$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Badanie zaburzeń poznawczych podczas rozwoju mózgu stoi przed poważnymi wyzwaniami ze względu na dynamiczną naturę rozwoju neurologicznego, ograniczenia metodologiczne i bariery kontekstowe. Rozwój mózgu obejmuje szybkie, nieliniowe zmiany, co komplikuje identyfikację zaburzeń w krytycznych oknach 1,2. W środowiskach o niskich zasobach bariery, takie jak umiejętność czytania i pisania opiekunów, różnorodność językowa i ograniczony dostęp do specjalistycznych narzędzi (np. rezonansu magnetycznego), utrudniają wczesne badania przesiewowe1. Indywidualna zmienność w dojrzewaniu mózgu utrudnia odróżnienie patologicznych odchyleń od typowego rozwoju 2,3. Stany takie jak zespół Downa wykazują zmieniony rozwój kory mózgowej, ale małe rozmiary próbek i skąpe dane histologiczne ograniczają wgląd mechanistyczny4. Zaburzenia neurorozwojowe (np. ASD, ADHD) często współwystępują z lękiem lub depresją, zakłócając oceny poznawcze5. Poważne deficyty komunikacyjne w niektórych populacjach ograniczają stosowanie standaryzowanych testów6. Cechy te prowadzą do kilku problemów związanych z projektowaniem badań. Rzeczywiście, większość badań wykorzystuje projekty przekrojowe, nie modelując indywidualnych zmian w czasie. Mamy do czynienia z nadmiernym poleganiem na zachodnich, wykształconych populacjach (próbki "DZIWNE")7. Badania nad zespołem Downa cierpią z powodu małych pośmiertnych próbek mózgu i nieodpowiedniej grupy kontrolnej dopasowanej do wieku4. Ekologiczne narzędzia oceny chwilowej mają trudności z uwzględnieniem zmiennych kontekstowych wpływających na codzienną wydajność poznawczą5.
Do najważniejszych funkcji mózgu zwierzęcego i ludzkiego należy uczenie się i pamięć, które mają kluczowe znaczenie dla rozwoju człowieka i życiaw ogóle. Mózg niemowląt znajduje się w fazie rozwoju i jest podatny na czynniki zewnętrzne, takie jak leki i znieczulenie 9,10. Uszkodzenia funkcji pamięci niemowląt spowodowane przez środki znieczulające są kluczowym tematem badań klinicznych i mogą nawet opóźnić optymalne leczenie pacjentów pediatrycznych z powodu niemożności wykonania znieczulenia. Dysfunkcje poznawcze związane ze znieczuleniem (lub pooperacyjne dysfunkcje poznawcze, POCD) mogą mieć długoterminowe konsekwencje dla niemowląt12. Wdychanie sewofluranu może wpływać na funkcje pamięci u niemowląt13,14, ale tradycyjna anestezjologia uważa, że uszkodzenie mózgu u niemowląt jest spowodowane głównie niedotlenieniem mózgu podczas znieczulenia, zwłaszcza w znieczuleniu ogólnym10. Dlatego, dopóki nie występuje krótkotrwałe lub długotrwałe niedotlenienie mózgu, ryzyko uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego u niemowląt powinno być zmniejszone11. Mimo to zrozumienie POCD pozostaje nieoptymalne. Niemowlęta wymagające operacji będą wymagały znieczulenia, a lepsza wiedza na temat zaangażowanych ścieżek może pomóc w projektowaniu strategii znieczulenia, które zminimalizują ryzyko POCD.
Badanie z udziałem starszych dorosłych, którzy przeszli operacje inne niż kardiochirurgiczne, wykazało, że prawie 25% pacjentów doświadczyło POCD w ciągu 1 tygodnia po operacji, a odsetek ten zmniejszył się poniżej 10% po 3 miesiącach, podczas gdy w grupie kontrolnej wskaźniki POCD wynosiły 3,4% i 2,8%15. Badanie wykazało również, że większość przypadków POCD była odwracalna, a tylko niewielka liczba pacjentów doświadczyła przedłużonej lub trwałej POCD15. W ośrodkowym układzie nerwowym glutaminian jest najczęstszym aminokwasem pobudzającym16. Receptor N-metylo-D-asparaginianu (NMDAR) ma kluczowe znaczenie dla indukcji i utrzymania długotrwałego wzmocnienia (LTP) i długotrwałej depresji (LTD)17. Badania na myszach wykazały, że pobudzająca plastyczność synaptyczna bezpośrednio wpływa na rozwój funkcji mózgu18, przy czym aktywacja NMDAR i napływ wapnia są szczególnie ważne19,20. Zwiększona aktywność NMDAR ma znaczące implikacje dla indukowania wzrostu i plastyczności synaps19,20. W związku z tym wyższy stopień blokady NMDAR przez antagonistów NMDAR (np. sewofluran) powinien skutkować niższymi zdolnościami uczenia się ipamięci21. Chociaż wpływ sewofluranu na uczenie się i pamięć w mózgach dorosłych nie osiągnął jednoznacznych wniosków22,23, sewofluran jest powszechnie stosowany do znieczulenia w operacjach pediatrycznych14. Jako niekonkurencyjny antagonista NMDAR, sewofluran może znacząco wpływać na funkcje uczenia się i pamięci mózgu 11,13,14,23,24. Niemniej jednak, oprócz NMDAR, inne szlaki i białka są zaangażowane w uczenie się i pamięć, a mechanizmy regulacji pamięci obejmujące białko wiążące element odpowiedzi fosforylowanej cAMP (p-CREB) i natychmiastowy wczesny gen c-fos stają się coraz jaśniejsze 25,26,27, ale nadal wymagają lepszego zrozumienia dla optymalnego dostarczania znieczulenia u niemowląt i dzieci.
Opierając się na tych ramach teoretycznych, w niniejszym badaniu zbadano zintegrowane podejście metodologiczne, które można wykorzystać do badania zaburzeń poznawczych w rozwijającym się mózgu spowodowanych przez sewofluran w oparciu o pamięć i ekspresję p-CREB i c-fos w neuronach hipokampa poprzez szlak sygnałowy NMDAR / p-CREB / c-fos u młodych szczurów. Wyniki mogą pomóc w lepszym zrozumieniu POCD i zaburzeń pamięci po znieczuleniu ogólnym. W badaniu wykorzystano 21-dniowe szczury, ponieważ właśnie zostały odstawione od piersi i miały bardzo jednolitą masę ciała i stan fizjologiczny, odpowiadający wczesnemu dojrzewaniu u ludzi. Ze względu na ich zwiększoną neuroplastyczność i podatność w tym krytycznym okresie rozwojowym, mogą skutecznie modelować upośledzenie funkcji poznawczych spowodowane operacją lub znieczuleniem na niedojrzałym mózgu28,29. To sprawia, że są one szczególnie przydatne do badania zagrożeń neurokognitywnych związanych z chirurgią dziecięcą i badania potencjalnych strategii interwencji. Labirynt Y jest powszechnie stosowaną metodą oceny uczenia się i pamięci30. Immunohistochemia jest powszechnie stosowana do badania neuronów i różnych białek neuronalnych.