CC BY
37
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив, серия Г.Медицина, фармация и дентална медицина т.ХУ. Научна сесия „Медицина и дентална медицина", 30 - 31 октомври 2013 Scientific researches of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series G. Medicine, Pharmacy and Dental medicine, Vol.XV,ISSN 1311-9427 Medicine and Stomatology Session, 30 - 31 October 2013
УПОТРЕБА НА ХОЛИНЕРГИЧНИЯ АНТАГОНИСТ СКОПОЛАМИН КАТО МОДЕЛ НА УВРЕДЕНА ПАМЕТ ПРИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛНИ ЖИВОТНИ И ХОРА Д. Димитрова
Катедра по фармакология и клинична фармакология, МУ - Пловдив
USE OF A CHOLINERGIC ANTAGONIST SCOPOLAMINE AS A MODEL OF IMPAIRED MEMORY IN EXPERIMENTAL ANIMALS AND HUMANS D. Dimitrova
Department of Pharmacology and Clinical pharmacology, Medical University - Plovdiv
Abstract
The Scopolamine-amnesia model, introduced in experimental pharmacology in the 80s of last century, is still the case today and has established itself as the most commonly used model for chemically induced amnesia. Scopolamine blocking muscarinic cholinergic receptors that induce in young animals memory deficits similar to those seen in the aging. For creating amnesia model in mice scopolamine were administered a dose range of 0.1 to 1.0 mg/kg. In rats scopolamine hydrobromidum were administered at frequent dosing range of 0.3 to 3.0 mg/kg. Route of administration is intraperitoneally 30 to 60 minutes before training. Scopolamine reversibly impaired learning, working and long-term memory not only in rodents but also in nonhuman primates (monkeys) and humans. It is used in healthy volunteers subcutaneously at a dose of 0.3 mg/kg. The cognitive impairments are reversible. High doses of cholinesterase inhibitors can antagonize memory decline induced by scopolamine by excessive stimulation of the cholinergic system. More recent studies suggest that the mechanisms of this model of amnesia are more complex and include not only the cholinergic neurotransmitter and glutamate neurotransmitter systems.
Въведение
Скополаминовият модел, въведен в експерименталната фармакология през 80-те години на миналия век, продължава да е актуален и днес и се е наложил като най-често използван модел за химически предизвикана амнезия.
Блокирайки мускариновите холинергични рецептори скополаминът предизвиква при млади животни паметови дефицити, подобни на тези, наблюдавани в процеса на стареене. По нови проучвания предполагат, че механизмите на този модел на амнезия са по-сложни и включват освен холинергичната и гама-аминомаслената и глутаматната невромедиаторни системи (Brouillette J et al., 2007). За изследване на холинергичните механизми на процесите на обучение и памет при различни животнински модели по-често са използвани тестовете 144
за пасивно обучение отколкото за активно обучение.
Скополаминов модел при експериментални животни
Скополамин-третираните плъхове са психофармакологичен модел на паметови увреждания, върху които се изследва ефективността на холинестеразните инхибитори при терапията на Алцхаймеровата болест. Ниски дози от 0.3 до 3.0 mg/kg Scopolamini hydrobromidum, приложен интраперитонеално преди тренировките, предизвикват тежка амнезия. Ако се приложи след тренировките за постигане на същия амнестичен ефект са необходими много по-големи дози - 30 mg/kg (Cassella AG, 1988).
При мишки Scopolamini hydrobromidum в доза 0.1 mg/kg интраперитонеално, въведен 40 минути преди обучителната сесия, дава подчертани нарушения в обучението и до известна степен във формирането на паметовите следи при тестове за активен авойданс и Т-лабиринт (Flood JF and Cherkin A, 1986).
Високите дози холинестеразни инхибитори могат да антагонизират паметовия дефицит предизвикан от скополамин чрез ексцесивна стимулация на холинергичната система.
Има много научни публикации описващи подобряващия ефект на донепезила върху краткотрайната памет, дълготрайната памет или и двете при тестове за пасивно обучение. Донепезил в дози от 1 до 3 мг/кг повлиява скополамин-индуцираните паметовите увреждания на мишки С57 при продължителни тестове в Т-лабиринт. Този ефект е по-изразен върху краткотрайната памет (Spowart-Manning L and Van der Staay FJ, 2004). Riedel G et al., (2009) също установяват, че 1 мг/кг донепезил възстановява до норма скополамин-предизвиканите увреждания на краткотрайната памет на мишки.
