Грегъри Т. Колинс

Катедра по фармакология; Университет в Тексас, здравен научен център в Сан Антонио, 7703 Floyd Curl Dr., Сан Антонио, Тексас, 78229. Система за здравни грижи за ветераните от Южен Тексас, 7400 Merton Minter Dr., Сан Антонио, Тексас 78229

Ю Чен

Катедра по фармакология; Университет на Тексаския здравен научен център в Сан Антонио, 7703 Floyd Curl д-р, Сан Антонио, Тексас, 78229

Крис Чуми

Катедра по фармакология; Център за здравни науки в Тексаския университет в Сан Антонио, 7703 Floyd Curl д-р, Сан Антонио, Тексас, 78229

Елиз Л. Ръш

Катедра по фармакология; Университет на Тексаския здравен научен център в Сан Антонио, 7703 Floyd Curl д-р, Сан Антонио, Тексас, 78229

Айеле Менса

Катедра по фармакология; Университет на Тексаския здравен научен център в Сан Антонио, 7703 Floyd Curl д-р, Сан Антонио, Тексас, 78229

Wouter Koek

Катедра по фармакология; Център за здравни науки на Тексаския университет в Сан Антонио, 7703 Д-р Флойд Кърл, Сан Антонио, Тексас, 78229. Катедра по психиатрия; Център за здравни науки на Тексаския университет в Сан Антонио 7703 Floyd Curl Dr., Сан Антонио, Тексас, 78229

Чарлз П. Франция

Катедра по фармакология; Център за здравни науки на Тексаския университет в Сан Антонио, 7703 Д-р Флойд Кърл, Сан Антонио, Тексас, 78229. Катедра по психиатрия; Център за здравни науки на Тексаския университет в Сан Антонио 7703 Floyd Curl Dr., Сан Антонио, Тексас, 78229

Резюме

Въведение

Злоупотребата с наркотици и затлъстяването са сериозни проблеми в областта на общественото здраве в световен мащаб, като последните оценки сочат, че заедно те струват на САЩ над 800 милиарда долара годишно (Bouchery, Harwood, Sacks, Simon и Brewer, 2011; Cawley & Meyerhoefer, 2010; National Drug Intelligence Center, 2011; Министерство на здравеопазването и социалните услуги на САЩ, 2014). Допаминовите системи играят решаваща роля за посредничеството на засилващите ефекти на злоупотребата с наркотици и храна. Продължителната употреба на лекарства или консумацията на вкусни храни може да доведе до дълготрайни промени във функцията и чувствителността на няколко невротрансмитерни системи, включително допамин (Nader et al., 2006; Volkow, Wang, Fowler, & Telang, 2008; Collins et al., 2011; Olsen, 2011; Baladi, Daws, & France, 2012). Въпреки че вече е добре установено, че ограничаването на храната (т.е. количеството консумирана храна) повишава чувствителността на допаминовите системи (напр. Collins, Calinski, Newman, Grundt, & Woods, 2008) и засилва придобиването на самоуправление на лекарства ( напр. Carroll, France, & Meisch, 1979; Carroll, France, & Meisch, 1981), по-малко е известно дали видът на консумираната храна влияе върху чувствителността на допаминовата система и в крайна сметка как такива промени могат да променят лекарствените ефекти.

Ранните доказателства, че консумацията на специфични видове храни може да засили ефектите на стимулиращи лекарства, свързани със злоупотребата, са предоставени от Aveana и Hoebel (2003), които показват, че плъхове, които периодично консумират 10% (w/v) разтвор на захароза, показват подобрено локомоторен отговор на остро предизвикателство с амфетамин. Съобщава се също за подобно взаимодействие между захароза и кокаин, като плъхове, консумиращи захароза, проявяват засилен локомоторен отговор както на остри, така и на повтарящи се кокаинови приложения (Gosnell, 2005). По-нови проучвания при плъхове показват, че консумацията на диета с високо съдържание на мазнини може да повиши чувствителността на плъховете към поведенческите ефекти на директно и индиректно действащите агонисти на допаминовите рецептори (Baladi & France, 2009;, & France, 2011), което предполага, че тези взаимодействия не се ограничават до консумацията на захароза. Важно е, че поведенческите промени, наблюдавани при плъхове, консумиращи диета с високо съдържание на мазнини, са подобни на тези, съобщени при плъхове, които са получавали многократно приложение на кокаин (Collins et al., 2011), като допълнително подкрепят идеята, че както храната, така и лекарствата могат да повлияят на допаминовите системи по начини които могат да променят свързаните със злоупотребата ефекти на наркотиците.

