Rolipram und tageszeitliche Rhythmen an Ratten

Abstract

Die pharmakologische Wirkung von Rolipram, einem Phosphodiesterase 4 Hemmer, wird an männlichen WISTAR-Ratten mit einer Dosis von 2,5 mg/kg Körpergewicht untersucht. Der Versuchsablauf ist gekennzeichnet durch eine über insgesamt 24 Stunden in jeweils zweistündigem Abstand durchgeführte jeweils sechzigminütige Verhaltensbeobachtung, die unter einem 12/12 Stunden Hell-Dunkel Beleuchtungsregime erfolgt. Die Tiere erhalten eine begleitende Temperaturmessung und anschließende Blutentnahme zur Messung von Melatonin (MEL), Corticosteron (COR) und Glukose (GLU). Es erfolgt eine punktuelle Untersuchung der Parameter ohne den Anspruch, eine circadiane Rhythmik longitudinal beschreiben zu wollen. Das untersuchte Verhalten wird in die Gruppen substanztypisches Verhalten, Explorations-, Maintenanceverhalten und Wachheitszustand aufgeteilt. In der Dunkelphase (D-Phase) wird zur Verhaltensbeobachtung die Farbe „Rot“ ausgewählt. Sie ist in einem Beleuchtungsversuch ausgewählt worden, da sie die untersuchten Parameter nicht beeinflusst. Rolipram bewirkt eine deutlich beleuchtungsabhängige Induktion von substanztypischem Verhalten. Ein Schlafzustand kann bei den Rolipram- behandelten Tieren nicht mehr beobachtet werden. Das Spontanverhalten wird bei der gewählten Dosis fast vollständig unterdrückt. Es kann überwiegend nur substanzinduziertes Verhalten beobachtet werden. Ein aussagekräftiger Vergleich zwischen Rolipramwirkung und Spontanverhalten kann zu den untersuchten Zeitpunkten daher nicht mehr durchgeführt werden. Bei Thermoregulation und Hormonkonzentrationen können aussagekräftige Daten nach 75 Minuten erhoben werden, die jeweils wie bei einer Sollwertverstellung die Substanzwirkung anzeigen. Es sind anhand der Ergebnisse vier übergeordnete Tendenzen zu erkennen: 1) Rolipram zeigt seine maximale Wirkung zu Beginn der Hellphase, einem Zeitraum der verminderten Vigilanz der nachtaktiven Tiere. Der Vigilanzzustand wird durch den Rückgang bei den Explorations- und Maintenanceparametern sowie einem anhaltenden Wachheitszustand ohne physiologische Verhaltensaktivität beschrieben. 2) Die Änderungen des spontanen physiologischen Verhaltens werden nur bei den Kontrolltieren beobachtet, die alle einen ungestörten Verhaltensablauf während der Beobachtungen zeigen. Dies entspricht den bisher in der Literatur beschriebenen Aktivitätszuständen in Hell- und Dunkelphasen, da es nach Unterdrückung durch Rolipram zu diesen Zeiten kein solches Verhalten mehr gibt. 3) Durch die Stimulation der COR-Sekretion und der an sie peripher gekoppelten Erhöhung der Glukosekonzentration sind Trends zur Induktion der LHPA-Achse zu erkennen. Sie ermöglichen einen Rückschluss auf die Beeinflussung weiterer vorhandener, zentraler Regelkreise. 4) Die Körpertemperatur (KT) als robuster Parameter für tageszeitliche Schwankungen zeigt unbeeinflusst eine der Literatur entsprechende tageszeitliche Veränderung, unter Rolipram erfolgt eine Absenkung wieder wie bei einer Sollwertänderung. In der Auswertung ist im Detail eine tageszeitlich abgestufte Wirkung unter Rolipram zu beobachten. Dabei zeigen sich sowohl bei den substanztypischen, als auch anderen Verhaltensparametern vom Zeitpunkt und Beleuchtungszustand abhängige Veränderungen. Die Regulation des beobachteten Verhaltens und der gemessenen Hormone scheint mit einer Veränderung von Gehalten oder Verfügbarkeit zentraler Monoamine und deren Regulation einherzugehen. Rolipram greift durch seinen bisher beschriebenen Wirkmechanismus in diese Regulation ein und beeinflusst sie zu bestimmten Zeitpunkten besonders intensiv. Bezogen auf die Auswirkungen in einem Depressionsmodell bietet sich damit erstmalig ein belegbarer Ansatz für die Beschreibung einer tageszeitlich abhängigen Wirkung der Substanz. Zwischen der experimentellen Wirkung am Tier und den möglichen Auswirkungen am Menschen können sinnvolle Vergleiche gezogen werden, da die Regelprozesse durch homologe Genprodukte beteiligter Enzyme in den unterschiedlichen Spezies gleichförmig gesteuert werden. Dies kann auf eine chronopharmakologisch begründbare Therapiewirkung hindeuten, was in weiteren Untersuchungen und in anderen für diese Substanz verwendeten Modellen zu bestätigen sein wird. Damit sind das gewählte Modell und die Anwendung einer Untersuchungsmethode eines zusammengesetzten theoretischen Tages in der Lage, substanztypische Effekte als tageszeitlich abhängig zu beschreiben. Die Planung und Anwendbarkeit ähnlicher Untersuchungen wird zukünftig erleichtert. Durch die Unterdrückung des Spontanverhaltens erscheint das gewählte Modell unter Rolipram in generellen Untersuchungen zur circadianen Rhythmik eher nicht geeignet. Die unterschiedliche Auslösbarkeit des substanztypischen Verhaltens kann Aufschluss zu möglichen therapeutischen Wirkungen und den Zeitpunkten ihrer maximalen Wirkung geben. Die Festlegung von wirksamen, aber nebenwirkungsarmen Verabreichungszeitpunkten am Menschen kann gezielt erfolgen, indem die jeweiligen Zeitpunkte durch die jeweils gewollten Haupt- und Nebeneffekte festgelegt werden können. Die erhaltenen Ergebnisse liefern einen deutlichen Zuwachs an detaillierten Informationen zur tageszeitlichen Abhängigkeit von Verhalten und Hormonen unter Rolipram in einem Depressionsmodell.

