo livello di lavoro completato per ottenere una ricompensa (ricompense totali guadagnate) è chiamato punto di rottura (BP). Quindi, BP è una misura della motivazione per quel rinforzo.

Le indagini precliniche hanno utilizzato il paradigma del PR schedule per valutare una varietà di fattori coinvolti nella motivazione a lavorare per l’etanolo, come i recettori sigma^7,8, il recettore dei glucocorticoidi⁹, i determinanti genetici 10^, nonché lo screening per bersagli molecolari per lo sviluppo di farmaci¹¹. Gli studi sull’uomo sono stati meno estesi nel loro uso del paradigma PR per caratterizzare la motivazione per la ricerca di alcol, sebbene sia stato utilizzato per studiare altre droghe d’abuso come l’eroina e la cocaina^12,13.

Gli studi sull’alcol umano che impiegano un programma di PR hanno utilizzato principalmente metodi di auto-somministrazione orale di alcol, esaminando l’effetto del naltrexone¹⁴, nonché il ruolo della dopamina 15 e della nicotina¹⁶ nell’auto-somministrazione di alcol. In questi studi, l’alcol è tipicamente somministrato dall’ingestione di una miscela di alcol a varie concentrazioni in una varietà di veicoli ed è spesso condotto in un “ambiente bar di laboratorio”. Offrono “bevande standardizzate” che contengono quantità fisse di alcol per bevanda o quantità di alcol aggiustate per il peso corporeo per bevanda 4,5,6,17,18^, generalmente stabilendo un’esposizione massima. I paradigmi PR di ingestione incontrano diverse difficoltà legate al dosaggio. Una sostanziale variabilità nell’assorbimento e minori quantità nella distribuzione e nel metabolismo dell’alcol tra i partecipanti significa che la traiettoria BrAC incrementale dopo il consumo di ciascuna ricompensa non può essere controllata o standardizzata. La quantità di alcol fornita deve essere limitata in modo che il BrAC cumulativo dell’assorbitore più veloce non superi i limiti di sicurezza¹⁹. La motivazione a cercare l’alcol è anche soggetta a variazioni nelle aspettative e nell’esperienza dei partecipanti per quanto riguarda le caratteristiche della bevanda utilizzata.

Un approccio alternativo include la somministrazione endovenosa (IV) di alcol. Il metodo del sistema di autosomministrazione di alcol per via endovenosa qui descritto utilizza un modello farmacocinetico basato sulla fisiologia (PBPK) per calcolare continuamente le velocità precise di infusione necessarie per produrre un BrAC specifico. I parametri del modello PBPK sono individualizzati, in base a valori noti di età, sesso, altezza e peso. La compensazione delle differenze individuali nella farmacocinetica dell’alcol e l’eliminazione della variabilità nell’assorbimento consentono il controllo diretto dell’esposizione incrementale all’alcol piuttosto secondariamente attraverso il suo dosaggio. Questa regolazione in tempo reale fornisce allo sperimentatore il controllo sul corso temporale del BrAC incrementale di una persona a qualsiasi velocità, livello e durata dell’esposizione desiderata^20,21. Le esposizioni incrementali sono le stesse per ogni partecipante, producendo un paradigma in cui la variazione nella traiettoria complessiva riflette la variazione della motivazione del partecipante piuttosto che le variazioni farmacocinetiche. Poiché questo sistema di autosomministrazione endovenosa di alcol calcola il futuro decorso temporale di BrAC in tempo reale, l’inizio di una ricompensa che supererebbe un limite di sicurezza preimpostato può essere precluso²². Pertanto, ogni partecipante gode di un accesso sicuro all’intera gamma di esposizione progettata nell’esperimento. Con la somministrazione endovenosa, il partecipante non ha nemmeno esperienza su cui basare le aspettative sulle conseguenze del bere diverse dall’effetto dell’alcol.

Precedenti studi di auto-somministrazione di alcol per via endovenosa utilizzando un paradigma ad accesso libero hanno dimostrato un’elevata variabilità tra gli individui nel comportamento di auto-somministrazione²³ e un’elevata affidabilità test-retest in sessioni ripetute in bevitori sani non dipendenti²⁴. L’autosomministrazione endovenosa di alcol è stata utilizzata in uno studio pilota che ha impiegato un compito attentivo come forma di lavoro richiesta. Lo studio ha concluso che il paradigma è efficace per rilevare un’interazione tra genotipo e trattamento con lorazepam nella motivazione per la ricerca di alcol²⁵. Il lavoro successivo ha identificato le differenze di sesso in risposta all’astinenza²⁶. Questo modello ha dimostrato di essere un modello parallelo traslazionale umano per comportamenti “vogliosi” pre-clinici²⁷. Un altro studio che utilizza questo sistema ha dimostrato che quelli indotti in una condizione di umore negativa che hanno mostrato maggiori punteggi di urgenza negativa avevano un punto di rottura più alto e un lavoro cumulativo più elevato con effetti specifici di genere^28,29.

