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O presente estudo avalia um novo procedimento para avaliar os efeitos de reforço de soluções palatáveis em ratos de laboratório: a auto-administração intra-oral. Para este fim, respondendo operante (isto é, a pressão da alavanca) para infusões intra-orais de soluções doces em diferentes concentrações foi medido em rácios contínuos e progressivos esquemas de reforço.
Este artigo descreve um novo método para estudar a base de bio-comportamental da dependência de alimentos. Este método combina a componente cirúrgica de sabor reactividade com os aspectos do comportamento de auto-administração de drogas operante. Sob anestesia geral breve, os ratos são implantados com uma cânula intra-oral (IO), que permite a administração de soluções de teste directamente na cavidade oral. Os animais são então testados em câmaras de auto-administração operante através do qual eles podem pressionar uma alavanca para receber infusões de IO de soluções de teste. IO auto-administração tem várias vantagens sobre os procedimentos experimentais que envolvem a beber uma solução a partir de um bico ou responder operante para pastilhas ou soluções entregues num recipiente sólido. Aqui, mostramos que a IO auto-administração pode ser utilizada para estudar a auto-administração de xarope de milho rico em frutose (HFCS). Os ratos foram testados para a auto-administração em uma (PR) esquema de razão progressiva, que avalia a quantidade máxima de opcomportamento rante que será emitido para diferentes concentrações de HFCS (isto é, 8%, 25% e 50%). Após este teste, os ratos auto-administrados estas concentrações em uma programação contínua de reforço (ou seja, uma infusão para cada imprensa alavanca) por 10 dias consecutivos (1 sessão / dia, cada um com duração de 3 horas), e em seguida, eles foram novamente testados no cronograma PR . No esquema de reforço contínuo, os ratos levou menos infusões de concentrações mais elevadas, embora a concentração mais baixa de HFCS (8%) mantida a auto-administração de mais variável. Além disso, os testes de RP revelaram que 8% tinha um valor de reforço inferior a 25% e 50%. Estes resultados indicam que a IO auto-administração pode ser empregada para o estudo de aquisição e de manutenção da resposta de soluções doces. A sensibilidade de resposta operante a diferenças na concentração e esquema de reforço torna IO auto-administração de um processo ideal para investigar a neurobiologia da ingestão voluntária of doces.
O estudo da base neurobiológica e comportamental de dependência de alimentos baseia-se nas observações de que, à semelhança de drogas de abuso, o consumo excessivo de alimentos palatáveis promove dependência comportamental 1-4 e induz alterações em circuitos de recompensa do cérebro em humanos 5-6 e laboratório animais 7-8. Mas, enquanto existem vários protocolos e procedimentos para estudar as propriedades de dependência de drogas de abuso em ratos de laboratório, adaptando os métodos para avaliar comportamentos "viciantes" induzidas por alimentos apresenta desafios únicos. O objetivo do presente estudo foi o de aplicar princípios de administração intravenosa (IV) de drogas auto-administração operante para a investigação de auto-administração operante de soluções doces entregues por infusão intra-oral (IO). O doce utilizado foi o xarope de milho rico em frutose (HFCS), porque, apesar de controversa, há evidências de que a HFCS pode ser ligada à epidemia moderna de obesidade 9-12.
Tradicionalmente, as infusões de IO são entregues para estudar a palatabilidade de saborizantes em experiências reactividade gustativas 13. Resumidamente, uma cânula de IO é implantado cirurgicamente no mordente de ratos e infusões IO de várias soluções são passivamente entregues 14. O objetivo é estudar as reações orofaciais dos animais aos tastants. No entanto, cânulas IO também foram implantados cronicamente no palato de ratos para determinar se eles iriam aprender a pressionar uma alavanca para soluções de auto-infundir diretamente em sua cavidade oral, daí o termo IO auto-injeção 15-17. No presente estudo, descrevemos um procedimento que utiliza uma pequena cirurgia e que permite o teste de auto-administração operante longo prazo. Este procedimento tem várias vantagens significativas sobre os processos tradicionais que envolvem a beber uma solução a partir de um bico (a), ou responder operante para peletes sólidos (b), ou responder operante de gotas de fluido entregues num receptáculo(C).