Въпреки че използването на „кафене“ (напр. Микс от фъстъчено масло, лешник, шоколадови бисквити, сирене и бекон, извлечени екструдирани картофени закуски, подсладени многозърнести зърнени закуски, преработено месо от шунка и пиле, свинска мас и стандартна чау от плъхове; Ong, Wanasuria, Lin, Hiscock и Muhlhausler, 2013) или „нездравословна храна“ (напр. Бисквити, блатове, сирене, сладки понички, кифли с шоколадови чипсове, маслени блатове, картофени чипсове и карамел/шоколадови блокчета и стандартна чау от плъхове; Bayol, Farrington, & Strickland, 2007) диетите станаха популярни през последните години, сравнително малко проучвания систематично сравняват ефектите от консумацията на диета с високо съдържание на мазнини и/или захар върху ефектите на наркотиците, свързани със злоупотребата. Освен това, въпреки широкото използване на мишки C57BL/6J за моделиране на индуцирано от диетата затлъстяване и/или диабет (напр. Winzell & Ahre, 2004), относително малко се знае дали консумацията на диета с високо съдържание на мазнини и/или захароза влияе върху ефекти, свързани със злоупотреба с наркотици, като кокаин, върху мишки (Erhardt, Zibetti, Godinho, Bacchieri, & Barros, 2006; Morales et al., 2012).

В настоящите проучвания възрастни мъжки и женски мишки C57BL/6J са били поддържани със свободен достъп до една от четирите диети: (1) Стандартна диета: стандартна чау и вода, (2) Диета с високо съдържание на мазнини: чау и вода с високо съдържание на мазнини, (3) Стандартна диета + захароза: стандартна чау и 10% разтвор на захароза, или (4) Диета с високо съдържание на мазнини + захароза: чау с високо съдържание на мазнини и 10% разтвор на захароза. Целите бяха тройни; първо, да се характеризират ефектите от консумирането на диети с високо съдържание на мазнини и/или захароза върху чувствителността на мишките към острите двигателни ефекти на кокаина; второ, да се определи дали консумацията на диети с високо съдържание на мазнини и/или захароза променя развитието на двигателна сенсибилизация след многократно приложение на кокаин; и трето, за да се определи дали взаимодействията между хранителните фактори и двигателните ефекти на кокаина се различават в зависимост от пола.

Материали и методи

Субекти

Мъжки (n = 32) и женски (n = 32) мишки C57BL/6J (Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME, USA), получени на възраст 8–9 седмици, бяха настанени по 2-3 в клетка в контролиран от климата вивариум ( 24 ° C; 14/10 часа цикъл светлина/тъмнина). Клетките с мишки бяха разпределени на случаен принцип в едно от четирите диетични условия, като всяка мишка се претегля ежедневно по време на експеримента. Всички процедури са проведени в съответствие с Институционалния комитет по грижа и употреба на животните към Тексаския университет по здравеопазване в Сан Антонио и Ръководството за грижи и употреба на лабораторни животни (Национален съвет за изследвания, 2010).

