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靜脈自身給藥實驗：原理,、方法及應用
自身給藥實驗（self- administration，SA）是行為藥理研究的常用方法,，該實驗利用藥物的正性強化作用（positive reinforcement）,，通過一定條件控制，使動物建立起行為與獎賞之間的聯系,，從而模擬人類藥物濫用的行為自身給藥形式有顱內,、口腔、胃,、肌肉,、呼吸、靜脈等多途徑，其中靜脈自身給藥作為一種成熟的實驗技術,，具有簡便,、穩(wěn)定,、成功率高等優(yōu)點被廣泛應用。本文擬從原理,、方法和應用三方面對靜脈自身給藥實驗（ intravenous self-administration,，IVSA）做一簡單介紹,。
一,，概述
20世紀60年代， Weeks JR和 Yanagita T分別建成大鼠及獼猴的靜脈自身給藥模型,，標志著自身給藥實驗的形成,。該實驗自產生以來，一直用于藥物依賴性研究,，成為學術界*的評價精神活性物質精神依賴性潛力的方法,，通過實驗，人們已得到大量阿片類,、鎮(zhèn)靜催眠類和中樞興奮類藥物精神依賴的定性和定量結果,；另外還被用于藥物間交叉依賴性研究和藥物依賴的神經生物、藥理機制及中樞定位的研究,。
國內自身給藥實驗起步較晚,。北京大學中國藥物依賴性研究所首先引進該實驗方法，于90年代中期建成大鼠和恒河猴靜脈自身給藥模型,，并運用此模型成功評價了一些藥物的精神依賴性潛力,，日前國內科研單位建立的自身給藥模型，多采用大鼠和靈長類動物（猴）,，給藥途徑集中在靜脈方式,。
二、原理
自身給藥是一種建立在隨機行為（ random behavior）基礎上,，通過強化得到的操作式行為（operant behavior）反應,。行為藥理學認為：隨機行為形成的操作式條件反射，其產生和維持都依賴于行為的結果,，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)該結果的因素稱為強化因子（rein forcer）,。隨機行為的特征是行為與反應間無特定聯系，具有*隨機性,。如自身給藥實驗初期,，動物隨意活動時碰觸開關的行為，只有當動物從該行為中得到獎賞并積累一定經驗后,，隨機行為才會轉變成主動的操作行為,，表現為碰觸開關次數明顯增加
自然界存在一些對生物體能產生獎賞效應的因素,，即自然獎賞（ natural reward），如食物,、水,、性和親情行為等，生物體從這些事物中能體驗到美好感受,。Skinner初報道使用有些藥物后,，會使機體產生和自然獎賞類似的生物效應，以后的研究證實了這一發(fā)現,，這些藥物大多能使生物體形成身體依賴（ physical dependence）和/或精神依賴（ psychical dependence）,。自然獎賞和藥物獎賞產生強化效應的機理是相似的，甚至有人提出濫用藥物是自然獎賞的替代物假說,，并以此解釋藥物濫用產生的機理,。通過對具有強化效應藥物的研究發(fā)現，盡管不同藥物間藥理作用有很大差異,，但卻有一個共同的藥理學特征---激活腦內獎賞系統(tǒng),。腦內獎賞系統(tǒng)的主要神經結構為中腦腹側背蓋區(qū)（ ventral tagmental area，VTA）的多巴胺（ dopamine,，DA）神經元及其投射腦區(qū)伏隔核（ nucleus accumbens,，NAc）所構成的中腦邊緣多巴胺系統(tǒng)（ mesocorticolimbic dopaminergic system，MLDS）,。