藥物成癮的發(fā)生是一個(gè)迅速的躍遷過(guò)程:從很少的、偶爾的用藥行為跳躍到長(cháng)期的、穩定的成癮狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程的發(fā)展有多快 ? 有多少比例的用藥者會(huì )成癮 ? 成癮所涉及的腦機制是什么 ? 要回答這些問(wèn)題 ,動(dòng)物模型是*的。因為很顯然 ,不能在人體上進(jìn)行用藥的試驗 ,同樣也很難在人體上進(jìn)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(dòng)物在做出程序所設定的動(dòng)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(lèi)的用藥行為 ,故在成癮研究中得到了廣泛的應用。
1 自身給藥模型設備
1.1 硬件
自身給藥系統由計算機、連接板卡、線(xiàn)纜、實(shí)驗操作籠組成。計算機為普通的 PC 兼容機 ,板卡接口的數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(dòng)物的實(shí)驗。試驗籠裝配有輸入輸出設備 ,輸入設備一般有鼻觸、踏板;輸出設備包括燈光、聲音、給藥裝置。給藥裝置根據給藥方式的不同 ,可以有食物泵、液體泵、注射泵 ,顱內給藥需要微注射泵。靜脈或顱內給藥動(dòng)物的輸液管均經(jīng)保護管、轉軸( swivels)與輸液泵相連 ,轉軸允許動(dòng)物自由活動(dòng)的同時(shí)輸液管不會(huì )纏繞打結。
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(lèi)程序一般都借用工業(yè)上使用的 state notation程序 ,利用程序語(yǔ)言設計。國外有很多成熟的商業(yè)行為學(xué)實(shí)驗軟件，國內少數科研單位編制了自己的行為實(shí)驗軟件。較早的有北京醫科大學(xué)中國藥物依賴(lài)性研究所王衛平等于1994年報道的自身給藥控制系統（self administration control system，SACS）。寧波市微循環(huán)與莨菪類(lèi)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(shí)現絕大多數的自身給藥實(shí)驗。
2 自身給藥的類(lèi)型
2.1 給藥途徑
自身給藥可以通過(guò)幾乎所有的臨床給藥途徑來(lái)實(shí)現。使用多的是靜脈給藥 ,另外還有顱內給藥、口服給藥、吸入給藥。靜脈給藥較好地模擬了人類(lèi)阿片類(lèi)藥物的使用方式。其給藥量準確 ,容易控制 ,起效迅速 ,實(shí)驗動(dòng)物需接受靜脈埋管手術(shù) ,對實(shí)驗室的無(wú)菌設施有一定的要求 ,實(shí)驗維護有一定的難度 ,長(cháng)期實(shí)驗靜脈留置管容易堵塞、脫落。
顱內給藥包括腦室給藥和核團給藥 ,不存在血腦屏障和首過(guò)效應的問(wèn)題 ,便于觀(guān)察藥物對中樞神經(jīng)系統的直接作用。如果藥物的鎮靜或鎮痛效應與強化效應分別作用于不同的腦區 ,那么顱內給藥則可以有效地研究藥物的強化效應并避免藥物的鎮靜、鎮痛效應的干擾。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(wèn)題 ,并且藥物局部注射可能會(huì )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 ,動(dòng)物多次自身給藥后給藥局部可能失活 ,注射時(shí)要避免壓力對腦區的損傷，另外 ,還要證明全身給藥與當前顱內給藥是相同的機制?？傮w上 ,其對于腦獎賞中樞的定位研究以及不同腦區的機制提供了*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)由胃內插管給藥。此種方法操作方便 ,無(wú)需手術(shù) ,可以作大樣本的研究。主要應用于酒濫用的研究 ,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、成分必須統一、規范。
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(dòng)物多數不愿吸入煙霧 ,給藥量不易精確 ,技術(shù)要求較高 ,設備昂貴 ,使用受到限制。
由于技術(shù)的進(jìn)步 ,目前自身給藥試驗時(shí)動(dòng)物不僅可以自由地在籠中活動(dòng) ,甚至可以擺脫給藥導管的限制 ,在隨身輸液泵和電子技術(shù)的支持下 ,實(shí)現更大限度的自由活動(dòng)。這項革新性技術(shù)目前主要應用在顱內給藥(可避免動(dòng)物活動(dòng)拉伸輸液管造成的給藥量不準確)或大動(dòng)物身上。
2.2 給藥程序
