Assessment of the antidepresant effect of caffeine using rat model of depression induced by reserpine

Depression, caffeine, Monoamines, Oxidative stress, Acetylcholinesterase

Assessment of the antidepressant effect of caffeine using rat model of depression induced by reserpine

הערכת ההשפעה האנטי-דיכאונית של קפאין באמצעות מודל דיכאון חולדות הנגרם על ידי רזרפין

אבסטרקט

מטרה: המטרה הנוכחית היא להעריך את ההשפעה האנטי-דיכאונית של קפאין.

חומר ושיטות: נעשה שימוש בשלוש קבוצות של חולדות; קבוצת בקרה, קבוצת מודל דיכאון חולדה הנגרם על ידי reserpine, וקבוצת מודל דיכאון חולדה המטופל מדי יום בקפאין. בסוף הניסוי, הפעילות המוטורית של החולדות נמדדה באמצעות בדיקת שדה פתוח. למחרת הוקרבו בעלי החיים משלושת הקבוצות למדידת רמות של סרוטונין, נוראדרנלין ודופמין בקליפת המוח ובהיפוקמפוס באמצעות ספקטרופלואורומטר. בנוסף רמות של חמצון ליפידים (MDA), תחמוצת החנקן (NO), וגלוטתיון מופחת (GSH) יחד עם פעילות אצטילכולין אסטראז (AchE) ו- Na +, K +, ATPase נמדדו בשני אזורי המוח שנחקרו באמצעות ספקטרופוטומטר.

תוצאות: במודל דיכאון חולדות, בעלי החיים הראו ירידה משמעותית בפעילות המוטורית. הממצא היה קשור עם ירידות משמעותיות בסרוטונין, נוראדרנלין ודופמין בקליפת המוח ובהיפוקמפוס. למרות זאת, עליות משמעותיות בפעילות AchE ו- Na +, K +, ATPase ורמות MDA ו- NO נרשמו בשני אזורי מודל דיכאון חולדה ואילו GSH הראה ירידה משמעותית בהיפוקמפוס. הקפאין לא הצליח לשחזר את ירידה בפעילות המוטורית. הטיפול בקפאין שיפר את השינויים בנוראדרנלין בקליפת המוח ובהיפוקמפוס כמו גם דופמין וסרוטונין בהיפוקמפוס. בנוסף, הוא החזיר את רמות MDA ו- GSH. עם זאת, הוא לא הצליח למנוע פעילות מוגברת של AchE, ,Na + , K +, ATPase ו- NO.

מסקנות: הממצאים הנוכחיים מצביעים על כך שלקפאין יש השפעה אנטי-דיכאונית באופן חלקי המתווכת באמצעות פעילות נוגדת חמצון ועל ידי הגברת רמות המונואמין.

רקע כללי

קפאין (1,3,7-trimethylxanthine) הוא חומר פסיכואקטיבי בוא נעשה שימוש בצורות שנות ברחבי העולם. בשל הליפופיליות שלו, קפאין חוצה את מחסום דם המוח בקלות ומפעיל את האפקט הממריץ שלו ( Ferré 2016). קפאין משפיע על מערכת העצבים המרכזית (CNS) בכך שפועל נגד רוב ההשפעות המעכבות של אדנוזין על יכולת עצבית (Fredholm et al. 1999), עוררות (Porkka 1999-(Heiskanen  ופעילות ספונטנית ( (Kuzmin et al 2006. כמו כן, השינויים הנגרמים על ידי קפאין בתפקוד ה-  CNS מתווכים על ידי הפחתת פעילות פוספודיאסטראז, חסימת פעילות קולטן GABA-A, והגברת  סידן בין-תאי (Garrett and Griffiths 1997). היכולת הסטימולנטית של קפאין מיוחסת להשפעתו האנטגוניסטית על פעילותו של אדנוזין אנדוגני המעכב שחרור של מספר נוירוטרנסמיטרים במערכת העצבים המרכזית, הכוללים חומצה γ-aminobutyric (GABA), אצטילכולין, גלוטמט, דופמין, נוראדרנלין, וסרוטונין (El Yacoubi  et al. 2001; Ferré et al. 1996a; Ferré et all 1966b, Fisone et al. 2004; Williams 1987) ובאופן זה ההשפעה של קפאין על דיכאון נלקחת בחשבון.