The pharmacologic effect of rolipram, a phosphodiesterase (PDE) 4 inhibitor, is investigated on male Wistar rats with a dose of 2.5 mg/kg body weight. The study is defined by a repeated monitoring of behaviour during hourly intervals every two hours of a whole day with a 12/12 hour lighting regime. Animals receive an additional body temperature monitoring and blood collection for measurement of melatonin, corticosterone and glucose. The study is not to describe a longitudinal rhythmic activity over a whole day but to do this on selected date. Investigated behaviour can be divided into substance behaviour, explorative and maintenance behaviour and monitoring of vigilance. Behaviour monitoring during darkness is possible by using dim red light, which is documented without effect on investigated parameters. Rolipram effects a distinct light-dependent induction of substance typical behaviour. Sleeping behaviour is not detected under rolipram treatment. Spontaneous behaviour is nearly completely suppressed with the investigated dose. A qualified comparison between rolipram effect and spontaneous behaviour is therefore not possible. Data concerning thermal regulation and hormone concentrations are sufficiently available after 75 minutes and show an effect like an adjustment of test values. Results show four superior trends: 1) Rolipram has its maximum effect at the beginning of the light phase with the typically reducing vigilance of nocturnal animals. Rolipram vigilance is best described by reduction of explorative and maintenance behaviour with a prolonged status of alertness without any physiological behavioural activity. 2) Changes of spontaneous behaviour are detected at naïve animals only, which present a completely undisturbed range of behavioural parameters during the whole study. This depicts typical behavioural activities in light and dark phase like in literature, which were completely abolished by rolipram treatment. 3) Stimulation of COR secretion and its peripherally coupled elevation of glucose concentrations show trends of inducing LHPA axis. They allow a conclusion to interfere other central regulatory circuits. 4) Body temperature as robust parameter of circadian changes shows a daily variation as described in literature. Rolipram again lowers temperature like an adjustment of test value. In detail rolipram indicates a graduated effect during time. Differences in substance and behaviour parameters depend on moment and lighting conditions. Regulation of observed behaviour and measured hormones seem to come along with change of concentrations or availabilities of centrally available monoamines and their regulation. Rolipram influences with its already described modes of action this regulation and impacts it exceedingly at certain moments. Referring to effects in a depression model the description delivers at first time a documented impact on rhythmic daily effects of this substance. Between experimental effects on animals and possible effect on man a qualified comparison is possible, because regulatory processes are controlled by homologous gene products of affected enzymes. This indicates a chronopharmacological established effect of treatment, which has to be lined out by further investigations and different models used to describe the effects of this substance. Chosen model and implementation of a study method which constructs a homogenous and theoretically complete day gives chance to describe typical substance effects as circadian dependent. Planning and use of similar studies will be easier in future. Suppressing spontaneous behaviour indicates a minor usability of this model for general applicability in investigations. Different triggering of typical rolipram behaviour implies the possibility to define different therapeutic effects and fixed dates of application. Definitions of distinct application dates can be specifically planned considering possible main and side effects at certain times. The obtained results cause a considerably growth of detailed information of a circadian dependent effect of rolipram on behaviour and hormones in a depression model.