Method Article
La présente étude évalue une nouvelle procédure d'évaluation des effets de renforcement de solutions agréables au goût chez les rats de laboratoire: intra auto-administration. À cette fin, répondant opérant (c'est à dire en appuyant sur le levier) pour perfusions intra-orale de solutions sucrées à différentes concentrations a été mesurée sur continue et progressive des ratios programmes de renforcement.
Cet article décrit une nouvelle méthode pour étudier la base de la dépendance à la nourriture bio-comportementale. Cette méthode combine la composante chirurgicale de goût réactivité avec les aspects comportementaux de opérant auto-administration de médicaments. Sous très brève anesthésie générale, des rats sont implantés avec une canule intra-buccale (IO) qui permet de délivrer des solutions d'essai directement dans la cavité buccale. Les animaux sont ensuite testés en opérant chambres d'auto-administration par lequel ils peuvent appuyer sur un levier pour recevoir des perfusions IO de solutions de test. IO auto-administration a plusieurs avantages par rapport aux procédures expérimentales impliquant boire une solution à partir d'un bec ou opérant pour répondre granulés ou de solutions livrées dans un récipient solides. Ici, nous montrons que IO auto-administration peut être utilisée pour étudier l'auto-administration de sirop de maïs à haute teneur en fructose (HFCS). Les rats ont été d'abord été testés pour l'auto-administration d'un rapport progressif (PR) programme, qui évalue le montant maximum des opcomportement frigorigène qui sera émis pour différentes concentrations de HFC (soit 8%, 25% et 50%). Après ce test, les rats auto-administré ces concentrations sur un calendrier continu de renforcement (c'est à dire d'une perfusion à chaque pression de levier) pendant 10 jours consécutifs (1 séance / jour; chaque 3 heures durable), et puis ils ont été testés à nouveau sur le calendrier de PR . Au programme de renforcement continu, les rats ont moins de perfusions de concentrations plus élevées, bien que la plus faible concentration de HFC (8%) a maintenu plus variable auto-administration. En outre, les tests ont révélé que PR 8% avait une valeur de renfort inférieur à 25% et 50%. Ces résultats indiquent que IO auto-administration peut être utilisée pour étudier l'acquisition et le maintien de la réponse des solutions sucrées. La sensibilité de la réponse opérant à des différences de concentration et le calendrier de renforcement fait IO auto-administration d'une procédure idéale pour étudier la neurobiologie de l'apport volontaire of bonbons.
L'étude de la base neurobiologique et comportementale de l'addiction à la nourriture repose sur les observations que, de façon similaire à l'abus des drogues, la consommation excessive d'aliments agréables au goût favorise la dépendance comportementale 1-4 et provoque des altérations dans les circuits de récompense du cerveau chez les humains 5-6 et laboratoire 7-8 animaux. Mais, bien qu'il existe plusieurs protocoles et des procédures pour étudier les propriétés addictives de l'abus des drogues chez les rats de laboratoire, d'adapter ces méthodes pour évaluer les comportements addictifs "" induites par la nourriture présente des défis uniques. Le but de cette étude était d'appliquer des principes de intraveineuse (IV) médicament auto-administration opérant pour l'enquête de opérant auto-administration de solutions douces livrés par intra (IO) perfusion. Le doux employé était le sirop de maïs riche en fructose (HFCS) parce que, bien que controversée, il est évident que HFCS peut être liée à l'épidémie d'obésité moderne 9-12.
Traditionnellement, les perfusions IO sont livrés à étudier le goût de tastants en goût réactivité expériences 13. En bref, une canule IO est implanté chirurgicalement dans la joue de rats et infusions IO de diverses solutions sont passivement livré 14. L'objectif est d'étudier les réactions oro-faciales des animaux aux sapides. Cependant, canules IO ont également été implantés chroniquement dans le palais des rats afin de déterminer si elles apprendre à appuyer sur un levier pour des solutions d'auto-INFUSE directement dans leur cavité buccale, d'où le terme IO auto-injection 15-17. Dans la présente étude, nous décrivons une procédure qui utilise la chirurgie mineure et qui permet de tester l'auto-administration opérant à long terme. Ce procédé présente plusieurs avantages importants par rapport aux procédés classiques qui impliquent de boire une solution à partir d'un bec verseur (a), ou pour répondre opérant pastilles solides (b), ou opérant pour répondre gouttes de fluide livrées dans un récipient(C).