Nel presente studio, le ricompense BrAC sono state fornite infondendo una soluzione di etanolo V / V al 6% attraverso una vena nella fossa ante-cubitale del gomito³⁰. Il lavoro è stato definito dal numero di pressioni di pulsanti necessarie per ricevere un aumento incrementale di BrAC. Il numero di pressioni dei pulsanti aumentava per ogni ricompensa successiva. Nel momento in cui il partecipante stava lavorando per la sua decima^ricompensa, gli è stato richiesto di premere il pulsante 1.600 volte, e per il 15^°, quasi 10.000 volte. Ogni ricompensa comprendeva un aumento di 7,5 mg / dL rispetto all’attuale BrAC, salendo al tasso di 3,0 mg / dL al minuto per 2,5 minuti, quindi discendendo al tasso di -1,0 mg / dL al minuto fino all’inizio della ricompensa successiva. I primi 25 minuti comprendevano quattro esposizioni di priming indotte a 2,5 minuti di distanza, cioè ricevendo tutte e quattro le esposizioni di priming entro i primi 10 minuti, con un picco di BrAC vicino a 30 mg / dL. Questa procedura ha permesso al partecipante di sperimentare una ricompensa alcolica e di esercitarsi nell’uso del pulsante. Poi il partecipante ha riposato per 15 minuti. Dopo questo intervallo di innesco di 25 minuti, è iniziato un periodo di PR ad-lib della durata di 2 ore. Le misure di auto-somministrazione includevano: BrAC medio e di picco, premi totali guadagnati, grammi totali di EtOH consumati per unità di acqua corporea totale, numero totale di pressioni di pulsanti e tasso medio di pressione dei pulsanti.

Ad oggi, ci sono stati un piccolo numero di studi sui programmi di PR con alcol negli esseri umani e meno usando alcol IV. Pertanto, lo studio mirava a sviluppare un modello con un programma di pubbliche relazioni utilizzando un sistema di auto-amministrazione assistito da computer a cui gli esseri umani avrebbero risposto. Il secondo obiettivo era valutare l’affidabilità test-retest delle misure di alcol PR come l’esposizione BrAC derivante dal comportamento di auto-somministrazione di alcol e dalla risposta in partecipanti sani non dipendenti. Il terzo obiettivo era quello di esaminare l’influenza della recente storia di bere e sesso su questo comportamento di auto-somministrazione di alcol. Poiché l’esposizione incrementale al BrAC era la stessa tra i partecipanti, è stato possibile valutare l’influenza di questi fattori e le risposte individuali all’alcol. Altri fattori di interesse erano le misure di personalità e aspettativa.

Dimostrando la ripetibilità della risposta dell’individuo al programma di PR e la sua sensibilità a vari determinanti (come la recente storia del bere), questo paradigma può essere qualificato per valutare l’efficacia dei farmaci sulla motivazione per il disturbo da uso di alcol, nonché il ruolo della genetica nel disturbo da uso di alcol. Questo approccio di laboratorio migliorerebbe la comprensione dei determinanti sia genetici che ambientali del comportamento di auto-somministrazione di alcol e della motivazione a consumare alcol.