הממצאים הפרה-קליניים והקליניים מצביעים על כך שיש קשר הדוק בין מערכת האדנוזין המודולטורית והתנהגות דמוית דיכאון (Blardi et al. 2005). בתנאים פיזיולוגיים רגילים, אדנוזין פועל נוירו-מודולטור (מאפנן) במערכת העצבים המרכזית באמצעות הפעלת קולטני אנדוזין A1 ו- A2A במוח המעכבים פעילות סינפטית ושחרור נוירוטרנסמיטרים (Fredholm et al. 2005). הובחן כי מתילקסנטינים, קפאין מביניהם, יכולים לחסום את קולטני אדנוזין אלה (Fredholm et al., 1999).

דיכאון הוא נושא חשוב בתחום בריאות הציבור. עד 2030, צפוי שדיכאון יהיה אחד משלושת  ההפרעות הגדולות התורמות לנטל המחלה האוניברסלי (2006 Mathers and Loncar). על פי הערכת ארגון הבריאות העולמי (WHO) הנוכחית, מספר האנשים הסובלים מהפרעות דיכאון ברחבי העולם עומד על כ- 350 מיליון. בנוסף, WHO מנבא שדיכאון תהיה ההפרעה השנייה בגודלה בגרימת חוסר יכולת תפקודית עד שנת 2020.

 ישנם נתונים שנויים במחלוקת על הקשר בין צריכת קפאין ודיכאון. מספר מחקרים אפידמיולוגיים מצאו קשר בין צריכת קפה או קפאין ודיכאון, אך התוצאות מהספרות הקיימת הניבו תוצאות לא עקביות. מחקרים גילו קשר הפוך בין קפה או קפאין ודיכאון (Guo et al. 2014; Pham et al. 2014). לאחרונה, מטא אנליזה של  ) Wang et al. 2016) על מחקרי תצפית מצאה שצריכת קפה וקפאין קשורה באופן משמעותי עם סיכון מופחת לדיכאון. מחקרים אחרים לא מצאו השפעה מועילה לקפה וקפאין על דיכאון (Pham et al. 2014; Ruusunen et al. 2010). מצד שני, המחקר של Jin et al.  (2016) הגיע למסקנה שצריכת קפאין קשורה באופן חיובי להחמרה בדיכאון ונדודי שינה בקרב קוריאנים מתבגרים.

על פי היפותזת המונואמין להסבר תופעת הדיכאון, דלדול המוח של סרוטונין, נוראדרנלין, ו / או דופמין יכול להיות בבסיס האטיולוגיה והפתוגנזה של דיכאון (Schechter et al. 2005). בנוסף, מספר כיווני ראיות מצביעים על מעורבותו של מתח חמצוני וחנקתי בפתופיזיולוגיה של הפרעות דיכאון (Maes et al. 2011).  

לכן, המחקר הנוכחי נועד להעריך את ההשפעה של קפאין על ההתנהגות (בדיקת שדה פתוח) ושינויים נוירו-כימיים (רמות הסרוטונין, הנוראדרנלין, הדופמין, חמצון ליפידים, תחמוצת החנקן, גלוטתיון מופחת והפעילות של אצטילכולין אסטראז ו- Na +, K +, ATPase) המתרחשים בהיפוקמפוס ובקליפת המוח של דיכאון המדומה אצל חולדות ונגרם על ידי רזרפין.

חומר ושיטות

בעלי חיים

עשרים וארבע חולדות Wistar זכרים, במשקל בין 230 ו -250 גרם, הושגו מבית החי של המרכז הלאומי למחקר, מצרים. הם שוכנו בתנאי בקרת טמפרטורה ואור ובתנאי מעבדה סטנדרטיים למזון מכרסמים ומי שתייה ad libitum. הליכי הניסוי בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת האתיקה של מרכז המחקר הלאומי ובוצעו בהתאם להמלצות המדריך של המכון הלאומי לבריאות לטיפול ושימוש בחיות מעבדה (פרסום מס 85-23, מתוקן 1985).

כימיקלים

רזרפין ((Reserpine, Mallinckrodlt. Inc., Marthin Luther King Jr. Boulevard, Paris-Kentucky, הומס בחומצה אצטית קרחונית (1 מיקרוגרם / μl) ואז הושלם ל 25 מיליליטר עם מים מזוקקים. קפאין נרכש מ- Global Chemie (מומבאי, הוֹדוּ). הוא הומס ב -0.9% תמיסת מלח (15 מ”ג / מ”ל). כל שאר הריאגנטים הושגו מ- Sigma Chemical Co (St. Louis MO, USA).