Par rapport à (a), IO auto-administration implique une réponse opérante (c'est à dire en appuyant sur un levier) et il est donc possible de modifier le calendrier qui régit les relations entre les besoins d'intervention et de livraison de perfusions IO. Par exemple, en utilisant un rapport progressif (PR) de calendrier, de sorte que les réponses nécessaires pour infusions successives augmentent de façon exponentielle dans une session 18, il est possible d'évaluer à quel point un animal "veut" la prochaine perfusion 19. Cet aspect important du comportement "cherchant" ne peut être évaluée lorsque les animaux boivent une solution à partir d'un bec, à moins d'un appareil spécial qui contrôle distribution de fluide et surveille les réponses est employé 20. De plus, IO auto-administration fournit un moyen de comparer les comportements motivés par différents stimuli de renforcement. Cela dit, il est possible de comparer opérant ayant répondu maintenu par des bonbons et autres renforcements tels que l'abus des drogues danssoi-disant «études de substitution."
Par rapport à (b), l'auto-administration IO permet de tester toute concentration et un volume quelconque de tout additif alimentaire soluble dans l'eau. Cela est essentiel pour étudier le comportement motivé par des bonbons tels que le SHTF, parce que, au meilleur de notre connaissance, il n'y a pas de pastilles disponibles dans le commerce solides de fructose, ou des combinaisons de fructose-glucose à différents rapports, qui serait approprié pour chambres opératoires. En outre, l'importance de contrôler et de manipuler les ratios de concentration / volumes est obligatoire dans les expériences où la consommation peut être modulée à la fois par la valeur calorique d'une solution (conduisant à satiété spécifique en nutriments) et de combien de cette solution peut être consommé dans un donné période de temps (par exemple plénitude) 21. IO auto-administration réduit également le délai entre la réponse, et c'est la livraison de l'encouragement primaire, un facteur qui joue un rôle important dans l'acquisition et la maintenancenance de comportement opérant 16,22-23.
Enfin, par rapport à (c), IO auto-administration permet la livraison d'infusions IO passives des quantités contrôlées de la solution d'essai, et ce qui permet de mesurer la réaction orofaciale de "goût" (réaction hédonique objectif tel que des saillies de languette 24 -25) et si ces réponses changent pendant IO auto-administration. En outre, la capacité d'administrer des infusions IO passifs a des applications importantes pour l'étude de rechute à la recherche de nourriture. C'est, dans les études de drogues IV auto-administration, les périodes d'extinction suivants, nombres premiers de médicaments (c.-à-administration d'une faible dose de la drogue 26) peuvent "rétablir" répondre 27-28. Par conséquent, la capacité à fournir des infusions IO sans aucune action de la part de l'animal peut être utilisé pour étudier la «nourriture» amorcée réintégration, ainsi que la réintégration croix potentiel entre les aliments etl'abus des drogues.
IO auto-administration de solutions sucrées est également préférable d'IV et intra-gastrique auto-administration. En fait, bien que des perfusions intraveineuses de fructose chez les humains et les animaux de laboratoire produisent des conséquences physiologiques similaires à ceux observés après la consommation par voie orale 29-31, c'est un mauvais modèle de la façon dont les bonbons sont normalement consommés (c'est à dire par voie orale). En outre, les signaux gustatives produites par la mastication confèrent des informations importantes sur le goût des aliments, et lorsque cette étape du processus de digestion est omis, le développement de comportements inadaptés comme la suralimentation est réduite 32-33.
Une. Protection des animaux et du Logement
Toutes les expériences sont approuvés par le Comité de protection des animaux de l'Université de Guelph, et sont réalisées en conformité avec les recommandations du Conseil canadien sur les soins des animaux. L'étude actuelle comprend 22 adultes mâles Sprague-Dawley rats (Charles River, QC) pesant 200-225 g au début de l'expérience.
2. Intra-orale Chirurgie Canulation: Matériaux et procédures
Le intra (IO) et la chirurgie matériaux sont décrits dans Limebeer et al. 14
Analgésie et l'anesthésie
Les interventions chirurgicales
Donnez rats 3-5 jours pour récupérer de la chirurgie avant le début de l'expérience.