Protocol

Questo protocollo segue le linee guida del comitato etico per la ricerca umana del National Institutes of Health. 1. Misure infermieristiche iniziali e messa a punto Eseguire un test dell’etilometro per garantire un BrAC zero. Prendi i parametri vitali di interesse come la temperatura, la frequenza respiratoria, la pressione sanguigna e la frequenza cardiaca. Conferma età e sesso. Prendi altezza (cm) e peso (kg). Raccogliere un campione di urina per uno screening di droga delle urine per tutti i partecipanti. Eseguire un test di gravidanza beta-hCG delle urine per le femmine. Assicurati che entrambi siano negativi per continuare lo studio. Fornire ai partecipanti un pasto metabolico standardizzato da 350 kcal. Completare una breve anamnesi per determinare eventuali recenti visite ospedaliere, malattie, nuovi farmaci dopo la loro visita di screening per eventuali cambiamenti che potrebbero influire significativamente sulla loro sicurezza durante lo studio e sulla qualità dei dati raccolti. Somministrare un recente questionario sulla storia del consumo di alcol per valutare eventuali cambiamenti nel consumo di alcol dopo la visita di screening. Se ci sono risultati medici clinicamente significativi, avvisare il personale infermieristico e di ricerca. Inserire un catetere IV da 20 G in una vena nella fossa antecubitale del braccio non dominante per l’infusione di alcol. Fissare il posizionamento, lavare il catetere permanente con 5 ml di lavaggio salino preriempito e chiudere il catetere. Confermare la consegna dell’infuso alcolico, incluso il nome del partecipante, l’età, il sesso e la data di scadenza. Ottenere aliquote da entrambe le sacche IV e testare la soluzione per la corretta concentrazione di alcol utilizzando un rifrattometro. Istruire il partecipante a svuotare la vescica. Amministrare le misure di interesse di base. 2. Configurare la pompa IV Assicurarsi che la pompa IV sia collegata a una presa. Collegare il tubo IV standard alle sacche per infusione. Far passare l’infuso per l’intera lunghezza del tubo IV utilizzando la pompa IV per saturare la superficie interna del tubo e scovare eventuali bolle d’aria significative. Scegli abbastanza set di tubi tra il braccio del partecipante da infusare e la pompa IV in base alla vicinanza al bagno in modo che il partecipante possa utilizzare il bagno pur rimanendo collegato alla pompa IV. Collegare il cavo Ethernet dal computer alla pompa. Accendere la pompa premendo il pulsante grigio di accensione in alto a destra. Premere il pulsante Volume infuso sul lato sinistro. Assicurati che i numeri leggano zero. Se i numeri non leggono zero, premere il pulsante Cancella . Premere il pulsante Opzioni/Modifica . Premere il numero 4 per selezionare l’opzione di controllo del computer. Utilizzare i pulsanti freccia nella riga superiore della pompa per selezionare Sì e premere Invio. Assicurarsi che nella parte superiore dello schermo della pompa sia presente un controllo computer . 3. Configurare il portatile (Figura 1) NOTA: Le sezioni seguenti vengono eseguite utilizzando il software e gli accessori associati al sistema CAIS. Collegare il pulsante Drink che il partecipante utilizza per fare clic per le bevande nel portale USB più vicino al partecipante. Assicurarsi che il pulsante Drink sia collegato prima di aprire il software, altrimenti il software non rileverà il pulsante. Inserire il dongle. Selezionare l’unità per immettere la password. Una volta accettata la password, aprire l’unità denominata SecuDrive per accedere al software. Fare doppio clic sull’icona del software. Clicca su File > Nuova Sessione Creare un nome file utilizzando il numero di partecipante desiderato. Salva i dati sul desktop, non sul dongle, poiché il software potrebbe sovraccaricare il dongle e bloccarsi. Seleziona l’esperimento PR dal menu a discesa Seleziona esperimento. Quando viene visualizzata la schermata di configurazione che richiede ulteriori informazioni sul partecipante, compilare i campi che richiedono il numero di identificazione del partecipante, selezionare “Standard” come tipo di studio, quindi inserire sesso ed età nei campi opportunamente etichettati. Inserisci altezza (cm) e peso (kg) nei campi obbligatori utilizzando i dati raccolti in precedenza durante la visita. Fare clic sul pulsante Invia .NOTA: Il pannello grafico e la finestra di benvenuto per il partecipante appariranno ora sullo schermo. Spostare la finestra sul monitor del partecipante facendo clic e trascinando sullo schermo. Ingrandisci a schermo intero in modo che il partecipante possa vederlo. 4. Sessione di autosomministrazione del Progressive Ratio (PR) (Figura 2) Offri ai partecipanti una pausa bagno prima di iniziare. Successivamente, collegare il tubo IV dalle sacche di infusione al partecipante. Leggere le istruzioni per il partecipante.NOTA: Le istruzioni dovrebbero includere ciò che i partecipanti non sono autorizzati a fare (ad esempio, leggere, lavorare, usare il telefono), cosa accadrà durante l’esperimento, come le misure seriali raccolte e qualsiasi informazione riguardante la crescente scala di lavoro per ricevere bevande. Sul laptop, fare clic sul pulsante Start / Esegui nella parte superiore dello schermo.NOTA: sul monitor dei partecipanti viene visualizzato un messaggio che li informa di fare clic sul pulsante Drink per i premi di priming. Istruire il partecipante a premere il pulsante Drink non appena il monitor gli chiede di assumere le quattro dosi di adescamento standardizzate individualmente. Ricorda al partecipante di iniziare a premere il pulsante Drink ogni volta che appare il prompt dello schermo in modo che raggiunga il BrAC previsto entro 10 minuti.NOTA: L’intera fase di adescamento dovrebbe durare 10 min. Le dosi richiedono rispettivamente 2, 4, 7 e 10 pressioni di pulsanti per raggiungere circa 30 mg / dL (0,030 g / dL). Al minuto 10 (immediatamente dopo l’ultima bevanda di adescamento), raccogliere il BrAC e la pressione sanguigna. Amministrare le misure di risposta soggettive. Inserisci il BrAC nel software premendo Ctrl + B e digitando il valore (ad esempio, 0.030). Ciò farà sì che l’algoritmo si adegui, se necessario. Ripeti questo passaggio ogni volta che viene raccolto un BrAC. Lasciare riposare il partecipante per 10 minuti.NOTA: Il sistema di infusione continuerà a fornire l’infuso con un profilo di velocità che raggiunge una discesa lineare in BrAC e non conterà alcuna pressione del pulsante fino all’inizio della fase ad-lib. Al minuto 20, raccogliere il BrAC e la pressione sanguigna. Amministrare le misure di risposta soggettive. Al minuto 25, informare il partecipante che la barra è aperta e includere eventuali ulteriori istruzioni necessarie per l’esperimento. Non interrompere gli sforzi di lavoro quando si raccolgono misure dal partecipante.NOTA: Questa istruzione segna il passaggio dalla fase di priming alla fase di autosomministrazione volontaria; I partecipanti stanno ora lavorando per guadagnare una ricompensa in qualsiasi momento e tasso che desiderano o per fermarsi o fermarsi. Ogni bevanda richiede un numero crescente di pressioni di pulsanti prima che la ricompensa venga avviata. Al minuto 45, raccogliere il BrAC, la pressione sanguigna e le misure di risposta soggettiva. Continuare a raccogliere misure di risposta soggettiva, pressione sanguigna e BrAC ogni 15 minuti fino al segno di 165 minuti. Immettere immediatamente le misure BrAC nel sistema per adattarsi a eventuali errori di modellazione. 5. Fine della sessione Fare clic sulla scheda Dati sul software e selezionare Esporta.Nota : il sistema creerà un file . File CAS di tutti i dati con timestamp rilevanti per l’esperimento, inclusi numero di partecipanti, date, dati morfometrici, parametri PBPK, traiettoria BrAC, profilo della velocità di infusione, misurazioni BrAC, cronologia della pressione dei pulsanti, alcol utilizzato, pause bagno e qualsiasi commento tecnico inserito durante la sessione. Le. Il file CAS è protetto da scrittura ma può essere utilizzato per riprodurre la sessione in qualsiasi data futura. Rimuovere il catetere IV. Premere il pulsante Volume Infuso sul lato sinistro della pompa per visualizzare i valori. Registrare il volume totale di infuso utilizzato nel foglio di flusso. Rimuovere il catetere IV. Continuare a raccogliere BrAC ogni 15-30 minuti fino a quando BrAC è inferiore a 20 mg / dL (0,02), o fino a quando i criteri di dimissione specifici dello studio sono soddisfatti.NOTA: il protocollo termina qui. I passaggi seguenti riguardano potenziali problemi di risoluzione dei problemi e l’analisi dei dati. 6. Risoluzione dei problemi relativi al pulsante Drink Non interrompere la sessione se il pulsante Drink perde la connessione con il software e non risponde più a una pressione. Rimuovere il pulsante Drink dalla porta e posizionarlo in una porta diversa del computer.NOTA: la porta originale non viene più riconosciuta dal software. Fare clic su Visualizza nella schermata del software, scorrere fino in fondo e selezionare Map Drink Buttons. Dopo che sullo schermo viene visualizzata una finestra pop-up, selezionare il pulsante Bevi (che segnala al software la sua nuova posizione) in modo che venga inserito l’indirizzo della nuova posizione del pulsante per il pulsante Bevi. Selezionare OK nella finestra popup sullo schermo del computer. Premi di nuovo il pulsante Bevi e lascia che il partecipante accetti la bevanda.

