Postoperative cognitive dysfunction: current insights into pathogenesis, diagnosis, prevention, and management

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Postoperative cognitive dysfunction (POCD) is a common complication in patients undergoing surgery under general anesthesia, manifesting as cognitive impairement. POCD is currently diagnosed primarily using neuropsychological tests. However, identifying the association between biomarkers of neuronal injury and POCD may provide an additional diagnostic tool. It is crucial to understand the pathogenetic mechanisms of POCD for proper diagnosis and treatment.

AIM: This work aimed to analyze and summarize the latest data on the development, management, and diagnosis of POCD in adult patients.

METHODS: A thorough search and analysis of publications from 2020 to 2025 was conducted using the PubMed and eLibrary databases.

RESULTS: The review of publications identified perioperative risk factors for POCD and potential diagnostic biomarkers such as tau protein, interleukin-1β (IL-1β), calcium-binding protein S100B, matrix metalloproteinase-9 (MMP-9), APOE ε4 allele, beta-amyloid (Aβ), and NF-κB (nuclear transcription factor kappa B) signaling pathway. These biomarkers show promise for diagnosing POCS and developing targeted therapies. Additionally, a systematic classification of cognitive dysfunctions developed by the International Research Group was described, which helps avoid misinterpretation of acute postoperative factors.

CONCLUSION: POCD is a common, multidisciplinary challenge requiring the timely identification of high-risk patients and treatment of modifiable factors during the perioperative period. Key tools for improving postoperative quality of life include rational anesthesia management with bispectral index monitoring; use of propofol and dexmedetomidine; implementation of standardized preoperative testing; and Prehabilitation and enhanced recovery after surgery (ERAS) principles.

About the authors

Maksim A. Riabchenko

National Medical Research Center named after V.A. Almazov

Email: maksim2000z@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-0547-0492
Russian Federation, St. Petersburg

Roman V. Rutkovskiy

National Medical Research Center named after V.A. Almazov

Email: rutkovskiy_rv@almazovcentre.ru
ORCID iD: 0000-0002-9208-3741
SPIN-code: 7596-6364

MD

Russian Federation, St. Petersburg

Ilya N. Leyderman

National Medical Research Center named after V.A. Almazov

Author for correspondence.
Email: nl230970@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8519-7145
SPIN-code: 7118-6680