עיצוב הניסוי

בתחילת הניסוי חולדות חולקו באופן אקראי לחולדות בקרה וחולדות שטופלו ב-רזרפין שהוזרק אינטראפריטונאלית ( 0.2 מ”ג / ק”ג / יום) למשך 15 יום כדי לבסס את מודל דיכאון חולדות על פי Antkiewicz-Michaluk et al. (2014). ביום ה -16, החולדות שטופלו ב-רזרפין חולקו שוב לשתי קבוצות נוספות: מודל חולדה של דיכאון שהמשיך לקבל הזרקת רזרפין אינטראפריטונאלית (0.1 מ”ג / ק”ג / יום) למשך 15 יום נוספים כדי לשמור על מצב הדיכאון, ומודל דיכאון חולדות בו טופלו חולדות מדי יום עם זריקת רזרפין אינטראפריטונאלית (0.1 מ”ג / ק”ג ליום) ולאחריה זריקת קפאין (30 מ”ג לק”ג) עם מרווח של שעה בין שני החומרים במשך 15 יום.

ניתוח התנהגות

במבחן השדה הפתוח נעשה בסוף ניסוי חולדות הבקרה, מודל דיכאון חולדות ודיכאון חולדות מטופל קפאין כדי לסנן את הליקויים בפעילות המוטורית.

מבחן השדה הפתוח

מבנה (Apparatus) השדה הפתוח היה בנוי מדיקט לבן בגודל 72 × 72 ס”מ עם קירות של 36 ס”מ. אחד הקירות היה עשוי פלקסיגלס שקוף, כך שחולדות היו יכולות להיות גלויות באפרטוס. קווים כחולים נמתחו על רצפה עם סמן ונראו בבירור מבעד לקיר הפלקסיגלס. הקווים חילקו את הרצפה ל16 ריבועים בגודל 18 × 18 ס”מ. ריבוע מרכזי (18 ס”מ × 18 ס”מ) צויר באמצע השדה הפתוח. חולדות הונחו באופן אינדיבידואלי במרכז השדה הפתוח ופרמטרים התנהגותיים הוערכו באופן ידני במשך 10 דקות. חמישה פרמטרים מוטורים כומתו לאורך כל הבדיקה: משך ריבוע מרכזי (משך הזמן בו החולדות בילו בריבוע המרכזי), חציות קו (מספר הפעמים בהן החולדות חצו את אחד מקווי הרשת עם כל ארבע הכפות), מספר הפעמים שהחולדות עמדו עליהן רגליהם האחוריות במבוך, זמן הקפאה (המשך בו החולדה הייתה נייחת לחלוטין), וטיפוח (מספר ניקויי הגוף באמצעות הכפות, ליקוק הגוף ופרווה עם הפה, ופעולות שטיפת פנים). אפרטוס השדה פתוח נוקה לאחר כל מפגש באמצעות 70% אלכוהול אתילי והותר להתייבש בין הבדיקות (Brown et al. 1999).

לאחר בדיקות התנהגות, הקריבו את החיות בעריפת ראש פתאומית. המוח של כל חיה הוסר במהירות והועבר לצלחת פטרי (Petri) קפואה. כל מוח חולק לשני חצאים; ימין ושמאל. כל חצי נותח כדי להשיג את קליפת המוח ואת ההיפוקמפוס. החצי הימני של כל מוח שימש למדידת הפרמטרים ללחץ החמצון ופעילות האנזימים. החצי השמאלי שימש למדידת סרוטונין, נוראדרנלין, ומוליכים עצביים לדופמין. כל אזור מוחי נשקל והוקפא ב מינוס 80 מעלות צלזיוס עד לניתוח.

ניתוח נוירוטרנסמיטר

החצאים הימניים של כל קליפת מוח והיפוקמפוס עברו הומוגניזציה בתמיסה קפואה של n-butanol חומצתי. ההומוגנטים עברו טיפול צנטריפוגי ב -2000 סל”ד למשך 5 דקות. הסופרנטנטים (Supernatants) שימשו להערכת הימצאות דופמין (DA), נוראדרנלין (NE) וסרוטונין (5-hydroxytryptamine; 5-HT) בהתאם לשיטה פלואורומטרית  (fluorometric) שתוארה על ידי Ciarlone (1978). הקרינה נמדדה באמצעות ספקטרופלואורומטר (דגם Jasco-FP-6500, יפן). עם מקור של מנורת קשת קסנון 150 וואט.

ניתוח פרמטרים של מתח חמצוני ואנזימים

החצאים השמאליים של כל קליפת המוח והיפוקמפוס עברו הומוגניזציה בבאפר Tris-HCl (pH 7.4). ההומוגנט עבר טיפול צנטריפוגי ב 5000 סל”ד ו -4 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות. הסופרנטנט אוחסן במינוס 70 מעלות צלזיוס עד לניתוח. סופרנטנט זה שימש נתח את הפרמטרים הבאים.

