Tidur membersihkan otak dari racun dan metabolit

Studi terbaru yang dipublikasikan di Nature Neuroscience menemukan bahwa pembersihan otak berkurang selama anestesi dan tidur.

Tidur adalah keadaan tidak aktif yang rentan. Mengingat risiko kerentanan ini, tidur mungkin memberikan beberapa manfaat. Ada hipotesis bahwa tidur membersihkan otak dari racun dan metabolit melalui sistem glimfatik. Asumsi ini mempunyai implikasi penting; misalnya, berkurangnya detoksifikasi akibat kurang tidur kronis dapat memperburuk Alzheimer.

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

Dalam penelitian ini, para ilmuwan mengukur pergerakan cairan dan pembersihan otak pada tikus. Pertama, koefisien difusi fluorescein isothiocyanate (FITC) -dextran, pewarna fluoresen, ditentukan. FITC-dekstran disuntikkan ke inti kaudatus, dan fluoresensi diukur di korteks frontal.

Percobaan pertama melibatkan menunggu kondisi stabil, memutihkan pewarna dalam sejumlah kecil kain, dan menentukan koefisien difusi dari kecepatan pergerakan pewarna yang tidak dikelantang ke area yang diputihkan. Teknik ini divalidasi dengan mengukur difusi FITC-dekstran dalam gel agarosa yang meniru otak yang dimodifikasi untuk memperkirakan penyerapan optik dan hamburan cahaya otak.

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

Pada konsentrasi puncak, pembersihan adalah 70-80% pada tikus yang diberi saline, menunjukkan bahwa mekanisme pembersihan normal tidak terganggu. Namun, penurunan klirens yang signifikan diamati ketika agen anestesi (pentobarbital, dexmedetomidine, dan ketamine-xylazine) digunakan. Selain itu, pembersihan juga berkurang pada tikus yang tidur dibandingkan dengan tikus yang terjaga. Namun koefisien difusi tidak berbeda signifikan antara kondisi anestesi dan tidur.

A. 3 atau 5 jam setelah injeksi AF488 ke dalam CPu, otak dibekukan dan dikriosisi menjadi bagian setebal 60 μm. Intensitas fluoresensi rata-rata setiap bagian diukur menggunakan mikroskop fluoresensi; kemudian nilai intensitas rata-rata dari kelompok empat irisan dirata-ratakan.

B. Intensitas fluoresensi rata-rata diubah menjadi konsentrasi menggunakan data kalibrasi yang disajikan pada Gambar Tambahan 1 dan diplot terhadap jarak anteroposterior dari titik injeksi untuk keadaan terjaga (hitam), tidur (biru), dan anestesi KET-XYL (merah). Di atas - data setelah 3 jam. Di bawah - data setelah 5 jam. Garis mewakili kesesuaian Gaussian dengan data dan amplop kesalahan menunjukkan interval kepercayaan 95%. Konsentrasi 3 dan 5 jam selama anestesi KET-XYL (P

C. Gambar representatif bagian otak pada jarak berbeda (antero-posterior) dari tempat suntikan AF488 pada jam 3 (tiga baris atas) dan jam 5 (tiga baris bawah). Setiap baris mewakili data untuk tiga kondisi terjaga (terjaga, tidur, dan anestesi KET-XYL).

Studi ini menemukan bahwa pembersihan otak berkurang selama anestesi dan tidur, hal ini bertentangan dengan laporan sebelumnya. Jarak bebas dapat bervariasi antar lokasi anatomi yang berbeda, namun derajat variasinya mungkin kecil. Namun, penghambatan pembersihan oleh ketamin-xylazine signifikan dan tidak bergantung pada lokasinya.

Nicholas P. Franks, salah satu penulis studi tersebut, mengatakan: "Penelitian selama ini begitu terfokus pada gagasan pemurnian sebagai salah satu alasan utama mengapa kita tidur sehingga kami sangat terkejut dengan hasil sebaliknya."

Sangat penting untuk dicatat bahwa hasil ini berkaitan dengan sejumlah kecil pewarna yang bergerak bebas di ruang ekstraseluler. Molekul yang lebih besar mungkin menunjukkan perilaku yang berbeda. Selain itu, mekanisme pasti mengenai pengaruh tidur dan anestesi terhadap pembersihan otak masih belum jelas; Namun, temuan ini menantang gagasan bahwa fungsi utama tidur adalah membersihkan otak dari racun.