Удивительная роль мелатонина в организме человека

Приоритет открытия мелатонина закрепился за Ароном Лёрнером. Под его руководством в 1958 году коллектив учёных Йельского университета выделил это вещество из эпифиза быка и описал его структуру. Это вещество осветляло кожу головастиков. Лёрнеру как раз это и было нужно, ведь он был дерматологом и искал новые лекарства для лечения кожных болезней.

На самом деле, ещё в 1917 году McCord и Allen описали депигментирующий эффект (осветление кожи) мелатонина. После открытий Лёрнера были попытки использовать мелатонин для борьбы с гиперпигментацией (тёмными участками кожи). Но то, что работало у головастиков, на людей не действовало.

Со временем выяснилось, что основная функция таинственного вещества совсем другая — регуляция биологических ритмов.

Мелатонин: что это такое?

Мелатонин синтезируется в эпифизе — железе, которая находится в головном мозге. Иначе эпифиз называют шишковидной железой или шишковидным телом. Сначала из аминокислоты триптофана образуется серотонин, а затем серотонин преобразуется в гормон эпифиза — мелатонин. Гормон не задерживается в эпифизе, а свободно выходит в спинномозговую жидкость и кровь. Он быстро разрушается, трансформируется в печени и выводится с мочой.

В светлое время суток уровень мелатонина в крови минимален и составляет около 10 пикограмм на миллилитр. С наступлением темноты концентрация гормона в крови возрастает и достигает пика в промежутке от 2 до 4 часов ночи (200 пикограмм на миллилитр) и более. Поэтому мелатонин называют гормоном сна.

Со временем оказалось, что мелатонин есть не только в эпифизе, но и в сетчатке глаза, клетках костного мозга, кишечника, кожи. Концентрация мелатонина в кишечнике в 400 раз больше, чем в эпифизе, и в 10 — 100 раз больше, чем в крови. Однако в кишечнике он выполняет свои функции и не связан с мелатонином эпифиза, а в крови циркулирует именно эпифизарный мелатонин.

Концентрация гормона эпифиза в крови снижается при старении, хроническом курении и при повышенном индексе массы тела (ожирении).

Регуляция биологических ритмов

Основной генератор суточных (циркадных) и сезонных ритмов — это гипоталамус (а точнее — супрахиазматическое ядро). Он синхронизируется со сменой дня и ночи, а сигналы другим органам и тканям передаёт через мелатонин. Происходит это следующим образом:

1. Свет попадает на сетчатку глаза, его улавливают особые ганглиозные клетки.
2. Сигнал от сетчатки глаза передаётся в гипоталамус.
3. Гипоталамус по сложному пути передаёт сигнал в эпифиз.
4. Информация о световом сигнале блокирует синтез мелатонина в эпифизе, в темноте продукция гормона сна вновь возобновляется. Мелатонин, в свою очередь, тоже влияет на активность супрахиазматических ядер.

Нарушения в циркадном ритме продукции гормона эпифиза связывают с рядом заболеваний:

1. Нейродегенеративные — болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера (хотя они сами по себе могут быть причиной недостатка мелатонина).
2. Заболевания сердечно-сосудистой системы.
3. Развитие злокачественных опухолей. Медицинские работники, члены экипажей самолётов имеют более высокий риск рака предстательной железы и рака молочной железы.

Гормон эпифиза также участвует в регуляции сезонных ритмов. Зимой тёмное время суток длится дольше, что удлиняет ночной пик продукции мелатонина. Соответственно, летом ночной пик продукции мелатонина сокращается.

Это помогает животным приспосабливаться к смене времён года. Весной длительность дня увеличивается, наступает брачный сезон. В светлое и тёплое время года легче вырастить потомство. Осенью день становится короче, а значит, пора готовиться к зимней спячке. Без мелатонина репродуктивная активность и переход к зимней спячке нарушаются.

Другие функции мелатонина

Со временем оказалось, что гормон сна участвует и в других процессах. Он есть у большинства живых существ: бактерий, грибков и других одноклеточных организмов, беспозвоночных и позвоночных. И регуляция биоритмов — не самая первая его задача, она появилась позднее.

Антиоксидант

Работа живого организма построена на биохимических реакциях. В результате многих реакций образуются свободные радикалы — очень активные молекулы, которые сразу повреждают органические молекулы, в том числе ДНК. Со свободными радикалами связывают развитие старения и злокачественных опухолей, гипертоническую болезнь и ишемическую болезнь сердца, аутоиммунные и другие заболевания.

В организме человека есть вещества, блокирующие свободные радикалы — антиоксиданты. Например, это витамины E и C. Однако мелатонин по антиоксидантному действию превосходит даже их.

Мелатонин содержится в продуктах питания: овощах, фруктах, травах и семенах. Он выделен из лекарственных растений, используемых в традиционной китайской медицине.

