ALCOHOL ABOLISHES POST-STRESSOR AVERSION IN MALE RATS (POTENTIAL ROLE OF к-OPIOID RECEPTORS)

Abstract


The probability of alcohol consumption by humans and experimental animals increases immediately after impact of stressors and remains at high level for some time. Neurobiological basis of this pattern is the effect of stress hormones on the mesolimbic system which is the core of the reward system in the brain that initiates learning processes. Literature data suggest that formation of aversive reactions depends on the system of dynorphin and к-opioid receptors which activates during the stress reaction. The purpose of this study was to investigate effect of alcohol administration on the post-stressor condition of the reward system and to clarify the role of к-opioid receptors in this. Experiment 1 aimed to investigation of post-stressor condition of the reward system in male and female rats and the influence of alcohol administration on it. Experiment 2 aimed to study whether alcohol affects the known from the literature aversive effect of che mical stimulation of к-opioid receptors as a model of post-stressor aversion. Methods. Appearance of preference or aversion to place where the rats were after action of the stressor was the indicator of the state of their reward syste m (place preference test). Result of the experiment 1. Condition of the reward syste m in the male rats was aversive 15 minutes after the end of the stressor action that caused avoidance of the context of environment in the future. Administration of alcohol after the end of the stressor action ceased this effect. Result of the experiment 2. Unlike the post-stressor aversion alcohol does not influence the aversion caused by stimulation of к-opioid receptors. Conclusion. Results of the study suggest that there is the aversive phase of the post-stressor state in the male rats that leads to formation of aversive associative reaction to the context of environment. Alcohol administration abolishes this phase. The involve ment of к- opioid receptors in this effect of alcohol is doubtful. But the final conclusion is possible only after direct experiment using antagonists.

