O objetivo deste estudo foi avaliar parâmetros neuroquímicos e comportamentais em fases iniciais e tardias em ratos submetidos ao modelo animal de sepse induzido por ligação e perfuração cecal. No experimento I, ratos Wistar machos (60 dias, 250-300g) foram divididos entre os grupos Sham (controle), Sepse 30 dias e Sepse 60 dias, com n=12. Após, foram retirados o córtex pré-frontal, hipocampo, estriado e córtex para análises dos níveis de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS); conteúdo de grupos carbonila; atividade dos complexos I, II, II-III e IV da cadeia respiratória mitocondrial e da enzima creatina quinase (CK). O fluido cerebrospinal foi coletado para quantificação das citocinas TNF-, IL-1 e IL-6, com n=5. No experimento II, os animais foram divididos entre os grupos Sham, Sepse e Sepse+Butirato de sódio (SB) (24 horas e 10 dias), com n=12. Por meio de cirurgia estereotáxica, SB ou fluido cerebroespinal artificial foram injetados no ventrículo lateral cerebral dos animais. Em 24 horas e 10 dias após, foram retirados o córtex pré-frontal, hipocampo, estriado e córtex, para análise da atividade de histonas desacetilases (HDAC). O teste de esquiva inibitória foi realizado 10 dias após a indução de sepse. No experimento III, os animais foram divididos entre os grupos sham e sepse 24 horas e 10 dias, com n=5. Após, o hipocampo foi retirado para quantificação dos níveis de fosforilação das proteínas ERK1/2, JNK1/2 e p38MAPK por Western blotting. Os resultados do Experimento I mostraram um aumento nos níveis de IL-6 no grupo sepse (30 dias); aumento nos níveis de TNF- no grupo sepse (60 dias); um aumento nos níveis de TBARS em córtex pré-frontal e uma diminuição destes níveis em hipocampo, estriado e córtex no grupo sepse (30 dias); uma diminuição do conteúdo de grupos carbonila em córtex pré-frontal e um aumento em estriado no grupo sepse (30 dias); uma diminuição nos níveis de TBARS em hipocampo no grupo sepse (60 dias); aumento do conteúdo de grupos carbonila em estriado no grupo sepse (60 dias). Também houve um aumento na atividade do complexo IV em hipocampo no grupo sepse (30 dias); uma diminuição na atividade do complexo I em córtex pré-frontal, hipocampo e estriado no grupo sepse (60 dias) e nenhuma diferença estatística na atividade da CK entre as estruturas cerebrais analisadas. Todos os dados foram analisados comparando o grupo sepse (30 e 60 dias) com o grupo sham. Já os resultados do Experimento II mostraram uma diminuição no tempo de latência nos animais do grupo sepse (10 dias) no teste de esquiva inibitória e a administração de SB reverteu o dano cognitivo observado nestes animais. Também foi observado um aumento na atividade de HDACs em hipocampo e córtex no grupo sepse (24 horas) e em córtex pré-frontal e hipocampo no grupo sepse (10 dias). Além disso, a administração de SB inibiu a atividade de HDACs em córtex pré-frontal e hipocampo dos animais do grupo sepse (10 dias). Todos os dados foram analisados comparando o grupo sepse (24 horas e 10 dias) com o grupo sham. Por fim, os resultados do Experimento III mostraram que não houve diferença significativa entre os grupos sham e sepse nos níveis de fosforilação das proteínas ERK1/2, JNK1/2 e p38MAPK em 24 horas e 10 dias após a sepse. Tomados em seu conjunto, os dados deste estudo podem contribuir para a compreensão do dano cognitivo observado em ratos sobreviventes à sepse, proporcionando novos conhecimentos que possam ter relevância clínica.