Tidur membersihkan otak daripada toksin dan metabolit

Kajian terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Nature Neuroscience mendapati bahawa pembersihan otak berkurangan semasa anestesia dan tidur.

Tidur adalah keadaan tidak aktif yang terdedah. Memandangkan risiko kelemahan ini, telah dicadangkan bahawa tidur boleh memberi beberapa faedah. Telah dicadangkan bahawa tidur membersihkan toksin dan metabolit dari otak melalui sistem glymphatic. Cadangan ini mempunyai implikasi penting; sebagai contoh, pengurangan pembersihan toksin akibat tidur yang buruk secara kronik boleh memburukkan lagi penyakit Alzheimer.

Mekanisme dan laluan anatomi di mana toksin dan metabolit dikeluarkan dari otak masih tidak jelas. Menurut hipotesis glymphatic, aliran bendalir basal, didorong oleh kecerunan tekanan hidrostatik daripada denyutan arteri, secara aktif membersihkan garam dari otak semasa tidur gelombang perlahan. Di samping itu, dos sedatif anestetik meningkatkan pelepasan. Sama ada tidur meningkatkan pelepasan melalui peningkatan aliran basal masih tidak diketahui.

Dalam kajian ini, para penyelidik mengukur pergerakan cecair dan pembersihan otak pada tikus. Pertama, mereka menentukan pekali resapan fluorescein isothiocyanate (FITC) -dextran, pewarna pendarfluor. FITC-dextran disuntik ke dalam nukleus caudate, dan pendarfluor diukur dalam korteks hadapan.

Eksperimen awal melibatkan menunggu keadaan mantap, melunturkan pewarna dalam jumlah kecil tisu, dan menentukan pekali resapan dengan mengukur kadar pergerakan pewarna yang tidak diluntur ke dalam kawasan yang diluntur. Teknik ini telah disahkan dengan mengukur penyebaran FITC-dextran dalam gel agarose simulasi otak yang diubah suai untuk menghampiri penyerapan optik dan penyebaran cahaya otak.

Keputusan menunjukkan bahawa pekali resapan FITC-dextran tidak berbeza antara keadaan bius dan tidur. Pasukan itu kemudian mengukur kelegaan otak dalam keadaan terjaga yang berbeza. Mereka menggunakan sejumlah kecil pewarna pendarfluor AF488 pada tikus yang disuntik dengan garam atau anestetik. Pewarna ini bergerak bebas dalam parenkim dan boleh membantu mengukur kelegaan otak dengan tepat. Perbandingan juga dibuat antara keadaan terjaga dan tidur.

Pada kepekatan puncak, pelepasan adalah 70-80% dalam tikus yang dirawat dengan garam, menunjukkan bahawa mekanisme pelepasan normal tidak terjejas. Walau bagaimanapun, pelepasan berkurangan dengan ketara apabila ubat bius (pentobarbital, dexmedetomidine, dan ketamine-xylazine) digunakan. Di samping itu, pelepasan juga berkurangan pada tikus tidur berbanding tikus terjaga. Walau bagaimanapun, pekali resapan tidak jauh berbeza antara keadaan bius dan tidur.

A. Tiga atau lima jam selepas suntikan AF488 ke dalam CPu, otak dibekukan dan dipotong menjadi krioseksi setebal 60μm. Purata keamatan pendarfluor setiap bahagian diukur dengan mikroskop pendarfluor; purata intensiti kumpulan empat bahagian kemudiannya dipuratakan.

B. Purata keamatan pendarfluor ditukar kepada kepekatan menggunakan data penentukuran yang dibentangkan dalam Rajah Tambahan 1 dan diplot terhadap jarak anteroposterior dari titik suntikan untuk keadaan terjaga (hitam), tidur (biru), dan KET-XYL (merah). Atas ialah data pada 3 jam. Bawah ialah data pada 5 jam. Garisan mewakili kesesuaian Gaussian pada data, dan bar ralat menunjukkan 95% selang keyakinan. Pada kedua-dua 3 dan 5 jam, kepekatan KET-XYL semasa anestesia (P <10⁻⁶ pada 3 jam; P <10⁻⁶ pada 5 jam) dan tidur (P = 0.0016 pada 3 jam; P <10⁻⁴ pada 5 jam) adalah jauh lebih tinggi berbanding dengan perbandingan berganda Bonoferroni (-OVA semasa terjaga. pembetulan).

C. Imej perwakilan bahagian otak pada jarak yang berbeza (anteroposterior) dari tapak suntikan AF488 selepas 3 jam (tiga baris atas) dan selepas 5 jam (tiga baris bawah). Setiap baris mewakili data untuk tiga keadaan terjaga (bangun, tidur dan bius KET-XYL).

Kajian itu mendapati bahawa pembersihan otak berkurangan semasa anestesia dan tidur, yang bercanggah dengan laporan sebelumnya. Kelegaan mungkin berbeza di seluruh tapak anatomi, tetapi tahap variasi mungkin kecil. Walau bagaimanapun, perencatan pelepasan oleh ketamin-xylazine adalah penting dan bebas daripada tapak.

Nicholas P. Franks, salah seorang pengarang kajian, berkata: "Bidang penyelidikan telah tertumpu pada idea pembersihan sebagai salah satu sebab utama mengapa kita tidur sehingga kita sangat terkejut dengan keputusan yang bertentangan."

Adalah penting untuk diperhatikan bahawa keputusan berkenaan dengan jumlah kecil pewarna yang bergerak bebas dalam ruang ekstraselular. Molekul yang lebih besar mungkin menunjukkan tingkah laku yang berbeza. Di samping itu, mekanisme tepat di mana tidur dan anestesia mempengaruhi pembersihan otak masih tidak jelas; namun, penemuan ini mencabar tanggapan bahawa fungsi utama tidur adalah untuk membersihkan otak daripada toksin.