Effects of Anesthesia in the Brain 

Animal studies

 The possibility of long-term adverse effects from early anesthesia has always been a major concern for parents and anesthesiologists. The first publication regarding such concerns was published in 1953. However, direct evidence using rodents were first published about 40 years later. There is now a huge amount of animal and human data regarding the long-term effects of anesthesia during the neurodevelopmental period. Although still controversial, many express concerns regarding anesthetic exposure during the neurodevelopmental period.

 The majority of animal studies have been conducted in rodent at the age of postnatal day 7. These studies show that exposure to most anesthetic agents during this period induces widespread neurotoxicity. The same results have also been shown in the fetal period. Primate studies have also shown widespread neurodegeneration after anesthesia in the fetal-, neonatal period. However, an important question still remains unanswered. Does anesthesia-induced neurodegeneration cause long-lasting neurodevelopmental defects? The brain is much more flexible during neurodevelopment. Thus, it is possible that the brain may recovery from the neuronal cell death from early anesthesia. Indeed, previous studies have reported conflicting results regarding long-term behavior after early anesthesia exposure. While some studies report impaired learning and memory, changes in sociability / anxiety levels after early anesthesia, other studies have shown no changes. Since recent studies suggest that prolong-, repeated anesthesia may be significantly more neurotoxic, further studies focusing on the behavioral consequence after repeated anesthetic exposures are needed.

 Most surgeries performed during infancy, not in the neonatal period. Thus, many clinical studies have focused on children from infancy up to 3 or 4 years. Recent evidence suggests that in order to understand the effects of anesthesia during this period in humans, rodent studies must also focus on a relatively later stage of development (postnatal day 16, 17). The most interesting fact during this critical period is that anesthetic neurotoxicity appears in a whole new aspect. Anesthetic agents do not induce cell death, but increase dendritic spines. Dendritic spines are postsynaptic actin-based protrusions, where the structure, function and plasticity of excitatory synapses are regulated. A recent study has shown that such structural changes are accompanied with changes in synaptic transmission. Importantly, changes in synaptic transmission during the critical period has been suggested to be an important mechanism for neurodevelopmental disorders. Fortunately, there seems to be no long-term behavioral consequence after a single anesthetic exposure in postnatal day 16, 17 mice. However, only a few studies exist on this particular neurodevelopmental stage and further studies are needed. 

What Do Clinical Studies tell us?

 There are many difficulties when conducting a human study focusing on anesthetic neurotoxicity. Such difficulties include the lack of an obvious clinical phenotype, inability to eliminate the effects of the underlying disease or surgical procedures, extremely long follow up period, and difficulties in evaluating cognition in pediatric patients. Many studies now suggest that a brief, single exposure of anesthetics to be safe. However, many also show concerns from prolonged, or multiple exposures of anesthesia.