Tidur membersihkan otak dari racun dan metabolit

Sebuah studi terkini yang diterbitkan dalam jurnal Nature Neuroscience menemukan bahwa pembersihan otak berkurang selama anestesi dan tidur.

Tidur adalah kondisi tidak aktif yang rentan. Mengingat risiko kerentanan ini, telah disarankan bahwa tidur dapat memberikan beberapa manfaat. Telah disarankan bahwa tidur membersihkan racun dan metabolit dari otak melalui sistem glimfatik. Saran ini memiliki implikasi penting; misalnya, pembersihan racun yang berkurang karena kurang tidur kronis dapat memperburuk penyakit Alzheimer.

Mekanisme dan jalur anatomi yang digunakan untuk membersihkan racun dan metabolit dari otak masih belum jelas. Menurut hipotesis glimfatik, aliran cairan basal, yang didorong oleh gradien tekanan hidrostatik dari denyut arteri, secara aktif membersihkan garam dari otak selama tidur gelombang lambat. Selain itu, dosis obat bius yang menenangkan meningkatkan pembersihan. Apakah tidur meningkatkan pembersihan melalui peningkatan aliran basal masih belum diketahui.

Dalam penelitian ini, para peneliti mengukur pergerakan cairan dan pembersihan otak pada tikus. Pertama, mereka menentukan koefisien difusi fluorescein isothiocyanate (FITC)-dekstran, pewarna fluoresen. FITC-dekstran disuntikkan ke dalam nukleus kaudatus, dan fluoresensi diukur di korteks frontal.

Percobaan awal melibatkan penantian kondisi stabil, pemutihan pewarna dalam volume kecil jaringan, dan penentuan koefisien difusi dengan mengukur laju pergerakan pewarna yang tidak diputihkan ke area yang diputihkan. Teknik ini divalidasi dengan mengukur difusi FITC-dekstran dalam gel agarosa yang mensimulasikan otak yang dimodifikasi untuk memperkirakan penyerapan optik dan hamburan cahaya otak.

Hasilnya menunjukkan bahwa koefisien difusi FITC-dekstran tidak berbeda antara keadaan terbius dan tidur. Tim kemudian mengukur pembersihan otak dalam berbagai keadaan terjaga. Mereka menggunakan sejumlah kecil pewarna fluoresen AF488 pada tikus yang disuntik dengan garam atau anestesi. Pewarna ini bergerak bebas di parenkim dan dapat membantu mengukur pembersihan otak secara akurat. Perbandingan juga dilakukan antara keadaan terjaga dan tidur.

Pada konsentrasi puncak, klirens adalah 70–80% pada tikus yang diberi garam, yang menunjukkan bahwa mekanisme klirens normal tidak terganggu. Namun, klirens berkurang secara signifikan saat anestesi (pentobarbital, deksmedetomidin, dan ketamin-xylazine) digunakan. Selain itu, klirens juga berkurang pada tikus yang sedang tidur dibandingkan dengan tikus yang terjaga. Namun, koefisien difusi tidak berbeda secara signifikan antara keadaan terbius dan tidur.

A. Tiga atau lima jam setelah penyuntikan AF488 ke dalam CPu, otak dibekukan dan dipotong menjadi kriosisi setebal 60 μm. Intensitas fluoresensi rata-rata setiap bagian diukur dengan mikroskop fluoresensi; intensitas rata-rata kelompok empat bagian kemudian dirata-ratakan.

B. Intensitas fluoresensi rata-rata diubah menjadi konsentrasi menggunakan data kalibrasi yang disajikan dalam Gambar Tambahan 1 dan diplot terhadap jarak anteroposterior dari titik injeksi untuk keadaan sadar (hitam), tertidur (biru), dan anestesi KET-XYL (merah). Bagian atas adalah data pada 3 jam. Bagian bawah adalah data pada 5 jam. Garis mewakili kecocokan Gaussian pada data, dan batang galat menunjukkan interval kepercayaan 95%. Pada 3 dan 5 jam, konsentrasi KET-XYL selama anestesi (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) secara signifikan lebih tinggi daripada saat terjaga (ANOVA dua arah dengan koreksi perbandingan berganda Bonferroni–Holm).

C. Gambaran representatif potongan otak pada jarak yang berbeda (anteroposterior) dari lokasi injeksi AF488 setelah 3 jam (tiga baris atas) dan setelah 5 jam (tiga baris bawah). Setiap baris mewakili data untuk tiga kondisi terjaga (terjaga, tidur, dan anestesi KET-XYL).

Studi tersebut menemukan bahwa pembersihan otak berkurang selama anestesi dan tidur, yang bertentangan dengan laporan sebelumnya. Pembersihan dapat bervariasi di berbagai lokasi anatomi, tetapi tingkat variasinya mungkin kecil. Namun, penghambatan pembersihan oleh ketamin-xylazine signifikan dan tidak bergantung pada lokasi.

Nicholas P. Franks, salah satu penulis studi tersebut, mengatakan: "Bidang penelitian begitu terfokus pada gagasan tentang kebersihan sebagai salah satu alasan utama mengapa kita tidur sehingga kami sangat terkejut dengan hasil yang bertolak belakang."

Penting untuk dicatat bahwa hasil tersebut menyangkut sejumlah kecil zat warna yang bergerak bebas di ruang ekstraseluler. Molekul yang lebih besar mungkin menunjukkan perilaku yang berbeda. Selain itu, mekanisme pasti yang menyebabkan tidur dan anestesi memengaruhi pembersihan otak masih belum jelas; namun, temuan ini menantang gagasan bahwa fungsi utama tidur adalah membersihkan otak dari racun.