Диетични условия

Четирите диетични условия бяха стандартна диета, диета с високо съдържание на мазнини, диета с високо съдържание на мазнини + захароза и стандартна диета + захароза. Мишките от двете стандартни условия имаха свободен достъп до стандартна чау (Harlan Teklad 7012; 19,1% протеини, 44,3% въглехидрати и 5,8% тегловно тегло), докато мишките от двете условия с високо съдържание на мазнини имаха свободен достъп до високо съдържание на мазнини чау (Harlan Teklad TD.06414; 23,5% протеини, 27,3% въглехидрати и 34,3% тегловно тегло). Мишките от условията на стандартна диета и диета с високо съдържание на мазнини имат свободен достъп до чешмяна вода, докато мишките от двете условия на захарозата имат свободен достъп до 10% (w/v) разтвор на захароза, разтворена в чешмяна вода. Стандартната супа съдържа 3,1 kcal/g (25% от протеини, 58% от въглехидрати и 17% от мазнини), а чау с високо съдържание на мазнини съдържа 5,1 kcal/g (18,4% от протеини, 21,3% от въглехидрати и 60,3% от мазнини). Разтворът на захароза съдържа 0,4 kcal/g. Храната и течността се претеглят по едно и също време всеки ден, като ежедневната разлика в теглото на храната и течностите се разделя на броя на мишките в клетката (2 или 3), за да се получи оценка на приема на мишка.

Локомоторен апарат

Локомоторната активност се оценява с помощта на шестнадесет (30 × 15 × 15 cm) акрилни камери (Instrumentation Services, University of Texas Health Science Center, San Antonio). Всяка камера беше затворена в шумозаглушаваща камера, оборудвана с вентилационен вентилатор (ENV-022M; MED Associates, St. Albans, VT, USA). Подът на камерата се състои от успоредни пръти от неръждаема стомана, с диаметър 2,3 mm, монтирани на разстояние 6,4 mm. Камерите имаха четири двойки инфрачервени излъчватели и детектори за фотолъчи, монтирани на 2 см над пода и на 6 см една от друга. Оклюзиите на фотолъча са регистрирани от наличния в търговската мрежа софтуер (Multi-Varimex версия 1.00, Columbus Instruments, Columbus, OH, USA), като общият брой прекъсвания на лъча се използва като индекс на хоризонтално движение; вертикално движение не е регистрирано. След всеки тест камерите се избърсват с почистващ препарат на алкохолна основа.

Тестове за двигателна активност

Извършени са осем локомоторни теста, като всеки тест е съставен от шест 15-минутни цикъла, разделени от 3-минутен период, за да се даде възможност за инжекции. Локомоторните тестове започнаха през третата седмица от проучването, като редът и времето на солевия разтвор (3, 8 и 11 седмици) и кокаиновите тестове (седмици 4, 5, 6, 7 и 12) са показани на фигура 1. Тестовете за физиологичен разтвор са съставени от 6 инжекции с физиологичен разтвор, докато кокаиновите тестове са съставени от физиологичен разтвор, последван от пет инжекции с кокаин (3.2, 2.4, 4.4, 7.8 и 14.2 mg/kg). Това позволи кумулативните дози кокаин от 3,2, 5,6, 10,0, 17,8 и 32,0 mg/kg да бъдат тествани в рамките на една сесия (Фигура 1). Тестването се проведе между 1400 и 1600 часа, от понеделник до петък. Отделни мишки винаги са били тествани в един и същи ден от седмицата и в една и съща камера. Мъжки и женски мишки бяха тествани в различни камери.

ефекти

Експериментална хронология (горен панел) и схема, изобразяваща реда на инжектиране по време на тестове за физиологичен разтвор и кокаин (долен панел).

Наркотици

Кокаин HCl е закупен от Sigma-Aldrich (Сейнт Луис, Мисури, САЩ), разтворен във физиологичен разтвор и администриран IP в обем от 10 ml/kg.