Representative Results

I volontari sono stati pre-selezionati tramite intervista telefonica e portati per una visita di screening iniziale. Sono stati condotti un esame fisico e una storia medica, esami del sangue per la funzionalità epatica e la chimica del sangue di routine e uno screening delle urine per le droghe illegali. La storia recente del consumo di alcol è stata valutata utilizzando il Timeline Followback (TLFB) di 90 giorni31 e il test di identificazione del disturbo da uso di alcol (AUDIT)32. I partecipanti sono stati esclusi se hanno problemi medici clinicamente significativi, uso di farmaci da prescrizione o da banco (OTC) noti per interagire con l’alcol nelle ultime 2-4 settimane, vita o diagnosi attuale di dipendenza da sostanze o alcol; attualmente in cerca di trattamento per i disturbi da uso di alcol; la presenza di sintomi di astinenza clinicamente significativi (un punteggio >8 sul Clinical Institute Withdrawal Assessment (CIWA))33, o la gravidanza nelle donne. Altri studi sulla somministrazione di alcol IV hanno incluso partecipanti con una diagnosi a vita di dipendenza da alcol, così come corrente se il partecipante non è in cerca di trattamento. Per comprendere meglio il ruolo delle aspettative di alcol sulla motivazione per i premi di alcol, è stato somministrato il questionario sugli effetti dell’alcol (AEFQ)34 . Inoltre, sono state raccolte misure di risposta soggettiva al basale e in serie durante la sessione di studio per esaminare l’urgenza di alcol utilizzando il CAIS Experience Questionnaire (CEQ), l’Alcohol Urge Questionnaire (AUQ)35 e gli effetti dell’alcol utilizzando il Drug Effects Questionnaire (DEQ)36. Le misure del rapporto progressivo di lavoro includono il numero totale di pressioni di pulsanti in tutte le ricompense, il numero totale di pressioni di pulsanti falsi (un tentativo incompleto di premere il pulsante / o premere più velocemente la velocità massima), il tempo totale di ricompensa (la quantità di tempo trascorso a premere il pulsante per l’alcol), il tasso medio di pressione dei pulsanti e la frazione di pressione dei pulsanti falsi. Altre misure includevano: picco BrAC, BrAC medio, premi totali guadagnati e etanolo totale consumato. Queste misure non includono la parte di priming della sessione. I dati sono stati analizzati utilizzando il General Linear Model Univariate per confrontare le misure IV-ASA per maschi e femmine (Tabella 1) e Low Responders e High Responders (Tabella 2). Le analisi corlazionali r di Pearson sono state condotte per confrontare le misure IV-ASA della sessione 1 e della sessione 2 (Figura 3) e le misure IV-ASA con le recenti misure della storia del consumo di alcol (Figura 4). Infine, sono state condotte analisi univariate del modello lineare generale per confrontare i rispondenti bassi e alti sulle misure delle aspettative di alcol (Figura 5) e sulle misure di risposta soggettiva durante la fase di priming (Figura 6) e per i punteggi di risposta soggettiva di picco (Figura 7). Centoquindici partecipanti sani e non alcol-dipendenti sono stati reclutati per questo studio. Sedici partecipanti sono stati esclusi a causa di problemi di disponibilità, otto a causa di crash del sistema durante la 2a visita di infusione, sei a causa di motivi medici (ad esempio, bassa pressione sanguigna, svenimento, ecc.) e uno dal non soddisfare icriteri di inclusione (cioè diagnosi di dipendenza da alcol). Pertanto, un totale di 84 partecipanti sono stati utilizzati nell’analisi finale. Il campione era composto per il 54,8% da maschi (n = 46) e per il 67,9% da bianchi/caucasici (n = 57). La tabella 3 riassume i dati demografici del campione analitico. Gli effetti delle differenze sessuali sono stati valutati sia sulle misure della storia del consumo di alcol che sui risultati della sessione (Tabella 1). Le femmine e i maschi non erano significativamente diversi sulle recenti misure della storia del consumo di alcol, come riportato dall’AUDIT e TLFB 90 Days. Per quanto riguarda le misure di sessione, l’unica differenza di sesso statisticamente significativa era la quantità totale di EtOH consumata. Questa differenza significativa era prevista dato che i maschi hanno maggiori volumi totali di acqua corporea di distribuzione dell’alcol rispetto alle femmine, e queste differenze farmacocinetiche sono regolate dal programma. Il sesso era una covariante in tutte le ulteriori analisi. Un sottogruppo di partecipanti (N = 11) ha completato due sessioni identiche. I coefficienti di correlazione r di Pearson sono stati calcolati confrontando le variabili di auto-somministrazione della sessione 1 e della sessione 2 del picco BrAC, i premi totali guadagnati, il numero totale di pressioni dei pulsanti e il tasso medio di pressione dei pulsanti. L’r di Pearson variava da 0,81 a 