此系統(tǒng)介導的精神依賴獎賞活動是人類及動物脫毒后復吸的重要生物學基礎,。研究證實，腦內DA遞質釋放與動物接受愉快性刺激,，促進學習和記憶,，建立與正性強化效應相關的條件反射密切相關，獎賞系統(tǒng)還涉及弓狀核,、中腦導水管周圍灰質,、海馬、杏仁核,、下丘腦,、前額皮層等廣泛的中樞結構，普遍認為藍斑核（ locus coreuleus,，LC）是形成藥物身體依賴的中心環(huán)節(jié),，一旦藥物撤除，戒斷反應將促使與負性強化效應相關的條件反射行為加強,，進一步增強對藥物的渴求,。
以阿片為例，有人認為阿片在非戒斷狀態(tài)存在正性強化效應,，戒斷狀態(tài)則存在負性強化效應,，分別由VTA-NAc和中腦被蓋腳橋核介導,。生理狀態(tài)下，VTA的DA神經元受到GABA中間神經元的緊張性抑制,；進入成癮狀態(tài),，阿片能激活GABA中間神經元上的u型阿片受體，抑制GABA中間神經元,，從而解除該神經元對DA神經元的緊張性抑制,，由此激活VTA-DA神經元，使其投射犯區(qū)（主要是NAc）的DA釋放增加,，產生欣快感或滿足感,。
三、方法
（一）實驗動物
不同動物對同種藥物的強化效應是相同或相似的,，并且和人類藥物溢用情況相似,。研究結果還顯示，動物因素對實驗結果有一定影響,。近交系鼠研究發(fā)現不同種系鼠的自身給藥行為有很大差異：DBA/2種系鼠幾乎拒絕所有藥物,，C57BL/6種系鼠則接受幾平所有的用藥物，其余種系的表現則介于二者之間,。種系間基因層次的差異是導致以上現象的重要原因,，所以動物的個體差異在實驗中有時也必須考慮，相同實驗條件下并非所有動物個體都能形成穩(wěn)定的自身給藥行為,。
從生物學特征,、實驗狀況等方面考慮，大鼠和猴依然是自身給藥實驗中多選用的實驗動物,。
（二）給藥途徑
靜脈是早且普遍使用的給藥途徑,。實驗中一般選用頸靜脈或股靜脈，通過手術插入導管,，使藥物在上/下靜脈腔竇處進入動物循環(huán)系統(tǒng),，快速發(fā)揮藥效。
相對于其他給藥途徑,，靜脈給藥的優(yōu)點是：（1）能精確定量,。通過機電設備控制，每次注射能精確到0.1ul,，且容易控制藥物劑量,、濃度等；（2）自身給藥行為形成快,。給注藥物快速進入循環(huán)并產生作用,，消除了操作與效應間的延遲，減少影響自身給藥行為的因素；（3）靜脈途徑符合人類使用du pin的習慣,。顯著缺點是實驗維護較難。
（三）藥物
藥物的強化效應是自身給藥實驗主要考查的對象,。不同藥物,，其強化效應有很大差異,，目前已確認存在強化效應的藥物主要有以下幾類：
麻醉品類：包括阿片類及其衍生物。
鎮(zhèn)靜催眠類：包括鎮(zhèn)靜安眠和抗焦慮藥物,，有戊巴比妥類等。
中樞興奮類：
其他：包括尼古丁,、乙醇,、揮發(fā)性有機溶劑。
以上列舉的藥物并非總是通過靜脈途徑給藥,，但無論通過何種途徑,，一般都具有正性強化效應，可以使實驗動物產生自身給藥行為,。值得注意的是,，即使是同一類藥物，其在自身給藥實驗中的表現亦不盡相同,，如嗎啡依賴大鼠模型不能*反映hai luo yin依賴的情況,。
