Problema fundamentala in fenilcetonurie (PKU) este o mutatie a genei de pe cromozomul 12 (12q22-12q24.1) ce encodeaza enzima numita fenilalanin-hidroxilaza. Fenilalanin-hidroxilaza este esentiala pentru hidroxilarea (sau convertirea) aminoacidului fenilalanina (Phe) in aminoacidul tirozina (Tyr). La aproximativ 1 din 10000 de oameni ce se nasc cu PKU, activitatea fenilalanin-hidroxilazei este fie absenta fie foarte redusa. De aceea, PKU este membra a clasei de tulburari numite “erori innascute de metabolism”. In cazul PKU este vorba despre metabolismul Phe. Pentru ca foarte putina Phe este metabolizata, nivelul acesteia din sange ajunge periculos de ridicat. Daca PKU nu este tratata, nivelul sangvin al Phe depaseste de 10 ori normalul. Pentru ca nu mai este produsa Tyr din Phe, nivelul sanvin al Tyr este scazut. Daca dezechilibrul sangvin al Phe si Tyr nu este corectat rapid, duce la traume cerebrale extinse si retardare mentala severa. PKU este una dintre cele mai frecvente cauze biochimice ale retardarii mentale. Cauza primara a masivei deteriorari cerebrale o constituie efectul toxic al nivelului ridicat de Phe.

1. Tratamentul PKU si persistenta deficitelor cognitive

La copiii cu PKU ce urmeaza o dieta constituind in reducerea acumularii de Phe si suplimentarea moderata a Tyr se observa niveluri ridicate moderate ale Phe si reduse moderate ale Tyr in circulatia sangvina. Dat fiind ca dieta constand in concentratii scazute ale Phe nu conduce la niveluri normale ale Phe si Tyr, se pare ca problema continua sa existe. Numeroase studii au evidentiat deficite cognitive semnificative la copiii cu PKU ce urmasera o dieta adecvata (vezi Diamond, 2001). De exemplu, IQ-ul acestor copii este de cele mai multe ori mai scazut decat al celor de aceeasi varsta. Copiii cu PKU chiar daca urmeaza o dieta adecvata imediat dupa nastere, au un IQ de 80 sau 90 sub scorul mediu de 100 al celor fara PKU, desi aceste scoruri ii incadreaza totusi la un nivel acceptabil al inteligentei. Studiile efectuate in anii ’80 au evidentiat probleme privind mentinerea informatiei activate in memoria de lucru, rezolvarea de probleme si in functiile executive la copiii cu PKU care urmasera dieta. Aceste probleme sunt similare cu deficitelor observate consecutiv unor traume cerebrale ale cortexului prefrontal. Traume ale cortexului prefrontal in mod tipic conduc la o scadere la IQ-ului la 80-90, adica aceleasi valori observate la copiii cu PKU tratati dietar. Impactul acestor date a fost insa mic la vremea respectiva, pentru ca cercetatorii nu au sugerat nici un mecanism prin care functiile cognitive dependente de cortexul prefrontal ar putea fi afectate la copiii cu PKU tratati, in timp ce alte functii raman normale. Cercetatorii din neurostiinte ce se ocupau de sistemul dopaminergic frontal la soareci si pediatrii ce tratau PKU nu stiau nimic unii de ceilalti, asa ca nu s-a putut face o centralizare a datelor in folosul celor din urma. Copiii cu PKU tratati imediat dupa nastere si continuu prezinta o crestere moderata a raportului sangvin Phe/Tyr. Tyr este un precursor al dopaminei. Proteinele din dieta produc fenilalanina, care este transformata de fenilalanin- hidroxilaza in tirozina, care la randul ei este transformata de tirozin-hidroxilaza in DOPA iar aceasta prin DOPA-decarboxilaza trece in dopamina. Acest dezechilibru moderat afecteaza in mod selectiv proiectia dopaminergica in cortexul prefrontal (Diamond, 2001).