Анализ на данни

Данните за телесното тегло и консумацията са представени като средната стойност ± стандартната грешка на средната стойност (SEM) за дневната промяна в телесното тегло (g), теглото на храната (g), теглото на течността (g) и общите kcals консумирани от храна и течност. Тъй като мишките бяха настанени групово, клетката служи като експериментална единица за анализ на мерките за прием (n = 3); всички останали крайни точки бяха анализирани с помощта на една мишка като експериментална единица за анализ (n = 8). Използва се двупосочна ANOVA с многократни измервания с post-hoc тестове на Holm-Sidak, за да се определи дали наддаването на тегло или приемът се различават в зависимост от диетата (диета и време като фактори; в рамките на секса) или пол (пол и време като фактори; в рамките на диета). За да се контролират свързаните с пола разлики в размера, данните за телесното тегло също са анализирани чрез сравняване на процентната промяна в телесното тегло между мъжки и женски мишки (в рамките на диета). И накрая, средният дял на калориите, получени от храната, спрямо захарозата, беше определен за всяка от 12-те седмици, като данните от 1-ва и 12-та седмица бяха анализирани с двойни двустранни t-тестове, за да се определи дали предпочитанието се различава като функция на време (в рамките на диета и секс; през седмици) и с несдвоени двустранни t-тестове, за да се определи дали предпочитанието към храната спрямо захарозата се различава в зависимост от пола (в рамките на диета и седмица; между половете).

Данните за локомоторната активност за физиологичен разтвор № 1 се отчитат като средна стойност ± SEM от общия брой локомоторни преброявания през всеки 15-минутен цикъл. Използвани са двупосочни ANOVA с повтарящи се мерки с post-hoc тестове на Holm-Sidak, за да се определи дали двигателната активност се различава като функция от диетата (диета и цикъл като фактори; в рамките на пола) и да се определи дали локомоторната активност се различава като функция на секс (сексът и цикълът като фактори; в рамките на диетата). Абсолютният брой прекъсвания на фотолъча, получени по време на 15-минутния период на привикване (т.е. цикъл 1) по време на теста за физиологичен разтвор № 1 и тестовете за кокаин № 1–4, бяха анализирани чрез еднопосочни повторни мерки ANOVA с post-hoc тестове на Dunnett за тестване на развитието на условна двигателна реакция.

Статистически анализи бяха извършени с GraphPad Prism 6 (GraphPad Prism, La Jolla, CA, USA).

Резултати

Телесно тегло

Преди въвеждането на диетични условия, мъжките мишки (23,4 ± 0,3 грама) са тежали значително повече от женските мишки (18,4 ± 0,2 грама) (p Фигура 2 (най-горния ред), всички мишки са натрупали тегло през 12-седмичното проучване и има значителни основни ефекти от диетата и времето, както и значителни взаимодействия между тези фактори както при мъжки, така и при женски мишки [Мъж - диета: F (3, 28) = 74,8, p Фигура 2, средното количество консумирана храна (g) от всеки група мишки (в рамките на диета) не се променят значително през 12-седмичното проучване и се наблюдава подобен ред на ранг както при мъжки, така и при женски мишки (Standard Diet> High-Fat Diet> High-Fat + Sucrose> Standard Diet + Sucrose По отношение на количеството консумирана течност, мишките от стандартната диета + захароза са пили значително повече от мишките от всяко друго състояние (

Криви на реакцията на дозата за индуцирана от кокаин двигателна активност при мъжки (леви панели) и женски (десни панели) мишки, консумиращи една от четирите експериментални диети: стандартна чау, стандартна чау + 10% захароза, чау с високо съдържание на мазнини или чау с високо съдържание на мазнини + 10% захароза по време на всеки от четири седмични теста. Данните представляват средната стойност ± SEM, n = 8 мишки на група, разлика в общата локомоторна активност, наблюдавана през 15-минутния период след физиологичен разтвор и всяка кумулативна доза кокаин (3.2, 5.6, 10.0, 17.8 и 32.0 mg/kg) спрямо общия брой локомоторни активности, наблюдавани по време на съответния цикъл по време на физиологичен разтвор №1.