Введение. Острая стрессовая реакция сопровождается повышенной в ероятностью потребления алкоголя, что может способствовать развитию алкоголизма [1-3]. Как показали эксперименты на животных, вероя тность повышается сразу после воздействи стрессора и остаетс повышенной на протяжении некоторого времени. Эта закономерность обусловлена влия нием гормонов стресса на мезолимбический нервный путь - основу системы вознаграждения в мозге [3]. Функциональная активность мезолимбического пути измен етс в ходе острой стрессовой реакции во врем и после действия стрессора. Во время действия стрессора она сначала повышена, затем снижается ниже исходного уровня [4]. Сразу после окончания действи стрессора активность вновь становитс повышенной, а через 30, 60 и 120 минут не отличается от контрольного уровня [5, 6]. Однако недостаточно изучено, влияет ли (подкрепляюще или аверсивно) постстрессорное состояние системы вознаграждения на дальнейшее поведение и действует ли постстрессорное потребление алкоголя на это влияние, модулируя его. Данные литературы позволяют предположить, что св зь изменений активности системы вознаграждения с потреблением алкоголя в постстрес-сорный период опосредована опиоидным пептидом динорфином и специфическими для него к-опиоидными рецепторами (КОР). Это предположение основано на следующих фактах. Динорфин секретируетс при стрессе нейронами мозга в ответ на генерализованное возрастание их активности, происходящее под прямым или опосредованным влия нием кортикотропин-рилизинг-гормона [7, 8]. Стрессова секреци динорфина имеет, как полагают, компенсаторное значение [9]. Воздействуя на нейроны через КОР динорфин подавл ет их активность [10]. Этот процесс, происход щий при действии неизбегаемых или хронических стрессоров в миндалине и прилежащем ядре, вызывает негативные эмоциональные состояния [11, 12]. А свойством алкоголя нивелировать негативные эмоциональные переживания обусловлено, как считается, его постстрессорное потребление [13]. Основанное на перечисленных фактах предположение о роли КОР в постстрессорном потреблении алкогол требует экспериментального подтверждения. Цель исследования: в эксперименте на животных изучить влия ние алкоголя на постстрессорное состояние системы вознаграждения, уточнив роль к-опиоидных рецепторов в осуществлении этого вли ни . Материалы и методы исследования. На крысах линии Вистар проведено два эксперимента. Задача первого - оценить постстрессорное состояние системы вознаграждения и влияние на него алкогол . Задача второго - изучить вли -ние алкогол на модели постстрессорного состо -ния системы вознаграждения, а именно на процесс ассоциативного научени под действием химической стимуляции КОР. Состояние системы вознаграждения оценивалось по возникновению у крыс условной реакции предпочтения (или избегания) места (УРПМ), в котором они находились после действи стрессора или после стимул ции КОР. Тест УРПМ про-водилс в специальном аппарате, представл ющем собой пр моугольную коробку. Ее дно разделено на две равные по величине зоны, поверхности которых (одна шершава , друга гладка ) имеют разный цвет. Зоны аппарата были разделены перегородкой. Обучение проводилось 2 дн подряд. Каждый день крыса помещалась на 12 минут в зону с шершавой, а затем, через 90 минут, - в зону с гладкой поверхностью. На 3-й день проводилось тестирование выработанной реакции. Крыса помещалась на 12 минут в аппарат без перегородки дл наблюдени за ее поведением. Показателем возникновени УРПМ вл лось отличие времени пребывани крыс в зонах аппарата от времени контрольной группы. Дл оценки вли ни алкогол в дни обучени УРПМ производилось внутрибрюшинное введение его 10% раствора (в изотоническом растворе натрия хлорида) в дозе 1 г/кг за 15 минут до второго помещени крысы в аппарат (т.е. в зону с гладкой поверхностью). Эксперимент 1. Влияние стресса и алкоголя на состояние системы вознаграждения. Для оценки постстрессорного состо ни системы вознаграждения во время обучения УРПМ производилась индукция острой стрессовой реакции. За 25 минут до второго помещени крысы в аппарат (т.