Роль мелатонина в регуляции циркадных ритмов и сна.

Мелатонин (N- ацетил-5-метокситриптамин) был открыт около 60 лет назад американскими дерматологами Ароном Ленером (Aaron Lerner) и его коллегами как осветляющий кожу амфибий фактор, присутствующий в экстрактах шишковидной железы быка. Ленер назвал молекулу мелатонином, поскольку она индуцировала сокращение звѐздчатых меланофоров амфибий. Впоследствии мелатонин был обнаружен у многих организмов, включая бактерии, грибы, растения, протозоа, беспозвоночные и позвоночные. Факт эволюционной консервативности мелатонина указывает на его важную физиологическую роль.

Мелатонин преимущественно образуется в шишковидном теле (пинеальная железа) позвоночных клетками пинеалоцитами, и выделяется в спинно-мозговую жидкость и циркуляторное русло. Внепинеальный мелатонин образуется в сетчатке фоторецепторными клетками, Гардеровой (Harderian) железой в желудке, костном мозге, тромбоцитах, коже и действует локально (ауто- и паракринно). Биосинтез мелатонина происходит из пищевой аминокислоты L-триптофана, при этом скорость синтеза зависит от активности двух ферментов – серотонин-N-ацетилтрансферазы и в меньшей степени триптофан- гидроксилазы, которая контролирует поставку серотонина – субстрата для серотонин-N-ацетилтрансферазы. В шишковидной железе и сетчатке экспрессия и активность триптофангидроксилазы повышается ночью и снижается днѐм. Освещение в течение ночи быстро подавляет ночную активность триптофангидроксилазы. Серотонин-N-ацетилтрансфераза рассматривается как ключевой регуляторный фермент, определяющий уровень мелатонина, поэтому обозначается как «фермент мелатонинового ритма». Активность этого фермента у млекопитающих контролируется упоминаемым выше СХЯ переднего гипоталамуса. На продукцию мелатонина влияют некоторые нутриены (потребляемые с пищей факторы), такие как триптофан, фолиевая кислота, витамин B6.

Мелатонин является высоколипофильным гормоном, поэтому не накапливается в эпифизе, а свободно проникает через гематоэнцефалический барьер в плазму и ткани, где его концентрационный профиль отражает активность эпифиза. Более 90% циркулирующего в крови мелатонина де- активируется в печени.

Наиболее примечательная особенность работы мелатонин-продуцирующей системы в том, что синтез мелатонина подавляется светом и варьирует в течение дня. Несмотря на образ жизни животного (дневной, ночной, нечѐткий паттерн активности) уровень мелатонина высокий в течение тѐмной фазы.

Ночное увеличение концентрации мелатонина проявляется на 6-8 неделе жизни ребѐнка и становится регулярным к 21-24 неделе. Пиковые концентрации мелатонина наблюдаются между 4 и 7 годами жизни. Затем они снижаются в период полового созревания и поддерживаются до 35-40 лет на стабильном уровне. Впоследствии ночная концентрация мелатонина снижается и к 70 годам не отличается от дневной. Секреция мелатонина существенно снижается в период менопаузы. Одна из тех причин, почему людям пожилого возраста требуется меньше сна.

Наиболее изучена роль мелатонина в передаче информации о длине дня (фотопериоде) всему организму: чем больше протяжѐнность ночи, тем длительнее период секреции мелатонина. Если вы знаете что завтра по вашему расписанию вам после восхода солнца еще потребуется поспать 1,5 часа, занавесьте чем-то очень черным ваши окна в комнате для того, чтобы свет не влиял на выработку мелатонина. У людей, как и у животных, продукция мелатонина сезонозависима (летом меньше, чем зимой). По этой причине мелатонин участвует в формировании полового поведения, сезонных изменений волосяного покрова, регуляции пищевого поведения, веса тела и сна.

Мелатонин вовлечѐн в защиту клеток от свободных радикалов, поскольку он является мощным антиоксидантом и связывает свободные радикалы («scavenge» ‒ «ловушка» для радикалов). Кроме того, мелатонин стимулирует множество антиоксидантных энзимов (например, глутатион пероксидазу, глутатион редуктазу). Причѐм, являясь амфифильной молекулой, мелатонин способен диффундировать во все клеточные компартменты (ядро, цитоплазму, мембраны) и активировать антиоксидантную защиту. Интересно отметить, что мелатонин – единственный антиоксидант, уровень которого уменьшается после достижения среднего возраста, и данное снижение близко коррелирует с понижением общей антиоксидантной ѐмкости человеческой сыворотки. Мелатонин снижает электронное сопряжение в митохондриях, уменьшая генерацию свободных радикалов и активных форм кислорода. Резекция шишковидного тела усиливает нейродегенерацию, вызванную ишемией мозга. Также мелатонин уменьшает свободно радикальное окисление при катаракте, гипертиреозе, сепсисе и панкреатите.

Таким образом, усиленная продукция мелатонина в течение ночи способствует восстановлению гомеостаза нейронов и периферических тканей.

Цикл сон-бодрствование синхронизирован с 24-часовым циклом секреции мелатонина. Предполагается, что функция мелатонина состоит в ассоциации периода покоя и сна человека с тѐмным временем суток. Вечернее увеличение концентрации мелатонина по времени совпадает с открытием сонных ворот. Первое наблюдение о способствующих сну свойствах мелатонина было получено почти 50 лет назад, когда Ленер после применения дозы мелатонина в 100 мг описал появление сонливости. Впоследствии было продемонстрировано перемещение времени начала сна вперѐд при приѐме существенно более низких доз мелатонина (0,3-10 мг) во второй половине дня. Причѐм величина смещения зависит от дозы мелатонина. Это свойство весьма полезно для настройки цикла сон-бодрствование после перелѐта через несколько часовых поясов. Применение мелатонина в фармакологических дозах улучшает засыпание и качество сна у детей с нарушениями сна. Воспользуйтесь этим знанием, когда будете менять часовые пояса. Мелатонин продаётся в аптеках.

С возрастом увеличивается вероятность возникновения нарушений сна, часть из которых может быть связана со снижением концентрации мелатонина. По мнению некоторых геронтологов, угнетение продукции мелатонина может являться сигналом для всех остальных систем организма о наступлении времени «старения». Эксперименты на лабораторных животных показали, что при удлинении светового дня они начинали быстрее стареть: снижалась доля сна, раньше начиналась менопауза, накапливались свободнорадикальные повреждения клеток, снижалась чувствительность к инсулину, развивались ожирение и рак. На 20% уменьшалась продолжительность жизни и у хомячков с искусственно нарушенным ритмом выработки мелатонина. В современном мире люди, вынужденные регулярно работать по ночам, а значит, испытывающие хронический дефицит мелатонина, имеют на 40-60% больший риск развития коронарной болезни сердца и метаболического синдрома – совокупности ожирения, гипертонии, диабета и атеросклероза – словом, всего того, что снижает качество жизни и укорачивает еѐ. Некоторые специалисты полагают, что именно излишняя освещѐнность, наряду с другими экологическими факторами, укорачивает жизнь жителям больших городов, и даже ввели специальный термин «световое загрязнение». Какой вывод напрашивается? Не работайте по ночам и адекватно удовлятворяйте потребность во сне, если не хотите раньше состариться или увеличить вероятность появления вышеперечисленных болезней.