藥物劑量是另一影響實驗結果的重要因素。有人在簡單強化程序下,，做過藥物梯度劑量對動物自身給藥行為影響的研究,，發(fā)現在較低劑量范圍內，劑量與強化效應呈正相關：在中等劑量范國,，藥物強化效應達到大,，并基本不受量的變化影響；在較高的劑量水平,，劑量與強化效應之間呈現負相關變化趨勢,。描繪兩者變化曲線，即得到所謂’’倒U形曲線”,。倒U形曲線是多種正性強化藥物的劑量-效應特征,。人們傾向于用受體飽和理論來解釋這一現象，即藥物在體內作用于受體,，隨著劑量增加,，激活的受體數量也增加，劑量-效應曲線表現為上升支,，終受體飽和,，劑量-效應曲線進入平臺期。但此觀點并不能很好解釋藥物在較高劑量時的效應變化。
（四）強化程序（ reinforcement schedule）
即使同一藥物,，在實驗時使用不同的強化程序,，也可能得出差異很大的結果。例如在固定比率強化程序下,，尼古丁表現為弱的正性強化劑,；但在固定間隔強化程序中卻表現很強的強化效應。
強化程序是強化刺激與反應之間關系的描述,，它決定強化因子與強化反應間的數量關系及時間關系,。據此可將各種強化程序歸納為比率程序（ ratio schedule）、間隔程序（ interval schedule）和復合程序（ combination schedule）,。比率程序描述動物碰觸開關行為與獲得強化藥物的數量關系,。常用的有固定比率（ fixed ratio，FR）,，如FR5程序（即動物觸開關5次,，可獲得獎賞1次），FR1程序又稱為連續(xù)強化（ continuous reinforcement,，crf）,。可變比率（ variable ratio,，VR）,，獲得每次獎賞所需的行為數都不同。如VR20（獲得1次獎賞平均需要觸開關20次）,。累進比率（ progressive ratio,，RP），獲得每次獎賞所需的行為數按倍數或指數關系遞增,，如設定初始值為1,，累進率為2，則獲得每次獎賞所需的觸開關數依次為：1,，2,，4，8,，16,，…，2 n-1,。間隔程序描述動物碰觸開關行為與獲得強化藥物的時間延遲關系,。常用的有固定間隔（ fixed interval，FI）,，如FI5min程序（動物在某一起點后的5min間隔期內,，觸開關行為不作為獎賞條件，非間隔期的行為則可以引起獎賞）?？勺冮g隔（ variable interval,，VI），即間隔期的長短是可變的,。累進間隔（ progressive interval PI）,，每次間隔期按倍數或指數關系遞增。.復合程序是比率與間隔交叉使用的程序,，由于兩者不同的組合，可以衍生出很多復雜的強化程序,，他們由兩個或多個基本程序組成,，基本程序間的關系可以是順序（ sequences of reinforcement schedules），如繼發(fā)程序（ second- order schedule）FI30min（FR10:S）-動物完成FR10程序后,，轉入FI30min程序,，再完成后，給予獎賞,；也可以是并行（simultaneous schedules）,，如交替程序（ alternative schedule）FR100/F160-動物完成100次觸開關行為或間隔時間超過60min都可以得到獎賞。
強化程序有一定的選用原則,，如采用自身給藥方式建立動物依賴模型,，可選用連續(xù)強化、固定比率或交替程序評價藥物的精神依賴性潛力,，可選用累進比率,；觀察藥物作用的時效特性，可選用間隔程序等,?？傊鲝娀绦虻氖褂靡韵幬锓菑娀蛩氐挠绊懟虻玫侥承┨囟ㄐ袨橹笜藶橐罁?，可以由實驗者按實驗本身的要求設計,。
四 、應用
自身給藥是一種操作式行為,，因此所有操作式行為藥理實驗方法學都適用于自身給藥技術,。這就為自身給藥實驗提供了眾多的方法學支持，也拓寬了自身給藥的應用領域,。憑借自身給藥實驗提供的平臺,，可將社會、行為的研究方法和成果應用在藥物濫用領域,，這一點,，對防止藥物濫用、抗復吸等尤具重要意義。