Em comparação com a (a), IO auto-administração envolve uma resposta operante (isto é, pressionando uma alavanca) e, por conseguinte, é possível modificar a programação regulando a relação entre resposta e requisitos de entrega de infusões IO. Por exemplo, através do emprego de uma razão progressiva (PR) cronograma, segundo o qual as respostas necessárias para infusões sucessivas aumentam exponencialmente dentro de uma sessão de 18, é possível avaliar o quanto um animal "quer" a próxima infusão 19. Este importante aspecto de "buscar" o comportamento não pode ser avaliado quando os animais beber uma solução de uma bica, a menos que um aparelho especial que controla a oferta de líquidos e monitora as respostas é empregado 20. Além disso, IO auto-administração proporciona um meio de comparar os comportamentos motivados por diferentes estímulos de reforço. Ou seja, é possível comparar responder operante mantidas por doces e outros reforços, tais como drogas de abuso emos chamados "estudos de substituição."
Em comparação com (b), IO auto-administração permite o teste de qualquer concentração e qualquer quantidade de qualquer aditivo alimentar solúvel em água. Isso é fundamental para estudar o comportamento motivado por doces como HFCS, porque, com o melhor de nosso conhecimento, não há pastilhas disponíveis comercialmente sólidos de frutose, frutose ou combinações de glicose, em diferentes proporções, que seria adequado para câmaras operantes. Além disso, a importância de controlar e manipular índices de concentração / volume é obrigatório em experimentos onde o consumo pode ser modulada tanto pelo valor calórico de uma solução (que leva à saciedade específicas de nutrientes) e pela quantidade de solução que podem ser consumidos dentro de um determinado período de tempo (isto é, plenitude) 21. IO auto-administração também reduz o atraso entre a resposta operante e a entrega do reforço primário, um factor que desempenha um papel importante na aquisição e manutençãotenção do comportamento operante 16,22-23.
Finalmente, em comparação com (c), IO auto-administração permite a entrega de infusões passivos IO de quantidades controladas de solução de teste, e isso faz com que seja possível medir as respostas orofaciais de "gosto" (reação hedônica objetivo como protuberâncias da língua 24 -25) e se estas respostas mudar durante IO auto-administração. Além disso, a capacidade de administrar infusões passivos IO tem aplicações importantes para o estudo da recaída de procura de alimentos. Ou seja, em estudos de IV droga auto-administração, após períodos de extinção, primos de drogas (ou seja, a administração de uma pequena dose da droga 26) podem "restaurar" responder 27-28. Portanto, a capacidade de entregar infusões IO sem qualquer ação por parte do animal pode ser usado para estudar "cru" preparado reintegração, assim como o potencial de reintegração cruzamento entre alimentos edrogas de abuso.
IO auto-administração de soluções doces também é preferível para IV e auto-administração intra-gástrica. De facto, apesar de infusões IV de frutose em seres humanos e em animais de laboratório produz efeitos fisiológicos similares aos observados após ingestão oral, 29-31, este é um modelo pobre de como doces são normalmente consumido (isto é, por via oral). Além disso, os sinais gustativos produzidos por mastigação conferem informação importante sobre o paladar dos alimentos, e quando esta fase do processo de digestão é omitido, o desenvolvimento de comportamentos adaptativos, tais como excesso de comida é reduzida 32-33.
1. Animal Care e Habitação
Todos os experimentos foram aprovados pelo Comitê Animal Care, da Universidade de Guelph, e são realizadas de acordo com as recomendações do Conselho Canadense de Cuidados Animal. O estudo inclui 22 adultos machos Sprague-Dawley (Charles River, QC) pesando 200-225 g no início da experiência.
2. Cirurgia Canulação Intraoral: Materiais e Processos
O intra-oral (IO) a cirurgia e materiais estão descritos em 14 Limebeer et al.
Analgesia e anestesia
Os procedimentos cirúrgicos
Dar ratazanas de 3-5 dias para recuperar de uma cirurgia, antes do início da experiência.
3. Procedimentos de auto-administração de IO
Aparelho
Para auto-administração, Plexiglas câmaras de condicionamento operante são usados, e cada câmara é colocada em uma caixa de madeira compensada atenuantes de som maior. Cada câmara de condicionamento operante tem uma luz casa (28 V) e duas alavancas retráteis (ativos e inativos) localizados em lados opostos da câmara, 8 cm acima do chão. A alavanca ativa é conectado a uma bomba de infusão saídas posicionadaside a câmara de isolamento de som e luz branca (28 W) está localizado a 3 cm acima para servir como uma luz de estímulo emparelhado com a entrega de infusões IO. A alavanca inativo serve para controlar a linha de base, o comportamento operante não reforçado, pressionando a alavanca não tem qualquer consequência, mas todas as prensas são gravadas.
