藥物成癮的發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、穩定的成癮狀態。這個過程的發展有多快 ? 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。靜脈或顱內給藥動物的輸液管均經保護管、轉軸( swivels)與輸液泵相連 ,轉軸允許動物自由活動的同時輸液管不會纏繞打結。
1.2 軟件
自身給藥裝置在經歷了繼電器控制、集成電路控制之后 ,目前已發展到軟件控制。該類程序一般都借用工業上使用的 state notation程序 ,利用程序語言設計。國外有很多成熟的商業行為學實驗軟件，國內少數科研單位編制了自己的行為實驗軟件。較早的有北京醫科大學中國藥物依賴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，可以實現絕大多數的自身給藥實驗。
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。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 ,對實驗室的無菌設施有一定的要求 ,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的問題 ,便于觀察藥物對中樞神經系統的直接作用。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 ,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。總體上 ,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 ,或經由胃內插管給藥。此種方法操作方便 ,無需手術 ,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、大麻及揮發性溶劑等物質的濫用方式 ,但動物多數不愿吸入煙霧 ,給藥量不易精確 ,技術要求較高 ,設備昂貴 ,使用受到限制。
由于技術的進步 ,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管的限制 ,在隨身輸液泵和電子技術的支持下 ,實現更大限度的自由活動。這項革新性技術目前主要應用在顱內給藥(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
根據實驗設計的不同 ,給藥程序可分為簡單程序、累進比率、復合程序和二次程序。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 ,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行為與獲得強化藥物的時間延遲關系 ,指在實驗中設定一定的時間間隔 ,動物在間隔期的反應不會得到獎賞 ,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)一般呈指數式上升 ,根據動物的斷點(break point)來表現藥物的強化屬性。傳統累進比率方法強調斷點 ,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 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 ,使得重復實驗時踏板次數不穩定。王衛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據 ,每天實驗時間 22 - 23 h , 每天的比率均重新開始 ,避免了連續幾天得不到藥物的問題 ,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性藥物維持的基本原理。另一優點是縮短了實驗周期 ,使累進比率實驗能在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 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 ,發現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等發現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發 ,LgA組的神經內分泌系統的激素水平和基因表達與 ShA組有顯著性差異 ,相關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導致的 ,而藥物可能對實驗動物的自主活動和探索活動產生影響 ,很多精神活性物質可以提升動物的自主活動 ,從而有可能引發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。自身對照采用兩個給藥觸發裝置 (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行為都有影響 ,計算多個動物兩個裝置的觸發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 ,一個動物的壓桿行為同時觸發兩個動物的給藥 ,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 ,也存在反應模式的差別[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給藥程序則無此效應。
由于人類普遍存在多種精神活性物質混合使用的情況 ,成癮模型對此現象也進行了模擬研究。很多研究發現預先暴露于一種成癮物質可以影響其它成癮物質的使用，一般是促進作用。
4.3 環境與應激
對成癮物質的易感性是當前研究熱點之一。相關的基因研究提示基因差別并不能*解釋易感性的不同 ,環境和應激也發揮著十分重要的作用。有關環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它們 ,戒煙的難度絲毫不低于其它成癮物質。可能的解釋是環境信號構成條件性強化因子 ,并具有強大的動機屬性 ,從而維持濫用。
Falk于1961年發現,當每分鐘給予限食的大鼠一粒食物時,短時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行為的啟發下,Singer 等建立了程序誘導的靜脈自身給藥模型,并開展了系列的研究。程序性供應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)區關系密切 ,而與核(core)區的關系不明顯。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被蓋區和伏核的分子適應性變化。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吸的發生起關鍵的作用 ,而其神經機制則集中指向杏仁核、前扣帶回、眶額皮質等腦區。
5.3 易感素質研究
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境的探索活動與酒精的自身給藥的形成速度存在正相關。Mantsch等也發現新奇環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發化學物的有效性及不良反應的研究。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)復吸行為 ,而某些物質可提高引燃閾值,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生不平行,部分成癮物質軀體戒斷癥狀很輕 ,以致有些學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。例如脫毒過后的病人回到用藥的環境即會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的、本質上更具有激發性的負性情感狀態。負性情感狀態不僅通過負性強化,還通過改變正性強化刺激的調節點 ,增加藥物的正性效應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上,通過強化得到的操作式行為反應。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,引發該結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,一開始動物會在燈亮和藥物注射后壓桿,經過燈光與注射多次匹配訓練 ,嗎啡依賴猴子可學會在綠燈亮之后、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特征，是當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面，隨著技術的發展和科學理念的更新，成癮的動物模型必將得到不斷的發展，成癮的研究將不斷深入，人們對成癮的理解也會更加全面。
