Alkoholizm i Narkomania 4/37/99
Z warsztatów badawczych i
doświadczeńklinicznych
Wanda Dyr!,
Paweł Krząścik"Krzysztof Dudek
3,Anna Witanowska', Jolanta Dzierzkowska" Wojciech KostowskP"
'Zakład
Farmakologii i Fizjologii
UkładuNerwowego Instytutu Psychiatrii i Neurologii w Warszawie, 'Katedra i
ZakładFarmakologii Klinicznej i
DoświadczalnejAkademii Medycznej w Warszawie, 'Klinika Chirurgii Ogólnej i Chorób
WątrobyAkademii Medycznej w Warszawie,
'Zakład
Patofizjologii Akademii Medycznej w Warszawie
NOWA LINIA SZCZURÓW WISTAR SELEKCJONOWANYCH W KIERUNKU NADMIERNEJ PREFERENCJI ALKOHOLU:
charakterystyka behawioralna
WSTĘP
Zwierz"ce modele
są wartościowym narzędziembadawczym funkcji
układuner- wowego i zachowania.
Mogą byćbowiem wielce
użytecznew badaniu mechani- zmów
uzalcżnie,"oraz poszukiwania analogii tych mechanizmów u ludzi i
zwierząt.Stosując selektywną, ukierunkowaną
na uzyskanie posiadanego fenotypu hodow-
lę,
w laboratoriach uzyskano wiele linii szczurów nisko i wysoko
preferującychalko- hol. Linie te uzyskano
kojarząc zwierzętastada
wyjściowegona podstawie sponta- nicznej preferencji alkoholu. W tym
teścieszczury
przebywająna
ogółw indywidu- alnych klatkach z nieograniczonym
dostępemdo alkoholu, wody i pokarmu przez wicie tygodni. Samce i samice
wykazującewysokie
spożyciealkoholu
tworząpary rodzicielskie dla linii o
dużejpreferencji do alkoholu. Odpowiednio,
małe spożyciealkoholu u samic i samców daje
początekdla linii o niskiej preferencji do alkoholu.
Zasadniczą kwestią
w badaniach nad alkoholizmem stanowi pytanie, dlaczego lu- dzie
piją,dlaczego
pijąw nadmiarze i dlaczego niektórzy nie
sąw stanie
przerwaćPraca wykonana w ramach
zadaństatutowych Instytutu Psychiatrii i Neurologii w Warszawie (nr
tematu55199).
picia nawet wobec wielu
zagrożeńi
powikłańz picia
wynikających.Alkoholizm jest
chorobą,
na
którą zapadająnie tylko ludzie,
uzależnićmozna
też zwierzęta.Uczynio- no zatem wiele
wysiłku,aby
rozwinąć zwierzącemodele spontanicznego picia czy picia instrumentalnego (samopodawania alkoholu) w celu uzyskania maksymalnej infonnacji o neuronalnym
podłożutej choroby.
Linie szczurów otrzymane poprzez
selekcją genetycznąpozyskano w niewielu la- boratoriach badawczych.
Sąto: ALKO a1cohollnonalcohol (AAlANA) (4), Alcohol Preferringl-Nonpreferring (PINP) (6), UChBIUChA - (University of Chile B i A) (8), HAD/LAD (High-/Low-A1cohol Drinking) (6) i sP/SNP (Sardinian Alcohol-pre- ferring/-nonpreferring) (5). Picie alkoholu przez szczury linii P, HAD, AA, sP i UChB jest bardzo
znaczącei
cząsto przewyższa5glkg/24h.
Większość
laboratoriów
zaakceptowałakryteria, które powinien
spełniaćmodel
"zwierzącego
alkoholizmu",
zostałyone przedstawione i przeanalizowane najszerzej przez Cicero (2). Wymogi te
są następujące:l.
Zwierzątapowinny
pićsame spontanicznie alkohol.
