CC BY
16
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
СРАВНЯВАНЕ НА ЕФЕКТИТЕ НА ТРИ ДОЗИ СКОПОЛАМИНОВ ХИДРОБРОМИД ВЪРХУ ПРОЦЕСИТЕ НА ОБУЧЕНИЕ
И ПАМЕТ НА ПЛЪХОВЕ
Д. Димитрова и Д. Гетова
Катедра по фармакология и клинична фармакология, МУ - Пловдив
COMPARING THE EFFECTS OF THREE DOSES SCOPOLAMINI HYDROBROMIDUM ON THE PROCESSES OF LEARNING
AND MEMORY IN RATS
D. Dimitrova and D. Getova
Deparment of Pharmacology and Clinical pharmacology,
Medical University - Plovdiv
Abstract
Scopolamine-treated rats have been widely used as a psychopharmacological model of memory impairment on which evaluated the efficacy of acetylcholinesterase inhibitors in the treatment of Alzheimer's disease.
The aim of our study was to compare the effects of three different doses scopolamini hydrobromidum on learning and memory processes in rats using active and passive avoidance tests. The male rats (9 per group) were chronically treated with: 1st Saline 0.1 ml/100g body weight (controls) ; 2nd Scopolamini hydrobromidum 0.5 mg/kg i.p.; 3rd Scopolamini hydrobromidum 1 mg/kg i.p.; 4th Scopolamini hydrobromidum 2 mg/kg i.p. All groups of animals were trained in shuttle-box active avoidance test and in step-through and step-down passive avoidance tests. It was used three original made standard apparatus (Ugo Basile, Italy) with training parameters for rats. In active avoidance test the learning session was performed 5 days and consisted of 30 trials, memory retention session was done 7 days later. The following behavioral parameters were observed: number of correct responses (avoidances), number of escapes from foot shocks and number of intertrial crossings. In step-through passive avoidance test learning session was performed 2 days, short and long memory retenssion sessions were done on 3rt and 10th days. It
was calculated the latency of reactions in seconds (178 seconds maximum). In step-down passive avoidance test was used 2 days learning session, followed of short and long memory retention sessions on 3rd and 7th days. It was calculated the latensy of reactions in seconds (60 seconds maximum). The comparison between the groups made by Instat computer program using analysis of variance.
In active avoidance test scopolamine in the three doses decreased the number of avoidances on learning session and memory test but this reduction was not statistically significant. In step-trough and step-down passive avoidance tests scopolamine significantly decreased the latency of reactions in rats. Our data are in favor of suggestions and findings that the amnesic effect of scopolamine is more pronounced in tests with passive learning. Our results allowed us to conclude that suppressive effect of scopolamine on learning and memory is not dose dependent. The dose of 1 mg/kg scopolamine exerts most suppressing cognitive brain functions effect.
Въведение
Фармакологичните модели, предизвикващи увреждане на паметта се опитват да пресъздадат патологичните аспекти и прогресивните дегенеративни промени на Алцхаймерова болест (Van Dam D and de Deyn PP, 2006). Скополамин-третирани плъхове са широко използвани като психофармакологичен модел на паметови увреждания, върху който се изследва ефективността на ацетилхолинестеразните инхибитори. Считаше се, че те могат да антагонизират когнитивните промени индуцирани от скополамина само при млади плъхове, но не и при стари (23-месечни) и много стари (27-месечни) (Iton A et al., 1997). Понови научни публикации (Van der Staay FJ and Bouger PC, 2005) доказват, че по-големи дози ацетилхолинестеразни инхибитори възстановяват дефицитите в пространствената памет на стари плъхове, предизвикани от по-малки дози скополамин.
Цел на нашето проучване беше да сравним ефекта на три дози скополаминов хидробромид върху процесите на обучение и памет на плъхове.
Материал и методи
Всички експерименти са проведени съгласно Изискванията и Правилата за работа с лабораторни животни: Разрешително №49/30.06.2011 от БАБХ към Министерство на земеделието и храните и Протокол №3/05.07.2012 от Комисията по научна етика към МУ -Пловдив.
Използвани бяха 36 броя бели мъжки плъхове порода Wistar с начално тегло 180-220 гр., отглеждани при стандартни лабораторни условия (08.00-20.00 светлина, със свободен достъп до храна и вода). Брой животни в група n=9.