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Varpaei HA, Farhadi K, Mohammadi M, et al. Postoperative cognitive dysfunction: a concept analysis. Aging Clin Exp Res. 2024;36(1):133. doi: 10.1007/s40520-024-02779-7 EDN: WZWYTA
  2. Ovezov AM, Panteleeva MV, Knyazev AV, et al. Cognitive dysfunction and general anesthesia: from pathogenesis to prevention and correction. Neurology, neuropsychiatry, psychosomatics. 2016;8(3):101–105. doi: 10.14412/2074-2711-2016-3-101-105 EDN: WXGYCR
  3. Monk TG, Weldon BC, Garvan CW, et al. Predictors of cognitive dysfunction after major noncardiac surgery. Anesthesiology. 2008;108(1):18–30. doi: 10.1097/01.anes.0000296071.19434.1e
  4. Rundshagen I. Postoperative cognitive dysfunction. Dtsch Arztebl Int. 2014;111(8):119–125. doi: 10.3238/arztebl.2014.0119
  5. Evered L, Silbert B, Knopman DS, et al. Recommendations for the nomenclature of cognitive change associated with anaesthesia and surgery-2018. Anesthesiology. 2018;129(5):872–879. doi: 10.1097/ALN.0000000000002334
  6. Kong H, Xu LM, Wang DX. Perioperative neurocognitive disorders: A narrative review focusing on diagnosis, prevention, and treatment. CNS Neurosci Ther. 2022;28(8):1147–1167. doi: 10.1111/cns.13873 EDN: AZTTOT
  7. Kotekar N, Shenkar A, Nagaraj R. Postoperative cognitive dysfunction - current preventive strategies. Clin Interv Aging. 2018;13:2267–2273. doi: 10.2147/CIA.S133896
  8. Yang X, Huang X, Li M, et al. Identification of individuals at risk for postoperative cognitive dysfunction (POCD). Ther Adv Neurol Disord. 2022;15. doi: 10.1177/17562864221114356
  9. Needham MJ, Webb CE, Bryden DC. Postoperative cognitive dysfunction and dementia: what we need to know and do. Br J Anaesth. 2017;119(S1):i115–i125. doi: 10.1093/bja/aex354
  10. Moody DM, Bell MA, Challa VR, et al. Brain microemboli during cardiac surgery or aortography. Ann Neurol. 1990;28(4):477–486. doi: 10.1002/ana.410280403
  11. Wang Y, Sands LP, Vaurio L, et al. The effects of postoperative pain and its management on postoperative cognitive dysfunction. Am J Geriatr Psychiatry. 2007;15(1):50–59. doi: 10.1097/01.JGP.0000229792.31009.da
  12. Norris D, Clark MS, Shipley S. The mental status examination. Am Fam Physician. 2016;94(8):635–641
  13. Qiao Y, Feng H, Zhao T, et al. Postoperative cognitive dysfunction after inhalational anesthesia in elderly patients undergoing major surgery: the influence of anesthetic technique, cerebral injury and systemic inflammation. BMC Anesthesiol. 2015;15(1):154. doi: 10.1186/s12871-015-0130-9 EDN: MUEFLQ
  14. Murkin JM, Newman SP, Stump DA, Blumenthal JA. Statement of consensus on assessment of neurobehavioral outcomes after cardiac surgery. Ann Thorac Surg. 1995;59(5):1289–1295. doi: 10.1016/0003-4975(95)00106-u EDN: AOHTJF
  15. Cata JP, Abdelmalak B, Farag E. Neurological biomarkers in the perioperative period. Br J Anaesth. 2011;107(6):844–858. doi: 10.1093/bja/aer338 EDN: PKQUCB
  16. Peng L, Xu L, Ouyang W. Role of peripheral inflammatory markers in postoperative cognitive dysfunction (POCD): a meta-analysis. PLoS One. 2013;8(11):e79624. doi: 10.1371/journal.pone.0079624
  17. Wang X, Chen X, Wu F, et al. Relationship between postoperative biomarkers of neuronal injury and postoperative cognitive dysfunction: A meta-analysis. PLoS One. 2023;18(4):e0284728. doi: 10.1371/journal.pone.0284728 EDN: KDBNWM
  18. Fournier A, Krause R, Winterer G, Schneider R. Biomarkers of postoperative delirium and cognitive dysfunction. Front Aging Neurosci. 2015;7:112. doi: 10.3389/fnagi.2015.00112
  19. McDonagh DL, Mathew JP, White WD, et al. Cognitive function after major noncardiac surgery, apolipoprotein E4 genotype, and biomarkers of brain injury. Anesthesiology. 2010;112(4):852–859. doi: 10.1097/ALN.0b013e3181d31fd7
  20. Wang CM, Chen WC, Zhang Y, et al. Update on the mechanism and treatment of sevoflurane-induced postoperative cognitive dysfunction. Front Aging Neurosci. 2021;13:702231. doi: 10.3389/fnagi.2021.702231 EDN: HMCXEU
  21. Zhao Q, Wan H, Pan H, Xu Y. Postoperative cognitive dysfunction-current research progress. Front Behav Neurosci. 2024;18:1328790. doi: 10.3389/fnbeh.2024.1328790 EDN: PAJRGK
  22. Li Z, Zhu Y, Kang Y, et al. Neuroinflammation as the underlying mechanism of postoperative cognitive dysfunction and therapeutic strategies. Front Cell Neurosci. 2022;16:843069. doi: 10.3389/fncel.2022.843069 EDN: TWAGCL
  23. Liu Y, Yang W, Xue J, et al. Neuroinflammation: The central enabler of postoperative cognitive dysfunction. Biomed Pharmacother. 2023;167:115582. doi: 10.1016/j.biopha.2023.115582 EDN: CRMZTI
  24. Yang T, Velagapudi R, Terrando N. Neuroinflammation after surgery: from mechanisms to therapeutic targets. Nat Immunol. 2020;21(11):1319–1326. doi: 10.1038/s41590-020-00812-1 EDN: QOHXJT
  25. Pellegrini C, Antonioli L, Calderone V, et al. Microbiota-gut-brain axis in health and disease: Is NLRP3 inflammasome at the crossroads of microbiota-gut-brain communications? Prog Neurobiol. 2020;191:101806. doi: 10.1016/j.pneurobio.2020.101806 EDN: JTSRCG
