Changes of learning and memory in aged rats after isoflurane inhalational anaesthesia correlated with hippocampal acetylcholine level

Background and purposeIt has not been clearly described for mechanisms of postoperative cognitive dysfunction (POCD), but not yet for narcotic in connection with POCD. Acetylcholine plays important roles in learning and memory especially in elderly people. It is not very clear that cholinergic changes in the hippocampus are in relation to spatial memory impairment. The effects of isoflurane, a commonly used inhalation anaesthetic, as well as acetylcholine on learning and memory in the brain tissue of aged rats were observed in present study. We investigated the inhalation anaesthesia drug's effect on cholinergic system to examine whether the regional and progressive cholinergic changes may lead to POCD.MethodsSeventeen-month-old rats were randomly assigned to either an isoflurane anaesthesia group (n = 17) or propofol anaesthesia group (n = 17). In isoflurane anaesthesia experiment group, isoflurane (1.4 to 1.7% for 2 hours) was delivered via a ventilator to make freely moving microdialysis model. In propofol group, propofol was administered by continuous infusion via a tail vein catheter to make freely moving microdialysis model. They were all mechanically ventilated. Morris Water Maze test was used to assess the learning and memory abilities of all the two groups’ rats twice a day for 5 days. Microdialysis was performed on the freely moving rats to determine the levels of acetylcholine in the brain tissues immediately after each Water Maze test.ResultsThe isoflurane anaesthesia treatment increased the escape latency contrast to propofol anaesthesia group. The isoflurane anaesthesia's rats were then divided into isoflurane-induced severe learning/memory impairment group (n = 6, mean escape latency is 1.96 times more than that of in propofol anaesthesia group) and the isoflurane-induced mild learning/memory impairment group (n = 11, mean escape latency is equal or less than 1.96 times of that in propofol anaesthesia group). The results demonstrated that those rats that were categorized in the isoflurane-induced severe learning/memory impairment group had decreased levels of acetylcholine in the brain tissue as compared to those rats categorized in the mild learning/memory impairment group and in propofol anaesthesia group.ConclusionThe results indicated that isoflurane may impair learning and memory in aged rats.

RésuméContexte et objectifLes mécanismes du dysfonctionnement cognitif postopératoire (DCPO) ne sont pas clairement décrits, notamment pour les opiacés. L’acétylcholine joue un rôle important dans l’apprentissage et la mémorisation, en particulier chez les personnes âgées. Il n’est pas clairement établi que les modifications du système cholinergique dans l’hippocampe soient reliées à une déficience de la mémoire spatiale. Les effets de l’isoflurane, un anesthésique par inhalation couramment utilisé, ont été observés sur des rats âgés, ainsi que ceux de l’acétylcholine sur les fonctions d’apprentissage et de mémorisation. Dans cette étude, nous avons testé l’effet de l’isoflurane sur le système cholinergique afin d’examiner si les changements régionaux et progressifs de celui-ci peuvent entraîner un DCPO.MéthodesAprès tirage au sort, des rats âgés de 17 mois ont été répartis en deux groupes. Le premier groupe bénéficiait d’une anesthésie à l’isoflurane (n = 17), l’autre une anesthésie au propofol (n = 17). L’isoflurane était administré par un ventilateur. Le propofol était administré en continu dans la veine caudale. Le test Moris Water Maze a été utilisé afin d’évaluer les capacités d’apprentissage et de mémorisation dans les deux groupes, cela deux fois par jour pendant cinq jours. Les concentrations d’acétylcholine cérébrale étaient déterminées par microdialyse immédiatement après chaque épreuve du test.RésultatL’isoflurane augmente le contraste de la latence moyenne par rapport à celui au propofol. L’analyse en sous-groupes répartissait les rats en déficience élevée en apprentissage et mémorisation (n = 6, latence moyenne 1,96 plus élevée par rapport à celle du groupe propofol) et en déficience légère d’apprentissage et de mémorisation (n = 11, latence moyenne inférieure ou égale à 1,96 par rapport à celle du groupe propofol). Les résultats montraient que les rats du groupe isoflurane avec déficience élevée avaient une concentration cérébrale d’acétylcholine plus faible par rapport à ceux du groupe déficience faible ainsi que dans le groupe propofol.ConclusionLes résultats démontraient que l’isoflurane peut altérer l’apprentissage et la mémorisation chez les rats âgés.