PMC

Discussie

De huidige reeks experimenten werd ontworpen om een rattenmodel van binge-achtig alcohol drinken te onderzoeken en de neurofarmacologische mechanismen betrokken bij dit type van alcohol drinken. Dieren kregen vrijwillig en oraal zelf hoeveelheden alcohol toegediend die voldoende waren om betrouwbaar BALs te produceren van meer dan 0.08 g% na 30-minuten zelf-toedieningssessies (twee-flessen-keuze en operante situaties) in afwezigheid van voedsel of water deprivatie. Het voldoen aan deze criteria kwalificeert dit diermodel als een model met face validity voor binge drinking bij de mens, zoals gedefinieerd door de NIAAA. In dit onderzoek consumeerden ratten aanzienlijke hoeveelheden alcohol en vertoonden ze farmacologisch relevante BALs na een bescheiden periode van training, een pragmatisch voordeel van dit model.

Andere diermodellen van binge-achtige blootstelling aan alcohol zijn beperkt door een afhankelijkheid van ofwel niet-orale routes van alcohol toediening, blootstelling via gedwongen alcohol toediening, of selectief fokken voor hoge alcohol voorkeur. Binge alcohol blootstelling procedures die gebruik maken van gedwongen alcohol toediening die ofwel passief is (b.v. herhaalde experimentator toegediende intragastrische alcohol infusies; Crews et al., 2000; Crews en Braun, 2003) of actief (b.v. bout drinken via consumptie van alcohol vloeibaar dieet als enige voedingsbron; Fidler et al., 2006; N.W. Gilpin en G.F. Koob, ongepubliceerde bevindingen), produceren belangrijke neurobiologische verstoringen die waarschijnlijk geassocieerd worden met afhankelijkheid-geïnduceerd drinken. Andere modellen van binge-achtige zelftoediening van alcohol hebben gebruik gemaakt van water deprivatie (b.v. Hubbell et al., 1986; Reid et al., 1996; Gardell et al., 1997) of voedsel deprivatie (b.v. MacDonall and Marcucella, 1979; Falk and Tang, 1988) om zelftoediening van ethanol te bevorderen tijdens dagelijkse periodes van beperkte toegang. Deze modellen zijn echter problematisch, omdat de dieren tijdens zelftoedieningssessies in de eerste plaats gemotiveerd worden door dorst en de toename van het lichaamsgewicht bij dergelijke procedures vertraagd of volledig geblokkeerd wordt. Samen hebben deze modellen een zwakke constructvaliditeit voor de menselijke conditie (mensen consumeren geen ethanol omdat ze hongerig of dorstig zijn). Andere studies hebben vrijwillige ethanolconsumptie door ratten bewerkstelligd tijdens sessies met beperkte toegang zonder gebruik te maken van één van deze manipulaties, maar deze studies produceerden ofwel geen BALs (0.08 g%) die door de NIAAA werden vastgesteld als de bepalende factor voor binge alcohol drinken (b.v. Stewart en Grupp, 1984; Gill et al., 1986; Linseman, 1987) of maten geen BALs (b.v. Macdonall en Marcucella, 1979). Tenslotte zijn genetische manipulaties gebruikt om ratten te produceren die selectief zijn gefokt voor een hoge alcoholvoorkeur, gebaseerd op een continue ethanolinname (b.v. alcohol-preferente P-ratten; Murphy et al., 1986) of een beperkte ethanolinname (d.w.z., hoge alcohol-consumerende HARF-ratten; Lê et al., 2001). P ratten vertonen binge-achtige patronen van vrijwillig alcohol drinkgedrag en bereiken BALs van meer dan 0.08 g% onder verschillende toegangsvoorwaarden tot alcohol (Murphy et al., 1986) en zijn uitgebreid gebruikt voor de studie van genetische en neurobiologische mechanismen van alcoholisme. HARF ratten blijken ook voldoende ethanol op te nemen om te kunnen spreken van binge-achtig drinken (Lê et al., 2001).

