Tidur membersihkan otak daripada toksin dan metabolit

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

Tidur ialah keadaan tidak aktif yang terdedah. Memandangkan risiko kelemahan ini, adalah dicadangkan bahawa tidur boleh memberikan beberapa faedah. Telah dihipotesiskan bahawa tidur membersihkan otak daripada toksin dan metabolit melalui sistem glymphatic. Andaian ini mempunyai implikasi penting; sebagai contoh, pengurangan detoksifikasi akibat tidur yang kurang baik secara kronik boleh memburukkan lagi Alzheimer.

Mekanisme dan laluan anatomi yang melaluinya toksin dan metabolit dibersihkan daripada 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. Masih tidak diketahui sama ada tidur meningkatkan pelepasan melalui peningkatan aliran basal.

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

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

Keputusan menunjukkan bahawa pekali resapan FITC-dextran tidak berbeza antara keadaan anestesia dan tidur. Pasukan itu kemudian mengukur pembersihan 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 bangun dan tidur.

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

A. 3 atau 5 jam selepas suntikan AF488 ke dalam CPu, otak dibekukan dan dikrioseksi kepada bahagian setebal 60-μm. Purata keamatan pendarfluor setiap bahagian diukur menggunakan mikroskop pendarfluor; maka nilai keamatan min bagi kumpulan empat keping dipuratakan.

B. Keamatan pendarfluor min 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). Di atas - data selepas 3 jam. Di bawah - data selepas 5 jam. Garisan mewakili kesesuaian Gaussian pada data dan sampul ralat menunjukkan 95% selang keyakinan. Kedua-dua kepekatan 3 dan 5 jam semasa anestesia KET-XYL (P

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

Kajian mendapati bahawa pembersihan otak berkurangan semasa anestesia dan tidur, bercanggah dengan laporan sebelumnya. Kelegaan mungkin berbeza antara tapak anatomi yang berbeza, 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 pemurnian sebagai salah satu sebab utama mengapa kita tidur sehingga kita sangat terkejut dengan keputusan yang bertentangan."

Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa keputusan berkenaan dengan isipadu 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 idea bahawa fungsi utama tidur adalah untuk membersihkan otak daripada toksin.