0,96 (P ≤ 0,002). C’era un’elevata affidabilità test-retest per il metodo del rapporto progressivo per tutte le misure di autosomministrazione (Figura 3). I coefficienti di correlazione sono stati utilizzati anche per esaminare la coerenza interna tra le misure di autosomministrazione. L’r di Pearson variava da 0,71 a 0,96 (p < 0,01). Come previsto, il numero totale di premi era fortemente correlato con il picco di BrAC, il BrAC medio e l'EtOH totale infuso (dati non mostrati). Come previsto, c’è stata una sostanziale variabilità nel comportamento di auto-somministrazione (Figura 8). Confrontando i dati delle sessioni con la recente storia di bere, abbiamo scoperto che il numero di giorni di consumo negli ultimi 90 giorni era strettamente associato ai comportamenti di consumo in laboratorio (Figura 4). Queste associazioni includono misure regolari come BrAC di picco, BrAC medio (non mostrato nella figura) e EtOH totale. Le misure specifiche del sistema, come il tasso medio e la frazione di false pressioni di pulsanti, sono state anche associate a recenti misure di storia del bere. L’r di Pearson variava da 0,257 a 0,314 (p ≤ 0,025). Per valutare la relazione tra il comportamento di ricerca dell’alcol e le risposte soggettive durante la sessione, è stata condotta una divisione mediana (mediana = 5) sul totale delle ricompense guadagnate, ottenendo 2 gruppi etichettati come low responders e high responder. Gli high responder avevano misure significativamente più elevate della storia del consumo totale di bevande negli ultimi 90 giorni e del numero di giorni di consumo pesante negli ultimi 90 giorni (Tabella 2). Come previsto, i responder più alti hanno premuto un numero significativamente maggiore di volte per le infusioni durante la sessione rispetto ai rispondenti bassi e hanno trascorso più tempo a lavorare per quelle ricompense (tutti i p < 0,001). Le risposte soggettive sono state analizzate confrontando le medie di gruppo al basale durante la fase di priming PR come durante la fase di auto-amministrazione PR. I pazienti con risposta bassa hanno riportato aspettative complessivamente negative di alcol (p = 0,023) al basale, comprese le aspettative di deterioramento cognitivo e fisico (p = 0,022) (Figura 5). Durante la fase di priming, i pazienti con risposta bassa e alta erano significativamente diversi su entrambe le misure CEQ e DEQ (Figura 6). I soccorritori alti sarebbero stati disposti a pagare più soldi per il loro prossimo drink (p = 0,038). I pazienti a bassa risposta hanno sentito di più l’alcol dopo l’adescamento (p = 0,001) e si sono sentiti più intossicati dopo l’adescamento (p < 0,001). Durante la fase di PR open bar, i rispondenti alti e bassi erano significativamente diversi sulle misure DEQ di “gradimento” (p = 0,014) e “bisogno” (p = 0,001) di alcol (Figura 7). I pazienti che hanno risposto con un maggiore desiderio di alcol, come si vede nel punteggio totale AUQ (p = 0,003). Erano anche ancora disposti a pagare di più per il loro prossimo drink alla fine della fase di PR open bar (p < 0,001). Figura 1: Impostazione della sessione di prova dei materiali. Schema della configurazione della pompa IV, del pulsante di lavoro, del laptop e della schermata di immissione dati dal software. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura. Figura 2: Cronologia degli eventi. Sequenza temporale della sessione di priming, della sessione ad-lib e delle misure raccolte. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura. Figura 3: Affidabilità test-retest in n = 11 soggetti che eseguono 2 sessioni identiche. La sessione 1 si trova sull’asse x e la sessione 2 sull’asse y. C’erano correlazioni statisticamente significative tra le misure di consumo della sessione 1 e della sessione 2 per: picco BrAC, premi totali guadagnati, numero totale di pressioni di pulsanti e tasso medio di pressione dei pulsanti. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura. Figura 4: Storia recente del consumo di alcol e misure di sessione. Rappresentazione grafica della relazione statisticamente significativa tra la storia passata del consumo di alcol utilizzando il Timeline Followback (TLFB) di 90 giorni e le misure di consumo durante la sessione di auto-somministrazione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura. Figura 5: Aspettative di alcol. Le aspettative di alcol al basale erano significativamente diverse tra i pazienti a bassa risposta rispetto a quelli ad alta risposta. I pazienti a bassa risposta si aspettavano più effetti negativi complessivi dall’alcol al basale e, in particolare, un maggiore deterioramento cognitivo e fisico a causa dell’alcol. *p < 0.05 Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura. Figura 6: Risposta soggettiva dopo la fase di priming. La risposta soggettiva al segno