根據實(shí)驗設計的不同 ,給藥程序可分為簡(jiǎn)單程序、累進(jìn)比率、復合程序和二次程序。簡(jiǎn)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?？?/span> ,使用較多 ,但有人認為其只能反映人類(lèi)用藥的啟動(dòng)反應 ,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(dòng)物碰觸開(kāi)關(guān)行為與獲得強化藥物的時(shí)間延遲關(guān)系 ,指在實(shí)驗中設定一定的時(shí)間間隔 ,動(dòng)物在間隔期的反應不會(huì )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(jìn)比率(progressive ratio ,PR)一般呈指數式上升 ,根據動(dòng)物的斷點(diǎn)(break point)來(lái)表現藥物的強化屬性。傳統累進(jìn)比率方法強調斷點(diǎn) ,實(shí)驗周期較長(cháng) ,一般為一個(gè)月左右。實(shí)驗動(dòng)物在斷點(diǎn)后由于比率太高而失望 ,對踏板失去興趣 ,連續 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 ,使得重復實(shí)驗時(shí)踏板次數不穩定。王衛平等采用每日比率累進(jìn)法 ,以每日所能達到的比率值為實(shí)驗數據 ,每天實(shí)驗時(shí)間 22 - 23 h , 每天的比率均重新開(kāi)始 ,避免了連續幾天得不到藥物的問(wèn)題 ,使藥物血濃度始終維持在相對穩定的水平 ,這樣更符合精神依賴(lài)性藥物維持的基本原理。另一優(yōu)點(diǎn)是縮短了實(shí)驗周期 ,使累進(jìn)比率實(shí)驗能在10 d內得到結果。
二次強化程序將覓藥行為(drug seeking)與用藥行 為 ( drug taking ) 分 離 , 動(dòng) 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(huì ) ,按壓給藥桿之后獲得獎賞 ,以此模擬人類(lèi)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(cháng)類(lèi)動(dòng)物 ,目前用于嚙齒類(lèi)的也日益增多。
2.3 給藥時(shí)間
長(cháng)時(shí)程給藥 ( long - access , LgA) 與短時(shí)程給藥(short - access , ShA)其自身給藥的模式會(huì )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)現大鼠的覓藥行為被顯著(zhù)地抑制;相同的大鼠隨后接受了可ka因加量給藥(extended cocaine taking)訓練 ,此時(shí)厭惡性條件刺激的信號便不能抑制大鼠的覓藥行為 ,實(shí)驗者同時(shí)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敏感化 ,從而認為這種現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)現長(cháng)時(shí)程組藥物的攝入量明顯高于短時(shí)程組 ,并且長(cháng)時(shí)程組更易于復發(fā) ,LgA組的神經(jīng)內分泌系統的激素水平和基因表達與 ShA組有顯著(zhù)性差異 ,相關(guān)腦區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(shí)反映了人類(lèi)的成癮行為,首先必須證明動(dòng)物的給藥行為確實(shí)是藥物的獎賞效應導致的 ,而藥物可能對實(shí)驗動(dòng)物的自主活動(dòng)和探索活動(dòng)產(chǎn)生影響 ,很多精神活性物質(zhì)可以提升動(dòng)物的自主活動(dòng) ,從而有可能引發(fā)偶然的壓桿或鼻觸行為。解決的辦法是設置自身對照或同軛(yoked)對照。自身對照采用兩個(gè)給藥觸發(fā)裝置 (鼻觸或杠桿) :有效裝置與無(wú)效裝置。藥物可能對兩個(gè)給藥裝置的觸發(fā)行為都有影響 ,計算多個(gè)動(dòng)物兩個(gè)裝置的觸發(fā)均值可以看出強化效應對給藥行為的影響。Yoked對照采用配對設計 ,一個(gè)動(dòng)物的壓桿行為同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)動(dòng)物的給藥 ,同時(shí)記錄兩個(gè)動(dòng)物的壓桿行為 ,比較組間的差異 ,則可得出強化效應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(shuō)明東莨菪堿的自身給藥至少部分是因為藥物直接作用導致的活動(dòng)增高引起的。
4 自身給藥的影響因素
4.1 實(shí)驗對象
不同物種在自身給藥的獲得及維持上有著(zhù)不同的特點(diǎn)。同一物種不同品系即使在相同給藥模式下 ,血藥濃度相當 ,也存在反應模式的差別[11 , 12 ]。猴是群居動(dòng)物 ,有著(zhù)與人類(lèi)社會(huì )相似的社會(huì )等級。Morgan等發(fā)現 ,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(wú)節制自身給藥(binge self - administration) 加剝奪訓練 ,可以使大鼠對可ka因的強化效應敏感化 ,而采用普通的 FR給藥程序則無(wú)此效應。
由于人類(lèi)普遍存在多種精神活性物質(zhì)混合使用的情況 ,成癮模型對此現象也進(jìn)行了模擬研究。很多研究發(fā)現預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(jìn)作用。
4.3 環(huán)境與應激