קביעת חמצון שומנים בדם

מלונדיאלדהיד (MDA), מדד לחמצון ממברנת שומן (membrane lipid peroxidation) נאמד על פי השיטה של Ruiz-Larrea et al. (1994). ה- MDA נקבע על ידי מדידת מינים של תיוברביטוריק ריאקטיבי (TBARS). מולקולה אחת של MDA מגיבה עם שתי מולקולות של חומצת תיוברביטוריק במדיום חומצי בטמפרטורה של 95 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות ליצירת חומרים ריאקטיבים לחומצה טיובארביטורית; נמדדה ספיגת התוצר הוורוד שהתקבל ב 532 ננומטר באמצעות ספקטרופוטומטר גלוי UV (דגם UV-2401 PC, Shimadzu, יפן).

קביעת תחמוצת החנקן

תחמוצת החנקן נקבעה בספקטרופוטומטריה ברקמת המוח על פי השיטה שתוארה על ידי Moshage et al.  (1995).  שיטה זו מבוססת על המדידה של ריכוז ניטריט אנדוגני כמדד של ייצור תחמוצת החנקן. היא תלויה בתוספת של ריאגנט של גריס (Griess) אשר ממיר ניטריט לתרכובת אזו (azo) סגול עמוק שקליטת הספיגה שלה היא 540 ננומטר.

קביעת גלוטתיון מופחת

רמת גלוטתיון מופחתת (GSH) באזורים נבחרים במוח  נקבע בשיטת Moron et al. (1979). שיטה זו מבוססת על הפחתה של5’5 dithiobis-(2-nitrobenzoic acid)  או DTNB “ריאגנט של אלמן” עם GSH לייצר תרכובת צהובה. הכרומוגן המופחת הוא ביחס ישר לריכוז GSH  וספיגתו נמדדת ב -412 ננומטר. סה”כ תוכן GSH התבטא ברקמת מוח mmol/ גרם.

קביעת פעילות אצטילכולין אסטראז

פעילות אצטילכולינסטרז (AchE) נמדדה בהתאם לשיטה המתוקנת שלGorun et al.   (1978). עקרון השיטה תלוי בהידרוליזה של אצטילתיכולין יודי על ידי אצטילכולינסטרז לייצור תיכולין. מותר לתיאכולין להגיב עם 5,5′-דיתיוביס- (2-ניטרובנזואיק) (DTNB), אשר מצטמצם לחומצה תיוניטרובנזואית, אניון בצבע צהוב שספיגתו ניתנת לקריאה בספקטרופוטומטריה ב -412 ננומטר.  התוצאות התבטאו כרקמת מוח של μmol SH / min / g.

קביעת פעילות Na +, K +, ATPase

פעילות  Na +, K +, ATPaseנמדדה ספקטרופוטומטרית על פי Tsakiris et al.  (2000), פעילות ה- ATPase חושבה כהפרש בין פעילות ATPase כוללת (Na +, K +, ATPase ו- Mg-ATPase) ופעילות Mg-ATPase.

ניתוח סטטיסטי

הנתונים באו לידי ביטוי כממוצע ± S.E.M. משמעות סטטיסטית בין הקבוצות שנחקרו נבדקה על ידי ניתוח שונות חד כיוונית (ANOVA) באמצעות תכנית חבילה סטטיסטית למדעי החברה (SPSS) ואחריו דאנקן כמבחן פוסט-הוק להשוואת המשמעות בין הקבוצות. ההבדל נחשב משמעותי בערך של p <0.05.

תוצאות

תוצאות נוירוכימיות

בקליפת המוח של מודל דיכאון חולדה, ירידה משמעותית ברמות הסרוטונין (- 55.3%) ונוראדרנלין (- 14.6%) נרשמה בהשוואה לערכים של חולדות בקרה. בהיפוקמפוס חלה ירידה משמעותית בסרוטונין, נוראדרנלין ודופמין –

48.2%, – 45.9%, ו- – 35.5%, בהשוואה לחולדות בקרה. כאשר החולדות דמויות הדיכאון טופלו מדי יום עם קפאין, הוא לא הצליח להחזיר את רמת הסרוטונין בקליפת המוח אך העלה את רמת הנוראדרנלין המופחת לערך הבקרה. בהיפוקמפוס הקפאין שיפר את רמות הסרוטונין, הנוראדרנלין והדופמין עד לשינויים לא משמעותיים בהשוואה לערך הבקרה (טבלה 1).