Ривастигмин в дози от 0.5 до 2.5 мг/кг антагонизира дефицита на работната и дълготрайна памет на плъхове със скополаминова амнезия при тестове за пасивен авойданс и воден лабиринт на Morris (Wang RH et al., 2000). Същите автори установяват, че ривастигмина е по-ефективен в антагонизирането на скополамин-индуцираната увреда на пространствената памет на женските спрямо мъжките плъхове и че оваректомията не променя степента на ензимна инхибиция причинена от ривастигмина във всички мозъчни области. Орхиектомията обаче дава абсолютни разлики в ензимната инхибиция, следователно тестостерона засилва ефекта на ривастигмина.
Bejar C и съавт., (1999) установяват, че такрин в доза 12.5 мг/кг при тестове за пасивно обучение антагонизира дефицита на дълготрайна памет на плъхове индуциран от 1.0 мг/ кг скополамин. Подобряващият ефект на такрина върху когнитивните функции би могъл да се обясни и с високостепенното му проникване в мозъка, установено чрез прилагане върху плъхове на такрин, маркиран с радиоактивни изотопи. Предполага се, че този процес е медииран от катийонни транспортни системи, улесняващи проникването на такрина през кръвно-мозъчната бариера (McNally W et al., 1989). Кинетиката на такрина и другите холинестеразни инхибитори по отношение на проникването и разпределението им в различни мозъчни структури не е напълно изяснена (Sung JH et al., 2005).
Голям брой научни съобщения за периода 1986 - 2009 сочат, че скополамина уврежда в по-голяма степен обучението отколкото паметта при гризачи.
Установено е, че при мишки увреждането на паметта от скополамин и диазепам е доза-зависимо като за диазепама дозата трябва да бъде равна или по-голяма от 0.5 мг/кг, а за скополамина равна или по-голяма от 0.3 мг/кг (Riedel G et al., 2009).
За създаване на скополаминов модел на амнезия на мишки се прилага дозов диапазон от 0.1 до 1.0 мг/кг. За създаване на скополаминов модел на амнезия на плъхове се прилага най-често дозов диапазон от 0.3 до 3.0 мг/кг.
Път на въвеждане - интраперитонеално 30 до 60 минути преди тренировките.
Тъй като е установено, че скополамина повлиява в най-голяма степен пространствената
работна памет на животни и хора повечето данни в научната литература са свързани с изследвания в лабиринти. Най-често използвани методи са методите за пространствена ориентация на животни - воден лабиринт на Морис, Т-лабиринт, лабиринт с 8 рамена. По-рядко използвани са тестовете за активно (шатъл-бокс) и пасивно обучение -степ-тру и степ-даун.
Скополаминов модел на амнезия при хора
Скополамина обратимо уврежда обучението, работната и дълготрайна памет не само на гризачи, но и на нечовешки примати (маймуни) и хора (Bartus RT, 1978; Heise GA, 1984; Taffe MA et al., 1999).
Тъй като уврежданията са обратими той се радва на нестихващ интерес в клинични проучвания като обратим фармакологичен модел на Алцхаймерова болест, защото когнитивните увреждания причинени от скополамина са подобни на тези при Болестта на Алцхаймер (Misane I and Ogren SO, 2003). Същите когнитивни дефицити се наблюдават и при системното приложение на друг мускарининов антагонист - атропин.
Скополаминовата увреда на когнитивните функции е от малкото модели на увредена памет, които са обратими и могат да се изследват върху здрави доброволци. Подкожното въвеждане на скополамин в доза 0.3 мг/кг при здрави хора уврежда психомоторната скорост, намалява точността и обучителната способност при тестове в скрит лабиринт (Snyder PJ et al., 2005).
Нарушенията на когнитивните функции са обратими.
Донепезил в доза 5 мг приет еднократно пер ос възстановява всички тези дефицити в рамките на кратък период, установено чрез тест за пространствена зрителна памет, провеждан през определени часови интервали. Доказано е, че донепезила най-силно подобрява работната памет (Thomas E et al., 2008).
През последните 5 години се счита, че той не е само холинергичен модел, тъй като може да бъде антагонизиран и от лекарства, които не са холинергични, но също усилват когнитивните функции (Buccafusco JJ et al., 2008, 2009).
Скополамин-индуцирани паметови увреждания на плъхове са антагонизирани и от комбинираното приложение на донепезил и антипаркинсоновия препарат сележелин (MAO-B инхибитор), което говори за връзка между холинергичната и моноаминергичната системи в модулиране на паметовите функции, а също поставя въпроса за възможно повлияване на холинергичната система от сележелин (все още недостатъчно изследван върху животински модели). Според Takahata K et al., (2005) лекарствената комбинация е подходяща за лечение на деменция свързана с нарушения в пространствената ориентация.
Съвсем скорошна публикация на Busquet P et al., (2012) представя резултатите от комбинираното приложение на галантамин и мемантин върху мишки със скополаминова амнезия. Те установяват, че галантамина и мемантина, макар и принадлежащи към различни фармакологични групи, действат синергично антагонизирайки инхибиращия ефект на скополамина върху процесите на обучение и памет в Т-лабиринт. Комбинирата терапия в ниски дози ще минимализира нежеланите лекарствени реакции при лечение пациенти с Алцхаймерова болест.