Comida
Privação de alimento
A fim de facilitar a obtenção deIO auto-administração, mas promover o crescimento normal, os ratos se sucederem períodos de privação de alimento e ad libitum acesso à ração padrão.
Geral IO procedimento de auto-administração
Operante de responder por infusões de IO de HFCS é avaliada em PR e horários contínuos de reforço. Os ratos são testados em IO de auto-administração até que a ingestão é estável, tal como definido por: 1) uma diferença significativa na resposta entre activo e inactiva alavancas para pelo menos 2 sessões consecutivas e 2) variação inferior a 20% no número de infusões auferidos por sessão por 2 sessões consecutivas. Cada sessão começa 6 horas para o ciclo escuro e dura 3 horas. A fase de aquisição 10 é constituída de IO sessões de auto-administração consecutivos sobre um esquema contínuo de reforço, e os ratos recebem uma única PR de teste de 24 horas antes do início de aquisição (teste PR I) e 24 horas após a última sessão de aquisição (Teste PR II). Para os testes de RP, o ponto de interrupção (PA) é definida como a última infusão recebida antes da cessação da resposta na alavanca activa durante pelo menos 1 h 18.
Dados auto-administração são analisados usando de dois fatores repetidas medidas análises de variância (ANOVA). Comparações múltiplas utilizando o método Student-Newman-Keuls (α = 0,05) foram utilizados para explorar quaisquer interacções significativos ou efeitos principais.
Aquisição de IO auto-administração
A Figura 3 representa responder operante nas alavancas ativos e inativos durante a auto-administração de 8%, 25%, ou 50% HFCS por 10 sessões consecutivas. Os ratos adquirem IO auto-administração de HFCS dentro das primeiras três sessões e manter a alavanca activa estável responder (como descrito acima) para o restante da aquisição. As diferenças dependentes da concentração em resposta alavanca activos também são evidentes: em comparação com 25%, em resposta é significativamente menor nos ratos auto-administram 50% HFCS. A menor concentração testada (8%) mantém um nível intermediário de responder operante caracterizada pela maior variabilidade individual da ingestão.
Testes de razão progressiva
Respostas alavanca activos e PA sobre os testes de RP estão representadas nas Figuras 4 e 5, respectivamente. No Teste I, não é modesto responder por todas as concentrações de HFCS. No entanto, as diferenças de grupo surgem no Teste II com maiores concentrações engendrando mais responder e BPs mais elevados.
Figura 1. Cânula IO completa com efeito de arrastamento, disco de malha (esquerda) com os discos elásticos e malha adicionais necessários para fixar a cânula, uma vez implantado (direita).
Parafuso de nylon Figura 2. Antes da modificação (esquerdo) do parafuso de nylon. (À direita) após a remoção da cabeça e a adição de uma ranhura 2 mm ao longo do comprimento da rosca.
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Figura 3. Média (SEM) o número de respostas de alavanca activa e inactiva por ratos que respondem a um esquema contínuo de reforço para 8% (n = 6), 25% (n = 8) ou 50% (n = 8) de alta frutose xarope de milho. O asterisco único e dupla representa diferenças significativas entre os grupos em respostas alavanca activos entre ratos auto-administram 25% e 50%, e 25% e 8%, respectivamente, (p <0,05).
. Figura 4 média (SEM) o número de respostas de alavanca activos por ratos que respondem em uma programação PR para 8%, 25%, ou 50% HFCS Os ratos foram testados duas vezes no cronograma PR;. Antes (Teste I PR) e a seguir ( PR Teste II) responder pela mesma concentration de HFCS para 10 dias de IO auto-administração em uma programação contínua de reforço. O único asterisco indica uma diferença significativa nas respostas alavanca ativos entre PR Teste I e PR Teste II. O duplo asterisco indica diferenças significativas entre os grupos em respostas alavanca activas em comparação com o grupo de 8% (p <0,05).
Figura 5. Média (EPM) breakpoint alcançado por ratos responderam em PR para 8%, 25%, ou 50% HFCS. O único asterisco indica uma diferença significativa nas respostas alavanca ativos entre PR Teste I e PR Teste II. O duplo asterisco indica diferenças significativas entre os grupos em respostas alavanca activas em comparação com o grupo de 8% (p <0,05).