הממצאים הנוכחיים הראו כי פעילות AchE היפוקמפאלית גדלה משמעותית במודל דיכאון חולדה, אשר רשמה 114.1% ו 83.3% מעל ערכי הבקרה, בהתאמה. באופן דומה, קליפת המוח ופעילות היפוקמפאלית Na +, K +, ATPase גדלה משמעותית (37.6% ו- 30.02% בהתאמה)  חולדות שטופלו ברזרפין. למרות שקפאין הפחית את פעילות AchE בקליפת המוח ובהיפוקמפוס לרמה של 66.2% ו -51.9% בהתאמה, ערכו עדיין הראה עלייה משמעותית בהשוואה לערך הבקרה. עם זאת, הטיפול בקפאין הביא לנורמליזציה של פעילויות Na +, K +, ATPase בקליפת המוח וההיפוקמפוס (טבלה 2).

במודל חולדות דמוי דיכאון שטופלו ברזרפין, רמת החמצון השומנית עלתה משמעותית בקליפת המוח (41.9%) ובהיפוקמפוס (78.3%) בהשוואה לערכי הבקרה. עלייה זו חזרה ערכי הבקרה לאחר טיפול יומי בקפאין. עם זאת, קפאין הטיפול לא הצליח למנוע את העלייה המשמעותית ברמות תחמוצת החנקן בקליפת המוח וההיפוקמפוס הנגרמת על ידי רזרפין. הירידה המשמעותית ברמת GSH שנצפתה בהיפוקמפוס של מודל חולדות דיכאון חזרה לערך הבקרה לאחר טיפול בקפאין. בקליפת המוח, רמת ה- GSH עלתה משמעותית לאחר טיפול בקפאין (טבלה 3).

תוצאות התנהגותיות

כפי שהודגם ב (איור 1), החולדות המייצגות את מודל הדיכאון הראו ירידה משמעותית בחציית הקווים המצטלבים, בעמידה על הרגליים האחוריות, ובניקיון הגוף. בנוסף, עליות משמעותיות בזמן הבילוי בריבוע המרכזי ובהקפאה נרשמו  בחולדות של מודל הדיכאון בהשוואה לחולדות הבקרה. למרבה הצער, קפאין לא הצליח לגרום לשיפור בפרמטרים של השדה הפתוח למעט בהתנהגות ניקיון הגוף שראה מגמה הפוכה ועלה באופן משמעותי.

דיון

במחקר הנוכחי, נעשה שימוש במודל דיכאון חולדות הנגרם על ידי רזרפין כדי להעריך האם קפאין יכול לטפל בדיכאון או להחמיר בו.

הנתונים הנוכחיים גילו כי הטיפול היומי ב-רזרפין למשך 30 ימים גרם לירידה משמעותית בסרוטונין בקליפת המוח ובהיפוקמפוס, כמו גם נוראדרנלין ורמות דופמין. בנוסף, נרשמה ירידה בפעילות המוטורית הנצפית. זה היה ניכר מנתוני  מבחן השדה הפתוח שהציג ירידות משמעותיות במספר מעברי קו, גידול וטיפוח ועליות משמעותיות בזמן הבילוי בריבוע המרכזי ובהקפאה.  

חוסר תנועה הוא אינדיקטור לרגשות של חוסר תקווה וייאוש (Holmes 2003). מוצע כי דיכאון וחוסר תנועה קשורים זה בזה וכבר הוכח שתרופות אנטי-דיכאוניות מפחיתות חוסר תנועה (Gersner et al. 2009).

מספר מחקרים הציעו כי התדלדלות מונואמינים מוחיים מייצגת את הגורם העיקרי לפתוגנזה של דיכאון (Dale et al. 2015). בתמיכה להצעה זו, פעולתם של תרופות נוגדות דיכאון תלויה בעיקר בהעלאה של רמת המונואמינים, במיוחד סרוטונין, על ידי מעכבי ספיגה חוזרת של סרוטונין ( 7Jakobsen et al. 201) או מעכבי מונואמין אוקסידאז (Youdim et al. 2006). לכן, הירידה המשמעותית במונואמינים הקשורה לירידה בפעילות המוטורית הנובעת מהזרקת הרזרפין, מצביעה על התפתחות מודל דיכאון חולדות. במודל זה נעשה שימוש מוצלח על ידי חוקרים רבים לחקר ההשפעה האנטי-דיכאונית של סוכנים (Antkiewicz-Michaluk et al. 2014). רזרפין יכול להפחית במונואמינים על ידי עיכוב הפעילות של טרנספורטר מונואמין וסיקולרי​​-2 (VMAT-2) (Erickson et al.  1992). השפעה זו מונעת ספיגה מחדש של מונואמינים לתוך השלפוחיות הסינפטיות החושפות אותם לקטבוליזם חמצוני על ידי האנזים הציטוזולי מונואמין אוקסידאז (Antkiewicz-Michaluk et al. 2014). מנגנון זה יכול להסביר את ירידת רמות המונואמין שדווחו במחקר הנוכחי.