di 20 minuti era significativamente diversa tra i rispondenti bassi e quelli alti. Gli alti rispondenti erano disposti a pagare di più per il loro prossimo drink dopo l’adescamento, come indicato dal CEQ. I pazienti che hanno risposto hanno sentito l’alcol più direttamente dopo l’innesco e si sono sentiti più intossicati, come indicato dal DEQ. *p < 0,05; **p < 0,01; p < 0,001 Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura. Figura 7: Risposta soggettiva durante la fase di open bar a rapporto progressivo. La risposta soggettiva durante la fase open bar era significativamente diversa tra i pazienti a bassa risposta rispetto a quelli ad alta risposta. Gli alti responder hanno riportato punteggi di picco più alti per gradire l’alcol e volere l’alcol sul DEQ. Hanno anche riportato un picco più elevato di desiderio o voglia di alcol sull’AUQ. Gli high responder erano disposti a pagare di più per il loro prossimo drink alla fine della fase di open bar, come indicato dal CEQ. *p < 0,05; **p < 0,01; p < 0,001 Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura. Figura 8: Traiettorie BrAC. I grafici documentano le traiettorie BrAC previste durante l’intera sessione (compresa la fase di priming). Al minuto 10, la maggior parte dei partecipanti ha raggiunto un BrAC di 30 mg / dL, che era il BrAC desiderato per la fase di priming. La variabilità nella fase di auto-somministrazione riflette la sensibilità del paradigma alle differenze tra i partecipanti. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura. Femmine (N = 38) Maschi (N = 46) Storia del bere: Bevande totali 92,8 ± 120,7 93,9 ± 72,9 Giorni di consumo 25,1 ± 12,9 27,7 ± 14,3 Bevande al giorno 3.3 ± 2.3 3,4 ± 1,6 Giorni di consumo pesante 8,9 ± 11,5 6,4 ± 9,1 Misure della sessione: Picco BrAC 34,6 ± 17,7 37,9 ± 21,0 BrAC medio 21,4 ± 15,6 23,3 ± 18,7 Totale ricompense guadagnate 5,4 ± 3,3 5,5 ± 3,8 EtOH totale consumato (grammi) ** 16,8 ± 7,6 25,6 ± 15,0 Numero di pressioni dei pulsanti 2035,2 ± 2657,1 2940,7 ± 5179,5 Numero di pressioni di falsi pulsanti 445,7 ± 828,2 585,0 ± 1112,4 Tempo totale della ricompensa 1146,9 ± 1277,3 1460,0 ± 1643,3 Tasso medio di pressione dei pulsanti 1.9 ± 1.1 2,3 ± 1,6 La frazione di pressione dei pulsanti falsi 0.12 ± 0.12 0.16 ± 0.14 La frazione di pressione dei pulsanti falsi 0.12 ± 0.12 0.16 ± 0.14 Tabella 1: Differenze di sesso nelle misure di bere. Il primo panel riporta le misure TLFB (90 Day Timeline Followback). Maschi e femmine non erano significativamente diversi (p > 0,05) su qualsiasi misura della storia del bere, indicando che bevevano in modo simile al di fuori del laboratorio. Il secondo pannello mostra le misure di consumo della sessione. Maschi e femmine erano significativamente diversi solo sulla quantità totale di etanolo consumato (** p = 0,005). Questa differenza è commisurata alle differenze di sesso nell’acqua corporea totale e probabilmente riflette la differenza di consumo necessaria per raggiungere BrAC di picco comparabili. Bassa risposta (n = 45) Alti risponditori (N = 39) Storia del bere: Bevande totali* 73,5 ± 48,4 116,4 ± 129,4 Giorni di consumo 24,8 ± 13,6 28,7 ± 13,7 Bevande al giorno 3,2 ± 1,6 3,7 ± 2,3 Giorni di consumo eccessivo* 5,7 ± 7,4 9,6 ± 12,6 Misure della sessione: Picco BrAC** 26,4 ± 12,4 47,9 ± 20,0 BrAC medio** 12,6 ± 9,5 33,8 ± 17,4 Premi totali guadagnati** 2,5 ± 1,6 8,7 ± 1,9 EtOH totale consumato (g) ** 15,2 ± 6,6 29,1 ± 14,4 Numero di pressioni dei pulsanti** 225,1 ± 242,1 5191,8 ± 5046,0 Numero di falsi tasti premuti** 37,9 ± 75,3 1080,5 ± 1240,9 Tempo di ricompensa totale** 386,4 ± 961,3 2393,7 ± 1246,9 Tasso medio di pressione dei pulsanti** 1.7 ± 1.4 2,6 ± 1,4 Frazione di pressione di falsi pulsanti** 0,09 ± 0,11 0.20 ± 0.13 Tabella 2: Differenze di risposta bassa e alta nelle misure della storia del bere. La tabella riporta le misure di followback temporale di 90 giorni (TLFB) e le misure di autosomministrazione endovenosa (IV-ASA). I Low Responder e gli High Responder erano significativamente diversi sul totale delle bevande e sul numero di giorni di consumo pesante (tutti i p < 0,05). Queste differenze indicano che questi partecipanti hanno diverse storie di consumo che si sono riflesse anche nel loro comportamento di PR in laboratorio. I Low Responder avevano misure IV-ASA significativamente più basse rispetto agli High Responder (tutti i p < 0,001). Costruire Media ± S.D. (Percentuale) Sesso Femmina 38 (45.2%) Maschio 46 (54.8%) Razza Bianco 57 (67.9%) Afroamericano/Nero 12 (14.3%) Asiatico 9 (10.7%) Razza mista 5 (6.0%) Sconosciuto 1 (1.2%) Età 24,8 ± 3,0 Anni di formazione 15,9 ± 3,0 Reddito familiare Mediano $30.000–$39.999 Tabella 3: Dati demografici del campione analitico. Questa tabella fornisce una ripartizione delle caratteristiche del nostro campione.

