Tierexperimentelle Verhaltensuntersuchungen nach neonataler Anästhetika- Behandlung

Abstract

In der vorliegenden Untersuchung wurden die funktionellen Auswirkungen des Einsatzes von Anästhetika in der Neonatalperiode untersucht. Neurodegenerative Effekte nach Anwendung von GABAergen und glutamatergen Medikamenten während der Phase der Synaptogenese wurden in der Literatur mehrfach beschrieben. In histologischen Untersuchungen konnten durch eine Kombinationsnarkose mit Midazolam, Lachgas und Isofluran bei neugeborenen Ratten erhöhte Apoptoseraten insbesondere im Hippokampus induziert werden. Auch nach Anästhesie mit Propofol als Einzelsubstanz sowie einer Kombinationsnarkose aus Ketamin und Propofol bzw. Ketamin und Thiopental wurde im neonatalen Gehirn von Ratten ein neurotoxischer Effekt nachgewiesen. Um die langfristigen Auswirkungen einer solchen neuronalen Schädigung nach neonataler Exposition gegenüber Anästhetika detailliert zu untersuchen, wurden drei Gruppen Wistar-Ratten am sechsten Lebenstag jeweils mit Propofol und Sevofluran als Einzelsubstanz sowie mit einer Narkosekombination beider Medikamente mit Midazolam behandelt und anschließend ab einem Alter von sieben Wochen ausführlichen Verhaltenstests unterzogen. Die motorische Aktivität wurde sowohl im Open-Field-Test als auch im Heimatkäfig untersucht. Der sog. Morris-Water-Maze-Test diente der Überprüfung des räumlichen Lernens. Hierbei müssen die Tiere innerhalb von acht Tagen lernen, in einem Wasserbecken eine für sie nicht sichtbare Plattform zu finden. Um das Habituationslernen, d. h. das Sich-Gewöhnen an eine neue Umgebung, zu untersuchen, wurde der Hole-Board-Test an zwei aufeinander folgenden Tagen durchgeführt. Zwischen den einzelnen Test wurde eine Pause von einer Woche eingefügt, in der die Tiere ungestört in ihrem Heimatkäfig belassen wurden. Die behandelten Ratten zeigten hierbei dieselbe Gewichtszunahme wie die Kontrolltiere. Auch in den Untersuchungen zur motorischen Aktivität im Heimatkäfig sowie zum räumlichen Lernen ergaben sich keine Unterschiede zwischen beiden Gruppen. So erlernten alle behandelten Tiere im Morris-Water-Maze-Test gleich schnell wie die Kontrolltiere, in einem Wasserbecken eine Plattform zu lokalisieren, die sich – für die Tiere nicht sichtbar – knapp unter der Wasseroberfläche befand. Im Hole-Board-Test zeigte sich jedoch, dass die Tiere mit neonataler Propofol-Narkose weniger an die neue Umgebung habituierten als die Kontrolltiere. So erkundeten sie die Apparatur am zweiten Versuchstag noch genauso intensiv wie am ersten. Sevofluran-behandelte Tiere zeigten im Open-Field-Test signifikante Verhaltensauffälligkeiten, welche auf vermehrte Ängstlichkeit hindeuten. Bei der Testung der Tiere, die neonatal eine Kombinationsnarkose erhalten hatten, konnten die Ergebnisse der Propofol- und Sevofluran-Einzeltestungen qualitativ wiederholt werden, jedoch – vermutlich aufgrund der reduzierten Dosis von Propofol und Sevofluran im Kombinationschema – mit geringerer Ausprägung. Insgesamt zeigen die Untersuchungen, dass die neonatale Narkose mit Propofol (als Einzelsubstanz sowie in Kombination mit Sevofluran und Midazolam) zu keinen Veränderungen der motorischen Aktivität bei den adulten Ratten führte; der Einfluss auf das Lernverhalten muss differenziert betrachtet werden. Während das räumliche Lernen nicht beeinträchtigt war, so scheint Propofol - appliziert als neonatale Mononarkose sowie in Kombination mit Midazolam und Sevofluran - zu längerfristigen Defiziten beim Habituationslernen führen zu können. Derartige Veränderungen konnten nach neonataler Anästhesie mit Sevofluran nicht beobachtet werden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass neonatale Mononarkosen mit Propofol wie auch Kombinationsnarkosen von Propofol, Sevofluran und Midazolam durch Einfluss auf hippokampale Zellen kognitive Defizite verursachen können, die sich bis ins Erwachsenenalter nachweisen lassen. Da zu den Langzeitfolgen der neonatalen Anwendung von Anästhetika keine klinischen Studien vorliegen, muss die Interpretation dieser Daten und die Übertragung der Ergebnisse auf den Menschen mit großer Vorsicht geschehen, und klinische Studien sollten initiiert werden.

Neonatal exposure to common anaesthetic agents can cause widespread neurodegeneration. These effects have been found after exposure to GABAergic and glutamatergic drugs, and especially while high-level synaptogenesis (brain growth spurt) occurs. Histological studies have shown high rates of apoptosis after the neonatal combined administration of midazolam, N2O and isoflurane, particularly in hippocampal areas.2 Also propofol as a single substance aswell as in combination with ketamin caused histologically found neurotoxic effects in the neonatal rat brain. This study was performed to investigate adverse long-term effects regarding cognitive capabilities in adolescent rats after neonatal anaesthesia. Therefor three groups of 6-days-old Wistar rats were administered either propofol (n= 23, 3 x 30 mg/kg i.p) or sevoflurane (n=15, 4 Vol% over 6 h) or the commonly used combination of both agents with midazolam (n=13, propofol: 3 x 15 mg/kg i.p., sevoflurane 4 Vol% over 4 h, midazolam: 1,0 mg/kg i.p.). Beginning with the age of 7 weeks the animals were examined in elaborated behavioural tests. Motoric activity was tested in the open field test and the home cage activity test. Learning ability and spatial awareness were both checked in the Morris water maze test. In this test on 8 following days the swimming animals have to re-locate a non-visible Plexiglas-platform, which is located 1 cm under the water surface. To investigate habituation learning the hole board test was performed. Between each test and another a rest period of one week was interposed. Compared to the controls, no differences were found regarding weight gain, motoric activity in the home cage and spatial awareness. In the hole board test, however, rats neonatally treated with propofol showed a markedly reduced habituation: on test day 2 they explored the gadget as intensively as the day before. In sevoflurane treated animals the open field test revealed significant behavioural changes that can be interpreted as increased anxiety. These results were qualitatively repeated in rats that had been administered a combination of both anaesthetic agents with midazolam. Altogether this study shows that a neonatally administered anaesthesia of propofol or sevoflurane aswell the combination anaesthesia of both with midazolam does not affect motoric activity in adult rats. The influence on learning behaviour must be viewed differentiatedly: while no differences were found in spatial awareness propofol – as single substance or in combination - seems to cause long-term effects regarding habituation learning. Analogue deficits could not be detected after neonatal sevoflurane anaethesia. These results indicate that a neonatal mononarcosis with propofol aswell as anaesthetic cocktails of propofol, sevoflurane and midazolam can cause cognitive failures which can be still verified in adults. As clinical studies do not exist on this issue, the comtemplated results and their relevance to human newborns can only be interpreted with great cautiousness.