е. на гладкую поверхность) крыса в течение 10 минут подвергалась неизбегаемому электрическому раздражению в камере из прозрачного оргстекла. На металлические прутья дна каждые 5 секунд подавалась 1-секундна пачка пр моугольных импульсов электрического тока продолжительностью 1 мс, следующих по принципу «бегущей волны». Средняя частота следовани импульсов в пачке - 125 Гц. Сила тока - 0,6 мА - была достаточной дл возникновени у крысы непри тных ощущений при отсутствии ее физических повреждений. Эксперимент 1 проведен на самцах (374+39 г, n =32) и самках (271+36, n=32) крыс. Для каждого пола сформировано 4 группы по 8 крыс. Группа 1 во время обучения УРПМ подвергалась действию обоих факторов: стрессора и алкоголя. Группа 2 подвергалась только действию стрессора, а вместо алкоголя вводился изотонический раствор натрия хлорида. Группа 3 подвергалась только действию алкоголя, а при помещении крыс в аппарат, предназначенный для индукции стресса, электрическое раздражение не проводилось. Группа 4 - контрольная. У этих крыс при помещении в аппарат электрическое раздражение не производилось, а вместо алкоголя им вводилс изотонический раствор натри хлорида. Эксперимент 2. Влияние химической стимуляции к-опиоидных рецепторов и алкоголя на состояние системы вознаграждения. Схема эксперимента 2 аналогична предыдущей, но вместо индукции острой стрессовой реакции производилась имитация одного из ее элементов - активаци КОР путем химической стимул ции. При обучении УРПМ , за 60 минут до второго помещени крыс в аппарат, производилось внутрибрюшинное введение высокоселективного агониста КОР спирадолина (U-62,066) в дозе 1,5 мг/кг. Средн масса самцов в эксперименте 2 составила 29 г (n=32), а самок - Как и в эксперименте 1, для каждого пола сформировано 4 группы по 8 крыс. Крысы группы 1 во время обучения УРПМ подвергались действию обоих факторов: стимуляции КОР и алкоголя. Группа 2 подвергалась только стимуляции КОР, а вместо алкоголя вводился изотонический раствор натрия хлорида. Группа 3 подвергалась только действию алкоголя, а вместо агониста КОР вводился изотонический раствор натрия хлорида. Группа 4 - контрольная: вместо алкоголя и агониста КОР вводился изотонический раствор натрия хлорида. Методика статистического анализа. Так как полученные в результате экспериментов данные не соответствовали условиям применения параметрического дисперсионного анализа (распределение времени пребывания в зонах аппарата УРПМ отличалось от нормального), был применен один из его непараметрических аналогов - тест скорректированной ранговой трансформации (adjusted rank transform test, ART). Он позволяет оценить не только действие отдельных факторов, но и их взаимодействие [14, 15]. Метод ART основан на ранжировании выборки по зависимой переменной и применении к полученным рангам классического дисперсионного анализа. Ранжирование производится отдельно для анализа главных эффектов факторов и отдельно для анализа их взаимодействия. В каждом из двух вариантов анализа перед ранжированием производится коррекция значений зависимой переменной. Для оценки взаимодействия из значений зависимой переменной вычитается сумма маргинальных средних, и тем самым достигается изоляция взаимодействия и устранение влияния отдельных факторов. Для оценки действия отдельных факторов из каждого значения зависимой переменной вычитается среднее значение двух групповых средних (для группы, к которой принадлежит значение переменной, и для группы с противоположными значениями факторов). Тем самым из зависимой переменной устраняется влияние взаимодействия факторов и остается только их собственное влияние. Метод ART все чаще используется в биологических исследованиях [16-19]. Результаты и их обсуждение. Дисперсионный анализ показал, что и стрессор, и алкоголь влияют на формирование условной реакции предпочтения места в постстрессорном периоде только у самцов (рис. 1). Достоверность влияния выявляется при анализе простых эффектов (т.