1. Експериментални групи: I-ва група - Saline 0.1 ml/100g b.w. i.p. (controls); II-ра група - Scopolamini hydrobromidum 0.5 mg/kg i.p.; III-та група - Scopolamin hydrobromidum 1mg/ kg i.p.; IV-та група - Scopolamin hydrobromidum 2 mg/kg i.p.
2. Методи за изследване на процесите на обучение и памет:
Осъществяват се в оригинално конструирани апарати за експериментална работа на италианската фирма Ugo Basile. Изследваните параметри се отчитат автоматично.
2.1. Метод за активно обучение с наказателно подкрепление - Shuttle-box test. Състои се от 5-дневна обучителна сесия и 7 дни по-късно ретест за памет. Отчитат се следните показатели - брой условни отговори, брой безусловни отговори и брой междутренировъчни преминавания.
2.2. Методи за пасивно обучение с наказателно подкрепление:
2.2.1. Step-through test. Провежда се двудневна обучителна сесия, 24-часа по-късно тест за краткосрочна памет, а на 10-ти ден от началото на експериментите - тест за дългосрочна памет. Отчита се латентното време на престой на животното в светлото помещение на апарата. Критерий за обученост - латентно време 178 ± 2 секунди.
2.2.2. Step-down test. Провежда се двудневна обучителна сесия, 24-часа по-късно тест за краткосрочна памет, а на 7-ми ден от началото на експериментите - тест за дългосрочна памет. Отчита се латентното време на престой на животното върху вибриращата платформа на апарата. Критерий за обученост - латентно време 60 секунди.
3. Модел на нарушена памет чрез интраперитонеално въвеждане на Scopolamini hydrobromidum (Sigma) 60 минути преди тренировките.
Статистически анализ
Получените данни бяха обработени статистически с компютърна програма Instat по метода на вариационния анализ (ANOVA за многократни измервания). За всеки показател при всяка група бяха определени средната аритметична стойност и стандартната й грешка (mean ± SEM). Сравняването на резултатите за всеки показател спрямо съответната контролна група беше извършено с помощта на Turkey-Kramer тест за многократни сравнения.
Резултати
При шатъл-бокс теста за активно обучение контролната група плъхове увеличиха значимо броя условни отговори (авойданси) на 3-ти, 4-ти ден (P<0.05) и 5-ти ден обучение (Р<0.01), спрямо първи ден. При ретеста за памет, проведен на 12-ти ден от началото на експеримента контролите повишиха статистически достоверно броя условни отговори (Р<0.01), в сравнение първи ден (Фиг. 1). Животните от трите експериментални групи, третирани с различни дози скополамин, намалиха броя условни отговори по време на обучителната сесия и теста за памет, в сравнение с контролната група от съотвентите дни, но това намаление не беше статистически значимо (Фиг. 1).
20,00
18,00
в16,00
а
о
§14,00
н о
Я 2,00
S
В
510,00
'^8,00 -
6,00 4,00 2,00
3 4
Дни на тестиране
В Scop 0.5 mg
И Scop 1 mg
ElScop 2 mg
Фиг. 1. Ефекти на скополамина върху процесите на обучение и паметта на плъхове при шатъл-бокс теста за активно обучение. Брой условни отговори.
°Р<0.05 - спрямо контрола първи ден; ooP<0.01 - спрямо контрола първи ден.
0,00
2
5
12
По отношение на другите два изследвани показателя - брой безусловни отговори (ескейпи) и брой междутренировъчни преминавания, не бяха намерени достоверни разлики при контролната и експерименталните групи както по време на обучителната сесия, така и при ретеста за памет.
При степ-тру теста за пасивно обучение контролната група плъхове увеличиха стастистически достоверно латентното време на престой в светлата част на апарата на 2-ри ден обучение и при двата теста за памет (Р<0.05), в сравнение с първи ден (Фиг. 2). По време на обучителната сесия само експерименталните животни, третирани със скополамин в доза 1 мг/кг, значимо намалиха латентното време (Р<0.05) на 2-ри ден обучение, в сравнение с контролата от същия ден. Същата група плъхове, статистически достоверно намалиха престоя в светлата част на апарата при тестовете за краткотрайна (Р<0.05) и дълготрайна (Р<0.05) памет. Плъховете с 0.5 мг/кг скополамин значимо намалиха това време само при теста за дълготрайна памет (Р<0.05), проведен на 10-ти ден. Животните, получили най-голяма доза скополамин 2 мг/кг не промениха значимо латентото време по време на обучението и при двата теста за памет, в сравнение с контролата (Фиг. 2).
