Die störenden Auswirkungen der Narkose auf Hirnzellverbindungensind wahrscheinlich nur vorübergehend

Eine Studie der juvenilen Rattenhirnzellen, dass die Wirkungen eines üblicherweise verwendeten Anästhetikums an den Verbindungen zwischen den Gehirnzellen sind vorübergehend .


Hippocampus- Zellen mit Neuron in grün , die Hunderte von den kleinen Vorsprüngen wie dendritischen Dornen bekannt. Die Dendriten anderer Dendriten sind blau markiert und angrenzenden Gliazellen sind rot dargestellt .
Kredit :. Barbara Calabrese, UC San Diego

Die Studie, veröffentlicht in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift PLoS ONE, wurde von Biologen an der Universität von Kalifornien, San Diego und Weill Cornell Medical College in New York als Reaktion auf Bedenken durchgeführt , die sich aus mehreren Studien am Menschen in der letzten Dekade , dass die Exposition Kinder zu Vollnarkose kann die Anfälligkeit gegenüber langfristigen kognitiven und Verhaltensstörungen , wie Lernschwierigkeiten zu erhöhen.

Schätzungsweise sechs Millionen Kinder, darunter 1,5 Millionen Kinder , operiert werden in den Vereinigten Staaten jedes Jahr erfordern Vollnarkose und ein mindestens zwei groß angelegten klinischen Studien sind im Gange, um die möglichen Risiken für Kinder und Erwachsene zu bestimmen.


Hippocampus- Neuronen aus Nager Gehirn mit Dendriten blau dargestellt. Die Hunderte von winzigen Magenta, Grün und weißen Punkten sind die dendritischen Dornen von Synapsen .
Bildnachweis: Barbara Calabrese, UC San Diego

" Da diese Verfahren in den meisten Fällen unumgänglich , ist es wichtig , die Mechanismen mit den potenziell toxischen Wirkungen von Anästhetika auf das sich entwickelnde Gehirn verbunden sind, verstehen und auf dem erwachsenen Gehirn als auch ", sagte Shelley Halpain , Professor für Biologie an der UC San Diego und der Sanford -Konsortium für Regenerative Medizin , der Co - Leitung der Untersuchung . " Da die klinischen Studien noch nicht abgeschlossen ist , präklinischen Studien , wie der unsrigen , sind notwendig, um die Auswirkungen der verschiedenen Anästhetika auf Gehirnstruktur und -funktion zu definieren. "

" Es wird befürchtet, jetzt über kognitive Dysfunktion von Chirurgie und Anästhesie - wie viel diese Effekte sind entweder dauerhaft oder langsam reversibel ist sehr umstritten ", sagte Hugh Hemmings , Jr. , Vorsitzender der Anästhesiologie am Weill Cornell und der Studie andere leitende Autor . " Es wurde kürzlich vorgeschlagen, dass einige der Auswirkungen der Narkose kann nachhaltiger als bisher angenommen . Es ist nicht klar , ob die Restwirkungennach einer Operation durch die Operation selbst , oder der Krankenhausaufenthalt und damit verbundene Trauma, Medikamente und sind Stress - Oder eine Kombination aus diesen Fragen " .

Er fügte jedoch hinzu : "Es gibt Hinweise darauf, dass einige der verzögerten oder anhaltende kognitive Effekte nach der Operation nicht in erster Linie durch Anästhesie selbst , sondern vor allem die Hirn Entzündung die sich aus der Operation. Aber das ist noch nicht klar . "

Das Team von Biologen untersucht eine der am häufigsten verwendeten Narkosemittel , ein Derivat der Äther als " Isofluran " verwendet werden, um Anästhesie während der Operation zu erhalten.

"Frühere Studien in kultivierten Neuronen und in den intakten Gehirn von Nagetieren sofern Anhaltspunkte dafür, dass die Exposition gegen Anästhetika könnten Neuronen anfälliger für den Zelltod durch einen Prozess namens " Apoptose " machen ", sagte Halpain . "Während offene Zelltod könnte sicherlich ein Weg sein, um keine langanhaltende neurokognitive Folgen der Narkose zu erklären , stellten wir die Hypothese , dass es auch andere zelluläre Mechanismen , die neuronalen Schaltkreise unterbrechen , ohne Zelltod an sich sein."