כתוצאה מהקטבוליזם החמצוני של ציטוזוליק דופמין, נוראדרנלין וסרוטונין על ידי מונואמין אוקסידאז, נוצר האוקסידנט  הסלולרי, מי חמצן (Youdim et al. 2006). בנוסף, מונואמינים, במיוחד דופמין ונוראדרנלין, יכולים לעבור חמצון ציטופלזמי ספונטני המוביל להרס המבנה התאי (Wasik et al. 2009). תגובות אלו מייצרות כמה תוצרי לוואי שעלולים להיות נוירוטוקסיים, כגון מימן-חמצן (Barros-Miñones et al. 2015). מי חמצן יכול לגרום לייצור מיני חמצן תגובתי ולגרום לאפופטוזיס עצבי עקב נזק מיטוכונדריאלי (Bortolato et al. 2008). הממצאים הנוכחיים חשפו מצב של מתח חמצוני לאחר טיפול ב-רזרפין בשני חצאי קליפת המוח וההיפוקמפוס. זה ניכר מהעלייה המשמעותית הגביר בחמצון השומנים (MDA) ורמות תחמוצת החנקן (NO) יחד עם ירידה משמעותית בגלוטתיון מופחת (GSH). בתנאים כאלה של עיכוב VMAT-2 הנוצר על ידי רזרפין וההשפעה של מונמין אוקסידאז, הקטבוליזם החמצוני עשוי להסביר את הלחץ החמצוני הנוכחי שנצפה בקליפה המוח ובהיפוקמפוס של מודל דיכאון חולדות הנגרם על ידי רזרפין. יתר על כן, רמות ה- MDA המוגברות שנצפו עלולות להתעורר מהתקף הפוספוליפידים של הממברנה העצבית על ידי רדיקלים חופשיים המופקים מקטבוליזם מונואמין. מלונדיאלדהיד מיוצר מפירוק תוצרים של חמצון שומנים בדם (Gaweł et al. 2004). בנוסף, ניתן לתווך את העלייה ב-NO בקליפת המוח ובהיפוקמפוס על ידי הסינתזה של תחמוצת החנקן המוגברת (iNOS) כן בעזרת ביטוי NOS עצבי שדווח בחולדות מדוכאות וחולדות הנתונות למתח אימוביליזציה (Gałecki et al. 2012; Maes et al. 2011).

התוצאות שלנו עומדות בהתאמה עם מספר מחקרים אשר הראו כי לחץ חמצוני הוא גורם תורם בפתוגנזה של מחלה פסיכיאטרית הכוללת דיכאון עד כדי כך שנוגדי חמצון הוצעו כמגן עצבי נגד דיכאון (Behr and Moreira 2012). יתר על כן, לחץ חמצוני עשוי לייצג את המנגנון בבסיס ניוון העצבים שנצפה בדיכאון ועשוי להסביר את נפח ההיפוקמפוס המופחת (Aronone et al., 2012).

Charles et al. (1994) מצא עלייה ב-כולין המהווה את מגבלת התדירות המקדימה בסינתזה של אצטילכולין במוחם של חולים בדיכאון בהשוואה לבקרים נורמליים. Higley and Piccioto (2014) דיווחו כי שיפור איתות ACh יכול לגרום לתסמיני דיכאון בבני אדם ובמודלים של בעלי חיים. על ידי שימוש בהדמיה אנושית Saricicek et al. (2012) הציע  שבחולים עם דיכאון פעיל נמצא רמות מוגברות של ACh, לפי הערכת העיסוק בקולטנים ניקוטינים בכל אזורי המוח, ושאלו יישארו גבוהים בחולים עם היסטוריה של דיכאון. זה עשוי לתמוך בהשערה המתייחסת לאיזון אדרנרגי-כולינרגי עם דיכאון ומאניה (Janowsky et al. 1972). השערה זו מרמזת כי טון כולינרגי מוגבר וטון נוראדרנרגי מופחת עלולים לגרום לתסמיני דיכאון, ונתמכת בכמה כיווני ראיות ממחקרי מכרסמים ובני אדם (Mineur et al. 2013). יש כמה מעכבי ספיגה חוזרת של מונואמין שאופיינו כנוגדי קולטני ACh ניקוטינים (Fryer and Luckas 1999; Hennings et al. 1999). AchE הוא האנזים האחראי לקטבוליזם של ACh כדי שיוכל לסיים את פעולתו. לכן, ייתכן ופעילות ה- AchE המוגברת שנצפתה בניסוי הנוכחי נובעת מ- ACh מוגבר, המצע של AchE. כמו כן, עלייה זו ב- AchE עשויה לייצג מנגנון פיצוי להפחתת העלייה בפעילות כולינרגית שדווחה בדיכאון.