2. Powinny
rozwijać sięoznaki
zależnościfizycznej od etanolu, czyli objawy ze-
społu
abstynencyjnego po okresie chronicznego picia.
3. Powinna
rozwijać sięmetaboliczna i funkcjonalna tolerancja na etanol w wyni- ku
długotrwałegopicia.
4. Alkohol powinien
być spożywanyw wyniku
własnychefektów fannakologicz- nych a nie dla jego
wartościkalorycznych, smakowych lub zapachowych.
5.
Zwierzętapowinny
pokonywaćprzeszkody i
wykonywać pracą(odruch instru- mentalny), aby
pozyskaćalkohol.
W laboratorium
ZakładuFannakologii i Fizjologii Instytutu Psychiatrii i Neurolo- gii od kilku lat
trwająprace nad
rozwiniąciemlinii szczurów o genetycznej preferen- cji do alkoholu i
równoległejlinii
zwierząto
rozwiniątejniskiej preferencji lub do unikania alkoholu (l). W uzyskanych obecnie pokoleniach tych linii,
zwierzętalinii wysoko
preferującejWHP (Warsaw High Preferring)
piją duże ilościalkoholu (5gl kg/24h i
wiącej)podczas gdy szczury linii nisko
preferującejWLP (Warsaw Low Preferring)
pijąmniej
niż2 glkg/24h alkoholu.
W niniejszej pracy analizowano:
l.
Strukturą spożyciaalkoholu w trzech kolejnych pokoleniach g. pokoleniu 15, 16, 17 szczurów linii WHP i WLP. Badano
równieżdobowe, w godzinnych przedzia-
łach
picie alkoholu w pokoleniu 16 szczurów WHP i WLP.
2. Badano poziom alkoholu we krwi po okresie spontanicznego picia dobowego w obydwu grupach
zwierzątw pokoleniu 16.
3. W pokoleniu 16 badano
takżecechy
zespołuabstynencyjnego po odstawieniu alkoholu w 14 i 36 godzin u szczurów linii WHP i WLP.
MATERIAŁ
I METODYKA
Zwierzęta przebywały
w pojedynczych klatkach metalowych, w pomieszcze-
niu klimatyzowanym z regulowanym
oświetleniem (światło8.00-20.00) i tem-
Nowa linia szczurów wistar selekcjonowanych w kierunku nadmiernej preferencji alkoholu
peraturą
20-22°C. Do badania
użyto zwierzęta15, 16, 17 generacji, linii szczu- rów WRP i WLP. Badano procentowy
rozkładpicia alkoholu w populacji obu linii (w g/kg/24h) w
przedziałach0-2 g/kg/24h; 2-4 g/kg/24h; 4-6 g/kg/24h; 6-8 g/kg/24h i
powyżej.Szczury
miaływolny
dostępdo 10% roztworu alkoholu i wody
znajdnjących sięw 2 osobnych skalowanych pojemnikach zaopatrzonych w specjalne
poidełka(two bottIe test).
Położeniepojemników codziennie zmie- niano. Co
godzinęprzez
całą dobęmierzono
ilośćpitego alkoholu przez szczury
należące
do obu linii.
Poziom etanolu we krwi oznaczano przy pomocy testu Alcohol Reagent firmy DIALAB (9). Polega on na, katalizowanej enzymatycznie przez
dehydrogenazęal-
koholową,
reakcji utleniania alkoholn do aldehydu octowego przez NAD+, który ulega redukcji do NADR. Z kolei NADRjest oznaczany fotometrycznie przy
długości
fali 340 nanomikronów (nm). Poziom etanolu badano u szczurów WRP i WLP.
Zwierzęta,
przez okres 2 tygodni,
miaływolny
dostępdo alkoholu, wody i pokarmu, krew z ogona pobierano w godz. 9.00-10.00.
