Blootstelling aan hitte en kou op jonge leeftijd kan de ontwikkeling van witte stof in de hersenen beïnvloeden

Hersenscans van meer dan 2.000 preadolescente kinderen hebben aangetoond dat vroege blootstelling aan hitte en kou langetermijneffecten kan hebben op de microstructuur van de witte stof in de hersenen, vooral bij mensen die in arme gebieden wonen. Het onderzoek, gepubliceerd in Nature Climate Change, benadrukt de kwetsbaarheid van foetussen en kinderen voor extreme temperaturen. De studie werd geleid door het Barcelona Institute for Global Health (ISGlobal).

In de huidige klimaatcrisis is de impact van extreme temperaturen op de menselijke gezondheid van groot belang voor de wetenschappelijke gemeenschap en de samenleving. Kinderen zijn bijzonder kwetsbaar voor temperatuurveranderingen, omdat hun thermoregulatiemechanismen nog onvolwassen zijn.

"We weten dat de zich ontwikkelende hersenen van foetussen en kinderen bijzonder gevoelig zijn voor omgevingsinvloeden, en er is enig voorlopig bewijs dat blootstelling aan kou en hitte het mentale welzijn en de cognitieve vaardigheden van kinderen en adolescenten kan beïnvloeden", zegt Monika Guxens, onderzoeker bij ISGlobal, Erasmus MC en CIBERESP. "Er zijn echter weinig onderzoeken die potentiële veranderingen in de hersenstructuur als gevolg van deze blootstellingen beoordelen", voegt ze eraan toe.

In deze studie keek het team van Guxens naar de structuur van de witte stof in de hersenen van pre-adolescenten om perioden van kwetsbaarheid voor blootstelling aan kou en hitte in het vroege leven te identificeren. Bij de analyse waren 2.681 kinderen uit het Generation R-onderzoek in Rotterdam betrokken die tussen de 9 en 12 jaar een MRI-scan (Magnetic Resonance Imaging) ondergingen. Het MRI-protocol beoordeelde de hersenactiviteit door de hoeveelheid en richting van de waterdiffusie in de witte stof van de hersenen te meten.

In meer volwassen hersenen stroomt water meer in één richting dan in alle richtingen, wat lagere waarden oplevert voor een marker die gemiddelde diffusiviteit wordt genoemd en hogere waarden voor een marker die fractionele anisotropie wordt genoemd. Het onderzoeksteam gebruikte een geavanceerde statistische benadering om voor elke deelnemer de blootstelling aan gemiddelde maandelijkse temperaturen vanaf de conceptie tot de leeftijd van 8 jaar te schatten, en de impact ervan op deze MRI-parameters (gemiddelde diffusiviteit en fractionele anisotropie), gemeten in de leeftijd van 9 tot 12 jaar.

De periode van ontvankelijkheid tussen zwangerschap en drie jaar

De resultaten toonden aan dat blootstelling aan koude tijdens de zwangerschap en het eerste levensjaar, evenals blootstelling aan hitte vanaf de geboorte tot de leeftijd van 3 jaar, geassocieerd waren met een hogere gemiddelde diffusie in de pre-adolescentie, wat wijst op een langzamere rijping van de witte stof. In dit geval worden koude en hitte gedefinieerd als temperaturen die zich aan de onder- en bovenkant van de temperatuurverdeling in de onderzochte regio bevinden.

"Witte stofvezels zijn verantwoordelijk voor het verbinden van verschillende delen van de hersenen, waardoor ze kunnen communiceren. Naarmate de witte stof zich ontwikkelt, wordt deze communicatie sneller en efficiënter. Ons onderzoek lijkt op een foto op een bepaald moment, en wat we zien in deze afbeelding dat deelnemers die meer worden blootgesteld aan kou en hitte verschillen vertonen in een parameter – gemiddelde diffusiviteit – die geassocieerd is met lagere niveaus van rijping van de witte stof”, legt Laura Granes, IDIBELL en ISGlobal-onderzoeker en eerste auteur van het onderzoek uit..

"In eerdere onderzoeken zijn veranderingen in deze parameter in verband gebracht met een verslechtering van de cognitieve functie en enkele geestelijke gezondheidsproblemen", voegt ze eraan toe.

“De grootste veranderingen in communicatieparameters worden waargenomen in de eerste levensjaren”, zegt co-auteur Carles Soriano van IDIBELL, UB en CIBERSAM. "Onze resultaten suggereren dat tijdens deze periode van snelle hersenontwikkeling blootstelling aan koude en hitte langdurige gevolgen kan hebben voor de microstructuur van de witte stof."

Er werd geen verband gevonden tussen vroege blootstelling aan temperatuur en fractionele anisotropie op de leeftijd van 9 tot 12 jaar. De auteurs suggereren dat een mogelijke verklaring is dat de twee parameters verschillende microstructurele veranderingen weerspiegelen, en dat gemiddelde diffusiviteit een betrouwbaardere indicator kan zijn voor de rijping van witte stof vergeleken met fractionele anisotropie.

Kinderen uit arme gezinnen lopen meer risico

Uit een analyse, gestratificeerd naar sociaal-economische omstandigheden, bleek dat kinderen die in arme gebieden wonen kwetsbaarder zijn voor blootstelling aan kou en hitte. Bij deze kinderen waren de periodes van gevoeligheid voor kou en hitte vergelijkbaar met die in het algemene cohort, maar begonnen eerder. Deze verschillen kunnen verband houden met de levensomstandigheden en energiearmoede.

Een belangrijk mechanisme dat het effect van de omgevingstemperatuur op de neurologische ontwikkeling zou kunnen verklaren, is mogelijk de verslechtering van de slaapkwaliteit. Andere mogelijke mechanismen zijn onder meer een disfunctie van de placenta, activering van de hormonale as die leidt tot een verhoogde cortisolproductie, of ontstekingsprocessen.

"Onze resultaten helpen de aandacht te vestigen op de kwetsbaarheid van foetussen en kinderen voor veranderende temperaturen", zegt Gouksens. De resultaten benadrukken ook de noodzaak om volksgezondheidsstrategieën te ontwikkelen om de meest kwetsbare gemeenschappen te beschermen in het licht van een dreigende klimaatcrisis.