In dit experiment was de inname van zowel gezoete alcohol als supersac hoger in de twee-flessen-keuzesituatie dan in de operante situatie, een effect dat mogelijk toe te schrijven is aan de grotere inspanning (hefboom indrukken versus drinken uit de tuit) die van de ratten gevraagd wordt om deze oplossingen te bereiken tijdens de operante sessies. In beide experimenten was er enige schommeling in de alcoholinname in de loop van de tijd; de inname van supersac door de controle ratten vertoonde echter hetzelfde patroon van verandering in de loop van de tijd. In beide experimenten was er ook een sterke correlatie tussen alcoholinname en BALs, maar het is merkwaardig dat deze functie een aanzienlijke verschuiving naar rechts vertoont in twee-flessen-keuze alcohol binge ratten versus operant alcohol binge ratten. Dit verschil zou te wijten kunnen zijn aan de verschillende bijdragen van de voedselopname tot de alcoholabsorptie in de twee experimenten. Vanuit een circadiaan perspectief consumeren ratten gewoonlijk het meeste voedsel tijdens de eerste 2-3 uur van de donkere cyclus en dan opnieuw net voor het einde van de donkere cyclus (Whishaw en Kolb, 2005). In Experimenten 1 en 2 van het huidige onderzoek, zelftoediening sessies vonden plaats op verschillende tijdstippen tijdens de donkere cyclus. Meer specifiek, zelftoediening sessies vonden plaats in het midden van de donkere cyclus in Experiment 1, maar aan het begin van de donkere cyclus in Experiment 2. Vermoedelijk, ratten in Experiment 1 (twee-fles keuze drinkers) verbruikt meer voedsel tijdens de uren voorafgaand aan zelftoediening sessies ten opzichte van ratten in Experiment 2 (operant responders). Daarom zou de verschuiving naar rechts in de functie BAL versus inname van tweeflessenkeuzedrinkers versus operante alcoholresponders het gevolg kunnen zijn van de vertraging in alcoholabsorptie die optreedt bij dieren met een volle maag (Goldberg, 1943).

Dit model combineert sacharine en lage glucoseconcentraties in een oplossing waarvan is aangetoond dat deze bij ratten een hoge smakelijkheid heeft (Valenstein et al., 1967). Het toevoegen van zoetstoffen aan ethanoloplossingen om een hogere ethanolopname te bewerkstelligen is geen nieuwe experimentele strategie. Sommige nadelen van vroegere procedures worden echter omzeild in het huidige model, zoals de noodzaak van voedseldeprivatie (b.v. Macdonall en Marcucella, 1979) of waterdeprivatie (b.v. Hubbell et al., 1986; Reid et al., 1996; Gardell et al., 1997), of het ontbreken van een gedefinieerd BAL-criterium (b.v. Stewart en Grupp, 1984; Gill et al., 1986; Linseman, 1987; Sinclair et al., 1992). Hoewel genetische manipulaties zijn gebruikt om dieren te produceren die betrouwbaar en vrijwillig grote hoeveelheden ethanol consumeren (b.v. HARF dieren, Lê et al., 2001; P ratten, Murphy et al., 1986), is selectief fokken geen praktische oplossing voor de meeste laboratoria. Bovendien is er een grote vraag naar bestaande rattenlijnen en kunnen deze moeilijk te verkrijgen zijn. Het hier gepresenteerde model combineert een eerder gebruikte strategie voor de inductie van farmacologisch betekenisvol ethanol drinken bij ratten met een zoetstof procedure (Valenstein et al., 1967) die ethanol consumptie door niet-alcohol afhankelijke ratten lijkt te optimaliseren.

Het gebruik van een gearomatiseerd voertuig (d.w.z., supersaccharine) met positieve bekrachtigende eigenschappen als controle procedure is een voordeel van de huidige procedure. De meerderheid van de ethanol zelftoediening studies laat ratten kiezen tussen een ongezoete ethanol oplossing en water, waarbij water de enige alternatieve versterker is die beschikbaar is voor inname vergelijkingen. Een dergelijke experimentele opzet heeft enkele beperkingen voor het testen van de gedragsmatige specificiteit van de daaropvolgende farmacologische manipulaties, omdat water weinig versterkende waarde heeft in water verzadigde ratten. Dat wil zeggen, een lage waterrespons kan een bodemeffect veroorzaken en het moeilijk maken om de gedragsspecificiteit van drugseffecten te bespreken. Bovendien wordt de analyse van gegevens over waterrespons met beperkte toegang bemoeilijkt door het feit dat ratten continue toegang hebben tot water tijdens de niet-experimentele periodes, wat vermoedelijk resulteert in een lagere bekrachtigingswaarde voor water tijdens de experimentele sessies; inderdaad, de beschikbaarheid van water heeft complexe effecten op operante respons voor een verscheidenheid van bekrachtigers (Freed en Mendelson, 1977; Johnson et al., 1991). Het hier gebruikte model is meer geschikt voor farmacologische manipulaties die de ethanol inname onderdrukken, omdat de effecten op de ethanol inname vergeleken kunnen worden met de effecten op de inname van een sterk bekrachtigende alternatieve oplossing (d.w.z. het ethanol vehikel). De effecten van farmacologische manipulaties op de inname van een gezoete ethanoloplossing, in afwezigheid van effecten op supersaccharine, kunnen dus beter “gedragsspecifiek” worden genoemd. Behandelingen die een algemeen onderdrukkend effect hebben op de consumptie zijn niet specifiek voor ethanol, hoewel dergelijke gedragsveranderingen het gevolg kunnen zijn van medicijneffecten op een versterkingsmechanisme dat zowel ethanol als natuurlijke versterkers gemeen hebben.