Po 14 i 36 godzinach od odstawienia alkoholu badano
zespółabstynencyjny u szczurów WRP i WLP,
mającychwolny
całodobowy dostępdo alkoholn przez okres 2 tygodni. Oceniano takie cechy
zespołu,jak
piloerekcję,wytrzeszcz
gałekocznych,
sztywność mięśniową
i
wrażliwośćna
bodźce zewnętrzne.Oceniano
takżegoto-
wość drgawkową
na silny bodziec
dźwiękowy(ok. 100 db przez 30 sek.) induko-
waną
w specjalnie skonstruowanym
urządzeniu.WYNIKI
Zwierzęta
linii WRP i WLP w pokoleniu 15
różnią sięzasadniczo pod
względem wielkościpicia.
Największa różnica występujeprzy analizie kryterium picia
małegoczyli 0-2 g/kg/24h, które
spełniabardzo
małaliczba
zwierzątz linii WRP. Stwierdzi-
liśmy, Że
tylko 4,8%
zwierzątz linii WRP pije alkohol w przedziale od 0-2 g/kg/24h, podczas gdy dla linii WLP
wartośćta wynosi
aż57%. Procentowy
udział zwierzątw piciu alkoholu wzrasta w linii WRP proporcjonalnie do wzrostu
przedziału spożycia,czego nie ohserwuje
sięw grupie szczurów WLP (Tabela l). Z przedstawionych danych
widać, że ilość zwierzątlinii WLP
pijącychcoraz
większe ilościalkoholu
wyraźnie
maleje tak,
żew grupie tej nie ma
zwierząt spożywającychalkohol w za- kresie 6-8 g/kg/24h, natomiast w grupie WRP jest ich 22,5%, a
powyżej8 g/kg/24h pije
aż43,5%
zwierzątlinii WRP.
Podobny
rozkładprocentowy
zwierzątw obydwu liniach obserwuje
sięw pokole- niu 16. Tutaj
udział zwierząt pijącychcoraz
większe ilościalkoholu
(wyrażonew g/
kg/24h)
przedstawiają siępodobnie jak w pokoleniu 15. W zakresie picia alkoholu w
ilości
od 0-2 g/kg/24h
udziałprocentowy WRP wynosi 19,7%, a w linii WLP wynosi on
aż56% (Tabela l).
W pokoleniu 17, podobnie jak w dwóch poprzednich,
aż59,5%
zwierzątz popula- cji linii WLP pije alkohol w zakresie od 0-2 g/kg/24h, nie znaleziono natomiast zwie-
rząt pijących więcej niż
8 g/kg/24h (Tabela 1).
TABELA l
Procentowy
udziałpopulacji szczurów WHP (Warsaw High Preferring) i WLP (Warsaw Law Preferring) pokolenia 15, 16, 17 w piciu alkoholu (EtOH) w zakresie 0-8 g/kg/24h i
więcej.EtOH WHP WLP
(Glkg/24) PokolenieIS PokolenieI6 Pokoleniel?
Pokolenie 15
Pokolenie16Pokolenie 17
0-2 4,8% 19,7% 28% 57% 56% 59,5%
4-6 17,8% 25,0% 17,3% 14,2% 8,5% 8,5%
6-8 22,5% 30,0% 22% 0,0% 4,9% 6,4%
>8 43,5% 18,5% 11% 0,0% 1,2% 0%
Wykazano,
żeszczury WHP
pijąznacznie
więcej,w porównaniu do szczurów WLP, w godzinach nocnych (o godzinie 5.00
spożyciejest
największeRyc. l) .
1.00 0.90 0.8
o
I 0.70
g
0.60\!! ~
0.50 0.400.30 0.20 0.10 0.00
- WLP ... W H P
*
l 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 ? 1 9 1 9 i o ; 1 l 2 2 2 3 2 4 1 2 3 4. 5 6. 7 a 9
godziny
Ryc. J. Cogodzinny. dobowy rozkład picia alkoholu szczurów WHP i WLP.