2. Performanta la sarcini cognitive a copiilor tratati de PKU

Diamond (2001) a observat ca acei copii cu PKU care au primit o dieta saraca in Phe din prima luna de viata, dar care au niveluri moderat ridicate ale Phe (de 3-5 ori mai mari decat normalul) prezinta performanta mai scazuta la sarcinile ce necesita atat mentinerea informatiei in memoria de lucru cat si inhibarea unui raspuns dominant, ambele sarcini dependente de cortexul dorsolateral prefrontal (DL-PFC) si al cortexului cingulat anterior (CCA)( A not B, recuperarea obiectului, Stroop-ul Zi/Noapte, Tapping test). Performanta nu este afectata in sarcinile ce necesita doar memorie de lucru (6 Cutii). Faptul ca chiar si copiii de 6 luni prezinta aceste afectari ale performantei sugereaza ca inervatia dopaminergica a cortexului prefrontal este importanta pentru exprimarea acestor abilitati chiar din primul an de viata. Aceste deficite ale memoriei de lucru si controlului inhibitor dependente de cortexul DL-PFC si CCA au aparut la toti copiii indiferent de alte variabile ce tin de starea sanatatii lor sau alte caracteristici ale mediului din care provin, care au fost comparati cu copii cu PKU cu niveluri mai scazute ale Phe, cu fratii lor si cu grupuri de control. Cu cat este mai ridicat nivelul curent al Phe (adica raportul Phe/Tyr), cu atat sunt mai slabe performantele la sarcinile ce necesita concomitent memorie de lucru si control motor. Copiii cu niveluri ale Phe mentinute la 2-6mg/dL au o performanta comparabila cu a grupurilor de control. Deci faptul ca acesti copiii s-au nascut cu PKU nu inseamna automat un deficit cognitiv. Efectul nivelului ridicat al Phe pare sa fie unul acut nu cronic: performanta la aceste sarcini este corelata semnificativ cu nivelul curent al Phe sangvin nu cu nivelul mediu al Phe de-a lungul primului an de viata, sau primei luni de viata. In timp, schimbari ale nivelului Phe la acelasi copil sunt acompaniate de modificari in performanta la sarcinile mentionate. Nivelul de dopamina la nivelul cortexului prefrontal variaza concomitent cu raportul Phe/Tyr, modificarile la nivel cognitiv fiind de natura functionala nu structurala. De asemenea, alte studii (Welsh si colab., 1990; apud Diamond, 2001) au evidentiat o relatie inversa intre I.Q., performanta scolara si nivelul curent al Phe. h2t13tp
Ca urmare a legaturii intre deficitele cognitive si nivelul de Phe de 6-10 mg/dL, s-au modificat nivelurile Phe considerate acceptabile in Marea Britanie, S.U.A. si Danemarca.
Copiii ce au inregistrat performante slabe la sarcinile de memorie de lucru si inhibarea raspunsului dominant au avut totusi o performanta buna la sarcinile dependente de alte sisteme neurale cum ar fi cortexul parietal sau lobul temporal median (Diamond, 2001). Deci, chiar daca nivelul Phe este de 6-10 mg/dL, efectele cognitive sunt selective. Aceasta se datoreaza sensibilitatii unice a neuronilor dopaminergici ce proiecteaza in ariile prefrontale la reduceri chiar si moderate ale concentratiei precursorului dopaminei -; tirozina.

3. Baterie de evaluare neuropsihologica a copiilor cu varste cuprinse
intre 6 luni si 7 ani (Diamond, 2001)

3.1. PROBE UTILIZATE IN EVALUAREA COPIILOR INTRE 6 -; 12 LUNI

3.1.1.Teste de memorie de lucru si control inhibitor, care tin de functionarea cortexului dorso-lateral prefrontal ( DL-PFC )

A-not-B

Raspuns intarziat Este o sarcina de ascundere a obiectului care necesita functii ale memoriei de lucru si inhibitia raspunsului intarit anterior. Subiectii vad cand obiectul-recompensa e ascuns dupa un paravan (sunt doua paravane identice); dupa un anumit timp, subiectului i se permite sa caute obiectul-recompensa, dupa unul dintre paravane.

Recuperarea obiectului

Utilizeaza un obstacol din material transparent. Subiectul poate vedea obiectul-recompensa prin oricare din peretii cutiei, care sunt transparenti, dar poate ajunge la obiect doar prin partea deschisa a cutiei.

