Isoflurane found not to cause neurocognitive impairment and increase in Aquaporin 4 (AQP4) in the early period

A group of authors of the study on isoflurane exposure in infant rats and its effect on the level of aquaporin 4 and neurocognitive condition

Background

Inhaled anesthetic agents, such as isoflurane, are widely used agents in daily anesthesia practice. These agents affecting spatial learning and memory formation have become a hot topic. As shown in the previous studies, inhalation anesthetics have adverse effects on cognition. These adverse effects mostly present in neonatal (newborn), infant and early childhood periods. Although it is thought that free oxygen radicals, cytotoxicity, apoptosis and neuroinflammation are associated with this condition, there is no consensus about exact mechanisms. Isoflurane, the most commonly used inhaled anesthetic in the pediatric population, is one of the agents most likely associated with cognitive dysfunction.

Effects od Aquaporin 4 (AQP4)

Aquaporin 4 (AQP4) is a member of a water channel protein family commonly found in the central nervous system. Mainly, it regulates water content in the brain. In addition to this important function, it has been reported to have effects on neuroinflammation, neuroexitation, astyrocyte migration, spatial learning and memory. In this respect, the relationship between AQP4 and cognition has been studied in the recent years. Previous studies have shown that perivascular AQP4 levels in patients with Alzheimier’s disease have decreased. Similarly, in many experimental studies, it has been found that the absence of or a reduction in AQP4 caused cognitive impairment.

What did the researchers find?

In our study, we investigated the effects of long-term isoflurane anesthesia on cognition and AQP4 expression in infant rats. As a result of the study, we observed that isoflurane exposure did not cause neurocognitive impairment in infant rats and increased AQP4 expression in the early period. Enhanced levels of AQP4 decreased over time and normal expression levels were observed in the long-term effect of isoflurane. There are many studies in the literature about the “waste clearance” property of AQP4. Herein, we think that thanks to this feature of AQP4, which increased in the early period in our results, may have decreased apoptosis, neuroinflammation or free oxygen radicals. In order to clarify these mechanisms, we believe that new studies are needed especially with AQP4 knockout experiment groups.

Turkish language

İnhalasyon anestezikleri günlük anestezi pratiğinde sıklıkla kullanılan ajanlardır. Birçok sistemi etkileyen bu ajanların öğrenme ve hafıza üzerine etkileri ilgi çeken bir konu haline gelmiştir. Son yıllarda yapılan çalışmaların sonuçlarına göre kognisyon üzerine olumsuz ektileri olduğu görüşü ağır basmaktadır. Bu olumsuz etkiler daha çok yenidoğan, bebek ve erken çocukluk dönemlerinde ortaya çıkmaktadır. Serbest oksijen radikalleri, sitotoksisite, apoptozis ve nöroinflamasyonun bu duruma neden olabileceği düşünülse de kesin mekanizma hakkında görüş birliği yoktur. Pediatrik popülasyonda en yaygın kullanılan inhalasyon anesteziklerinden biri olan izofluran, kognitif işlev bozukluğuna neden olmakla suçlanan ajanlardan biridir.

Aquaporin 4 (AQP4) santral sinir sisteminde yaygın olarak bulunan bir su kanalı protein ailesinin üyesidir. Asıl işlevi beyinde su dengesini düzenlemektir. Bu önemli işlevine ek olarak; nöroinflamasyonda, nöroeksitasyonda, astirosit migrasyonunda, öğrenme ve hafıza üzerine etkileri olduğu gösterilmiştir. Bu doğrultuda, AQP4 ve kognisyon arasındaki ilişki son yıllarda araştırılmaya başlanmıştır. Bazı çalışmalar Alzhemier hastalarının perivasküler AQP4 seviyelerinin azaldığını göstermiştir. Benzer şekilde, birçok deneysel çalışmada, AQP4’teki eksikliğin veya yokluğun kognitif bozukluğa neden olduğu bulunmuştur.

Çalışmamızda, bebek sıçanlarında uzun süreli izofluran anestezisinin kognisyon ve AQP4 ekspresyonu üzerine etkisini araştırdık. Çalışmanın sonucunda, izofluran maruziyetinin bebek sıçanlarında kognitif bozulmaya neden olmadığını ve erken dönemde AQP4 ekspresyonunu arttırdığını gözlemledik. Artmış AQP4 seviyeleri zamanla azaldı ve izofluranın uzun vadeli etkisinde normal ekspresyon seviyeleri gözlendi. AQP4’ün atık temizleyici özelliği ile ilgili literatürde birçok çalışma bulunmaktadır. Burada, sonuçlarımızda erken dönemde artan AQP4’ün bu özelliği sayesinde apoptozis, nöroinflamasyon veya serbest oksijen radikallerini azaltmış olabileceğini düşünmekteyiz.  Bu mekanizmaların aydınlatılması için, özellikle AQP4 nakavt deney grupları ile yeni çalışmaların gerekli olduğu görüşündeyiz

Reference

Serdar Demirgan, Onat Akyol, Zeynep Temel, Aslıhan Şengelen, Murat Pekmez, Recep Demirgan, Mehmet Salih Sevdi, Kerem Erkalp, Ayşin Selcan. Isoflurane exposure in infant rats acutely increases aquaporin 4 and does not cause neurocognitive impairment. Bosn J Basic Med Sci. 2019 Feb 26. doi: 10.17305/bjbms.2019.4116. [Epub ahead of print]

 

Be the first to comment

Leave a Reply