3. Procédures d'auto-administration IO
Appareil
Pour l'auto-administration, plexiglas chambres de conditionnement opérant sont utilisés, et chaque chambre est enfermé dans une boîte en contreplaqué grande insonorisant. Chaque chambre de conditionnement opérant a une lumière de la maison (28 V) et deux leviers rétractables (actifs et inactifs) situés sur les côtés opposés de la chambre, 8 cm au dessus du sol. Le levier actif est relié à une pompe à perfusion sorties positionnéeside la chambre d'isolation phonique et une lumière blanche (28 W) est situé à 3 cm au-dessus pour servir de stimulus lumineux associé à la prestation des infusions IO. Le levier inactif sert à contrôler la ligne de base, comportement opérant non armé; appuyant sur ce levier n'a aucune conséquence, mais toutes les presses sont enregistrées.
Nourriture
La privation de nourriture
Afin de faciliter l'acquisition d'IO auto-administration, mais de promouvoir la croissance normale, les rats sont parcourus par des périodes de privation de nourriture et l'accès ad libitum à la nourriture pour rats standard.
Général IO procédure d'auto-administration
Opérant répondre pour des infusions IO de HFCS est évaluée sur PR et les horaires continus de renforcement. Les rats sont testés dans IO auto-administration jusqu'à ce que la consommation est stable tel que défini par: 1) une différence significative dans la réponse entre les actifs et inacTive leviers pour au moins deux sessions consécutives, et 2) à moins de 20% de variation dans le nombre de perfusions gagnés par séance pour deux sessions consécutives. Chaque séance commence 6 heures dans le cycle sombre et dure 3 heures. La phase d'acquisition se compose de 10 séances d'auto-administration consécutives IO sur un calendrier continu de renforcement, et les rats reçoivent une seule PR test de 24 heures avant le début de l'acquisition (test de PR je) et 24 heures après de la dernière session d'acquisition (PR Test II). Pour les tests de PR, le point d'arrêt (BP) est définie comme la dernière perfusion reçu avant la cessation de répondre sur le levier actif pendant au moins 1 h 18.
Données d'auto-administration sont analysés en utilisant deux facteurs à mesures répétées analyses de variance (Anova). Comparaisons multiples en utilisant la méthode de Student-Newman-Keuls (α = 0,05) ont été utilisées pour explorer les interactions significatives ou des effets principaux.
Acquisition de IO auto-administration
Figure 3 représente opérant de répondre sur les leviers actifs et inactifs pendant l'auto-administration de 8%, 25%, ou 50% HFCS pour 10 séances consécutives. Rats acquérir IO auto-administration de HFCS dans les trois premières sessions et maintenir levier actif stable de répondre (comme décrit ci-dessus) pour le reste de l'acquisition. différences de concentration-dépendante dans les réponses de levier actifs sont également évidentes: par rapport à 25%, en réponse est significativement plus faible chez les rats auto-administration de 50% HFCS. La plus faible concentration testée (8%) maintient un niveau intermédiaire de opérant ayant répondu caractérisé par la variabilité individuelle élevée de la consommation.
Tests de ratio progressistes
Réponses levier actif et BP sur les tests de PR sont représentées dans les figures 4 et 5, respectivement. Le test I, il est modeste répondre à toutes les concentrations de HFC. Toutefois, les différences entre groupes émergent sur test II avec des concentrations plus élevées engendrant plus de répondre et tensionnelles plus élevées.
Figure 1. Complète de la canule IO avec extrémité à bride, maillage disque (à gauche) avec les disques élastiques et mailles supplémentaires nécessaires pour garantir la canule une fois implanté (à droite).
Boulon de Nylon Figure 2. Avant modification (à gauche) boulon. Nylon (à droite) après l'enlèvement de la tête et l'ajout d'une rainure 2 mm le long de la longueur du fil.
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Figure 3. Moyenne (SEM) nombre de réponses de levier actifs et inactifs faites par les rats qui ont répondu sur un programme continu de renforcement de 8% (n = 6), 25% (n = 8) ou 50% (n = 8) haute teneur en fructose le sirop de maïs. L'astérisque simple et double représente différences entre les groupes significative dans les réponses de levier actif entre les rats auto-administration de 25% et 50%, et 25% et 8%, respectivement (p <0,05).
