Шишкоподібна залоза і мелатонін

Анатомія шишкоподібної залози

Епіфіз — невеликий орган, що має форму соснової шишки (звідси й назва). Він розташований на середній лінії, прикріплений до заднього кінця даху третього шлуночка головного мозку. Розмір шишкоподібної залози різний у різних видів; у людей він становить приблизно 1 см у довжину, тоді як у собак він становить лише близько 1 мм. Щоб спостерігати за епіфізом, зобразіть півкулі головного мозку збоку та знайдіть невеликий сіруватий горбок перед мозочком. На зображеннях нижче показано як шишкоподібна залоза коня пов’язана з мозком.

Гістологічно шишкоподібна залоза складається з «пінеалоцитів» і гліальних клітин. У літніх тварин епіфіз часто містить відкладення кальцію («мозковий пісок»).

Як сітківка ока передає інформацію про світло-темне опромінення до шишкоподібної залози? Світловий вплив на сітківку спочатку передається на супрахіазматичне ядро гіпоталамуса, область мозку, яка, як відомо, координує сигнали біологічного годинника. Волокна від гіпоталамуса спускаються до спинного мозку і в кінцевому підсумку проходять до верхніх шийних гангліїв, від яких постгангліонарні нейрони підіймаються назад до шишкоподібної залози. Таким чином, епіфіз подібний до мозкової речовини надниркових залоз у тому сенсі, що він перетворює сигнали від симпатичної нервової системи у гормональний сигнал.

Мелатонін: синтез, секреція та рецептори

Попередником мелатоніну є серотонін, нейромедіатор, який сам походить від амінокислоти триптофану. У шишкоподібній залозі серотонін ацетилюється, а потім метилюється для утворення мелатоніну.

Вплив світла на очі значною мірою позначається на синтезі секреції мелатоніну. Основна помітна закономірність полягає в тому, що концентрація мелатоніну в сироватці крові низька протягом світлового дня і підвищується до максимуму в темний час доби.

Приклади добового ритму секреції мелатоніну у людей зображені на малюнку праворуч (адаптовано з Vaughn, et al, J Clin Endo Metab 42:752, 1976). Темно-сірі смуги представляють ніч, а рівень мелатоніну в сироватці крові показано для двох осіб (жовтий у порівнянні зі світло-блакитним). Зауважте, що рівень мелатоніну в крові практично не визначається вдень, але різко зростає у темряві. Дуже подібні моделі спостерігаються і  в інших видів. Тривалість секреції мелатоніну кожного дня прямо пропорційна тривалості ночі.

Механізм, що лежить в основі цієї моделі секреції під час темного циклу, полягає в тому, що активність ферменту, який обмежує швидкість синтезу мелатоніну - серотонін-N-ацетилтрансферази (NAT) - низька протягом денного світла і досягає піку під час темної фази. У деяких видів добові зміни активності NAT тісно пов’язані із транскрипцією матричної РНК NAT, тоді як в інших видів відповідальною є посттранскрипційна регуляція активності NAT. Активність іншого ферменту, який бере участь у синтезі мелатоніну із серотоніну - метилтрансферази - не регулюється за допомогою світлового впливу.

У ссавців було ідентифіковано два рецептори мелатоніну (позначені Mel1A та Mel1B), які по-різному проявляються в різних тканинах і, ймовірно, беруть участь у різних біологічних процесах. Це рецептори клітинної поверхні, пов’язані з G-білком. Найбільша щільність рецепторів виявлена в супрахіазматичному ядрі гіпоталамуса, передній долі гіпофіза (переважно pars tuberalis) і сітківці. Рецептори також знаходяться в кількох інших областях мозку.

Мелатонін синтезується не тільки в епіфізі, але і в багатьох інших тканинах. Він також присутній у всіх мікроорганізмах, тваринах і рослинах, споживання яких є додатковим джерелом мелатоніну.

Біологічні ефекти мелатоніну

Мелатонін має важливий вплив на завершення фотоперіоду та  на добові ритми. Тому, як уже зазначалося, він має значний вплив на репродукцію, цикли сну та неспання та інші явища, які вказують на добовий ритм.