е. влияния одного фактора при фиксированных значениях другого) (p<0,05). Рис. 1. Влияние стресса и алкоголя на время пребывания крыс в зоне аппарата УРПМ с гладкой поверхностью. Через 15 минут после воздействия стрессора (но без влияния алкоголя) время пребывания самцов в зоне с гладкой поверхностью было меньше, чем в контрольной группе (F(1, 28)=5,08; p=0,032). Следовательно, в этот момент самцы, получившие электрическое раздражение, находились в негативном эмоциональном состоянии (аверсивный пост-стрессорный эффект). Это привело к формированию ассоциативной реакции особого типа - обратного отставленного условного рефлекса. Рефлекс такого типа формируется, когда безусловный раздражитель предшествует условному, и между окончанием действия безусловного раздражителя и началом действия условного проходит время [20]. В нашем эксперименте электрическое раздражение (безусловный раздражитель) предшествует зоне аппарата УРПМ с гладкой поверхностью (условный раздражитель). И.П. Павлов указывал на возможность формирования обратных условных рефлексов, но отмечал, что они слабее, чем обычные, и угасают при множественном повторении ассоциаций [21]. Формирование аверсивной условной реакции у экспериментальных крыс свидетельствует, что после действия стрессора происходит снижение функциональной активности мезолимбического пути. Снижение может происходить вслед за известным из литературы повышением активности, возникающим сразу после окончания действия стрессора [5, 6]. Введение алкогол после воздействи стрессора нивелировало аверсивный постстрессорный эффект. Врем пребывани самцов в зоне с гладкой поверхностью после воздействи стрессора и введени алкогол было больше, чем в группе без алкогол (F(1, 28)=6,47; p=0,017), и не отличалось от времени контрольной группы (p>0,05). Вероятно, этот эффект вл етс причиной повышенного потребления алкоголя экспериментальными животными и человеком после действи стрессоров [3]. Влияние алкоголя на время пребывания в зонах аппарата УРПМ у крыс, не подвергавшихся воздействию стрессора, не выявлено: простой эффект алкоголя (при исключении влияния стрессора) не был значимым и в эксперименте 1 (F(1, 28)=0,09; p=0,764), и в эксперименте 2 (F(1, 28)=0,04; p=0,839). Этот факт согласуется с данными литературы о том, что алкоголь в дозе 1 г/кг при интраперитонеальном введении не приводит к формированию у грызунов условной реакции предпо-чтени (или избегани ) места [22]. Результаты исследования подтверждают существование известной из литературы зависимости последствий стресса и связанной с этим алкоголизации от пола, а также указывают на существенную роль постстрессорного периода в ее реализации [23-25]. Как и постстрессорное состояние, фармако-логическа стимул ци КОР имела аверсивное значение только у самцов (рис. 2). В группе самцов статистически значимы главный эффект стимул ции КОР (F(1, 28)=4,30; p=0,047) и простой эффект при исключении влияния алкоголя (F(1, 28)=4,30; p=0,050). Полученный результат уточн ет данные литературы об аверсивном действии химической стимул ции КОР [26-31]. В статье M ichaels и H oltzman на диаграмме в идно, что аверси , вызванна спирадолином, у самцов выражена больше, чем у самок, но статистическая значимость этого различия не обсуждается [28]. Самки Самцы Группа 0 Медиана X Перцентили 33%-67% Рис. 2. Влия ние фармакологической стимуляции к-опиоидных рецепторов и алкоголя на время пребывания крыс в зоне аппарата УРПМ с гладкой поверхностью. В отличие от постстрессорной аверсии (эксперимент 1), алкоголь не отмени л аверсивный эффект стимуляции КОР, выявленный у самцов в эксперименте 2 (F(1, 28)=0,03; p=0,859). Следовательно, нивелирующее действие алкоголя при аверсивном постстрессорном эффекте не связано с механизмами, включающими к-опиоидные рецепторы [32, 33]. Заключение. В эксперименте на крысах выявлена аверсивна фаза постстрессорного состо ни у самцов, привод ща к формированию аверсивной ассоциативной реакции на контекст окруже-ни . Введение алкогол преп тствовало развитию этой фазы. Участие к-опиоидных рецепторов в реализации данного эффекта алкогол сомнительно, но окончательное заключение возможно только после пр мого эксперимента с применением антагонистов. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 12-04-01188-а.

