Giấc ngủ cuối cùng quy về ti thể

• Trong các nghiên cứu gần đây, nguồn gốc sinh hóa thực sự của “cảm giác buồn ngủ và nhu cầu ngủ” được chỉ ra là liên quan sâu sắc với ti thể
• Thông qua nghiên cứu về vùng não của côn trùng, đã xác nhận rằng khi thiếu ngủ thì có sự tăng biểu hiện gen liên quan đến chức năng ti thể và truyền dẫn synapse
• Sự thay đổi của quá trình vận chuyển electron trong ti thể được kết nối trực tiếp với việc gây ra tín hiệu buồn ngủ
• Gợi ý rằng hô hấp hiếu khí tự thân tất yếu gây ra một trạng thái ngủ đòi hỏi phải phục hồi ti thể hệ thần kinh
• Cả giấc ngủ lẫn sự đói đều cho thấy sự liên quan mật thiết với cân bằng năng lượng và quá trình quản lý ti thể

---

Nguồn gốc thực sự của giấc ngủ: ti thể

Lý do tại sao giấc ngủ lại thật sự cần thiết, hay nguồn gốc sinh hóa thực sự của cảm giác “buồn ngủ và cần nằm xuống” vẫn chưa được làm rõ trong thời gian dài. Ở cấp độ tế bào có thể quan sát thấy nhiều thay đổi, nhưng đã có sự nhầm lẫn rằng liệu những thay đổi này có phải là nguyên nhân báo hiệu nhu cầu ngủ hay chỉ là kết quả. Sự mơ hồ về quan hệ nhân quả này là vấn đề thường gặp trong lĩnh vực y sinh học, tương tự như mối liên hệ giữa bệnh Alzheimer và sự lắng đọng amyloid.

Vai trò của ti thể được làm sáng tỏ từ mô hình côn trùng

Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng vùng não của ruồi giấm (đặc biệt là dorsal fan-shaped body) đóng vai trò cốt lõi trong điều hòa giấc ngủ. Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà nghiên cứu đã gây thiếu ngủ cho nơ-ron tại vùng não này và tiến hành phân tích đơn bào, trong đó có sự tăng biểu hiện của 122 gene, nổi bật nhất là sự biến động liên quan đến chức năng ti thể và truyền synapse. Quan sát chi tiết trong tế bào cho thấy khi tình trạng thiếu ngủ trở nên nghiêm trọng hơn thì sự phân mảnh ti thể, mitophagy (tái chế ti thể), và tiếp xúc trực tiếp giữa ti thể và lưới nội chất đều tăng lên. Tiếp xúc với lưới nội chất được cho là diễn ra để bù đắp lipid mới cho lớp bị tổn thương do stress oxy hóa.

Liên kết trực tiếp giữa thay đổi vận chuyển electron và tín hiệu buồn ngủ

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành nhiều thí nghiệm thay đổi quá trình vận chuyển electron trong ti thể một cách nhân tạo. Sự biến đổi này được ghi nhận gắn trực tiếp với quá trình khởi phát giấc ngủ của nơ-ron đó. Trong bối cảnh thiếu ngủ, hoạt động liên tục của ti thể dẫn đến tăng phân chia ti thể, tăng tái chế ti thể, cho thấy sự tích tụ electron có thể là yếu tố nền tảng quyết định “nhu cầu ngủ”.

Mối quan hệ tất yếu giữa hô hấp oxy và giấc ngủ

Bài báo nhấn mạnh rằng hô hấp hiếu khí tự thân là cái giá phải trả khiến ti thể hệ thần kinh cần được phục hồi, tức là một trạng thái ngủ là bắt buộc. Ở người, ở bệnh nhân mắc rối loạn chức năng ti thể, triệu chứng phổ biến thường được báo cáo là “mệt mỏi cực độ”, và sự mệt mỏi này thường không cải thiện qua “ngủ hồi phục”.

Cân bằng năng lượng, ti thể, giấc ngủ và sự đói

Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng vì vậy, giấc ngủ và sự đói đều gắn chặt với cân bằng năng lượng của ti thể. Sinh vật thực hiện hô hấp hiếu khí luôn điều phối việc cung cấp nhiên liệu cho ti thể, đặc biệt là thời gian nghỉ ngơi và phục hồi của ti thể hệ thần kinh. Nhóm nghiên cứu đã diễn đạt rằng “dòng electron chảy qua chuỗi hô hấp giống như cát chảy trong đồng hồ cát, quyết định lúc nào cần điều chỉnh lại cân bằng”. Ngoài quy trình này (ví dụ: hình thành trí nhớ), dù còn có nhiều chức năng khác tham gia vào chu kỳ ngủ, nhóm đề xuất rằng chức năng ti thể là nền tảng cơ bản nhất của mọi giấc ngủ. Kết luận là sinh vật nào tiêu thụ oxy cũng không thể tránh được việc “cần ngủ”.