（一）用于戒毒相關實驗
1.評價藥物的精神依賴性
生物個體行為受其精神的支配,。當生物體對某種藥物產生依賴后（正性強化主要考慮精神依賴），其對藥物的渴求（ craving）會形成主動覓藥（ drug seeking）行為,，表現為操作式行為的重復概率增加，如人類的覓毒吸毒行為和動物踏板死藥行為,，動物自身給藥實驗以此為指標對照生理鹽水或一般藥物溶劑的觀察結果,，即能初步了解某藥是否存在強化效應，當然,，要得到更可靠的結論，還應排除物種,、個體,、藥物劑量、給藥途徑,、應激,、活動度、甜食偏愛,、社會以及藥物非強化劑因素等的影響,，較新的研究顯示甜食可能對藥物的評價結果產生很大的影響。
一般而言,，動物操作式行為建立的速度可作為藥物強化作用強弱的一個指標,；行為的頻率能反映動物渴求的程度；累進比率實驗下的終止點（ break point）可定量評價藥物精神依賴性潛力,。如果以已知具有精神依賴性的標準品（如嗎啡）為對照,，建立標準品依賴動物模型,，在撤除標準品后給予受試藥物,，研究受試藥物對標準品戒斷癥狀的抑制能力,，即所謂替代實驗,。替代實驗可用于比較未知藥物與已知藥物的某些藥理學特征。
2.揭示精神依賴產生的機制
自身給藥實驗為研究藥物精神依賴產生的機制提供大量行為學證據,，例如在多巴胺受體亞型研究中,，行為結果顯示D2樣受體激動劑可產生精神xing fen ji樣的行為效應，降低NAc內腦啡前體mRNA的生成量,，D2括抗劑則明顯阻滯動物自身給藥的獎賞效應,。高親脂性D1激動劑SKF82958和SKF77434均能產生強烈的自身給藥行為,，抗劑SCH23390則能減弱動物的行為。從而提示,，D1受體可能參與感覺成分有關的強化反應,，D2變體更多地參與成癮過程覓藥行為有關的欣快感。有實驗還觀察到成動物神經組織微細結構發(fā)生改變,，從而提供了精神依賴的形態(tài)學證據,。
3.建立復吸模型
動物自身給藥模型是較合理的人類復吸模型，為抗復吸研究提供了實驗基礎,，如 Neisewander的ke ka yin復吸研究和 Shaham的復吸研究等,，都是建立在動物自身給藥實驗基礎上的。
（ 二）指導戒毒臨床
自身給藥實驗對戒毒臨床的貢獻可歸納為：研究影響自身給藥行為建立因素,，有助于人類制訂藥物用預防策略：自身給藥實驗為戒毒臨床提供大量可用于評估的影響強化行為的因素：伴隨藥物精神依賴中樞機制的逐步聞明,，許多能影響中樞獎賞通路的藥物被用于臨床。目前已有5-HT,、DA、GABA及阿片類受體激動劑用于戒毒的報道：替代實驗的結果直接促使臨床替代療法的產生（典型的例子是美沙維持療法）,； Kantak和Colins等還通過自身給藥實驗證實了ke ka yin疫苗的有效性。
自身給藥實驗方法通過短短的40年創(chuàng)建,、發(fā)展,，到今天已形成一套完整的理論與方法體系，為藥物濫用研究提供了堅實的實驗平臺,。值得注意的是，隨著戒毒研究的深入,，抗復吸問題日益突出,，越來越多的研究人員重新審視自身給藥實驗在抗復吸研究方面的應用潛力。1998年香山科學會議認為,，今后的攻關重點就是如何克服脫毒后的心理渴求，防止復吸,，并認為中藥復方和針灸等傳統(tǒng)醫(yī)學可能是突破點之一,。為此，國內一些戒毒研究機構以自身給藥實驗建立復吸動物模型,，在此基礎上的中西醫(yī)結合戒毒（抗復吸）等各項研究正在展開。
文章來自<<中國藥物濫用防治雜志>>, 2002年 第 6期