對成癮物質(zhì)的易感性是當前研究熱點(diǎn)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)境和應激也發(fā)揮著(zhù)十分重要的作用。有關(guān)環(huán)境與應激對成癮行為影響的研究數量眾多 ,并且十分深入。如 Kosten 等的一項研究發(fā)現 ,出生后即接受隔離應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*應較其它成癮藥物小很多 ,但其濫用潛力卻與那些藥物相當或超過(guò)它們 ,戒煙的難度絲毫不低于其它成癮物質(zhì)?？赡艿慕忉屖黔h(huán)境信號構成條件性強化因子 ,并具有強大的動(dòng)機屬性 ,從而維持濫用。
Falk于1961年發(fā)現,當每分鐘給予限食的大鼠一粒食物時(shí),短時(shí)間內大鼠飲用大量的液體。他將這種現象命名為程序誘導的煩渴 ( schedule - inducedpolydipsia ,SIP)[18]。這一現象很快用于成癮的研究。在訓練SIP同時(shí)加入藥物即為程序誘導的自身口服給藥(schedule - induced oral drug self - administration)。在SIP行為的啟發(fā)下,Singer 等建立了程序誘導的靜脈自身給藥模型,并開(kāi)展了系列的研究。程序性供應食物使得通常條件下無(wú)法建立靜脈自身給藥行為的藥物形成穩定的自身給藥行為。
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(lài)性
由于自身給藥模型是建立在強化的基礎上,所以被用來(lái)評定藥物的依賴(lài)性。例如gamma -hydroxybutyric acid (r-羥丁酸)成功地應用于減輕酒和阿片類(lèi)的戒斷癥狀 ,那么其本身有無(wú)精神依賴(lài)性Fattore 等利用自身給藥模型和條件性位置偏愛(ài)(CPP)模型 ,證明了r-羥丁酸能在鼠身上形成自身給藥和CPP ,從而為其臨床應用提出了警告。哈鷹，王桂林等應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(lài)性 ,為臨床應用提供了參考。
5.2 對成癮涉及腦區的研究
利用顱內自身給藥可以評定與藥物強化特性相關(guān)的腦區。例如McKinzie 等的研究顯示可ka因的強化效應與伏核的殼(shell)區關(guān)系密切 ,而與核(core)區的關(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(gè)月不同時(shí)期大鼠腹側被蓋區和伏核的分子適應性變化。綜合許多動(dòng)物自身給藥和人類(lèi)功能影像的研究 ,目前認為條件刺激和信號對復吸的發(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。
5.3 易感素質(zhì)研究
大量的臨床觀(guān)察及研究顯示成癮者具有人格素因。自身給藥對此進(jìn)行了模擬研究。研究表明大鼠在新奇環(huán)境的探索活動(dòng)與酒精的自身給藥的形成速度存在正相關(guān)。Mantsch等也發(fā)現新奇環(huán)境反應高者更易形成自身給藥,給藥更規律,藥量更大。
5.4 尋找成癮的治療和預防方法
自身給藥模型可以用于戒毒新藥或待開(kāi)發(fā)化學(xué)物的有效性及不良反應的研究。例如利用自身給藥模型觀(guān)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)復吸行為 ,而某些物質(zhì)可提高引燃閾值,從而有可能成為預防復吸的藥物。
5.5 對復吸相關(guān)機制的研究
由于戒斷癥狀的持續期及強度明顯與復吸的發(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(guò)后的病人回到用藥的環(huán)境即會(huì )體驗強烈的條件性戒斷癥狀。對戒斷癥狀的認識轉向了所有成癮藥物都很常見(jiàn)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(guò)負性強化,還通過(guò)改變正性強化刺激的調節點(diǎn) ,增加藥物的正性效應和條件性正性藥物效果,從而具有動(dòng)機屬性。
自身給藥是一種建立在隨機行為基礎上,通過(guò)強化得到的操作式行為反應。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(lài)于行為的結果,即某些“美好的”或可避免“壞的”結果,該結果可使隨機行為的重復概率增加,引發(fā)該結果的因素稱(chēng)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(kāi)始動(dòng)物會(huì )在燈亮和藥物注射后壓桿,經(jīng)過(guò)燈光與注射多次匹配訓練 ,嗎啡依賴(lài)猴子可學(xué)會(huì )在綠燈亮之后、藥物注射之前即壓桿。這一動(dòng)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，是當前成癮研究的主要動(dòng)物模型。其影響因素也較多，同時(shí)也為成癮的研究提供了不同的側面，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)理念的更新，成癮的動(dòng)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(huì )更加全面。
