[Aetae]

А у вас нигде не используются элементы из request.responseXML? Не текстовые данные, а элементы? Оные могут тянуть за собой весь xml.
А вообще, если память не продолжает расти, а вырастает до определённого уровня и всё - значит столько памяти надо браузеру, на сём и сказке конец.
Можно попробовать не использовать responseXML и получать ответ как text/plain, после чего добывая нужные значения из resposeText вручную: DOM дерево кушает память неплохо, и ради пары текстовых значений его можно не создавать.
Ещё можно no-cache отдавать, возможно поможет.

Есть подозрение, что проблема где-то в другом месте.