V N Mukhin

FSBSI “Institute of Experimental Medicine”

A P Kozlov

FSBSI “Institute of Experimental Medicine”

I N Abdurasulova

FSBSI “Institute of Experimental Medicine”

K I Pavlov

FSBSI “Institute of Experimental Medicine”

V V Sizov

FSBSI “Institute of Experimental Medicine”

A V Matsulevitch

FSBSI “Institute of Experimental Medicine”

V M Klimenko

FSBSI “Institute of Experimental Medicine”

  1. Азарных Т.Д. Посттравматические стрессы и употребление алкоголя в юношеском возрасте // Академический журнал Западной Сибири. 2013. Т 9, № 2 (45). С. 20. [Azarnykh T D. Posttraumatic stress and alcohol use in adolescence, Akademicheskij Zhurnal Zapadnoj Sibiri. 2013. Vol. 9, N 2 (45). Р. 20.]
  2. Скитневская Л.В., Филинов В.В. Стресс как фактор, влияющий на употребление алкоголя // Научные исследования: от теории к практике. 2016. № 1 (7). С. 118-119. [Skitnevslaia L.V., Filinov VV. Stress as a factor influences alcohol consumption, Nauchnie issledovaniya ot teorii k praktike. Scientific research from theory to practice. 2016. N 1 (7). P. 118-119.]
  3. Spanagel R, Noori H.R., Heilig M. Stress and alcohol interactions: animal studies and clinical significance // Trends in Neurosciences. 2014. Vol. 37, N 4. P. 219-227.
  4. Cabib S., Puglisi-Allegra S. Stress, depression and the mesolimbic dopamine system // Psychopharmacology. 1996. Vol. 128, № 4. P. 331-342.
  5. Shen Y.-L, Chen J.-C, Liao R.-M. Place conditioning and neurochemical responses elicited by the aftereffect of acute stressor exposure involving an elevated stand // Neuroscience Letters. 2011. Vol. 504, № 2. P. 156-159.
  6. Shen Y.-L., Chen Y.-C, Liao R.-M. Dopamine receptor antagonists impair place conditioning after acute stress in rats // Behav. Pharmacol. 2010. Vol. 21, № 1. P. 77-82.
  7. Cone R.I., Weber E, Barchas J.D., Goldstein A. Regional distribution of dynorphin and neo-endorphin peptides in rat brain, spinal cord, and pituitary // J. Neurosci. 1983. Vol. 3, № 11. P. 2146-2152.
  8. Fallon J.H, Leslie F.M. Distribution of dynorphin and enkephalin peptides in the rat brain // The Journal of Comparative Neurology. 1986. Vol. 249, № 3. P. 293- 336.
  9. Shippenberg T.S., Zapata A., Chefer V.I. Dynorphin and the Pathophysiology of Drug Addiction // Pharmacology & therapeutics. 2007. Vol. 116, № 2. P. 306-321.
  10. Knoll A.T, Carlezon W.A. Dynorphin, stress, and depression // Brain research. 2010. Vol. 1314. P. 56.
  11. Veer AV, Jr W.A.C. Role of kappa-opioid receptors in stress and anxiety-related behavior // Psy chopharmacology. 2013. Vol. 229, № 3. P. 435-452.
  12. Bruchas M.R., Land B.B., Chavkin C. The dynorphin/kappa opioid system as a modulator of stress-induced and pro- addictive behaviors // Brain Research. 2010. Vol. 1314. P. 44-55.
  13. Беренштейн Ю.А. Субъективные причины употребления алкоголя руководителями // Здоровье - основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения. 2014. Т. 9, № 2. С. 574-576 [Berenshtein Yu.A. Subjective reasons of drinking alcohol by managers, Zdorove - osnova chelovechesk-ogo potenciala: problemy i puti ih resheniya. 2014. Vol. 9, № 2. рр. 574-576].
  14. Leys C., Schumann S. A nonparametric method to analyze interactions: The adjusted rank transform test // Journal of Experimental Social Psychology. 2010. Vol. 46, № 4. P. 684-688.
  15. Wobbrock J.O., Findlater L, Gergle D, Higgins J.J. The Aligned Rank Transform for Nonparametric Factorial Analyses Using Only Anova Procedures // Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems. New York, NY, USA: ACM, 2011. P. 143-146.
  16. Lindemann C, Alam M, Krauss J.K., Schwabe K. Neuronal activity in the medial associative-limbic and lateral motor part of the rat subthalamic nucleus and the effect of 6-hydroxydopamine-induced lesions of the dorsolateral striatum // J. Comp. Neurol. 2013. Vol. 521, № 14. P. 3226-3240.
  17. Pritchard L.M., Hensleigh E., Lynch S. Altered locomotor and stereotyped responses to acute methamphetamine in adolescent, maternally separated rats // Psychopharmacology. 2 012. Vol. 223, № 1. P. 27-35.
