Ethano-induced alterations in the nervous system of rat

Abstract

Epidemiologiset tutkimukset ovat osoittaneet runsaan alkoholin käytön lisäävän kuolleisuutta ja syövän ilmaantuvuutta sekä vaurioittavan hermostoa. Toisaalta kohtalainen alkoholin kulutus vähentää sepelvaltimotautikuolleisuutta, ja maltillisesti alkoholia käyttävillä myös kokonaiskuolleisuus on pienempi kuin absolutisteilla. Ihmisaineistossa esiintyvät huomattavat geneettiset variaatiot ja erot elintavoissa tekevät kuitenkin pelkän alkoholin vaikutusten arvioinnin ihmisillä vaikeaksi.

Tässä väitöskirjatyössä käytettiinkin kolmea erilaista koe-eläinmallia pitkäaikaisen alkoholialtistuksen vaikutusten arvioimiseksi. 1) Uros- ja naarasrotat joivat etanolia keskeytyksettä 21 kuukautta. Tutkimuksessa oli sekä geneettisesti alkoholia suosivia (AA) että vieroksuvia (ANA) rottia, joiden sairastavuutta ja mortaliteettia seurattiin altistuksen aikana sekä ylemmän kaulaganglion (SCG) morfologia tutkittiin altistuksen jälkeen. 2) Alkoholipreferenssin suhteen jalostamattomien Wistar-urosrottien SCG:n morfologia ja pikkuaivojen mikrogliojen määrä tutkittiin 5,5 kuukautta kestäneen säännöllisen tai jaksoittaisen alkoholin käytön jälkeen. 3) Wistar-rotat altistettiin suurille etanoliannoksille ja viikottaisille vieroituksille 5 viikon ajan, jonka jälkeen sytokromioksidaasientsyymin aktiivisuus tutkittiin locus coeruleuksesta, pikkuaivoista ja isoaivokuorelta. Sytokromioksidaasi on tärkeä entsyymi hermosolun energia aineenvaihdunnalle ja sen aktiivisuus kertoo hermosolun aktiviteetista.

Tutkimuksissa todettiin, että pitkäaikainen alkoholialtistus ei lisännyt rottien kuolleisuutta, mutta lisäsi syövän ilmaantuvuutta. Sekä alkoholia käyttäneet että kontrolliryhmässä olleet ANA-rotat kuolivat merkittävästi nuorempina kuin AA-rotat. Syynä tähän oli ANA-rottien korkeampi munuaissairauksien, sydän- ja verisuonisairauksien sekä hyvänlaatuisten kasvainten ilmaantuvuus. Jatkuva 5,5 kk tai 21 kk alkoholialtistus ei vaikuttanut SCG:n neuronien määrään, mutta 5,5 kk kestänyt jaksoittainen alkoholin käyttö vähensi neuroneja 22% jatkuvasti juoneisiin ja 28% vain vettä juoneisiin verrattuna. Vaikuttikin siltä, että toistuvat alkoholivieroitukset ovat haitallisempia SCG:n hermosoluille kuin keskeytymätön alkoholialtistus. Jaksoittainen alkoholin käyttö aiheutti myös pikkuaivoissa mikroglioosia, jota voidaan pitää merkkinä käynnissä olevasta hermoston vaurioitumisesta. Sytokromioksidaasientsyymin aktiivisuus väheni toistuvien etanoli-intoksikaatioiden ja vieroitusten aikana kaikilla tutkituilla keskushermoston alueilla.

Altistustapa vaikuttaakin olevan tärkeä tekijä arvioitaessa alkoholin vaikutusta hermostoon, eli etanoli vieroitusvaihe saattaa olla vaarallisempi hermostolle kuin alkoholialtistus itsessään. Aiempi oletus naisten suuremmasta herkkyydestä alkoholin aiheuttamille hermostovaurioille ei saanut tukea tässä kokeellisesta tutkimuksesta. ANA-rottien aikaistuneet kuolemat ja lisääntyneet munuaissairaudet on otettava huomioon arvioitaessa sekä aikaisempia että tulevia AA- ja ANA-rotilla tehtäviä tutkimuksia.

Epidemiological studies have demonstrated that heavy alcohol consumption is related to increased mortality and to increased occurrence of cancer. Moreover, alcoholics suffer from many neurological disturbances, but in humans differences in genetic and environmental factors make the impact of ethanol consumption per se difficult to estimate. In experimental studies the confounding factors can be controlled. Therefore in the present study three different experimental models for chronic alcohol consumption were used: Lifelong ethanol exposure (I, II), 5½-month intermittent versus continuous exposure (III, IV), and 5-week heavy ethanol intoxications followed by weekly ethanol withdrawals (V). The experimental animals were both genders of AA (Alko, Alcohol) and ANA (Alko, Non-Alcohol) rats (I, II), young male Wistar rats (III, IV), and young and old male Wistar rats (V). The effects of ethanol consumption on superior cervical ganglion (SCG) neurons and cerebellar microglia were studied. Cytochrome oxidase activities were measured in central nervous system areas known to be affected by chronic ethanol exposure, i.e. in the locus coeruleus, frontal cortex and cerebellum. Also the ethanol-related effects on the longevity and general health of the rats were studied.

Lifelong ethanol consumption did not alter the mortality of AA or ANA rats, but increased the occurrence of malignant neoplasms. However, the mortality of ANA rats was significantly higher compared to the AA rats. The ANA rats had a higher rate of kidney diseases than the AA rats, and their autopsy showed higher rates of benign tumors and cardiovascular pathology. Lifelong ethanol exposure caused increased lipopigmentation and tyrosine hydroxylase immunoreactivity in the SCG of male rats, but did not change the number of SCG neurons or the volume of the ganglia in either AA or ANA rats. However, 5½ months of intermittent ethanol consumption decreased the number of SCG neurons by 22% compared to the continuously ethanol-exposed group and by 28% compared to the water-consuming control group. The results suggest that intermittent ethanol exposure is more harmful to the SCG neurons than continuous ethanol exposure. The number of cerebellar microglia in folium II granular layer increased after 5½ months of intermittent ethanol exposure, but no microgliosis was found if ethanol exposure was continuous suggesting that microglia may be an early marker for ethanol-induced nervous system degeneration. Cytochrome oxidase activity was decreased after 5 weeks of repeated ethanol intoxications and withdrawals in young and aged rats. Increased number of microglia and decreased activity of cytochrome oxidase may result in an increased production of reactive oxygen species. The resulting oxidative stress may have a crucial role in ethanol-induced neuronal damage.