3.1.2.Teste care nu necesita angajarea memoriei de lucru si control inhibitor

Discriminare spatiala Este o sarcina de memorie si invatare asociativa. Subiectul nu vede cand este ascuns obiectul; trebuie sa tina minte ca recompensa este intotdeauna ascunsa, fie in partea dreapta, fie in cea stanga (cele doua locuri sunt identice); dupa o anumita intarziere intre situatii, subiectului i se permite sa caute obiectul.

Comparatie vizuala intre perechi Este o sarcina de recunoastere in care este prezentat un stimul, urmeaza o intarziere, dupa care subiectul este pus sa aleaga intre stimulul prezentat si un stimul nou.

3.2. PROBE UTILIZATE IN EVALUAREA COPIILOR INTRE 15 -; 30 LUNI

3.2.1.Teste de memorie de lucru si control inhibitor, dependente de DL-PFC

A-not-B cu mutarea locatiei obiectului, fara ca subiectul sa vada O sarcina de mascare a obiectului care necesita memorarea locatiei in care a fost mutat ultima oara obiectul si inhibarea raspunsului anterior intarit.
Similar sarcinii A-not-B, pentru copiii intre 6 si 12 luni, dar care nu coreleaza direct cu activitatea cortexului prefrontal.

3.2.2.Teste care nu implica memoria de lucru si control inhibitor

3 cutii (sunt amestecate dupa fiecare descoperire) O sarcina de memorie in care subiectii trebuie sa incerce sa deschida toate cutiile, fara a repeta alegerea; se asigura un timp de latenta intre doua conditii. Subiectul trebuie sa-si aminteasca culoarea/ forma cutiilor; locatia lor spatiala e irelevanta.

3 cutii (fixe) In acest caz, sarcina este sa descopere ordinea spatiala a cutiilor.

Amanare si nepotrivire cu stimulul O sarcina de recunoastere, in care subiectul e recompensat pentru gasirea stimulului care nu se potriveste cu stimulul prezentat cu putin timp inainte.
Relationat cu activitatea lobului temporal median, pe baza cercetarilor facute pe maimute Rhesus si din datele asupra pacientilor amnezici.
Global vs. local (procedura de percepere preferentiala) O sarcina de atentie vizuo- spatiala. Masoara atentia indreptata spre caracteristicile globale sau spre cele de detaliu ale stimulilor complecsi (e.g. litera H desenata din mai multe litere S).
Similara unei sarcini care implica cortexul parietal (rezultat al cercetarilorpe pacienti cu leziuni cerebrale) si cu o sarcina relationata cu activitatea cortexului parietal pe baza rezultatelor obtinute prin RMN functional la adulti.

3.3. PROBE UTILIZATE IN EVALUAREA COPIILOR INTRE 3 ½ SI 7 ANI

3.3.1.Teste de memorie de lucru si control inhibitor, dependente de activitatea DL-PFC

Stroop „ Noapte-Zi” Necesita retinerea a 2 reguli si control inhibitor. Subiectul trebuie sa spuna „Noapte” cand i se indica o carte cu un soare si invers, sa spuna „ zi”, cand ii este indicata o carte neagra avand desenata o luna.

Tapping Sarcina bazata pe conflict, necesitand retinerea a 2 reguli in minte si control inhibitor. La o bataie in masa a experimentatorului, subiectul trebuie sa bata de 2 ori, si invers.
Relationat cu activarea cortexului prefrontal, pe baza cercetarilor lui Luria pe pacienti cu leziuni.
3 cuie Subiectului i se prezinta o planseta in care sunt infipte 3 cuie aranjate in ordinea: rosu, galben si verde. Subiectului i se cere sa la reaseze in ordinea rosu, verde, galben.
Aceasta presupune ca subiectul sa tina in minte ordinea ceruta si sa-si inhibe tendinta de a aranja cuiele in ordinea lor initiala.

3.3.2.Teste care nu necesita angajarea memoriei de lucru si control inhibitor

Sarcina de memorare a ordinii temporale
(Testul Corsi Milner) Subiectului i se prezinta, pe rand, o serie de stimuli; apoi i se arata 2 dintre stimulii respectivi si este intrebat, pe care dintre cei doi stimuli l-a vazut ultima data.
Relationat cu activitatea cortexului prefrontal, pe baza cercetarilor pe adulti umani cu leziuni cerebrale.
6 cutii (amestecate dupa fiecare descoperire) Sarcina mnezica in care subiectul trebuie sa incerce sa deschida toate cutiile, fara a reveni asupra alegerilor; este necesar un timp de latenta intre doua reusite.