Представеният обзор е част от научен проект Н0-03/2012 г., финансиран от Медицински Университет - Пловдив.
Литература:
1. Bartus RT (1978). Evidence for direct cholinergic involvement in the scopolamine-induced amnesia in monkeys. Effects of concurrent administration of physostigmine and methylphenidate with scopolamine. Pharmacol Biochem Behav., 9: 833-836.
2. Bejar C, Wang RH, Weinstock M (1999). Effect of rivastigmine on scopolamine-induced
memory impairment in rats. Eur J Pharmacol, 383(3): 231-240.
3. Brouillette J, Yuong D, During MJ, Quirion R (2007). Hippocampal gene expression profiling reveals the possible involvement of Homerl and GABA(B) receptors in scopolamine-induced amnesia. J. Neurochem., 102(6): 1978-1989.
4. Buccafusco JJ, Terry AV, Webster SJ, Martin D, Hohnadel EJ, Bouchard KA, Warner SE (2008). The scopolamine-reversal paradigm in rats and monkeys : the importance of computer-assisted operant-conditioning memory tasks for screening drug computer canidates. Psychopharmacology, 199(3) : 481-494.
5. Busquet P, Capurro V, Cavalli A, Piomelli D, Reggiani A, Bertorelli R (2012). Synergic effects of galantamine and memantine in attenuating scopolamine-induced amnesia in mice. J Pharmacol Sci., 10: 1-5.
6. Buccafusco JJ (2009). The revival of scopolamine reversal for the assessment of cognition-enhancing drugs. In: Buccaffusco JJ, editor. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. 2nd edition. Boca Raton(FL): CRC Press, Chapter 17. Frontier of Neuroscience.
7. Cassella AG (1988). Scopolamine amnesia of passive avoidance: a deficit of information acquisition. Behav. Neural. Biol., 50(3): 255-274.
8. Flood JF, Cherkin A (1986). Scopolamine effects on memory retention in mice: a model of dementia? Behav. Neural. Biol., 45(2): 169-184.
9. Heise GA (1984). Behavioral methods for measuring effects of drugs on learning and memory in animals. Med Res Rev., 4: 535-538.
Pharm Res (NY), 6: 924-930.
10. McNally W, Roth M, Young R, Bockbrader H, Chang T (1989). Quantitative whole-body autoradiografic determination of tacrine tissue distribution in rats following intravenous autoradiografic for oral dose. Pharm Res (NY), 6: 924-930.
11. Misane I, Ogren SO (2003). Selective 5-HT1A antagonists WAY 100635 and NAD-299 attenuate the impairment of passive avoidance caused by scopolamine in the rat. Neuropsychopharmacology, 28(2):253-264.
12. Riedel G, Kang H, Choi DY, Platt B (2009). Scopolamine induced deficits in social memory in mice: reversal by donepezil. Behav Brain Res., 204(1): 217-225.
13. Snyder PJ, Bendar MM, Cromer JR, Maruff P (2005). Reversal of scopolamine-induced deficits with a single dose donepezil, an acethylcholinesterase inhibitor. J Alzheimer's Dis., 1(2): 126-135.
14. Spowart-Manning L and van der Staay FJ (2004). The T-maze continous alternation task for assessing the effects of putative cognition enhancers in the mouse. Behav. Brian. Res., 151: 37-46.
15. Sung JH, Yu KH, Park JS, Tsuruo T, Kim DD, Shim CK, Chung SJ (2005). Saturable distribution of tacrine into the strial extracellular fluid of the rats: evidence of involvement of multiple ofganic cation transporters in the transport. Drug metabolism and Disposition, 33(3): 440-448.
16. Taffe MA, Weed MR, Gold LH (1999). Scopolamine alters rhesus monkey performance on a novel neuropsychological test battery. Cognitive Brain Res., 8: 203-212.
17. Thomas E, Snyder PJ, Pietrzak RH, Jackson SE, Bednar M, Maruff P (2008). Specific impairments in visouspatial working and short-term memoty following low dose scopolamine challenge in healthy older adults. Neuropsychologia, 46(10): 2476-2484.
18. Wang RH, Bejar C, Weinstock M (2000). Gerder differences in the effect of rivastigmine on brian cholinesterase activity and cognitive function in rats. Neuropharmacology, 39(3): 497506.
19. Takahata K, Minami A, Kusumoto H, Shimazu S, Yoneda F (2005). Effects of selegeline alone or with donepezil on memory impairment in rats. Eur J Pharmacology, 518(2-3): 140-144.