העלייה בהתרגשות עצבית במערכת העצבים המרכזית יכולה לצרוך את מרבית האנרגיה של התאים. הוערך כי יותר ממחצית מכלל ה- ATP המיוצר במוח במנוחה מנוצל על ידי Na +, K +, ATPase כדי לשמור על שיפועי היונים הנכונים על פני קרום  התא .(Erecińska and Silver 1989) פעילות Na +, K +, ATPase פועלת להחזרת פוטנציאל פעולת הקרום על ידי זרם של יונים Na וזרם של יונים K (Albers and Siegel 2012). לכן, ירידה בפעילות Na +, K +, ATPase דווחה יחד עם רגישות מוגברת (Souza et al. 2013). זאת בשל התשישות שלה משיקום שיפועים יוניים על פני קרום התא. לפיכך, תחת התנאים הנוכחיים של דיכאון והפחתת רגישות עצבית, העלייה בפעילות Na +, K +, ATPase הייתה מצופה.

הממצאים הנוכחיים מצביעים על כך שהירידה ברמת סרוטונין בקליפת המוח בחולדות של מודל הדיכאון המשיכה לאחר הטיפול בקפאין. עם זאת, קפאין החזיר את רמות הנוראדרנלין והדופמין בקליפת המוח לערכי הבקרה. בהיפוקמפוס, הטיפול בקפאין הביא לעליות לא משמעותיות ברמות סרוטונין, נוראדרנלין דופמין. מסתמן כברור שלקפאין יש השפעה חלקית כאנטי-דיכאוני.  

דווח כי לקפאין יש השפעה סטימולנטית על טירוזין הידרוקסילאז, אנזים המגביל את קצב סינתזת קאטכולאמין (Hsu et al. 2010) ובעל השפעה מעכבת על האנזים מונואמין אוקסידאז, אנזים קטבוליזם מונואמיני (Akomolafe et al. 2017). תופעות אלו של קפאין יכול להסביר את ההתאוששות נוראדרנלין ודופמין בקליפת המוח ובהיפוקמפוס. יתר על כן, ההשפעה המעכבת של קפאין על פעילות מונמין אוקסידאז עשוי להיות בבסיס ההקלה ברמת הסרוטונין בהיפוקמפוס. הנתונים הנוכחיים נתמכים על ידי המחקר של Fredholm (1995) שמצא שקפאין יכול לרומם את הרמות המופחתות של נוירוטרנסמיטרים מונואמין הנצפה בהפרעות דיכאון, השפעה המתווכת על ידי אנטגוניזציה לקולטן A1 של אדנוזין. בנוסף, אחד הצעדים החשובים לקראת הטיפול בדיכאון הוא ההשפעה המגרה של קפאין על שחרורו של סרוטונין באזורי המוח הלימביים ודופמין באזור קליפת המוח הקדם חזיתית. השפעה זו של קפאין דומה לפעולה של תרופות נוגדות דיכאון   Acquas et al. 1995; Fredholm et al. 2002)). בהתאם, העלייה הנוכחית בדופמין במיוחד בהיפוקמפוס יכולה לשחק תפקיד בשיפור מצב הרוח במודל דמוי הדיכאון. דופמין הוא המוליך העצבי המעורב בוויסות של מצב רוח ותחושת רווחה. בנוסף, ההשפעה הסטימולנטית של קפאין על שחרורם של נוירוטרנסמיטרים כולל דופמין, נוראדרנלין וסרוטונין בעלת תפקיד בהגדלת הפעילות המונואמינרגית אשר מצטמצמת בדיכאון.

למרות שטיפול בקפאין לא הצליח לשפר את פעילות AchE המוגברת הנגרמת בחולדות של מודל הדיכאון, ניכר שיפור חלקי בפעילות AchE מ -114.1% ו -83.3% ל -66.2% ו -51.9% בקליפת המוח והיפוקמפוס, בהתאמה Akomolafe et al. (2017) מצא השפעה מעכבת של קפאין על AchE וזה עשוי להוות אינדיקציה לחוסר היכולת של קפאין להחזיר את הפעילות הכולינרגית לערכה התקין.

