Exponering för värme och kyla tidigt i livet kan påverka utvecklingen av vit substans i hjärnan

Hjärnskanningar av mer än 2 000 preadolescenta barn har visat att tidig exponering för värme och kyla kan ha långtidseffekter på mikrostrukturen i hjärnans vita substans, särskilt hos de som bor i fattiga områden. Studien, publicerad i Nature Climate Change, belyser sårbarheten hos foster och barn för extrema temperaturer. Studien leddes av Barcelona Institute for Global Health (ISGlobal).

I den nuvarande klimatkrisen är effekterna av extrema temperaturer på människors hälsa av stor oro för forskarsamhället och samhället. Barn är särskilt sårbara för temperaturförändringar eftersom deras termoreglerande mekanismer fortfarande är omogna.

"Vi vet att den utvecklande hjärnan hos foster och barn är särskilt känslig för miljöpåverkan, och det finns några preliminära bevis för att exponering för kyla och värme kan påverka mentalt välbefinnande och kognitiva förmågor hos barn och ungdomar", säger Monika Guxens, forskare vid ISGlobal, Erasmus MC och CIBERESP. "Men det finns få studier som bedömer potentiella förändringar i hjärnans struktur som ett resultat av dessa exponeringar", tillägger hon.

I den här studien tittade Guxens team på strukturen av vit substans i hjärnan hos pre-adolescents för att identifiera perioder av sårbarhet för kyla och värme exponering tidigt i livet. Analysen inkluderade 2 681 barn från Generation R-studien i Rotterdam som genomgick magnetisk resonanstomografi (MRT) mellan 9 och 12 år. MRT-protokollet bedömde hjärnans aktivitet genom att mäta mängden och riktningen av vattendiffusion i hjärnans vita substans.

I mer mogna hjärnor flyter vatten mer i en riktning än i alla riktningar, vilket ger lägre värden för en markör som kallas genomsnittlig diffusivitet och högre värden för en markör som kallas fraktionerad anisotropi. Forskargruppen använde en avancerad statistisk metod för att uppskatta, för varje deltagare, exponering för genomsnittliga månatliga temperaturer från befruktning till 8 års ålder och deras inverkan på dessa MRI-parametrar (medeldiffusivitet och fraktionerad anisotropi) mätt vid åldrarna 9–12.

Receptiviteten mellan graviditet och tre år

Resultaten visade att kylexponering under graviditeten och det första levnadsåret, liksom värmeexponering från födseln till 3 års ålder, var associerad med högre medeldiffusivitet under preadolescens, vilket tyder på långsammare mognad av vit substans. I det här fallet definieras kyla och värme som temperaturer som ligger i den nedre och övre änden av temperaturfördelningen i den undersökta regionen.

"Vitsubstansfibrer är ansvariga för att koppla ihop olika delar av hjärnan, så att de kan kommunicera. När vit substans utvecklas blir denna kommunikation snabbare och effektivare. Vår studie är som ett fotografi vid en viss tidpunkt, och vad vi ser på den här bilden visar att deltagare som är mer exponerade för kyla och värme visar skillnader i en parameter - medeldiffusivitet - som är associerad med lägre nivåer av vit substans mognad", förklarar Laura Granes, IDIBELL och ISGlobal forskare och första författare till studien.

"I tidigare studier har förändringar i denna parameter associerats med försämrad kognitiv funktion och vissa psykiska problem", tillägger hon.

"De största förändringarna i kommunikationsparametrar observeras under de första levnadsåren", säger studiens medförfattare Carles Soriano från IDIBELL, UB och CIBERSAM. "Våra resultat tyder på att det är under denna period av snabb hjärnutveckling som exponering för kyla och värme kan ha långvariga effekter på den vita substansens mikrostruktur."

Inget samband hittades mellan tidig temperaturexponering och fraktionerad anisotropi vid åldrarna 9–12 år. Författarna föreslår att en möjlig förklaring är att de två parametrarna återspeglar olika mikrostrukturella förändringar, och att medeldiffusivitet kan vara en mer tillförlitlig indikator på vit substansmognad jämfört med fraktionerad anisotropi.

Barn från fattiga familjer är mer utsatta

Analys stratifierad efter socioekonomiska förhållanden visade att barn som bor i fattiga områden var mer sårbara för exponering för kyla och värme. Hos dessa barn liknade fönstren för mottaglighet för kyla och värme de som finns i den allmänna kohorten, men de började tidigare. Dessa skillnader kan vara relaterade till levnadsvillkor och energifattigdom.

En viktig mekanism som kan förklara effekten av omgivande temperatur på neuroutvecklingen kan vara försämrad sömnkvalitet. Andra möjliga mekanismer inkluderar placenta dysfunktion, aktivering av hormonaxeln som leder till ökad kortisolproduktion eller inflammatoriska processer.

"Våra resultat hjälper till att uppmärksamma fosters och barns sårbarhet för växlande temperaturer", säger Gouksens. Resultaten visar också behovet av att utveckla folkhälsostrategier för att skydda de mest utsatta samhällena inför en hotande klimatnödsituation.