□ заМпе ^Зсор 0.5 тд ВЗсор 1 тд ^Зсор 2 тд
Фиг. 2. Ефекти на скополамина върху процесите на обучение и паметта на плъхове при степ-тру теста за пасивно обучение. Латенция на реакциите в секунди. оР<0.05 - спрямо контрола първи ден; *Р<0.05 - спрямо контролната група от същия ден.
□ saline SScop 0.5 mg IS Scop 1 mg В Scop 2 mg
Фиг. 3. Ефекти на скополамина върху процесите на обучение и паметта на плъхове при степ-даун теста за пасивно обучение. Латенция на реакциите в секунди. оР<0.05 - спрямо контрола първи ден; *Р<0.05 - спрямо контролната група от същия ден.
При степ-даун теста за пасивно обучение контролната група плъхове увеличиха статистически значимо времето за престой върху вибриращата платформа на апарата на 2-ри ден обучение (P<0.05) и при двата теста за памет (P<0.05), в сравнение с контролата от първи ден (Фиг. 3). Експерименталната група плъхове, третирани с най-малката доза скополамин 0.5 мг/кг достоверно намалиха латентното време само на 2-ри ден обучение (P<0.05), спрямо контролната група от същия ден. Животните, инжектирани с 1 мг/кг скополамин статистически значимо намалиха латентното време на 1-ви и 2-ри ден обучение (P<0.05) и при тестовете за краткотрайна (P<0.05) и дълготрайна (P<0.05) памет, в сравнение с контролната група от съответните дни. Плъховете, получили 2 мг/кг скополамин намалиха значимо латентното време на 2-ри ден обучение (P<0.05) и при теста за краткотрайно съхранение на паметовите следи (P<0.05), спрямо контролата от същите дни (Фиг. 3).
Обсъждане
При теста за активно обучение скополамина в трите изследвани от нас дози показа тенденция за влошено обучение. При двата теста за пасивно обучение скополамина влошава обучението и запаметяването при плъховете. Този наш резултат е в подкрепа на публикуваните от други автори данни, че амнестичния ефект на скополамина е по-изразен при тестовете за пасивно обучение (Lorenzini СА et al., 1992). Според Riekkinen Jr и съавт. (1993) холинергичните неврони в n. basalis могат да модулират пасивното обучение чрез мускаринови и никотинови холинергични рецептори в амигдала. Това обяснява по-честото прилагане на пасивния авойданс като тест за изследване на холинергичните механизми на обучение и памет при различни животински модели.
Нашите резултати показват, че потискащият ефект на скополамина върху обучението и паметта не е доза зависим, което е различно от публикуваното от Riedel G и съавт. (2009). Най-силно изразен увреждащ когнитивните функции ефект получихме при средната доза 152
скополамин. Експерименталните ни данни обаче са в подкрепа на становището на Spowart-Manning L и Van der Staay FJ (2004), че скополамина засяга в по-голяма степен обучението и краткотрайната памет.
Представените експериментални данни са част от научен проект Н0-03/2012 г., финансиран от Медицински Университет - Пловдив.
Литература:
1. Iton A, Nitta A, Katono Y, Usui M, Naruhashi K, Iida R, Hasegawa T, Nabeshima T (1997). Effects of metrifonate on memory impairment and cholinergic dysfunction in rats. European Journal of Pharmacology, 322: 11-19.
2. Lorenzini CA, Baldi E, Bucherelli C, Tassoni G (1992). Minaprine cancels scopolamine effects on the rats's acquisition of passive avoidance responses in two multitrial paradigms. Pharmacol Biochem Behav., 41: 715-718.
3. 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.
4. Riekkinen P Jr, Riekkinen M, Sirvi J (1993). Cholinergic drugs regulate passive avoidance performance via the amygdala. J Pharmacol Exp Ther., 267(3): 1484-1492.
5. Van Dam D, De Deyn PP (2006). Drug discovery in dementia: The role of rodent models. Nature Rev. Drug Discovery, 5: 956-970.
6. Van der Staay FJ, Bouger PC (2005). Effects of cholinesterase inhibitors donepezil and metrifonate on scopolamine-induced impairment in the spatial cone field orientation task in rats. Behav Brain Res., 156(1): 1-10.
7. 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.