*
p< 0,05 vs WLP.Badając stężenia
alkoholu we krwi u szczurów linii WHP i WLP
(bezpośrednio po okresie picia
całonocnego)stwierdzono,
że sąone podobne, pomimo znacz- nych
różnicw
całodobowym(i
całonocnym) spożyciualkoholu przez
zwierzętaobu linii (Tabela 2).
TABELA 2
Stężenie
alkoholu we krwi u szczurów WHP
iWLP mierzone po okresie spontanicznego dobowego picia alkoholu, p< 0,01,
Grupa
Picie EtOH EtOHg/dł-krewWHP 4,27±0,5g1kg/24h 0,045±0,003
WLP 1,78±0,2g1kg/24h* 0,06±0,01
Nowa linia szczurów wistar selekcjonowanych w kierunku nadmiernej preferencji alkoholu
Zespółabstynencyjny mierzony 14 i 36 godzin od odstawienia alkoholu u szczu- rów WHP i WLP wykazuje
równieżznamienne
różnicew porównaniu do tych sa- mych parametrów mierzonych w grupie szczurów WLP (Tabela 3 i 4). U szczurów linii WHP
pojawiłysi« takie objawy, jak piloerekcja,
sztywność mi«śniowa, zwiększona
wrażliwośćna
bodźcezewn«trzne. U
zwierzątlinii WLP objawy takie prak- tycznie nie
wystąpiły.Nie obserwowano natomiast pojawienia
siędrgawek tak spon- tanicznych, jak i pod
wpływemsilnego
sygnału dźwi«kowego.TABELA 3
Cechy zespolu abstynencyjnego u szczurów WHP i WLP mierzone 14 godz. od odstawienia alkoholu, * p<O,OS vs WLP.
Wielkości średnie ± SEM (N=8-IO zwierząt).WHP WLP
Piloerekcja O,55±O,17* 0,0
Wytrzeszcz 0,0 0,0
Sztywność mięśniowa O,78±O,15* 0,1 7±O, 17
Wrażliwość na bodźce zewnętrzne I,II±O,II* O,5±O,22
TABELA 4
Cechy
zespołuabstynencyjnego u szczurów WHP i WLP mierzone 36 godz. od odstawienia alkoholu, * p<O,OS vs WLP,
WHP WLP
Piloerekcja O,50±O,O* O,08±O,08
Wytrzeszcz 0,0 0,0
Sztywność mięśniowa 1,0* O,5±O,22
Wrażliwość na bodźce zewnętrzne 1,1l±O,II* 0,4±O,17
OMÓWIENIE WYNIKÓW
Analiza danych przedstawiona w Tabeli l ukazuje
wyraźnie, żeszczury grupy WHP spontanicznie
piją duże ilościalkoholu w warunkach wolnego wyboru
między
10% roztworem alkoholu a
wodą. Porównującpoziom picia ze szczura- mi z linii WLP
można zauważyć, że przeważaj ąca większośćszczurów z grupy WLP pije
małe ilościalkoholu
zawierające sięw granicach od 0-2 g/kg/24h, natomiast taki profil picia wykazuje mniej
niż5%
zwierzątlinii WHP. W przeci-
wieństwie
z kolei do szczurów z grupy WLP,
aż45% szczurów WHP (pokolenie 15) pije alkohol w
ilości przekraczającej8 g/kgl24h. Spontaniczne picie alkoho- lu przez szczury WHP w warunkach wolnego wyboru z
wodą spełniajedno z podstawowych kryteriów
zwierzęcego"genetycznego" modelu alkoholizmu,
chociaż
dla
pełnegoi
prawidłowegostwierdzenia
uzależnieniawymagane
są teżinne objawy,
główniewytworzenia odruchu instrumentalnego wzmacnianego
alkoholem i nawrotu tej reakcji po okresie abstynencji. Spontaniczne picie alko-
holu w
ilości5 do 8 g/kg/24h i
więcejwykazano u szczurów linii P, HAD (6), szczury AA (4) UChB/UChA (8) i sP (5)
również pijąznaczne
ilościalkoholu.
Obok genetycznych linii szczurów
preferujących duże ilościalkoholu,
istnieją równieżlinie myszy,
wykazujące podobną cechę, należądo nich np. myszy ozna- czone symbolem linii C57BL/6 (10).
Badanie dobowego
rozkładupicia alkoholu
wykazało, że różnicaw piciu
międzydwiema liniami zaznacza
sięnajbardziej w godzinach nocnych.
Spożyciealkoholu przez
zwierzętaWHP jest wtedy
największe, decydująceo
wielkościpicia dobowego.
Z porównania poziomów alkoholu we krwi u szczurów linii WHP i WLP
można wnioskować, żenie
różnią sięone pomimo bardzo
znaczących różnicw
ilościwypi- tego alkoholu w
ciągudoby.
Możeto
sugerować, żeszczury linii WHP znacznie szybciej
metabolizująalkohol. Wynik ten jest zasadniczo zgodny z naszym poprzed- nim rezultatem,
wskazującym, żepo podaniu dootrzewnowym pojedynczej dawki alkoholu (2g/kg)
stężeniaalkoholu we krwi u
zwierzątlinii WHP
byłyznacznie
niższe
niżw linii WLP (3). Jak dotychczas, w odniesieniu do innych linii
zwierząt pijących spontanicznie alkohol nie wykazano
różnicw jego metabolizmie, linia WHP
może być
pod tym
względem wyjątkowa,konieczne
sąjednak dalsze badania dla
wyjaśnienia
tego zjawiska.
Wykazaliśmy
znamiennie statystyczne
różnicew zespole abstynencyjnym po 14 i 36 godzinach od odstawienia alkoholu szczurom WHP i WLP. Wykazano
różnice
w nasileniu takich cech
zespołu,jak piloerekcja,
sztywność mięśniowai
wrażliwość
na
bodźce.Sam
zespółabstynencyjny
byłjednak stosunkowo
słaby,nie stwierdzono bowiem ani spontanicznych napadów drgawek, ani drgawek in- dukowanych
bodżcemakustycznym (dane nieprzedstawione).
Należy zauważyć, żeu szczurów linii P wykazano
wyraźną zależność fizycznąi
zespółabstynen- cyjny w wyniku
długotrwałego,spontanicznego picia alkoholu (II). W naszych badaniach okres spontanicznego picia
byłstosunkowo krótki (2 tygodnie), krót- szy
niżw badaniach
odnoszących siędo linii P, z tego
względuuzyskany
zespółabstynencyjny
mógł być słabszy.Picie alkoholu jest uwarunkowane najprawdopodobniej przez neurobiologiczne czynniki i ich poznanie
ułatwiazrozumienie mechanizmu
działaniaalkoholu.
Wyniki wielu
badań wskazująna
zależność międzypiciem
dużej ilościalkoholu a wrodzonym niedoborem serotoniny (5HT) w
ośrodkowym układzienerwowym.
Wykazano,
żepoziom serotoniny jest 15 do 30%
niższyw wielu strukturach mózgowych szczurów linii P
(preferującychalkohol) w porównaniu do szczu- rów NP (nie
preferującychalkoholu). Zmiany te stwierdzono w korze mózgo- wej, w
jądrze półleżącym(nucleus accumbens) i w hipokampie (6, 7). Badania, które
wykonaliśmypoprzednio na II pokoleniu linii WHP,
wskazują równieżna redukcje
stężenia5HT i kwasu 5-hydroksyindolooctowego (5HIAA),
głównegometabolitu 5HT w niektórych strukturach mózgu (3). Pod
względemistnienia
możliwości
dysfunkcji
układu5HT linia WHP jest zatem podobna do innych
znaczących
linii wyselekcjonowanych genetycznie w kierunku fenotypu wzmo-
żonego
picia alkoholu.
Nowa linia szczurów wistar selekcjonowanych w kierunku nadmiernej preferencji alkoholu Prowadzone
sądalsze badania
pozwalającena
bliższą charakterystykęobu linii szczurów wyselekcjonowanych w naszym laboratorium.
WNIOSKI
l. Szczury grupy WHP (Warsaw Righ Preferring)
piją duże ilościalkoholu (5 g/kg/24h i
więcej)w warunkach wolnego wyboru
międzyalkoholem a
wodą.2.
Przeważająca większośćszczurów grupy WLP pije male
ilościalkoholu w gra- nicach od Q-2 g/kg/24h.
3. Poziomy alkoholu We krwi szczurów linii WRP i WLP nie
różnią siępomimo
dość znaczących różnic
w
ilościwypitego alkoholu w
ciągudoby.
4.
Występujeznamienna
różnicaw zespole abstynencyjnym szczurów WHP i WLP po 14 i 36 godzinach od odstawienia alkoholu. U szczurów linii WHP w
przeciwieństwie do szczurów WLP
pojawiłysi" takie objawy, jak piloerekcja,
sztywnośćmi,,-
śniowa, wrażliwość
na
bodźcezewn"trzne.
STRESZCZENIE
Zwierzęce
modele
sącennym
narzędziembadawczym
układunerwowego i beha- wioru. Stosuje
sięje,
międzyinnymi, w badaniach mechanizmu
uzależnieniaod al- koholu. W niewielu laboratoriach badawczych otrzymano genetyczne linie szczurów
wykazujące dużą
preferencje do alkoholu.
Spośródnajbardziej znanych to ALKO AlcohollNonalcohol (AAlANA), Alcohol Preferring/-Nonpreferring (PINP), RADl LAD (High-/Low-Alcohol Drinking) i sP/SNP {Sardinian Alcohol-Preferring/-Non- preferring. Picie alkoholu przez szczury P, RAD, AA, sP jest znaczne i
przewyższa 5 g/kg/24h.
W laboratorium
ZakładuFarmakologii Instytoto Psychiatrii i Neurologii w War- szawie opracowano
własnelinie szczurów o genetycznej preferencji do alkoholu i
sąto WRP (Warsaw Righ Preferring)
(zwierzętatej linii
piją5g/kg/24hi
więcejalkoho- lu), druga linia WLP (Warsaw Law Preferring), szczury
pijąmniej
niż2 g/kg/24h alkoholu.
W pokoleniach 15, 16 i 17 obu linii badano
strukturę spożyciaalkoholu w
ciągudoby. Wykazano w 15 pokoleniu,
żetylko 4,8%
zwierzątz linii WRP pije alkohol w przedziale Q-2 glkg/24h, podczas gdy dla linii WLP
wartośćta wynosi
aż57% zwie-
rząt.
Podobny
rozkląd ilościowyszczurów
występujew pokoleniu 16 i 17. We wszyst- kich trzech badanych pokoleniach,
ilość zwierzątlinii WLP
pijącychcoraz
większe ilościalkoholu
wyraźniemaleje.
Szczury WRP
pijąznacznie
więcejalkoholu w godzinach nocnych w porównaniu do szczurów WLP. Pomimo to
stężeniealkoholu we krwi szczurów linii WRP i WLP jest podobne, co
może wskazywaćna
różnetempo metabolizmu alkoholu w obydwu grupach
zwierząt.Badano
zespółabstynencyjny u szczurów WRP i WLP po 14 i 36 godzinach od
odstawienia alkoholu. U szczurów linii WRP w
przeciwieństwiedo szczurów WLP
pojawiły się
lakie objawy
zespołu,jak piloerekeja,
szlywność mięśniowa, wrażliwość