Similar unor sarcini relationate de activitatea cortexului prefrontal, pe baza cercetarilor pe maimute Rhesus si studii pe leziuni la adulti umani.
Stroop control condition Necesita invatarea si mentinerea in minte a 2 reguli, ca si in Stroop-ul anterior descris, dar nu necesita inhibitie, spre deosebire de acesta. Se folosesc doi stimuli arbitrari ( de exemplu o funda si o tabla de sah) la unul, subiectul trebuie sa spuna”Zi”, iar la celalalt „Noapte”.
Testul Corsi-Milner de recunoastere Subiectului i se prezinta o serie de imagini si este rugat, apoi, ca dintre alte doua imagini ce ii sunt prezentate sa o indice pe cea pe care a mai vazut-o.
Relationata cu activitatea lobului temporal median, pe baza rezultatelor obtinute din studii pe pacienti cu leziuni.
6 cutii (fixe) Trebuie gasita ordinea spatiala a cutiilor.

Global-local (procedura cu raspuns impus) Sarcina de atentie vizuo-spatiala.
Masoara atentia indreptata spre caracteristici globale si de detaliu ale unor stimuli complecsi.
Relationat cu functionarea cortexului parietal, pe baza cercetarilor pe pacienti cu leziuni cerebrale si a RMN functional la adulti normali.
Mijlocul liniei
Sarcina de perceptie spatiala. Subiectului i se prezinta mai multe linii si i cere sa indice mijlocul fiecarei linii.
Relationat cu activitatea cortexului parietal, pe baza cercetarilor pe pacienti cu leziuni.

4. PKU si sensibilitatea vizuala la contrast

Aspectul functionarii retiniene cel mai puternic legat de nivelul de dopamina este sensibilitatea la contrast. Sensibilitatea la contrast se refera la abilitatea de a detecta diferentele de luminozitate (stralucire) ale zonelor adiacente unui pattern. Adica, cat de stersi pot deveni itemii gri pentru ai mai putea inca detecta. Oamenii cu o buna sensibilitate la contrast pot percepe linii mai subtiri decat cei ce au nevoie de o mai mare diferenta de luminozitate intre obiectul si campul perceptiei. Pacientii cu Parkinson care au un nivel mai redus al dopaminei au o slaba sensibilitate la contrast. Diamond (2001) a testat sensibilitatea la contrast a copiilor tratati de PKU cu varste cuprinse intre 5 si 10 ani, si a observat ca acei copii care au nivelul de Phe de 6-10 mg/Dl au probleme cu sensibilitatea la contrast masurata cu Regan Low Contrast Acuity Charts (vezi figura). Examenele oculare standard nu detectasera probleme la acesti copii deoarece acuitatea vizuala este testata in mod normal in conditii de contrast ridicat.
Figura prezinta Regan Low Contrast Acuity Charts (in stanga este un contrast de 96% iar in dreapta de 11%)

Aceste rezulate sugereaza ca niveluri extrem de ridicate ale Phe in timpul primelor saptamani de viata, chiar daca sunt ulterior scazute si mentinute la un nivel scazut pot cauza traume permanente ale sistemului vizual. Evident, o expunere pe termen scurt la concentratii ridicate ale Phe de numai 2 saptamani in timpul perioadei imediat consecutive nasterii au efecte de durata asupra sensibilitatii la contrast observabile la 9 sau 16 ani. Acest lucru este foarte important deoarece sugereaza ca practica curenta de a ingadui sa treaca pana la 2 saptamani pana la inceperea tratamentului unui copil nascut cu PKU nu este corecta. Dieta ar trebui inceputa din momentul identificarii bolii, adica imediat dupa nastere.

Concluzii

Deficitele in memoria de lucru si controlul inhibitor dependente de DL-PFC si CCA apar datorita nivelurilor scazute ale dopaminei in aceste zone datorate unui raport crescut Phe/Tyr, si variaza in functie de nivelul curent de Phe sangvin. In schimb, deficitele retiniene privind sensibilitatea la contrast par a fi cauzate de nivelul crescut al Phe din primele saptamani de viata si nu variaza in functie de nivelul curent al Phe, ci reprezinta modificari structurale.