Een ander belangrijk punt om te bespreken is het verschil in innameniveaus tussen gezoete ethanol en supersaccharine in dit onderzoek. Ratten consumeren aanzienlijk meer supersaccharine alleen dan supersaccharine plus ethanol. Dit aspect van de procedure is echter ook van toepassing op de menselijke situatie. Als ratten en mensen de keuze krijgen tussen zoete oplossingen die wel of geen ethanol bevatten, geven zij over het algemeen de voorkeur aan oplossingen zonder ethanol, omdat ethanol bij beide soorten aversieve smaakeigenschappen heeft (Myers en Ewing, 1980; Shoaib en Almeida, 1996). Dit doet echter niets af aan het belang van ethanolconsumptie door diezelfde mensen en ratten, vooral wanneer ethanol wordt geconsumeerd in een pathologisch gedragspatroon (b.v. comazuipen). Dat wil zeggen dat overmatige of schadelijke consumptiepatronen van gezoete ethanol niet minder relevant worden door het feit dat ratten en mensen in totaal minder volume van die oplossingen consumeren dan van gezoete oplossingen die geen ethanol bevatten.

In verband hiermee vertonen P-ratten een verhoogde voorkeur voor sacharine-oplossingen ten opzichte van hun niet-preferente soortgenoten en ook ten opzichte van raszuivere Wistar-ratten, hetgeen ondersteuning biedt voor een genetische correlatie tussen ethanol- en sacharinevoorkeur (Sinclair et al., 1992). Evenzo consumeren selectief gefokte ratten met een hoge sacharineconsumptie meer ongezoete ethanol dan hun ratten met een lage sacharineconsumptie (Dess e.a., 1998). Opgemerkt moet echter worden dat nakomelingen die aanvankelijk een lage voorkeur voor ethanol vertonen (ten opzichte van water en sacharine) uiteindelijk, bij langdurige toegang, dezelfde hoeveelheden ethanol zelf toedienen als Wistaratten die aanvankelijk een hoge voorkeur voor ethanol vertonen (Kampov-Polevoy e.a., 1990).

Binge alcohol drinken kan worden beschouwd als een fase in de ontwikkeling van alcoholisme die voorafgaat aan lichamelijke en psychische afhankelijkheid van alcohol (NIAAA, 2004) of als een aparte entiteit. Bijgevolg vertonen binge-drinkers vaak geen somatische of motivationele tekenen van alcoholafhankelijkheid. Eén benadering om een onderscheid te maken tussen de gedragingen en neurale mechanismen die geassocieerd worden met binge-achtig alcohol drinken en door afhankelijkheid veroorzaakt drinken, is het onderzoeken van een profiel van behandeling met verschillende farmacologische middelen. Na stabilisatie van het drinkgedrag van de dieren in de alcohol binge groepen en supersac controles, werden de groepen getest op de effecten van verschillende medicamenten op het drinkgedrag.