Ein solcher Mechanismus , fügte sie hinzu , ist bekannt als " synaptotoxicity . " Bei diesem Mechanismus neuronaler Kreisunterbrechung, die " Synapsen " oder Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen , geschwächt oder schrumpfen weg durch einen Faktor , der die Neuronen lokal entlang ihrer Axone ( die langen Prozesse der Neuronen, die Signale zu senden ) und Dendriten verletzt (der fadenförmigen Erweiterungen von Neuronen, die Nervensignale ) ohne Induzierung der Neuronen selbst sterben zu erhalten.

Bei den Versuchen an der UC San Diego nach Jimcy Platholi , Postdoc in Halpain Labor , der jetzt bei Weill Cornell ging , nutzten die Wissenschaftler Neuronen aus embryonalen Ratten aus dem Hippocampus , einem Teil des Säugetierhirnfür neu erworbene Erinnerungen Codierung genommen wesentlich und sicherstellen, dass Kurzzeitgedächtnis in Langzeitgedächtnis überführt. Die Forscher kultivierten diese Gehirnzellen in einer Laborschale drei Wochen , so dass die Neuronen Zeit zu reifen und ein dichtes Netz von synaptischen Verbindungen und " dendritischen Dornen " zu entwickeln - spezialisierte Strukturen , die von den Dendriten hineinragen und sind wesentliche Mediatoren während des gesamten neuronalen Netzwerke .

" Ergebnisse aus tierexperimentellen Studien zeigt, dass neue dendritischen Dornen entstehen und bestehende Stacheln in der Größe zu erweitern bei Lernen und Gedächtnis ", erklärte Halpain . " Daher ist die Gesamtzahl und Größe der dendritischen Dornen können zutiefst Auswirkungen die Stärke der neuronalen Netze . Da neuronale Netzwerkaktivität zugrunde liegt, alle Gehirnfunktion , Veränderungen der dendritischen Dorn Anzahl und Form kann Kognition und Verhalten zu beeinflussen. "

Mit Neuronen in Kultur , und nicht intakten Tier Gehirn , erlaubt die Biologen Bilder der Synapsen mit hoher räumlicher Auflösung mit Hilfe von Techniken genannt Fluoreszenzlichtmikroskopie und konfokale Abbildung , um zu nehmen. Sie verwendeten auch Zeitraffer- Mikroskopie die strukturellen Veränderungen in einzelnen dendritischen Dornen während der Belichtung mit Isofluran beobachten. Karl Herold, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Hemmings Labor und ein Co- Autor der Studie , durchgeführt, ein Teil der Bildanalyse.

" Imaging von menschlichen Gehirn Synapsen an diesem Detaillierungsgrad ist unmöglich mit der heutigen Technologie und es bleibt eine große Herausforderung , auch in Labormäusen ", sagte Halpain . "Es war wichtig, dass wir haben unsere Studie mit Nagetierneuronenin einer Kulturschale , so dass wir wirklich bohren konnte sich in die subzelluläre und molekularen Details, wie Anästhetika Arbeit."

Die Forscher fragten sich, ob kurze Exposition gegenüber Isofluran würde die Zahl und Größe der dendritischen Dornen zu verändern , so dass sie die Narkose zu den kultivierten Rattenzellen bei Konzentrationen und Dauer ( bis zu 60 Minuten ) , die häufig während der Operation verwendet werden angewendet.

"Wir beobachten nachweisbare Abnahme der dendritischen Dorn Zahlen und die Form innerhalb von nur 10 Minuten ", sagte Halpain . " Ließ sich allerdings Wirbelsäule Verlust und Schrumpfung reversible nachdem die Anästhetikum aus der Kultur gewaschen. "

"Unsere Studie wurde in dem Sinne zu beruhigen , dass die Auswirkungen nicht irreversibel sind und das passt in mit bekannten klinischen Auswirkungen ", sagte Hemmings . " In den meisten Fällen , so finden wir , daß die Wirkungen reversibel sind . "

"Wir sehen eindeutig einen Effekt - eine sehr deutliche Wirkung auf die dendritischen Dornen - von der Verwendung dieser Droge , die reversibel war , was darauf hindeutet , dass es nicht eine toxische Wirkung , aber etwas besser auf die pharmakologischen Wirkungen des Arzneimittels ", fügte er hinzu. "Anschließen , was wir festgestellt, dass die kognitiven Wirkungen von Isofluran wird viel genauere Analyse erfordern . "

Das Team plant im Anschluss an sein Studium mit zukünftigen Experimenten , die molekularen Mechanismen und die langfristigen Folgen von Isofluran -Effekten Sonde auf Neuron Synapsen und prüfen andere häufig verwendete Betäubungsmittel für Chirurgie .