Class Notes (834,991)
Canada (508,850)
Psychology (5,208)
PSYCH 3F03 (153)

Edited and updated - 12 Week 12 (Lecture 30, 31, 32) - April 1,3,4 - Psych 3F03.docx

17 Pages
Unlock Document

Paul W Andrews

WEEK 12 PSYCH 3F03 Lecture 30 April 1, 2014 Hypothesis − Serotonin increases efficiency of ATP production in mitochondria and reduces oxidative stress − Hypothesis – the serotonin system evolved to regulate energy − Why? Supporting the original mitochondrial organisms requires coordination of various systems in the body at different levels o Cellular o Organ o System  Commonly co­expressed on glutamatergic neurons (brain) and motor neurons (periphery) − Not uncommon for excitatory and inhibitory receptors to be co­expressed  o Serotonin might be involved with regulation; turning cells on and off − Mitochondrial activity in different systems must be regulated according to the needs of the organism o Serotonin will help increase efficiency in activated mitochondria o Serotonin may help “turn on” and “turn off” different cells Serotonin can inhibit or enhance firing of motor neurons − Motor neurons in periphery – associated with muscles  − 5­HT, DA, NE, ACh o Can increase or decrease neuronal activity  o ACh – more of excitatory than inhibitory o NE and 5­HT – often have inhibitory; but occasionally large excitatory effects  Serotonin can also make some motor neurons switch from firing in brief bursts to firing repetitively  − Neurons initially classified in  o Phasic (brief bursts) firing  o Repetitively (sustained for long periods of time) − Switch neurons into more repetitive firing − More transition into more repetitive firing from same neuron − Each NT has some effect in increasing  − 5­HT – unique in the ability to switch from phasic to repetitive  Serotonin and hypothalamus − Trade­off between different systems that otherwise compete for energy o Hypothalamus o Reproduction vs. growth vs. maintenance vs. immune function vs. cognition − Increased serotonin transmission during energetic stress – where tradeoffs occur, can result in: o Infection o Fasting/starvation o Physical exhaustion 1 WEEK 12 PSYCH 3F03  Transmission of 5­HT to hypothalamus after exercise o Male sexual exhaustion  After 6 matings in ~3 hours, male mice are depleted of viable sperm and not receptive to novel sexual stimuli; takes several days  to develop new sperm; during this time, 5­HT is increased to hypothalamus (regulating energy allocation), 5­HT back to normal  after sperm is restored  o Awake = slow wave sleep > REM  Increase in 5­HT when awake than when asleep; 5­HT transmission is ceased during REM sleep o Melancholic depression (rumination)  Elevation of 5­HT to hypothalamus and other brain regions o 5­HT transmission increases to hypothalamus during stressful experiences − Decreased serotonin transmission during ingestion of food  o Less need to make trade offs between different major processes  Serotonin − Control energy supply o Storage sites (liver, adipose tissue, astrocytes)  Liver – glucose a glycogen  Adipose – stores fat  Astrocytes – glycogen in the brain o Insulin and glucagon  Insulin – uptake of glucose from the blood stream  Glucagon – release glucose from the liver o Distribution  Vasoconstriction  Vasodilation  Serotonin regulates the brain’s energy supply − 5­HT1A – can control both activities (release of glucagon to neuron or change of vessel diameter) − Mobilize glucose in astrocytes − Control blood flow (vasoconstriction) All Organs use Serotonin − Lung cells take up 5­HT from the bloodstream − Degree of uptake depends on ATP production in mitochondria o Inhibitors of electron transport reduce uptake of serotonin  N , ouabain, potassium cyanide (KCN) 2 − Human lung cells bathed in 5­HT – looked at concentration of 5­HT declined in the bath (thus, amount of uptake into lung  cells) − Tied to mitochondrial activity – gave cells various inhibitors of the electron transport chain, which reduced uptake of 5­ HT  o Did not completely inhibit uptake of 5­HT from bath; but inhibited to some degree − Concluded – in these lung cells, the uptake of 5­HT from the bloodstream depends in part to the ATP production in  mitochondria and electron transport chain  − Supports that 5­HT is implicated in ATP production and reducing oxidative stress  o The more energy being produced, the more 5­HT is being taken up by the organ  2 WEEK 12 PSYCH 3F03 − X­Axis – Minutes of Perfusion − Y­Axis – Serotonin Concentration How much 5­HT being taken up in the bloodstream by various organs − 5­HT transporter is produced everywhere in the body – allows organs to take up 5HT from bloodstream − 5­HIAA – metabolite produce of 5­HT How does 5­HT get inside the cell to reach the mitochondria? − Periphery o Synthesized in gut and other organs  Mostly produced in the gut – spills over into bloodstream o Distributed by blood o Taken up by organ via the serotonin transporter − Brain o 5­HT can be synthesized in mitochondria of many cells  Most cells lack both enzymes  Many non­serotonergic cells have second enzyme (AADC) o 5­HT transporter located on serotonergic neurons to re­uptake 5­HT o 5­HT transporter on non­serotonergic neurons  Hypothalamus  o Dopamine and norepinephrine transporters can take serotonin at high