• Корень жень-шеня (более 7000 нг мелатонина в грамме сухой массы).
• Листья зверобоя продырявленного (1750 нг, а цветки — более 4000 нг).
• Семена горчицы содержат (129 — 189 нг).
• Меньше мелатонина содержится в семенах миндаля, фенхеля, подсолнечника, плодах вишни и помидорах.

Известный метод традиционной китайской медицины — акупунктура — повышает ночную секрецию гормона сна.

Иммуномодулятор

Взаимодействие между мелатонином и иммунной системой ещё изучается. Но о том, что оно явно существует, известно давно.

Ещё в 1926 году Берман (Berman) сообщил о том, что у котят, которых в течение 2 лет кормили экстрактом эпифиза быков, повысилась устойчивость к инфекционным болезням. А после удаления эпифиза органы иммунной системы теряют свою массу (становятся меньше).

У людей, больных туберкулёзом, мелатонина в крови меньше, чем у здоровых. Замечено, что обострения туберкулёза совпадают с концом зимы и началом лета. Возможно, сезонные колебания гормона эпифиза влияют на активность иммунной системы и сопротивляемость болезни.

Мелатонин и ферменты, которые отвечают за его синтез, найдены во многих тканях, органах и клетках иммунной системы человека и животных. Это селезёнка, костный мозг, циркулирующие в крови иммунные клетки (например, лимфоциты), тимус (вилочковая железа). Тимус — это место созревания и обучения T-лимфоцитов, которые борются с инфекционными заболеваниями, опухолевыми клетками и регулируют иммунный ответ.

Когда учёные изучают гормон, большое внимание уделяют рецепторам. Рецептор — это молекула на поверхности или внутри клетки, которая связывается именно с этим гормоном. Именно рецептор передаёт сигнал от «своего» гормона другим структурам клетки. Рецепторы к мелатонину есть в лимфоцитах и в других иммунных клетках — моноцитах.

На данный момент ясно, что работа иммунной системы синхронизирована с суточным и сезонным ритмом продукции мелатонина. Вероятно, эпифизарный гормон играет роль иммуностимулятора.

Возможно, сезонные изменения в работе иммунной системы (например, сезонные респираторные инфекции или сезонные обострения некоторых заболеваний) связаны с сезонными колебаниями концентрации гормона сна в крови.

Мелатонин и современная цивилизация

Как упоминалось ранее, нарушения концентрации и ритма продукции мелатонина связывают со многими заболеваниями. И очень часто на это влияют именно внешние причины.

• Жители полярных регионов значительную часть года проводят в условиях полярного дня, когда не заходит солнце или в условиях полярной ночи, когда днём светлеет на 3 — 4 часа, но восхода солнца нет.
• Работа с нарушением суточного ритма. Это работники здравоохранения, транспорта, энергетики военнослужащие. Представители тех профессий, работа которых связана с суточными или ночными сменами. У пилотов и борт-проводников график осложняется джет-лагом (jet lag) — сбоем суточных ритмов при резкой смене часовых поясов.

Световое загрязнение

Синтез мелатонина угнетается под действием голубого света длиной волны 460 нанометров. Именно голубой свет составляет значительную долю подсветки в городах. Интенсивность света негативно влияет на сон, но большее значение имеет именно длина волны. Существует даже термин «световое загрязнение» (light pollution). Это засветка крупных городов, которая создаёт световой купол над местностью; он «сбивает» биологические ритмы живых существ.

Жители крупных городов, пользователи современных гаджетов, любители ночных телепередач страдают от нарушенной продукции мелатонина . Смартфоны, компьютеры, телевизоры являются источниками света в неестественное для этого время.

Особенности применения мелатонина в медицине

Мелатонин считается мягким снотворным со слабыми побочными действиями. Однако здесь тоже есть подводные камни. Назначать лекарственное средство должен врач, так как каждый человек имеет индивидуальный профиль продукции и метаболизма гормона сна.

Важно понимать, с какой скоростью будет усваиваться мелатонин, распределяться по кровотоку, как он будет трансформироваться и с какой скоростью выводиться. На все эти параметры влияет состояние кишечника, печени и почек.

Кроме того, долгий приём гормонов без контроля врача может привести к нарушениям работы эндокринной системы.

 

Литература

1. Наумов А.В., Конюх Е.А. Мелатонин: медико-биологические функции. Проблемы здоровья и экологии. 2011. №3 (29).

2. Carrillo-Vico A, Lardone PJ, Alvarez-Sánchez N, Rodríguez-Rodríguez A, Guerrero JM. Melatonin: buffering the immune system. Int J Mol Sci. 2013 Apr 22; 14(4):8638-83. 

3. Tan DX, Manchester LC, Esteban-Zubero E, Zhou Z, Reiter RJ. Melatonin as a Potent and Inducible Endogenous Antioxidant: Synthesis and Metabolism. Molecules. 2015 Oct 16; 20(10):18886-906.