Duloxetine is een SSNRI die bij mensen gebruikt wordt voor de behandeling van depressie, pijn van diabetische perifere neuropathie, en stress urine incontinentie (Westanmo et al., 2005). Selectieve serotonine heropname remmers onderdrukken niet-afhankelijk alcohol drinken bij ratten (Gill en Amit, 1989) en probleemdrinken in een vroeg stadium bij mensen (Naranjo en Sellers, 1989), maar niet het drinken door mensen met een later stadium van alcoholisme (Kabel en Petty, 1996). Bovendien wordt een lage werking van serotonine bij de mens reeds lang in verband gebracht met impulsiviteit en een aanleg voor alcoholafhankelijkheid (Linnoila e.a., 1994). In het huidige onderzoek vertoonde duloxetine verschillende effecten op basis van het drinkmodel: in de twee-flessen-keuzesituatie, onderdrukte duloxetine dosis-afhankelijk alcohol binge-achtig drinken, maar had geen invloed op supersac drinken, terwijl in een operante situatie, duloxetine de reactie voor zowel alcohol als supersac onderdrukte. Aangezien van sommige selectieve serotonine heropname remmers is gerapporteerd dat ze anorexisch werken bij ratten (Gill en Amit, 1989), zou kunnen worden aangevoerd dat duloxetine de inname van alcohol onderdrukte vanwege de calorische waarde ervan. Duloxetine had echter geen invloed op de inname van supersac door drinkers met twee flessen naar keuze, wat erop wijst dat de effecten waarschijnlijk niet zijn toe te schrijven aan een mogelijke anorexische werking. Het is niet duidelijk waarom duloxetine het drinken van supersac in een operante situatie onderdrukte en niet in een keuze situatie met twee flessen, maar één hypothese zou de werkvereiste voor operante zelftoediening kunnen zijn. Dit effect van werkbehoefte zou zich kunnen manifesteren als gevolg van locomotorische of motivationele eigenschappen van de drug, hoewel de locomotorische verklaring onwaarschijnlijk is omdat duloxetine de activiteit bij ratten niet lijkt te beïnvloeden (Brocco et al., 2002).

Naltrexone is een niet-selectieve opioïde antagonist die klinisch gebruikt wordt bij de behandeling van alcoholisme. Van naltrexon is al lang bekend dat het het drinken van alcohol door ratten onderdrukt (bv. Altshuler et al., 1980; Reid en Hunter, 1984; Walker en Koob, 2007), en dit effect wordt versterkt bij selectief gefokte Sardische alcohol-preferente (sP Sabino et al., 2006 ratten. In het huidige onderzoek onderdrukte een zeer lage dosis (50 μg/kg) naltrexon alcohol binge-achtig drinken, terwijl een driemaal hogere dosis nodig was om het supersac-gebruik te verminderen. Deze resultaten komen overeen met eerdere bevindingen dat hoge doses naltrexon (5-10 mg/kg; Reid et al., 1996; Gardell et al., 1997) de consumptie van een gezoete alcoholoplossing onderdrukken. De verhoogde gevoeligheid van alcohol binge-achtig drinken voor de onderdrukkende effecten van naltrexon is vergelijkbaar met het vermogen van een zeer lage naltrexondosis (50 μg/kg) om alcohol drinken door sP ratten te onderdrukken (Sabino et al., 2006). Een lage naltrexondosis (100 μg/kg) onderdrukt ook operant reageren op ongezoete alcohol door niet-afhankelijke Wistar ratten, maar naltrexon is aanzienlijk minder effectief bij alcoholafhankelijke ratten, omdat een aanzienlijk hogere dosis (500 μg/kg) nodig is om operant reageren op alcohol bij die ratten te onderdrukken (Walker en Koob, 2007). Samen geven deze bevindingen aan dat naltrexon effectiever is in het onderdrukken van excessief binge-achtig alcohol drinken dan excessief drinken gerelateerd aan alcoholafhankelijkheid.

Het vermogen van naltrexon om supersac consumptie te onderdrukken in het huidige onderzoek komt overeen met andere rapporten waarin naltrexon de ontwikkeling van voorkeur voor een sucrose dieet blokkeerde (Levine et al., 2002) en consumptie van sacharine oplossing (Goodwin et al., 2001). Deze resultaten zijn consistent met de hypothese dat blokkade van opioïde receptoren door naltrexon bij hogere doses de positieve bekrachtigende effecten van zowel natuurlijke als drug bekrachtigers blokkeert.