concentrations  o Several ways that 5­HT can enter into non­serotonergic cells o Raphe nuclei – contain serotonergic neurons; have both enzymes to convert tryptophan to 5­Ht o Tryptophan –tryptophan­5 hydroxylase­­> 5­HTP –aromatic L­aa decarboxylase­­> 5­HT o Serotonergic neurons need both enzymes nd o Some neurons have one enzyme (2  enzyme); if they can get 5­hydroxytryptophan, can convert to 5­HT  Many can produce 5­HT in the brain  − 5­HT regulates mitochondrial activity  − Ability for every cell in the body to have access to 5­HT is important 3 WEEK 12 PSYCH 3F03 REM Sleep is “paradoxical” − Vigilance is greatest during wake and lowest during non­REM sleep − REM sleep – dreaming; intermediate vigilance state − Neurons involved in turning REM on and off o ON neurons only firing during REM state  o OFF neurons firing during wake and non­REM sate − Monoamine transmission stops during REM sleep o Serotonin, histamine, norepinephrine  o Complete cessation of monoamine transmission during REM Brains energy expenditure is nearly as high in REM sleep as when awake − Lowest level of energy metabolism is during non­REM state − REM sleep and awake state – similar energy metabolism; REM sleep nearly as high as awake state  Replicated by Madsen et al (1991) − Higher levels of metabolism − Deep sleep is non­REM − Energy metabolism decreases from wake to non­REM − Wake and REM has slight negative trend, but nearly as high Physiological regulation declines during REM sleep  − Heart rate is irregular − Breathing is irregular − Blood Pressure drops − Core body temperature drifts towards ambient temperature − Physiology is less homeostatic and more poikilothermic  o HR, breathing, BP, temperature – regulated by homeostasis – but during REM sleep, homoeostatic mechanisms are turned off to some  degree 4 WEEK 12 PSYCH 3F03 o Poikilothermic – cold blooded; tied to ambient temperature  The “paradox” − Poikilothermic is usually less energetically expensive than homoeothermy o Homeotherm – narrow range that organism is able to remain in in order for physiological functions to be maintained; has to spend more  energy in order to maintain core body temperature and a homeostatic level   Able to produce more energy to be used in many things; not tied to ambient temperature, can expend fat, be active at night and  day o Poikilotherm – can tolerate larger range of temperatures  Overall ability to expend energy is less − However, REM sleep (poikilothermic state) is about as energetically expensive as when awake (homeothermic state) − Possible resolution – cessation of 5­HT transmission reduces mitochondrial efficiency and increases metabolism  o Activities that take place in REM state still take place, but require more energy because 5­HT is reduced Is serotonin an upper or a downer? − High serotonin hypothesis – 5HT causes depression − Low serotonin hypothesis – 5HT relieves depression − Both! − The effects of increased serotonin transmission depend on the state of the organism o Positive and negative mood states – 5­HT elevated in positive AND negative mood states  Male sexual exhaustion  Cocaine/ecstasy – euphoric positive state; increase 5­HT transmission   Starvation/infection/melancholia – negative moods stage in which 5­HT is increased o Not uni­directional – multiple complex effects on organisms; probably mediated by 14 different receptors that are excitatory and inhibitory  that can cause complex changes within brain and body   Must be somewhat dependent on state of organism when transmission increases  o Increase or decrease anhedonia (reward)  Nicotine withdrawal vs. control  • 5­HT can increase (in nicotine) or decrease Anhedonia (in control) o Increase or decrease physical activity  Starvation vs. melancholia/infection  o Increase or decrease neuronal growth  Stress vs. enriched environment o Increase or decrease cortisol  Stress vs. enriched environment  − Top Graph – different states involve different energy allocation – all involve 5­HT o Effects of 5­HT – increase amount of energy devoted to immune, maintenance,  cognitive functions  − General principle – effects of 5­HT transmission depend on the state of the organism − Does not just cause depressive symptoms – also causes euphoric etc − Serotonin reallocates energy to meet the needs of the organism − Different situations require different energy reallocation patterns − All require increase in serotonin  Lecture 31 ­ Antidepressants April 3, 2014 5 WEEK 12 PSYCH 3F03 Final – paper on antidepressants Psychotropic drugs − Hailed as a great advance in the treatment of psychiatric disorders − Seems to reduce symptoms and allow psychiatrists to treat more people than otherwise Good science is powerful  − Data on mortality due to infectious disease about ~100 years – germ theory of infectious disease developed in late 1800’s has give powerful tools,  allowing to reduce death rate due to infectious disease by 10 fold over 100 years Before antidepressants − 1960’s, 1970’s, depression was rare and had good prognosis o 1 in 1000 had clinical depression o Natural remission rate of 50% within first few months o Only 1 in 4,345 needed hospitalization  50% had no recurrence in 10 years  Only 10% became chronic  With antidepressant medications (ADMs) − Now