藥物成癮的發(fā)生是一個迅速的躍遷過程:從很少的、偶爾的用藥行為跳躍到長期的、穩(wěn)定的成癮狀態(tài)。這個過程的發(fā)展有多快 ? 有多少比例的用藥者會成癮 ? 成癮所涉及的腦機制是什么 ? 要回答這些問題 ,動物模型是*的。因為很顯然 ,不能在人體上進行用藥的試驗 ,同樣也很難在人體上進行相關(guān)的腦機制研究。自身給藥( self - administration)模型利用操作性條件反射原理 ,動物在做出程序所設(shè)定的動作后 ,即可獲得一定量的藥物。由于該模型較好地模擬了人類的用藥行為 ,故在成癮研究中得到了廣泛的應(yīng)用。
1 自身給藥模型設(shè)備
1.1 硬件
自身給藥系統(tǒng)由計算機、連接板卡、線纜、實驗操作籠組成。計算機為普通的 PC 兼容機 ,板卡接口的數(shù)目決定一臺計算機可以控制的試驗籠的多少 ,也就是一次可以做多少只動物的實驗。試驗籠裝配有輸入輸出設(shè)備 ,輸入設(shè)備一般有鼻觸、踏板;輸出設(shè)備包括燈光、聲音、給藥裝置。給藥裝置根據(jù)給藥方式的不同 ,可以有食物泵、液體泵、注射泵 ,顱內(nèi)給藥需要微注射泵。靜脈或顱內(nèi)給藥動物的輸液管均經(jīng)保護管、轉(zhuǎn)軸( swivels)與輸液泵相連 ,轉(zhuǎn)軸允許動物自由活動的同時輸液管不會纏繞打結(jié)。
1.2 軟件
自身給藥裝置在經(jīng)歷了繼電器控制、集成電路控制之后 ,目前已發(fā)展到軟件控制。該類程序一般都借用工業(yè)上使用的 state notation程序 ,利用程序語言設(shè)計。國外有很多成熟的商業(yè)行為學(xué)實驗軟件，國內(nèi)少數(shù)科研單位編制了自己的行為實驗軟件。較早的有北京醫(yī)科大學(xué)中國藥物依賴性研究所王衛(wèi)平等于1994年報道的自身給藥控制系統(tǒng)（self administration control system，SACS）。寧波市微循環(huán)與莨菪類藥研究所的張富強使用 Borland Delphi編制的 Superstate，界面十分友好易用，可以實現(xiàn)絕大多數(shù)的自身給藥實驗。
2 自身給藥的類型
2.1 給藥途徑
自身給藥可以通過幾乎所有的臨床給藥途徑來實現(xiàn)。使用多的是靜脈給藥 ,另外還有顱內(nèi)給藥、口服給藥、吸入給藥。靜脈給藥較好地模擬了人類阿片類藥物的使用方式。其給藥量準確 ,容易控制 ,起效迅速 ,實驗動物需接受靜脈埋管手術(shù) ,對實驗室的無菌設(shè)施有一定的要求 ,實驗維護有一定的難度 ,長期實驗靜脈留置管容易堵塞、脫落。
顱內(nèi)給藥包括腦室給藥和核團給藥 ,不存在血腦屏障和首過效應(yīng)的問題 ,便于觀察藥物對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的直接作用。如果藥物的鎮(zhèn)靜或鎮(zhèn)痛效應(yīng)與強化效應(yīng)分別作用于不同的腦區(qū) ,那么顱內(nèi)給藥則可以有效地研究藥物的強化效應(yīng)并避免藥物的鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛效應(yīng)的干擾。核團給藥劑量低 ,要求定位準確 ,同樣存在感染和埋管脫落的問題 ,并且藥物局部注射可能會引起注射局部pH值、滲透壓、離子平衡等非特異性改變 ,藥物可能彌散到其它腦區(qū) ,動物多次自身給藥后給藥局部可能失活 ,注射時要避免壓力對腦區(qū)的損傷，另外 ,還要證明全身給藥與當(dāng)前顱內(nèi)給藥是相同的機制。總體上 ,其對于腦獎賞中樞的定位研究以及不同腦區(qū)的機制提供了*的手段。
口服給藥可以是攝入摻有藥物的飼料 ,或飲用含藥物的液體 ,或經(jīng)由胃內(nèi)插管給藥。此種方法操作方便 ,無需手術(shù) ,可以作大樣本的研究。主要應(yīng)用于酒濫用的研究 ,但干擾因素較多 ,很多藥有苦味 ,很難找到合適的添加劑 ,容易受到食欲的影響 ,攝入的液體量、成分必須統(tǒng)一、規(guī)范。