הפעילות נוגדת החמצון של קפאין הוכחה (Aoyama et al. 2011). השפעה זו מיוחסת לפעולתו של קפאין כנטפל ל- ROS במיוחד עבור רדיקלי ההידרוקסיל (OH—)(Devasagayam et al. 1996; Shi et al. 1991) . בנוסף, הוכח כי קפאין מונע את ריאקציית חמצון GSH של פנטון (Fenton) (Shi et al. 1991), מאגר נוגדי חמצון לא אנזימטי גדול ברקמות רבות, כולל מערכת העצבים המרכזית. לפיכך, ניתן לייחס את ההשפעה נוגדת החמצון של קפאין שהובחנו במחקר הנוכחי להשפעה המעכבת על מונואמין אוקסידאז אשר בתורו עשוי למנוע את הקטבוליזם החמצוני והיווצרותם של רדיקלים חופשיים. ההשפעה המשפרת הנוכחית של קפאין על GSH ניתנת לתיווך על ידי הגברת סינתזת GSH (Aoyama et al. 2011).

מספר מחקרים הראו שקפאין העלה משמעותית את רמות NO (Alasehirli et al. 2005; Hashiguchi et al. 2001). ניתן לייחס השפעה זו להפעלת אנדותל NOS המוביל לעלייה ב-NO (Cappelletti et al 2015). לכן, העלייה הנוכחית ברמות   NO בקליפת המוח ובהיפוקמפוס יכול להיות בגלל ההפעלה של NOS. רמת ה- NO המוחית המוגברת עשויה לגרום להרחבת כלי דם (Toda et al. 2009) וכתוצאה מכך להגברת זרימת דם מוחית. לתוצאה זו עשוי להיות תפקיד בהשפעה החיובית של קפאין על תפקודים קוגניטיביים Cunha and Agostinho 2010)).

השיפור הנוכחי בפעילות Na +, K +, ATPase הנוצר על ידי קפאין עשוי להוות צעד לקראת השיפור במודל הדיכאון. ההתאוששות בפעילות Na +, K +, ו- ATPase היא אינדיקטור להחזרת הקוטביות הנורמלית של קרום התא.

הנתונים ההתנהגותיים הראו שקפאין שומר על השינויים בפרמטרים של בדיקת השדה הפתוח הנגרמים על ידי רזרפין (ירידה משמעותית בחציית קווים, עמידה על רגליים אחוריות, ניקיון ועלייה משמעותית בזמן הבילוי בריבוע המרכזי ובזמן ההקפאה.)  

דווח על ידי כמה מחקרים כי קפאין הוא בעל השפעה סטימולנטית מוטורית (Nehlig et al. 1992). למרות זאת, במחקר הנוכחי קפאין לא נמצא כגורם לשיפור בפעילות מוטורית לקויה הנגרמת על ידי רזרפין. ניתן לייחס זאת לטולרנס של גירוי מוטורי שנצפה עם טיפול כרוני בקפאין  (Holtzman and Finn 1988; Karcz-Kubicha et al. 2003; Svenningsson et al. 1999). קפאין גרם להשפעה חרדתית תלויה-במינון בחולדות, כפי שנצפה מהפחתת העמידה על רגליים אחוריות ואמבולציה, חוסר הניידות ודפקציה במבחן השדה הפתוח, וכן עליית מספר הערכים ומשך השהייה בזרועות הסגורות של מבוך-פלוס מוגבה (Bhattacharya et al. 1997). לכן, ניתן לייחס את חוסר היכולת של קפאין להחזרת הירידה בפעילות המוטורית הנגרמת על ידי רזרפין במחקר הנוכחי לגדילה בעמידות לסטימולנט המוטורי המדווח של קפאין, מצד אחד, ולאפקט החרדתי הנובע מחסימת אדנוזין קולטנים (A1and A2), מצד שני.

הממצאים הנוכחיים מצביעים על כך שקפאין הביא לשיפור ברמות מונואמין ובפעילות Na+ ,K+,  ו- ATPase ומנע את הפרוקסידציה המוגברת של שומנים ואת הירידה של GSH בקליפת המוח ובהיקומפוס.  בנוסף, לרמה המוגברת של NO בשני אזורי המוח יכולה להיות אפקט של הרחבת כלי דם. עם זאת, קפאין לא הצליח לשחזר את פעילות AchE בקליפת המוח ובהיפוקמפוס ורמת סרוטונין בקליפת המוח והפעילות המוטורית המופחתת.

סיכום

הנתונים הנוכחיים הראו כי הטיפול היומי בקפאין במשך 15 יום הביא להשפעה נוגדת דיכאון חלקית. אפקט זה תווך באמצעות הגברת רמות סרוטונין, נוראדרנלין ודופמין בקליפת המוח ובהיפוקמפוס. בנוסף, האפקט נוגד החמצון ומרחיב כלי הדם של הקפאין עשוי לקחת בתפקודו האנטי-דיכאוני.