. Figure 4 moyenne (SEM) nombre de réponses de levier actives par les rats qui ont répondu sur un programme de relations publiques pour 8%, 25%, ou 50% HFCS rats ont été testés deux fois sur le programme de relations publiques;. Avant (PR Test I) et après ( PR test II) répondant à la même concentration de HFCS pour 10 jours de IO auto-administration sur un programme continu de renforcement. L'astérisque indique une différence significative dans les réponses levier actif entre PR Test I et II PR test. Le double astérisque indique des différences significatives entre les groupes dans les réponses de levier actifs en comparaison avec le groupe de 8% (p <0,05).
Figure 5. Moyenne (SEM) point d'arrêt atteint par les rats qui ont répondu sur PR 8%, 25%, ou 50% HFCS. L'astérisque indique une différence significative dans les réponses levier actif entre PR Test I et II PR test. Le double astérisque indique des différences significatives entre les groupes dans les réponses de levier actifs en comparaison avec le groupe de 8% (p <0,05).
La présente étude illustre une nouvelle approche pour évaluer les propriétés de renforcement de solutions sucrées en combinant les méthodes traditionnellement utilisées pour étudier le comportement motivé par l'abus des drogues (auto-administration opérant intraveineuse) et d'évaluer le goût de sapides (goût réactivité grâce à des perfusions intra-buccales). À cette fin, sous très brève anesthésie induite par l'isoflurane, les rats sont implantés avec une canule IO qui permet la livraison de solutions de test directement dans leur bouche. Après récupération de la chirurgie, les animaux sont testés en opérant chambres d'auto-administration par lequel ils peuvent appuyer sur un levier pour recevoir des perfusions IO de solutions de test.
Utilisation de la procédure d'auto-administration IO nous avons établi que: 1) les rats acquièrent et maintiennent IO auto-administration de diverses concentrations de HFC; 2) rats ajustent leur comportement d'auto-administration selon différentes concentrations de HFC, et 3) concentratio plus ns de HFCS engendrent plus de répondre sur un programme de relations publiques de l'auto-administration.
Ces résultats indiquent clairement que IO comportement d'auto-administration est régie par les conséquences post-ingestional de HFCS. En fait, selon un calendrier continu de renforcement, les rats font moins de perfusions lorsque la concentration est plus élevée (comparer 25% et 50% sur la figure 3). En outre, une faible concentration de HFC (8%) maintient la variable auto-administration sur un programme continu, et le test de PR indique que 8% a une valeur plus basse de renforcement par rapport à 25% et 50%. Ces comportements reflètent étroitement celles qui sont observées lorsque les rats s'auto-administrent des doses différentes de l'abus des drogues 34-36. Cette étude est la première à démontrer intra opérant auto-administration de sirop de maïs à haute teneur en fructose dans des rats de laboratoire, et de vérifier que le comportement d'auto-administration est contrôlée par les conséquences nutritionnelles de ce sucre particulier.
ove_content "> Lorsque l'on utilise IO auto-administration, il est important de prendre en considération une question de procédure. Lorsque l'animal est placé dans la chambre opérant et sa canule IO est fixé au tube Tygon, il ya la possibilité de déconnexion lors de la session . Afin de prévenir et corriger ce problème, il est essentiel d'observer fréquemment les animaux de fuites (c. vérifier l'accumulation de liquide qui est apparent sur le chapeau). De plus, environ 50-70 mm de la sortie de la canule IO de l' dos de l'animal, et par conséquent, la canule IO peut être mâchée lorsque les rats sont dans leur cage. Pour corriger ce problème, un connecteur peut être construit à partir d'une aiguille 20 G afin de remplacer la partie manquante de la canule IO. Dans les cas extrêmes, l'ensemble de canule peut être remplacé en répétant l'opération.La procédure d'auto-administration IO propose une approche nouvelle et innovante pour aborder des questions importantes concernant la neurobiolobase logique et comportementale de la dépendance alimentaire. Tout d'abord, il est clair qu'un facteur contribuant