吸入給藥能da程度地模擬尼古丁、可ka因、大麻及揮發(fā)性溶劑等物質(zhì)的濫用方式 ,但動物多數(shù)不愿吸入煙霧 ,給藥量不易精確 ,技術(shù)要求較高 ,設(shè)備昂貴 ,使用受到限制。
由于技術(shù)的進步 ,目前自身給藥試驗時動物不僅可以自由地在籠中活動 ,甚至可以擺脫給藥導(dǎo)管的限制 ,在隨身輸液泵和電子技術(shù)的支持下 ,實現(xiàn)更大限度的自由活動。這項革新性技術(shù)目前主要應(yīng)用在顱內(nèi)給藥(可避免動物活動拉伸輸液管造成的給藥量不準確)或大動物身上。
2.2 給藥程序
根據(jù)實驗設(shè)計的不同 ,給藥程序可分為簡單程序、累進比率、復(fù)合程序和二次程序。簡單程序有固定比率 (fixed ratio , FR) 和固定間隔 (fixed interval ,FI) 。固定比率可以反映藥物的激發(fā)作用 ,固定比率成模快 ,使用較多 ,但有人認為其只能反映人類用藥的啟動反應(yīng) ,對強迫性用藥行為和強烈的藥物渴求反映不夠[6 ]。間隔程序描述動物碰觸開關(guān)行為與獲得強化藥物的時間延遲關(guān)系 ,指在實驗中設(shè)定一定的時間間隔 ,動物在間隔期的反應(yīng)不會得到獎賞 ,而非間隔期的行為則可獲得獎賞。固定間隔可以反映藥物的非特異性作用。
累進比率(progressive ratio ,PR)一般呈指數(shù)式上升 ,根據(jù)動物的斷點(break point)來表現(xiàn)藥物的強化屬性。傳統(tǒng)累進比率方法強調(diào)斷點 ,實驗周期較長 ,一般為一個月左右。實驗動物在斷點后由于比率太高而失望 ,對踏板失去興趣 ,連續(xù) 1 - 3 d 不能得到藥物注射 ,影響了藥物維持所必須達到的血濃度 ,使得重復(fù)實驗時踏板次數(shù)不穩(wěn)定。王衛(wèi)平等采用每日比率累進法 ,以每日所能達到的比率值為實驗數(shù)據(jù) ,每天實驗時間 22 - 23 h , 每天的比率均重新開始 ,避免了連續(xù)幾天得不到藥物的問題 ,使藥物血濃度始終維持在相對穩(wěn)定的水平 ,這樣更符合精神依賴性藥物維持的基本原理。另一優(yōu)點是縮短了實驗周期 ,使累進比率實驗?zāi)茉?/span>10 d內(nèi)得到結(jié)果。
二次強化程序?qū)⒁捤幮袨?/span>(drug seeking)與用藥行 為 ( drug taking ) 分 離 , 動 物 碰觸覓藥桿(the seeking lever)并不能直接得到藥物 ,而是獲得按壓給藥桿(the taking lever)的機會 ,按壓給藥桿之后獲得獎賞 ,以此模擬人類為獲得藥物所作的努力[8 ],并有效地減小了藥物的直接影響。二次程序多用于靈長類動物 ,目前用于嚙齒類的也日益增多。
2.3 給藥時間
長時程給藥 ( long - access , LgA) 與短時程給藥(short - access , ShA)其自身給藥的模式會有很大的差別。有很多研究顯示了這種差異并探討了其神經(jīng)機制。例如Vanderschuren先訓(xùn)練大鼠接受可ka因*自身給藥(limited cocaine self - administration) ,然后給予足底電擊伴條件信號 ,發(fā)現(xiàn)大鼠的覓藥行為被顯著地抑制;相同的大鼠隨后接受了可ka因加量給藥(extended cocaine taking)訓(xùn)練 ,此時厭惡性條件刺激的信號便不能抑制大鼠的覓藥行為 ,實驗者同時還證明了大鼠的脫抑制既非喪失恐懼感 ,也非對藥物的激勵效應(yīng)敏感化 ,從而認為這種現(xiàn)象反映了成癮者即使面臨不良后果仍要用藥的強迫性用藥行為。而Mantsch等發(fā)現(xiàn)長時程組藥物的攝入量明顯高于短時程組 ,并且長時程組更易于復(fù)發(fā) ,LgA組的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的激素水平和基因表達與 ShA組有顯著性差異 ,相關(guān)腦區(qū)的分子改變亦不相同。認為這可能是成癮的機制之一。
3 自身給藥模型的代表性
要證明自身給藥確實反映了人類的成癮行為,首先必須證明動物的給藥行為確實是藥物的獎賞效應(yīng)導(dǎo)致的 ,而藥物可能對實驗動物的自主活動和探索活動產(chǎn)生影響 ,很多精神活性物質(zhì)可以提升動物的自主活動 ,從而有可能引發(fā)偶然的壓桿或鼻觸行為。解決的辦法是設(shè)置自身對照或同軛(yoked)對照。自身對照采用兩個給藥觸發(fā)裝置 (鼻觸或杠桿) :有效裝置與無效裝置。藥物可能對兩個給藥裝置的觸發(fā)行為都有影響 ,計算多個動物兩個裝置的觸發(fā)均值可以看出強化效應(yīng)對給藥行為的影響。Yoked對照采用配對設(shè)計 ,一個動物的壓桿行為同時觸發(fā)兩個動物的給藥 ,同時記錄兩個動物的壓桿行為 ,比較組間的差異 ,則可得出強化效應(yīng)及非特異性作用的多少。例如小鼠可形成東莨菪堿自身給藥 ,但是 Yoked組的觸發(fā)行為也輕度增高 ,說明東莨菪堿的自身給藥至少部分是因為藥物直接作用導(dǎo)致的活動增高引起的。
4 自身給藥的影響因素
4.1 實驗對象
不同物種在自身給藥的獲得及維持上有著不同的特點。同一物種不同品系即使在相同給藥模式下 ,血藥濃度相當(dāng) ,也存在反應(yīng)模式的差別[11 , 12 ]。猴是群居動物 ,有著與人類社會相似的社會等級。Morgan等發(fā)現(xiàn) ,低等級的猴更易形成可ka因自身給藥 ,并具有與高等級猴不同的生物學(xué)改變。
4.2 藥物因素
不同的給藥方法不但可以影響自身給藥的形成速度 ,還可以影響藥物的強化屬性。例如Morgan等報道使用無節(jié)制自身給藥(binge self - administration) 加剝奪訓(xùn)練 ,可以使大鼠對可ka因的強化效應(yīng)敏感化 ,而采用普通的 FR給藥程序則無此效應(yīng)。
由于人類普遍存在多種精神活性物質(zhì)混合使用的情況 ,成癮模型對此現(xiàn)象也進行了模擬研究。很多研究發(fā)現(xiàn)預(yù)先暴露于一種成癮物質(zhì)可以影響其它成癮物質(zhì)的使用，一般是促進作用。
4.3 環(huán)境與應(yīng)激
對成癮物質(zhì)的易感性是當(dāng)前研究熱點之一。相關(guān)的基因研究提示基因差別并不能*解釋易感性的不同 ,環(huán)境和應(yīng)激也發(fā)揮著十分重要的作用。有關(guān)環(huán)境與應(yīng)激對成癮行為影響的研究數(shù)量眾多 ,并且十分深入。如 Kosten 等的一項研究發(fā)現(xiàn) ,出生后即接受隔離應(yīng)激的鼠成年后更易于可ka因成癮。
環(huán)境從很多方面影響自身給藥的用藥行為。尼古丁的欣快、強化、精*應(yīng)較其它成癮藥物小很多 ,但其濫用潛力卻與那些藥物相當(dāng)或超過它們 ,戒煙的難度絲毫不低于其它成癮物質(zhì)。可能的解釋是環(huán)境信號構(gòu)成條件性強化因子 ,并具有強大的動機屬性 ,從而維持濫用。
Falk于1961年發(fā)現(xiàn),當(dāng)每分鐘給予限食的大鼠一粒食物時,短時間內(nèi)大鼠飲用大量的液體。他將這種現(xiàn)象命名為程序誘導(dǎo)的煩渴 ( schedule - inducedpolydipsia ,SIP)[18]。這一現(xiàn)象很快用于成癮的研究。在訓(xùn)練SIP同時加入藥物即為程序誘導(dǎo)的自身口服給藥(schedule - induced oral drug self - administration)。在SIP行為的啟發(fā)下,Singer 等建立了程序誘導(dǎo)的靜脈自身給藥模型,并開展了系列的研究。程序性供應(yīng)食物使得通常條件下無法建立靜脈自身給藥行為的藥物形成穩(wěn)定的自身給藥行為。
5 利用自身給藥模型所作的代表性研究
5.1 驗證藥物的依賴性