  18. Shine J.P., Valdhs-Herrera J.P., Hegarty M, Wolbers T. The Human Retrosplenial Cortex and Thalamus Code Head Direction in a Global Reference Frame // J. Neurosci. 2016. Vol. 36, № 24. P. 6371-6381.
  19. West E.A., Forcelli P.A., McCue D.L., Malkova L. Differential effects of serotonin-specific and excitotoxic lesions of OFC on conditioned reinforcer devaluation and extinction in rats // Behavioural Brain Research. 2013. Vol. 246. P. 10-14.
  20. Chang R.C., Stout S., Miller R.R. Comparing excitatory backward and forward conditioning // Q. J. Exp. Psychol. B. 2004. Vol. 57, N 1. P. 1-23.
  21. Павлов И.П. Двадца2иле2нт опы2 oKAeK2HBHoro иззчения выcшеL HepBHoL дея2ельнос2и (no-ведения) >,bo2hmx / ред. Э.А. Асра2ян. М.: Назка, 1973. 659 с. [Pavlov I.P. Twenty years experience of objective studying of higher nervous activity (behavior) of animals / ed. by E.A. Asratian Moskow: Nauka, 1973. 659 p.]
  22. Tzschentke T.M. Review on CPP: measuring reward with the conditioned place preference (cpp) paradigm: update of the last decade // Addiction Biology. 2007. Vol. 12, № 3$4. P. 227-462.
  23. Мухин B.H., Козлов А.П., Абдурасулова И.Н., Павлов К.И., Сизов В.В., Мацулевич А.В., Клименко В.М. Gгpессopы в раннем пoс2на2альнoм перж>де препя2с2взю2 разви2ию пpедпoч2ения ал^голя з взpoслыx c=mok крыс (пo2енциальная poль K-oco^^Hbix pецеп2opoв) // МедицинскиL академическиL жзрнал. 2017. Т. 17, № 3. С. 62-67. [Mukhin V.N., Kozlov A.P., Abdurasulova I.N., Pavlov K.I., Sizov V.V., Matsulevitch A.V., Klimenko V.M. Stressors in early postnatal period abolish development of alcohol preference in adult female rats (potential role of к-opioid receptors), Med. acad. Jour. 2074. Vol. 17, № 3. Р. 62-67.]
  24. Enoch M.-A. The role of early life stress as a predictor for alcohol and drug dependence // Psychopharmacology (Berl.). 2011. Vol. 214, № 1. P. 17-31.
  25. Teicher M.H., Andersen S.L., Polcari A., Anderson C.M., Navalta C.P. Developmental neurobiology of childhood stress and trauma // Psychiatr. Clin. North Am. 2002. Vol. 25, № 2. P. 397-426.
  26. Funada M, Suzuki T, Narita M, Misawa M, Nagase H. Blockade of morphine reward through the activation of kappa-opioid receptors in mice // Neuropharmacology. 1993. Vol. 32, № 12. P. 13151323.
  27. Iwamoto E.T. Place-conditioning properties of mu, kappa, and sigma opioid agonists // Alcohol and drug research. 1985. Vol. 6, № 5. P. 327-339.
  28. Michaels C.C., Holtzman S.G. Early Postnatal Stress Alters Place Conditioning to Both p- and к-Opioid Agonists // Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 2008. Vol. 325, № 1. P. 313-318.
  29. Mucha R.F., Herz A. Motivational properties of kappa and mu opioid receptor agonists studied with place and taste preference conditioning // Psychopharmacology (Berl.). 1985. Vol. 86, № 3. P. 274-280.
  30. Shippenberg T.S., Herz A. Place preference conditioning reveals the involvement of D1-dopamine receptors in the motivational properties of p- and к-opioid agonists // Brain Research. 1987. Vol. 436, N 1. P. 169-172.
  31. Suzuki T, Shiozaki Y, Masukawa Y, Misawa M, Nagase H. The role of Mu- and Kappa-opioid receptors in cocaine-incued conditioned place preference // Japanese journal of pharmacology. 1992. Vol. 58, N 4. P. 435-442.
  32. Al-Hasani R, McCall J.G., Shin G., Gomez A.M., Schmitz G.P., Bernardi J.M., Pyo C.-O, Park S.I., Marcinkiewcz C.M., Crowley N.A., Krashes M.J., Lowell B.B., Kash T.L., Rogers J.A., Bruchas M.R. Distinct S ubpopulations of Nucleus Accumbens Dynorphin Neurons Drive Aversion and Reward // Neuron. 2015. Vol. 87, № 5. P. 1063-1077.
  33. Knoll A.T, Muschamp J.W, Sillivan S.E., Ferguson D, Dietz D.M., Meloni E.G., Carroll F.I., Nestler E.J., Konradi C, Carlezon Jr. W.A. Kappa Opioid Receptor Signaling in the Basolateral Amygdala Regulates Conditioned Fear and Anxiety in Rats // Biological Psychiatry. 2 011. Vol. 70, № 5. P. 425-433.

Views

Abstract - 140

PDF (Russian) - 5

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2018 Mukhin V.N., Kozlov A.P., Abdurasulova I.N., Pavlov K.I., Sizov V.V., Matsulevitch A.V., Klimenko V.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies