Dopamine, opioid and serotonin neurotransmission in behavioral addictions
Majuri, Joonas (2019-03-15)
Dopamine, opioid and serotonin neurotransmission in behavioral addictions
(15.03.2019)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7570-9
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-7570-9
Tiivistelmä
Behavioral addictions are psychiatric disorders, in which the object of addiction is not a drug but instead behavior itself, such as gambling or eating. Behavioral addictions share clinical features with substance use disorder, including tolerance against behavior, continued behavior despite negative consequences, withdrawal symptoms and craving. However, little is known about the pathophysiology of these disorders. Behavioral addictions may also serve as a model to investigate the brain reward system at its purest form, without confounding chemical properties of misused drugs.
The aim of this study was to investigate brain neurotransmitter function in behavioral addictions. Brain dopamine, opioid and serotonin systems were investigated in pathological gambling (PG), in binge eating disorder (BED) and in a control group using positron emission tomography (PET). PET scans were performed using [18F]fluorodopa to target presynaptic dopamine synthesis rate; [11C]carfentanil to label μ-opioid receptors (MORs); and [11C]MADAM to label serotonin transporter. Statistical analyses covered betweengroup comparisons in all three groups, intraregional PET tracer correlations in the PG and the control groups, and correlations between impulsivity and tracer binding in the PG and the control groups.
BED patients showed decreased nucleus accumbens dopamine synthesis, wide-spread decreases in MOR binding, and regionally selective increases and decreases in SERT binding, whereas PG patients failed to show any changes in relation to controls. The changes were independent from possible confounding factors. Dopamine synthesis rate correlated positively with MOR binding in the basal ganglia in both PG and control groups. Impulsivity correlated inversely with SERT binding in the prefrontal cortex in controls. This association was lost in PG, and instead, midbrain MOR binding was related both with impulsivity and nucleus accumbens dopamine synthesis rate.
The results of this study indicate that phenotypically distinct behavioral addictions differ also by their neurobiology. Importantly, the findings contrast with previously published results in substance addictions, indicating individual neurobiology in distinct addiction disorders. Whether the observed neurotransmitter alterations in BED and altered relationship between receptor densities and impulsivity in PG reflect predisposing pathophysiology or a neural adaptation remains to be established. Aivojen dopamiini-, opioidi- ja serotoniinitoiminta toiminnallisissa riippuvuuksissa
Toiminnalliset riippuvuudet ovat psykiatrisia sairauksia, joissa riippuvuuden kohde ei ole kemiallinen aine vaan toiminta tai käytösmalli, kuten esimerkiksi rahapelaaminen tai syöminen. Toiminnallisilla riippuvuuksilla ja päihderiippuvuuksilla on paljon yhteisiä piirteitä, mukaan lukien sietokyvyn nousu, riippuvuuden kohteena olevan toiminnan jatkaminen huolimatta epäedullisista seurauksista, vieroitusoireet ja himo. Kuitenkaan toiminnallisten riippuvuuksien patofysiologiaa ei juurikaan tunneta. Toiminnallisia riippuvuuksia voidaan käyttää myös mallina tutkittaessa aivojen palkkiojärjestelmää puhtaimmillaan ilman päihteiden aiheuttamaa kemiallista sekoittavaa vaikutusta.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tarkastella aivojen välittäjäaineiden toimintaa toiminnallisissa riippuvuuksissa. Aivojen dopamiini-, opioidi- ja serotoniinijärjestelmiä tutkittiin peliriippuvuudessa, ahmintahäiriössä ja kontrolliryhmässä positroniemissiotomografialla (PET). PET-kuvauksissa [18F]fluorodopa kuvasi presynaptista dopamiinin tuotantokykyä, [11C]karfentaniili sitoutui μ-opioidireseptoriin (MOR) ja [11C]MADAM puolestaan sitoutui serotoniinin takaisinottajaan (SERT). Tilastollisessa analyysissa tarkasteltiin kaikkien ryhmien välisiä eroja merkkiaineiden sitoutumisessa. Lisäksi peliriippuvuudessa ja kontrolliryhmässä tarkasteltiin eri merkkiaineiden sitoutumisen välisiä riippuvuussuhteita ja impulsiivisuuden ja merkkiaineiden sitoutumisen riippuvuussuhteita.
Ahmintahäiriössä dopamiinin tuotantokyky oli alentunut accumbens-tumakkeessa, MOR-sitoutuminen oli alentunut laaja-alaisesti aivojen eri osissa ja SERT-sitoutumisessa nähtiin alueellisesti vaihtelevia sitoutumisen nousuja ja laskuja, kun taas peliriippuvuus ei eronnut kontrolleista minkään merkkiaineen osalta. Muutokset eivät johtuneet mahdollisista sekoittavista tekijöistä. Dopamiinin tuotantokyky korreloi tyvitumakkeiden MORsitoutumisen kanssa sekä peliriippuvuudessa että kontrolleilla. Impulsiivisuus korreloi otsalohkon SERT-sitoutumisen kanssa kontrolliryhmässä, mutta tämä riippuvuussuhde ei ilmennyt peliriippuvuudessa, jossa sen sijaan keskiaivojen MOR-sitoutuminen korreloi sekä impulsiivisuuden että accumbens-tumakkeen dopamiinin tuotantokyvyn kanssa.
Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että ilmiasultaan erilaiset toiminnalliset riippuvuudet eroavat myös neurobiologisesti toisistaan. Lisäksi tulokset poikkeavat aiemmin julkaistuista tuloksista päihderiippuvuuksissa, mikä tarkoittaa yksilöllisen neurobiologisen taustan ilmenemistä eri riippuvuussairauksissa. Edelleen jää selvitettäväksi, heijastavatko hermovälittäjäaineiden muutokset ahmintahäiriössä sekä hermovälittäjäaineiden ja impulsiivisuuden riippuvuussuhteiden muutokset peliriippuvuudessa altistavaa patofysiologiaa vai hermostollista mukautumista.
The aim of this study was to investigate brain neurotransmitter function in behavioral addictions. Brain dopamine, opioid and serotonin systems were investigated in pathological gambling (PG), in binge eating disorder (BED) and in a control group using positron emission tomography (PET). PET scans were performed using [18F]fluorodopa to target presynaptic dopamine synthesis rate; [11C]carfentanil to label μ-opioid receptors (MORs); and [11C]MADAM to label serotonin transporter. Statistical analyses covered betweengroup comparisons in all three groups, intraregional PET tracer correlations in the PG and the control groups, and correlations between impulsivity and tracer binding in the PG and the control groups.
BED patients showed decreased nucleus accumbens dopamine synthesis, wide-spread decreases in MOR binding, and regionally selective increases and decreases in SERT binding, whereas PG patients failed to show any changes in relation to controls. The changes were independent from possible confounding factors. Dopamine synthesis rate correlated positively with MOR binding in the basal ganglia in both PG and control groups. Impulsivity correlated inversely with SERT binding in the prefrontal cortex in controls. This association was lost in PG, and instead, midbrain MOR binding was related both with impulsivity and nucleus accumbens dopamine synthesis rate.
The results of this study indicate that phenotypically distinct behavioral addictions differ also by their neurobiology. Importantly, the findings contrast with previously published results in substance addictions, indicating individual neurobiology in distinct addiction disorders. Whether the observed neurotransmitter alterations in BED and altered relationship between receptor densities and impulsivity in PG reflect predisposing pathophysiology or a neural adaptation remains to be established.
Toiminnalliset riippuvuudet ovat psykiatrisia sairauksia, joissa riippuvuuden kohde ei ole kemiallinen aine vaan toiminta tai käytösmalli, kuten esimerkiksi rahapelaaminen tai syöminen. Toiminnallisilla riippuvuuksilla ja päihderiippuvuuksilla on paljon yhteisiä piirteitä, mukaan lukien sietokyvyn nousu, riippuvuuden kohteena olevan toiminnan jatkaminen huolimatta epäedullisista seurauksista, vieroitusoireet ja himo. Kuitenkaan toiminnallisten riippuvuuksien patofysiologiaa ei juurikaan tunneta. Toiminnallisia riippuvuuksia voidaan käyttää myös mallina tutkittaessa aivojen palkkiojärjestelmää puhtaimmillaan ilman päihteiden aiheuttamaa kemiallista sekoittavaa vaikutusta.
Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tarkastella aivojen välittäjäaineiden toimintaa toiminnallisissa riippuvuuksissa. Aivojen dopamiini-, opioidi- ja serotoniinijärjestelmiä tutkittiin peliriippuvuudessa, ahmintahäiriössä ja kontrolliryhmässä positroniemissiotomografialla (PET). PET-kuvauksissa [18F]fluorodopa kuvasi presynaptista dopamiinin tuotantokykyä, [11C]karfentaniili sitoutui μ-opioidireseptoriin (MOR) ja [11C]MADAM puolestaan sitoutui serotoniinin takaisinottajaan (SERT). Tilastollisessa analyysissa tarkasteltiin kaikkien ryhmien välisiä eroja merkkiaineiden sitoutumisessa. Lisäksi peliriippuvuudessa ja kontrolliryhmässä tarkasteltiin eri merkkiaineiden sitoutumisen välisiä riippuvuussuhteita ja impulsiivisuuden ja merkkiaineiden sitoutumisen riippuvuussuhteita.
Ahmintahäiriössä dopamiinin tuotantokyky oli alentunut accumbens-tumakkeessa, MOR-sitoutuminen oli alentunut laaja-alaisesti aivojen eri osissa ja SERT-sitoutumisessa nähtiin alueellisesti vaihtelevia sitoutumisen nousuja ja laskuja, kun taas peliriippuvuus ei eronnut kontrolleista minkään merkkiaineen osalta. Muutokset eivät johtuneet mahdollisista sekoittavista tekijöistä. Dopamiinin tuotantokyky korreloi tyvitumakkeiden MORsitoutumisen kanssa sekä peliriippuvuudessa että kontrolleilla. Impulsiivisuus korreloi otsalohkon SERT-sitoutumisen kanssa kontrolliryhmässä, mutta tämä riippuvuussuhde ei ilmennyt peliriippuvuudessa, jossa sen sijaan keskiaivojen MOR-sitoutuminen korreloi sekä impulsiivisuuden että accumbens-tumakkeen dopamiinin tuotantokyvyn kanssa.
Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että ilmiasultaan erilaiset toiminnalliset riippuvuudet eroavat myös neurobiologisesti toisistaan. Lisäksi tulokset poikkeavat aiemmin julkaistuista tuloksista päihderiippuvuuksissa, mikä tarkoittaa yksilöllisen neurobiologisen taustan ilmenemistä eri riippuvuussairauksissa. Edelleen jää selvitettäväksi, heijastavatko hermovälittäjäaineiden muutokset ahmintahäiriössä sekä hermovälittäjäaineiden ja impulsiivisuuden riippuvuussuhteiden muutokset peliriippuvuudessa altistavaa patofysiologiaa vai hermostollista mukautumista.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2811]