由于自身給藥模型是建立在強化的基礎(chǔ)上,所以被用來評定藥物的依賴性。例如gamma -hydroxybutyric acid (r-羥丁酸)成功地應(yīng)用于減輕酒和阿片類的戒斷癥狀 ,那么其本身有無精神依賴性Fattore 等利用自身給藥模型和條件性位置偏愛(CPP)模型 ,證明了r-羥丁酸能在鼠身上形成自身給藥和CPP ,從而為其臨床應(yīng)用提出了警告。哈鷹，王桂林等應(yīng)用自身給藥模型分別驗證了鹽酸羥考酮(oxycodone hydrochloride) 和二qing埃tuo啡的精神依賴性 ,為臨床應(yīng)用提供了參考。
5.2 對成癮涉及腦區(qū)的研究
利用顱內(nèi)自身給藥可以評定與藥物強化特性相關(guān)的腦區(qū)。例如McKinzie 等的研究顯示可ka因的強化效應(yīng)與伏核的殼(shell)區(qū)關(guān)系密切 ,而與核(core)區(qū)的關(guān)系不明顯。陸林等利用靜脈自身給藥研究了可ka因戒斷三個月不同時期大鼠腹側(cè)被蓋區(qū)和伏核的分子適應(yīng)性變化。綜合許多動物自身給藥和人類功能影像的研究 ,目前認為條件刺激和信號對復(fù)吸的發(fā)生起關(guān)鍵的作用 ,而其神經(jīng)機制則集中指向杏仁核、前扣帶回、眶額皮質(zhì)等腦區(qū)。
5.3 易感素質(zhì)研究
大量的臨床觀察及研究顯示成癮者具有人格素因。自身給藥對此進行了模擬研究。研究表明大鼠在新奇環(huán)境的探索活動與酒精的自身給藥的形成速度存在正相關(guān)。Mantsch等也發(fā)現(xiàn)新奇環(huán)境反應(yīng)高者更易形成自身給藥,給藥更規(guī)律,藥量更大。
5.4 尋找成癮的治療和預(yù)防方法
自身給藥模型可以用于戒毒新藥或待開發(fā)化學(xué)物的有效性及不良反應(yīng)的研究。例如利用自身給藥模型觀察多巴胺再攝取抑制劑2β-propanoyl-3β-(4-tolyl)-tropane(PTT)[29],可ka因同型物HD - 23對可ka因自身給藥的影響。單次注射藥物可引燃(prime)復(fù)吸行為 ,而某些物質(zhì)可提高引燃閾值,從而有可能成為預(yù)防復(fù)吸的藥物。
5.5 對復(fù)吸相關(guān)機制的研究
由于戒斷癥狀的持續(xù)期及強度明顯與復(fù)吸的發(fā)生不平行,部分成癮物質(zhì)軀體戒斷癥狀很輕 ,以致有些學(xué)者否定負性強化對于復(fù)吸的作用。但近人們對于戒斷癥狀有了新的認識:戒斷癥狀可以條件化。例如脫毒過后的病人回到用藥的環(huán)境即會體驗強烈的條件性戒斷癥狀。對戒斷癥狀的認識轉(zhuǎn)向了所有成癮藥物都很常見的、本質(zhì)上更具有激發(fā)性的負性情感狀態(tài)。負性情感狀態(tài)不僅通過負性強化,還通過改變正性強化刺激的調(diào)節(jié)點 ,增加藥物的正性效應(yīng)和條件性正性藥物效果,從而具有動機屬性。
自身給藥是一種建立在隨機行為基礎(chǔ)上,通過強化得到的操作式行為反應(yīng)。行為藥理學(xué)認為:隨機行為形成的操作式條件反射,其產(chǎn)生和維持都依賴于行為的結(jié)果,即某些“美好的”或可避免“壞的”結(jié)果,該結(jié)果可使隨機行為的重復(fù)概率增加,引發(fā)該結(jié)果的因素稱為強化因子。因此,理論上可以建立反映負性強化機制的自身給藥模型,但由于認識上的差異以及技術(shù)方面的原因,目前自身給藥模型主要建立在正性強化機制的基礎(chǔ)上。
Goldberg等用綠燈亮表示注射納洛酮 ,猴子壓桿使綠燈熄滅并停止注射納洛酮60s,一開始動物會在燈亮和藥物注射后壓桿,經(jīng)過燈光與注射多次匹配訓(xùn)練 ,嗎啡依賴猴子可學(xué)會在綠燈亮之后、藥物注射之前即壓桿。這一動物模型反映了條件性戒斷的負性強化屬性。
綜上:自身給藥模型較好地模擬了成癮的行為學(xué)特征，是當(dāng)前成癮研究的主要動物模型。其影響因素也較多，同時也為成癮的研究提供了不同的側(cè)面，隨著技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)理念的更新，成癮的動物模型必將得到不斷的發(fā)展，成癮的研究將不斷深入，人們對成癮的理解也會更加全面。