à la surcharge pondérale et de l'obésité est la consommation excessive d'aliments qui sont raffinées avec des additifs tels que les édulcorants pour améliorer l'appétence 1-4. Il existe plusieurs édulcorants qui sont couramment utilisés dans les aliments, qui diffèrent par la structure, et donc la valeur calorique et le goût 37. Le rôle de ces différences dans la promotion de la consommation excessive peut être exploré systématiquement en utilisant IO auto-administration. Deuxièmement, la disponibilité des aliments de dépendance ne peut pas être le seul facteur déterminant de l'auto-administration excessive, comme dans le cas de l'abus des drogues, les différences individuelles / vulnérabilités doivent également jouer un rôle 38-39. IO auto-administration, en raison de sa composante comportementale active et mesurable, peut identifier les phénotypes vulnérables et donc permettre à l'enquête de différences génétiques et épigénétiques sous-jacents. Troisièmement, IO auto-administration peut être maintenue pendant de longues périodes de temps, d'où alloaile de l'enquête de corrélats neurobiologiques de l'apport volontaire de nourriture dépendance et l'obésité induite par l'alimentation. Quatrièmement, IV et IO études d'auto-administration peuvent être effectuées en parallèle pour identifier les facteurs neurobiologiques communs qui sont impliqués dans la régulation de la prise et de la rechute à la quête compulsive de récompense. Enfin, toujours en raison de sa composante comportementale active et mesurables, IO auto-administration peut être utilisé pour tester de nouvelles approches pharmacologiques pour réduire la consommation excessive d'aliments très agréable au goût.
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Ces études ont été soutenues par des subventions du Conseil en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) à FL et une bourse d'études supérieures du Canada (CGSD) du CRSNG à AM.L.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reagents | |||
Meloxicam | Boehringer Ingelheim Canada Ltd. | From the Ontario Veterinary College pharmacy | |
Procaine Penicillin G | Pen Aqueous, Wyeth Animal Health | From the Ontario Veterinary College pharmacy | |
Lidocaine HCl 2% | From the Ontario Veterinary College pharmacy | ||
Marcaine 0.5 % | From the Ontario Veterinary College pharmacy | ||
Lubricating eye ointment | Product can be bought at any pharmacy | ||
2% Lidocaine Viscous Oral (Topical Anesthetic) | Pharmascience Inc. | CDMV # 14705 | 100 ml bottle |
Isoflurane USP | Pharmaceutical Partners of Canada | CDMV # 108737 | 250 ml bottle |
Bacti-Stat | Merck Sante Animale | CDMV # 6449 | 3.785 L bottle |
Isopropyl alcohol (70%) | Perdu Pharma | Fisher # MPX18404 | 4 L bottle |
Betadine 10% | McKesson Canada | CDMV # 104826 | 500 ml bottle |
Super Germiphene | Ceva Animal Health | CDMV # 103629 | 454 ml bottle |
Chlorhexidene (Novadent) | Zoetis | CDMV # 8908 | 236 ml bottle |
High Fructose Corn Syrup | Natures Flavours | HFCS-55 | 1 gal bottle |
Materials | |||
PE90 tubing | Becton Dickinson and Company | VWR # CA-63019-080A | 100 ft/coil |
PE160 tubing | Becton Dickinson and Company | VWR # CA-63018-747 | 100 ft/coil |
Polypropylene Mesh | Small Parts Inc. | CMP-0297-D | |
Soldering iron | Product can be bought at any hardware store | ||
#64 Elastic bands | Staples Office supplies | Item # 13556 | Product can be bought at any office supply store |
15 G Thin-walled 3.5 in needles | VWR # CABD1108 | 12 needles/pack | |
Electric razor (1/2 in wide blade) | Product can be bought at any pet supply store | ||
Precision Glide Needles 20 G needles (1½ in) | Becton Dickinson and Company | Fisher # 14-826D | |
Precision Glide Needles 16 G needles (1½ in) | Becton Dickinson and Company | Fisher # 14-826-5D | |
Operant conditioning chambers | Med Associates Inc. | ENV-008-CTC | |
Sound attenuating chamber | Med Associates Inc. | ENV-018M | |
MED PC IV software | Med Associates Inc. | SOF-735 | |
Syringe Pumps | Razel Scientific Instruments | ||
Disposable plastic swivel assembly | Med Associates Inc. | PHM-115I | |
Tygone Microbore tubing | Saint Gobain Performance Plastics | Fisher # 1417015B | 500 ft/coil |
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