Extra-hypothalamische CRF-systemen zouden verstoord zijn tijdens de overgang naar alcoholverslaving, en een belangrijke factor zijn bij de latere terugval in alcohol drinken (Koob, 2003). MPZP is een CRF antagonist die CRF1 receptoren effectief blokkeert (George et al., 2007; Specio et al., 2007). Eerdere bevindingen van dit laboratorium wijzen erop dat dit analoog de operante alcoholrespons onderdrukt bij afhankelijke, maar niet bij niet-afhankelijke Wistar ratten (Richardson e.a., 2007). In het huidige onderzoek had MPZP geen invloed op binge-achtig drinken of supersac drinken, maar er was wel een significante opwaartse lineaire trend van de dosis op het drinken van alcohol. Dit resultaat is consistent met de hypothese dat de activering van extra-hypothalamus CRF systemen meer betrokken is bij alcohol drinken gemotiveerd door de negatieve bekrachtigende eigenschappen van de drug (i.e., door afhankelijkheid geïnduceerd drinken), maar niet bij drinken gemotiveerd door de positieve bekrachtigende effecten van de drug (i.e., binge-achtig alcohol drinken en niet-afhankelijk alcohol drinken; Koob, 2003). Niet-afhankelijke CRF1-receptor knock-out muizen blijken meer alcohol te drinken dan wild-type controles (Sillaber et al., 2002), maar CRF1-receptor knock-out muizen vertonen niet de door afhankelijkheid veroorzaakte toename in alcohol drinken die bij wild-type controles wordt waargenomen (Chu et al., 2007). Het moet nog blijken of langdurig binge-achtig drinken in een model zoals hier gebruikt, in staat is om uiteindelijk de motivationele symptomen te produceren die geassocieerd worden met alcoholafhankelijkheid.

Het is onwaarschijnlijk dat de drugseffecten die in het huidige onderzoek werden waargenomen, te wijten zijn aan niet-specifieke drugseffecten (bv. activiteit, smaakgevoeligheid, dorst, honger). Naltrexon onderdrukt de waterinname geïnduceerd door angiotensine II injectie bij doses vergelijkbaar met die gebruikt in het huidige onderzoek (Ruegg et al., 1994). De afwezigheid van effecten van naltrexon op de wateropname door enige groep in dit onderzoek, geeft echter aan dat de waargenomen onderdrukking van experimentele oplossingen niet het gevolg was van niet-specifieke dorst effecten. Systemisch toegediende naltrexon onderdrukt ook de voedselinname (Hobbs et al., 1994), en opioïde antagonisten onderdrukken gewoonlijk de locomotorische activiteit (Leventhal et al., 1996), maar deze effecten treden op bij doses die aanzienlijk hoger zijn dan die welke in het huidige onderzoek zijn gebruikt. Duloxetine onderdrukt de locomotorische activiteit (Bymaster et al., 2005) en voedselopname (Jackson et al., 1997) bij knaagdieren, en kan ook de speekselopname beïnvloeden (Katoh et al., 1995), maar deze effecten treden op bij doses die veel hoger zijn (30-200 mg/kg) dan die in het huidige onderzoek zijn gebruikt. In vergelijking met naltrexon en duloxetine is minder bekend over aspecifieke gedragseffecten van MPZP. MPZP onderdrukt angstig gedrag en door afhankelijkheid geïnduceerd alcohol drinken (Richardson et al., 2007). CRF-systemen in de hersenen zijn betrokken bij eetgedrag (Zorrilla et al., 2003), maar die effecten worden waarschijnlijk gemedieerd door CRF2-receptoren (Ohata et al., 2002; Cottone et al., 2007). CRF1-receptor antagonisten kunnen in staat zijn om de bewegingsactiviteit te onderdrukken (Ohata et al., 2002), maar dit effect veranderde het gedrag waarschijnlijk niet in deze studie, omdat MPZP ofwel een toename ofwel geen effect had op het drinken in de verschillende binge groepen.

Samenvattend, in afwezigheid van voedsel- of waterdeprivatie, consumeerden ratten vrijwillig en oraal alcohol in hoeveelheden die voldoende waren om BALs te produceren die alcohol binge drinken bij mensen definiëren. Dit binge-achtig model is zeer gevoelig voor stoffen die het drinken onderdrukken via opioidergische (naltrexone) en serotonerge (duloxetine) mechanismen, maar niet voor stoffen die het drinken onderdrukken via verlaging van de CRF activiteit. Diermodellen van binge-achtig alcohol drinken zullen waardevol zijn voor de beoordeling van de motivationele aspecten en de neurale gevolgen van zwaar alcohol drinkgedrag vóór de afhankelijkheid. De verschillende profielen van stoffen die invloed hebben op binge-achtig drinken en op door afhankelijkheid veroorzaakt drinken, moeten de ontwikkeling van potentiële farmacotherapeutica voor subpopulaties van alcoholmisbruikers en alcoholisten bevorderen (Egli, 2005).