O estudo atual mostra uma nova abordagem para a avaliação das propriedades de reforço de soluções doces combinando métodos tradicionalmente empregados para estudar o comportamento motivado por drogas de abuso (auto-administração operante intravenosa) e avaliar a palatabilidade de tastants (sabor reatividade através de infusões intra-orais). Para este fim, sob muito breve anestesia induzida por isoflurano, os ratos são implantados cânula IO que permite a entrega de soluções teste directamente para a boca. Após a recuperação da cirurgia, os animais são testados em câmaras operantes de auto-administração por meio de que eles podem pressionar uma alavanca para receber infusões de IO de soluções de ensaio.
Usando o procedimento de auto-administração IO estabelecemos que: 1) ratos adquirir e manter IO auto-administração de várias concentrações de HFCS, 2) ratos ajustar seu comportamento auto-administração de acordo com diferentes concentrações de HFCS, e 3) maior concentratio ns de HFCS origem a maiores de responder em um cronograma PR de auto-administração.
Estes resultados indicam claramente que o comportamento de auto-administração IO é regulado pelas conseqüências pós-ingestional de HFCS. De facto, num horário de reforço contínuo, os ratos tomam menos infusões quando a concentração é mais elevada (comparar 25% e 50% na Figura 3). Além disso, uma baixa concentração de HFCS (8%) mantém a auto-administração variável no esquema contínuo, e o teste de RP indica que 8% tem um mais baixo valor de reforço em relação a 25% e 50%. Estes padrões de comportamento de perto espelhar aqueles que são observados quando os ratos auto-administrar doses diferentes de drogas de abuso 34-36. Este é o primeiro estudo a demonstrar intraoral auto-administração operante de xarope de milho rico em ratos de laboratório, e verificar que o comportamento de auto-administração é controlado pelas conseqüências nutricionais do açúcar particular.
ove_content "> Quando se emprega IO auto-administração, é importante ter em consideração uma questão processual. Quando o animal é colocado na câmara de operante e a sua cânula S está ligado à tubagem Tygon, existe a possibilidade de desconexão durante a sessão . Para evitar e corrigir esse problema, é essencial observar com freqüência os animais se há vazamentos (ou seja, verificar se há acúmulo de líquido que é aparente na tampa da cabeça). Além disso, aproximadamente 50-70 mm das saídas cânula IO do dorso dos animais, e, consequentemente, a cânula IO pode ser mastigado, quando os ratos são na sua gaiola de origem. Para corrigir este problema, um conector pode ser construído a partir de uma agulha de 20 G, a fim de substituir a porção que falta da cânula IO. Em casos extremos, a totalidade da cânula pode ser substituído por repetir a cirurgia.O procedimento de auto-administração IO oferece uma abordagem nova e inovadora para abordar questões importantes sobre o neurobiolobase tecnológico e comportamental da dependência alimentar. Em primeiro lugar, é claro que um fator que contribui para excesso de peso e obesidade é o consumo excessivo de alimentos que são refinados com aditivos, como os adoçantes para melhorar a palatabilidade 1-4. Existem vários adoçantes que são comumente usados em alimentos, diferindo na estrutura e, consequentemente, de valor calórico e sabor 37. O papel destas diferenças na promoção do consumo excessivo pode ser explorada de forma sistemática utilizando IO auto-administração. Em segundo lugar, a disponibilidade de alimentos que causam dependência não pode ser o único factor determinante da auto-administração excessiva, como no caso de drogas de abuso, diferenças / vulnerabilidades individuais também deve desempenhar um papel 38-39. IO auto-administração, devido à sua componente comportamental ativa e mensurável, pode identificar fenótipos vulneráveis e, portanto, permitir a investigação das diferenças genéticas e epigenéticas subjacentes. Em terceiro lugar, IO auto-administração pode ser mantidas por longos períodos de tempo, por conseguinte, aloasa a investigação de correlatos neurobiológicos da ingestão voluntária de alimentos viciante e obesidade induzida por dieta. Em quarto lugar, IV e IO estudos de auto-administração pode ser realizada em paralelo para identificar os fatores neurobiológicos compartilhados que estão envolvidas na regulação da ingestão e recaída de busca de recompensa compulsivo. Finalmente, mais uma vez devido ao seu componente comportamental activa e mensurável, IO auto-administração pode ser empregue para testar novas abordagens farmacológicas para reduzir o consumo excessivo de alimentos altamente saborosos.
Os autores que não têm nada a revelar.
Estes estudos foram apoiados por bolsas do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá (NSERC) a FL e uma bolsa de estudos de Pós-Graduação canadense (CGSD) de NSERC para 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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