  26. Tang M, Liu T, Jiang P, Dang R. The interaction between autophagy and neuroinflammation in major depressive disorder: From pathophysiology to therapeutic implications. Pharmacol Res. 2021;168:105586. doi: 10.1016/j.phrs.2021.105586 EDN: JXBCBG
  27. Wei Y, Zhang C, Wang D, et al. Progress in research on the effect of melatonin on postoperative cognitive dysfunction in older patients. Front Aging Neurosci. 2022;14:782358. doi: 10.3389/fnagi.2022.782358 EDN: ABAIVE
  28. Huang L, Zhang Y. The effect of intravenous and inhalation anesthesia in general on the cognition of elderly patients undergoing non-cardiac surgery: a systematic review and meta-analysis. Front Med. 2023;10:1280013. doi: 10.3389/fmed.2023.1280013 EDN: ZMUDAX
  29. Jafarzadeh A, Hadavi M, Hassanshahi G, et al. General anesthetics on immune system cytokines: a narrative review article. Anesth Pain Med. 2020;10(4):e103033. doi: 10.5812/aapm.103033 EDN: DPPLPM
  30. Sun H, Zhang G, Ai B, et al. A systematic review: comparative analysis of the effects of propofol and sevoflurane on postoperative cognitive function in elderly patients with lung cancer. BMC Cancer. 2019;19(1):1248. doi: 10.1186/s12885-019-6426-2 EDN: UWSZDC
  31. Dubovsky SL, Marshall D. Benzodiazepines remain important therapeutic options in psychiatric practice. Psychother Psychosom. 2022;91(5):307–334. doi: 10.1159/000524400 EDN: SISQCV
  32. Chen R, Kang R, Tang D. The mechanism of HMGB1 secretion and release. Exp Mol Med. 2022;54(2):91–102. doi: 10.1038/s12276-022-00736-w EDN: LXZAQE
  33. Lozupone CA, Stombaugh JI, Gordon JI, et al. Diversity, stability and resilience of the human gut microbiota. Nature. 2012;489(7415):220–230. doi: 10.1038/nature11550
  34. Kelley N, Jeltema D, Duan Y, He Y. The NLRP3 Inflammasome: An overview of mechanisms of activation and regulation. Int J Mol Sci. 2019;20(13):3328. doi: 10.3390/ijms20133328
  35. Chen Y, Xu J, Chen Y. Regulation of neurotransmitters by the gut microbiota and effects on cognition in neurological disorders. Nutrients. 2021;13(6):2099. doi: 10.3390/nu13062099 EDN: RZOPTR
  36. Kwon HS, Koh SH. Neuroinflammation in neurodegenerative disorders: the roles of microglia and astrocytes. Transl Neurodegener. 2020;9(1):42. doi: 10.1186/s40035-020-00221-2 EDN: UOKHLA
  37. Stephenson J, Nutma E, van der Valk P, Amor S. Inflammation in CNS neurodegenerative diseases. Immunology. 2018;154(2):204–219. doi: 10.1111/imm.12922
  38. Sofroniew MV, Vinters HV. Astrocytes: biology and pathology. Acta Neuropathol. 2010;119(1):7–35. doi: 10.1007/s00401-009-0619-8 EDN: NBCRAV
  39. Liddelow SA, Guttenplan KA, Clarke LE, et al. Neurotoxic reactive astrocytes are induced by activated microglia. Nature. 2017;541(7638):481–487. doi: 10.1038/nature21029
  40. Teleanu DM, Niculescu AG, Lungu II, et al. An overview of oxidative stress, neuroinflammation, and neurodegenerative diseases. Int J Mol Sci. 2022;23(11):5938. doi: 10.3390/ijms23115938 EDN: EJGOXQ
  41. Abdul-Muneer PM, Chandra N, Haorah J. Interactions of oxidative stress and neurovascular inflammation in the pathogenesis of traumatic brain injury. Mol Neurobiol. 2015;51(3):966–979. doi: 10.1007/s12035-014-8752-3 EDN: MMYZBL
  42. Samanta S, Chakraborty S, Bagchi D. Pathogenesis of neurodegenerative diseases and the protective role of natural bioactive components. J Am Nutr Assoc. 2024;43(1):20–32. doi: 10.1080/27697061.2023.2203235 EDN: ROBDTE
  43. Bubnova MG, Aronov DM, Sprikut AA, et al. Prehabilitation as an important stage before cardiac surgery. Cardiovascular Therapy and Prevention. 2021;20(6):2998. doi: 10.15829/1728-8800-2021-2998 EDN: JCANUP
  44. Neumark MI, Shmelev VV, Rakhmonov AA, Titova ZA. Prevention and treatment of postoperative cognitive dysfunction. Bulletin of Medical Science. 2022;2(26):93–101. doi: 10.31684/25418475_2022_2_93 EDN: TIBKHE
  45. Tian LJ, Yuan S, Zhou CH, Yan FX. The effect of intraoperative cerebral oximetry monitoring on postoperative cognitive dysfunction and ICU stay in adult patients undergoing cardiac surgery: an updated systematic review and meta-analysis. Front Cardiovasc Med. 2022;8:814313. doi: 10.3389/fcvm.2021.814313 EDN: LZPEIJ
  46. Yang W, Kong LS, Zhu XX, et al. Effect of dexmedetomidine on postoperative cognitive dysfunction and inflammation in patients after general anaesthesia: A PRISMA-compliant systematic review and meta-analysis. Medicine (Baltimore). 2019;98(18):e15383. doi: 10.1097/MD.0000000000015383
  47. Kołodziej T, Maciejewski T, Mendrala K, et al. Enhanced recovery after cardiac surgery. Polish journal of cardio-thoracic surgery. 2019;16(1):32–36. doi: 10.5114/kitp.2019.83943
  48. Schwenk W. Optimized perioperative management (fast-track, ERAS) to enhance postoperative recovery in elective colorectal surgery. GMS Hyg Infect Control. 2022;17:Doc10. doi: 10.3205/dgkh000413
  49. Bogolepova AN. Postoperative cognitive dysfunction. S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2022;122(8):7-11. doi: 10.17116/jnevro20221220817 EDN: EOMQNH
  50. Brodier EA, Cibelli M. Postoperative cognitive dysfunction in clinical practice. BJA Educ. 2021;21(2):75–82. doi: 10.1016/j.bjae.2020.10.004 EDN: YMPRYI

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».