depression is considered a progressive disease o 6.6% within a year o 40­50% over lifetime o Depression changes your brain and makes you more susceptible to future episodes  “Kindling Hypothesis” − No evidence that we have gained control over depression with these drugs Why psychiatrists believe ADM save lives − Psychiatrists believe we have to treat with drugs because they save lives − Depression is associated with increased risk of o Vascular problems  Stroke  Heart attack  Diabetes  o Suicidal behaviour o Death  Estimate of unmedicated risk of death − # deaths per 1000 person­years − Studies that attempt to get at the unmedicated risk of death (studies when ADM not widely prescribed or control for no antidepressants) − First and second column – number of deaths out of 1000 measured over a years time  − 3  column – difference between risk of death in non­depressed and depressed  ADM’s are typically ingested − Degrade in digestive system, sent in blood stream to all different areas of the body (brain and elsewhere) Common ADMs − Selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) 6 WEEK 12 PSYCH 3F03 o Selectively blocks the serotonin transporter o Does not block NE or DA transporters − 5­HT NE reuptake inhibitors (SNRIs) o Block both the 5­HT transporter and the NE transporter − Tricyclic antidepressants (TCAs) o Block a variety of monoamine transporters (serotonin, NE, DA, in various comibnations) o Imipramine one of the first AMs − Monoamine oxidae inhibitors (MAOIs) o Inhibit the monoamine oxidase enzyme, which breaks down serotonin, NE, and DA o Iproniazidone one of the first ADMs SSRIs block the serotonin transporter − Presynaptic has SERT (serotonin transporter) − SSRi – keeps levels of 5­HT high in the synapse − Transporter not only found in serotonergic neurons; found all over the body (gut, platelet, enterocyte) − 5­HT – energy regulation; can affect every function in the body o Blood transport and clotting o Na+ o Attention o Neuronal growth and death o Sexual behaviour o Emotion o Sperm morphology o Development  Antidepressants thought to promote neurogenesis  − Flow throughout blood stream, but interact with serotonin transporters everywhere − ADM could affect every function in the body that relies on 5­HT for energy regulation 7 WEEK 12 PSYCH 3F03 − All studies purporting to show neurogenesis involve bromo­deoxyuridine (BrdU) o Most “misused” technique in neuroscience   Taupin (2007) o By itself, BrdU cannot distinguish between neuronal growth and neuronal death   Herrup et al (2004) o What is actually happening to the neurons when ADMs are used? This is the rat brain on Prozac (fluoxetine) − Exposed rats to antidepressants  − 4 days, clinical dose (image excluded) − Swollen nerve endings − Abnormal kinks − Thick, truncated neurons  − Morphological changes often seen in PD Depression associated with increased risk of “probable dementia” in 65­79 y/o women − Andrews claimed that ADM affect attention negatively − Studies on depression and ADM use in elderly people − Evidence that depression itself is associated with Mild Cognitive Impairment (MCI) and probable dementia  − Depressed people are at greater risk − Controlled for ADM use  − Estimates are an attempt to isolate depression controlling for ADM ADM use associated with increased risk of MCI or “probably dementia” in 65­79 y/o women − Affect of ADM use on MCI and probable dementia, controlling for depression − Increased risk of MCI in depression Risk of upper gastrointestinal bleeding − Platelet cells need serotonin in order to appropriately prime the clotting process − ADM can interfere with clotting; largely cause increased risk of bleeding − How ADM interact with other blood thinners  − NSAID = non­steroidal anti­inflammatory drug (eg/ aspirin, Tylenol, ibuprofen) Medication Used Adjusted Odds Ratio (95% CI) 8 WEEK 12 PSYCH 3F03 SSRI alone 1.7 (1.01­2.8) Aspirin alone 2.4 (1.72­3.3) Other NSAIDs alone 4.3 (3.7­5.1) SSRI and Aspirin, no other NSAIDs 3.0 (0.96­9.2) Aspirin ad other NSAIDs, no SSRI 13 (8.7­20) SSRI and other NSAIDs, no aspirin 8.0 (4.8­13) SSRI, Aspirin and other NSAIDs 28 (7.6­103) Risk of stroke Increased risk of death in the elderly − 7.2 cardiac events per 1000 perion­years − What is the overall affect of ADMs? − May be useful in certain contexts o Treating certain cancers, promoting recovery from stroke (even if increased risk of having stroke) − Evidence that ADMs have negative effects in areas of the body that are dependent on 5­HT − Do ADMs increase or decrease risk of death? − Community samples that have variation in depressive symptoms and use of ADMs − 4 studies show these results – 2 are shown in chart − Additional deaths per 1000 per year  o Not thought to be by suicide; thought to be CVD, strokes, heart attacks etc − All ADMs associated with increased risk − Increased risk of death with ADM usage  − Correlational studies; not experimental (not conclusive, but best evidence)  − Vioxx – caused about 7 cardiac events out of 1000 in a year; taken off the market o Don’t have to be fatal cardiac events o Experimental study  How do ADM’s work? − Graph 1 o Depression enhanced 5­HT? o Y – s
More Less

Related notes for PSYCH 3F03

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.