Discussion

Questo protocollo fornisce la prova che una procedura di auto-somministrazione endovenosa di alcol a rapporto progressivo misura con successo la motivazione per il consumo di alcol negli esseri umani. La metodologia estende il modello originale pre-clinico progressivo nell’uomo³⁷. I risultati del test-retest indicano che questo paradigma fornisce un protocollo affidabile per testare la motivazione per la ricerca di alcol attraverso visite ripetute. Questo protocollo è anche sensibile alla variabilità nel comportamento di consumo di alcol durante una sessione, misure che possono avere il potenziale di influenzare la motivazione per l’alcol, come le aspettative di alcol, e di associare differenze nella storia recente del bere e può riflettere le risposte soggettive all’interno della sessione all’alcol. Il supporto per l’efficacia di questa procedura è stato pubblicato anche altrove, mostrando una maggiore risposta soggettiva in termini di desiderio di più alcol^27,28,29,38 e maggiore consumo di alcol ³⁹.

Poiché la somministrazione endovenosa di alcol è accoppiata con calcoli individualizzati basati su PBPK della velocità di infusione, si ottiene un miglioramento significativo rispetto ai metodi di alcol orale (che possono avere una differenza di 3-4 volte)¹⁹. CAIS riduce significativamente queste differenze interindividuali nella distribuzione e nell’eliminazione dell’alcol bypassando l’assorbimento gastrointestinale. Utilizzando il suddetto algoritmo basato sul modello PBPK²⁰, il sistema prescrive quindi la traiettoria incrementale di BrAC, che può quindi essere regolata dallo sperimentatore per il loro protocollo specifico^22,23,27.

Questo protocollo fornisce una piattaforma per il consumo di alcol che è semplice da modificare per adattarsi alle caratteristiche studiate nel gruppo di partecipanti e può essere adattata per riflettere la domanda di interesse. Ad esempio, l’inclusione di una fase di priming era specifica per questo studio; Altre opzioni sono di rimuovere la fase di priming o di fornire un livello target o un’esposizione specifici. Tali modifiche includono aggiustamenti alle proprietà della ricompensa, il lavoro richiesto per ottenere una ricompensa, i tempi di consegna dell’alcol, la durata dello studio, il cut-off di sicurezza e la capacità di includere una ricompensa alternativa, comunemente placebo (ad esempio, soluzione salina).

Negli esperimenti che utilizzano l’ingestione di alcol, l’attenzione ai problemi di sicurezza limita la quantità di alcol disponibile per il partecipante per la consegna nel corso di uno studio; il picco BrAC risultante è in genere molto più basso di quello che un partecipante consumerebbe al di fuori del laboratorio. Utilizzando l’infusione endovenosa combinata con la modellazione PBPK individualizzata e in tempo reale della traiettoria futura di BrAC, il sistema controlla l’esposizione. Può essere prescritto un limite di sicurezza e tutti i partecipanti hanno accesso ai BrAC di picco tipici del binge drinking, se lo desiderano. I limiti di sicurezza attualmente raccomandati sono 120 mg / dL nei bevitori moderati, 150 mg / dL nei forti bevitori e 180 mg / dL nei bevitori dipendenti. Nel paradigma del libero accesso, alcuni bevitori raggiungeranno e manterranno ancora questi limiti. Nel paradigma PR, l’esposizione BrAC di picco può essere limitata specificando la sequenza dei requisiti del set di lavoro, data l’esposizione incrementale alla ricompensa scelta. Utilizzando un metodo di rapporto progressivo, il risultato utilizzato per misurare il desiderio di alcol è la quantità di lavoro prodotto per ricevere un’esposizione all’alcol che soddisfa quel desiderio. Inoltre, la misura delle pressioni di falsi pulsanti può essere una limitazione. Altri fattori possono influenzare il numero di false pressioni dei pulsanti, come la fatica, il tipo di pulsante utilizzato (il nostro pulsante rispetto a un clic su un mouse) o l’intossicazione da alcol. Variazioni di questo approccio applicate da Plawecki et al. sono state utilizzate per superare questa limitazione utilizzando un compito PR modificato chiamato Constant Attention Task (CAT)^25,26.

La limitazione più importante è la mancanza di un ambiente naturalistico in quanto questa procedura viene tipicamente eseguita in un ambiente ospedaliero o di laboratorio e utilizza un metodo di somministrazione di alcol al di fuori dell’esperienza del partecipante. Più vantaggiosamente, eliminando i segnali ambientali per il consumo di alcol, questi vincoli consentono agli sperimentatori la flessibilità di introdurre nuovamente tali elementi nell’esperimento. Ad esempio, lo schermo del computer può essere formattato per includere un’impostazione della barra, la stanza in cui viene condotto l’esperimento potrebbe essere modificata per apparire più simile a una barra, possono essere introdotti anche segnali olfattivi di alcol o segnali visivi di alcol.