Потентност (горен ред) и ефективност (среден ред) на кокаин за увеличаване на двигателната активност при мъжки мишки, консумиращи една от четирите експериментални диети: стандартна чау (пълнени кръгове), стандартна чау + 10% захароза (отворени кръгове), чау с високо съдържание на мазнини ( напълнени квадратчета), или чау с високо съдържание на мазнини + 10% захароза (отворени квадратчета). Данните за мощност представляват средната стойност ± 95% CI, n = 8 мишки на група, от дозата, необходима за постигане на 50% от максималния локомоторен отговор по време на всеки от петте теста за кокаин. Данните за ефективност представляват средната стойност ± SEM, n = 8, на максималния локомоторен отговор по време на всеки от петте теста за кокаин. Данните за площта под кривата доза-отговор (AUC) (долен ред) представляват средната стойност ± SEM, n = 8, на AUC за тестове за кокаин # 1-5 (3.2–32.0 mg/kg кокаин; Фигура 5). Данните от мишки със стандартна диета се преначертават на всеки панел за сравнение. *, p Фигура 5). Данните от мишки със стандартна диета се преначертават на всеки панел за сравнение. *, p Фигура 5, отворени кръгове; Фигура 6, Тест 1), мъжки мишки, консумиращи захароза (диета с високо съдържание на мазнини + захароза и стандартна диета + захароза) са значително по-чувствителни (p Фигура 6; горен ред) идентифицират значителни основни ефекти от диетата и броя на теста, както и значителна диета x тест взаимодействие [диета: F (3, 28) = 3.7, p Фигура 7), със значително намаляване на стойностите на ED50, наблюдавани в стандартната диета [F (3, 21) = 8.9, p Фигури 6 и (средни редове), многократното тестване с кокаин също подобрява ефективността на кокаина за увеличаване на двигателната активност по начин, зависим от диетата и времето [Мъже - диета: F (3, 28) = 5.3, p Фигура 5) беше използвана като композитен индекс на величината на сенсибилизацията. Както е показано на фигури 6 и и 7 7 (долни редове), стойностите на AUC се увеличават по начин, зависим от диетата и теста, и за мъжете [Диета: F (3, 28) = 6,4, p Грегъри Т. Колинс, Катедра по фармакология; Университет в Тексас, здравен научен център в Сан Антонио, 7703 Floyd Curl Dr., Сан Антонио, Тексас, 78229. Система за здравни грижи за ветераните от Южен Тексас, 7400 Merton Minter Dr., Сан Антонио, Тексас 78229.

Ю Чен, Катедра по фармакология; Център за здравни науки в Тексаския университет в Сан Антонио, 7703 Floyd Curl д-р, Сан Антонио, Тексас, 78229.

Крис Чуми, Катедра по фармакология; Център за здравни науки в Тексаския университет в Сан Антонио, 7703 Floyd Curl д-р, Сан Антонио, Тексас, 78229.

Elise L. Rush, Катедра по фармакология; Център за здравни науки в Тексаския университет в Сан Антонио, 7703 Floyd Curl д-р, Сан Антонио, Тексас, 78229.

Ayele Mensah, Катедра по фармакология; Център за здравни науки в Тексаския университет в Сан Антонио, 7703 Floyd Curl д-р, Сан Антонио, Тексас, 78229.

Wouter Koek, Катедра по фармакология; Център за здравни науки на Тексаския университет в Сан Антонио, 7703 Д-р Флойд Кърл, Сан Антонио, Тексас, 78229. Катедра по психиатрия; Център за здравни науки на Тексаския университет в Сан Антонио 7703 Floyd Curl Dr., Сан Антонио, Тексас, 78229.

Charles P. France, Катедра по фармакология; Център за здравни науки на Тексаския университет в Сан Антонио, 7703 Д-р Флойд Кърл, Сан Антонио, Тексас, 78229. Катедра по психиатрия; Център за здравни науки на Тексаския университет в Сан Антонио 7703 Floyd Curl Dr., Сан Антонио, Тексас, 78229.