Il significato di questo metodo è che fornisce un controllo diretto dell’esposizione incrementale al BrAC, della gamma di resa e della flessibilità in termini di somministrazione di alcol che i metodi di alcol orale non possono fornire. È importante sottolineare che questo paradigma di auto-somministrazione di alcol per via endovenosa a rapporto progressivo traduce lo sforzo lavorativo in esposizioni coerenti all’interno e tra i partecipanti e producono risultati facilmente misurabili. Il file di impostazione che definisce le sequenze di lavoro e le esposizioni incrementali alla ricompensa è semplice da modificare e personalizzare per gli esperimenti. Un metodo alternativo per la prescrizione del lavoro che utilizza alcol IV e rapporto progressivo include una componente di attenzione^25,26. Questo metodo richiede che il partecipante lavori per l’alcol basato sull’esecuzione di un compito che richiede un’attenzione costante per essere eseguito con successo. Questo metodo si adatta per compensare sia gli effetti dell’alcol che la fatica.

Una delle applicazioni più importanti per questo metodo è lo sviluppo di farmaci in laboratorio. L’applicazione di questo sistema alle popolazioni cliniche rilevanti è una direzione molto promettente e importante per determinare l’efficacia dei farmaci sulla motivazione per i premi di alcol. Test-retest di questo protocollo supporta l’affidabilità delle misure, mentre il rapporto progressivo allevia la preoccupazione dei bevitori più pesanti di raggiungere il tetto BrAC pur mantenendo una misura che affronta direttamente la motivazione per la ricerca di alcol. Inoltre, l’uso di questo protocollo può fornire una migliore opportunità per esaminare i determinanti genetici e ambientali della ricerca di alcol.

Materials

Alcohol Infusate	AKORN Pharmaceuticals	https://www.akorn.com/	95% ethanol solution can be purchased and diluted to 6% V/V ethanol solution. Must contact company for a quote
Breath Alcohol Meter  Draeger models 6820 or 5820	Draeger Safety Diagnostics	https://www.draeger.com/en-us_us/Applications/Products/Breath-Alcohol-and-Drug-Testing/Alcohol-Screening-Devices/Alcotest-6820; https://www.draeger.com/en-us_us/Applications/Products/Breath-Alcohol-and-Drug-Testing/Alcohol-Screening-Devices/Draeger-Alcotest-5820	To collect breathalyzer readings
Computer-assisted Alcohol Infusion System (CAIS)	Indiana University		To adapt CAIS for one's own research aims, contact the corresponding author Dr. Bethany Stangl and Dr. Martin Plawecki
Digital Refractometer	Atago	PR-32α (atago-usa.com)	To test the alcohol concentration of the infusate
Griffin Powermate buttons	CDW Government Inc.		Item was discontinued 2018; currently working on a replacement
iMed Gemini PC-2TX Infusion Pump	Soma Technology, Inc. or DiaMedical USA	http://www.somatechnology.com/ OR https://diamedicalusa.com/medical-equipment/on-site-repairs-preventive-maintenance/infusion-pump-repair-service/alaris-infusion-pumps/alaris-imed-gemini-pc-2tx-infusion-pump-2/	Infusion pump. Must contact company for a quote as product is not shown on the website.
Laptop/Computer	CDW Government Inc.	https://www.cdwg.com/search/computers/laptops-2-in-1s/laptops/?w=CB2&filter=af_system_notebook _type_cb2_ss%3a(%22Notebook%22)	OS, Windows 7 or newer (with updates installed); Administrative privileges; MS Office (including Excel); At least 3 usb ports on PC, and a port multiplier depending on actual experiment.
Secure Dongle	SecuTech	https://esecutech.com/store/unikey/unikey-drive/unikey-drive-2gb	For CAIS software and data storage
StarTech.com 1 Port USB to RS232 DB9 Serial Adapter Cable – M/M	CDW Government Inc.	StarTech.com 1 Port USB to RS232 DB9 Serial Adapter Cable – M/M – ICUSB232V2 – – (cdwg.com)	To connect laptop to IV pump
StarTech.com 2 Port USB to RS-232 Serial DB9 Adapter Cable – Serial Adapter	CDW Government Inc.	StarTech.com 2 Port USB to RS-232 Serial DB9 Adapter Cable – Serial Adapter – ICUSB232C2 – – (cdwg.com)	To connect laptop to IV pump
StarTech.com DB9 to RJ45 Modular Adapter F F serial adaptor	CDW Government Inc.	https://www.cdwg.com/shop/products/StarTech.com-DB9-to-RJ45-Modular-Serial-Adapter-Black/386543.aspx?pfm=srh	To connect laptop to IV pump
StarTech.com DB9 to RJ45 Modular Adapter M F serial adaptor	CDW Government Inc.	https://www.cdwg.com/shop/products/StarTech.com-DB9-to-RJ45-Modular-Serial-Adapter-Black/386544.aspx?enkwrd=StarTech%20com%20DB9%20to%20RJ45%20Modular%20Adapter%20M%20F%20serial%20adapter&pfm=srh	To connect laptop to IV pump
USB extension cable 12'	CDW Government Inc.	https://www.cdwg.com/shop/products/StarTech.com-10ft-USB-2.0-Extension-Cable-A-to-A-Cable-Black/2274398.aspx?pfm=srh	To connect and extend the button in reach of the participant
VGA Cable 12'	BestBuy	https://www.bestbuy.com/site/insignia-12-vga-cable-black/5884115.p?skuId=5884115	To  connect monitor to laptop