Вплив на репродуктивну функцію

Сезонні зміни тривалості дня сильно впливають на розмноження багатьох видів, і мелатонін є ключовим гравцем у контролюванні таких явищ. У помірному кліматі такі тварини, як хом’яки, коні та вівці, мають чіткий період розмноження. Під час періоду нерозмноження, їхні статеві залози стають неактивними (наприклад, самці не можуть виробляти сперму в будь-якій кількості), але з наближенням сезону розмноження статеві залози  повинні відновитися. Світловий період — тривалість дня та ночі — є найважливішим показником, який дозволяє тваринам визначити, яка зараз пора року. Як ви, напевно, вже зрозуміли, шишкоподібна залоза має здатність вимірювати тривалість дня та відповідним чином регулювати секрецію мелатоніну. Хом’як без шишкоподібної залози або з ураженням, яке перешкоджає отриманню епіфізом фотоінформації, не може підготуватися до сезону розмноження.

Таким чином можна підсумувати, що вплив мелатоніну на репродуктивну систему є антигонадотропним. Іншими словами, мелатонін пригнічує секрецію гонадотропних гормонів, лютеїнізувального гормону і фолікулостимулювального гормону передньою долею гіпофіза. Значна частина цього гальмівного ефекту, очевидно, пов’язана з пригніченням гонадотропін-рилізинг-гормону з гіпоталамуса, який необхідний для секреції гормонів передньої частки гіпофіза.

Одним із практичних застосувань ролі мелатоніну для контролю сезонного розмноження є його використання для штучного маніпулювання циклами у сезонних розплідниках. Наприклад, овець, які зазвичай розмножуються лише один раз на рік, можна спонукати до двох сезонів розмноження шляхом лікування мелатоніном.

Вплив на сон і активність

Мелатонін, ймовірно, не є основним регулятором нормального режиму сну, але, безсумнівно, має певний вплив. Однією з тем, яка викликала великий інтерес, є використання мелатоніну окремо або в поєднанні з фототерапією для лікування розладів сну. Існують певні ознаки того, що рівень мелатоніну нижчий у людей похилого віку, які страждають безсонням, у порівнянні з тими ж віковими групами, які не страждають безсонням, і терапія мелатоніном у таких випадках виявляється помірно корисною для розв'язання проблеми.

Інший розлад сну спостерігається у позмінних працівників, яким часто важко пристосуватися до роботи вночі та спати вдень. Користь терапії мелатоніном для полегшення цієї проблеми неоднозначна і, здається, не така ефективна, як фототерапія. Ще одним захворюванням, що супроводжується порушенням добових ритмів, є часовий пояс. У цьому випадку неодноразово було продемонстровано, що приймання мелатоніну близько до цільового часу сну в пункті призначення може полегшити симптоми; він має найбільший сприятливий ефект, коли прогнозується, що часовий пояс буде найгіршим (наприклад, перетин багатьох часових поясів).

У різних видів, включаючи людей, було виявлено, що введення мелатоніну знижує рухову активність, викликає втому та знижує температуру тіла, особливо у високих дозах. Вплив на температуру тіла може відігравати значну роль у здатності мелатоніну змінювати цикли сну та неспання, як у пацієнтів із часовою затримкою.

Інші ефекти мелатоніну

В одному із перших експериментів, проведених для з’ясування функції шишкоподібної залози, до води з пуголовками додавали екстракти епіфізів великої рогатої худоби. Цікаво, що пуголовки відреагували, ставши дуже світлими або майже прозорими через зміни в розподілі пігменту меланіну. Але хоча такі шкірні ефекти мелатоніну спостерігаються у різних «нижчих видів», гормон не має такого впливу на ссавців або птахів.

Добавки мелатоніну

Мелатонін легко засвоюється після вживання, і дієтичні добавки, що містять мелатонін, корисні в деяких випадках, включаючи розлади сну у дорослих і часові пояси. Крім того, з’являється все більше доказів того, що мелатонін захищає від різноманітних серцево-судинних захворювань і що добавки, особливо для людей похилого віку, які мають знижений ендогенний синтез, можуть бути корисними як кардіопротектор. Проте потрібна певна обережність — були випадки, коли діти хворіли після вживання мелатонінових цукерок.

Посилання та огляди

• Jiki Z, Lacour S, Nduhirabandi F. Серцево-судинні переваги дієтичного мелатоніну: міф чи реальність? Front Physiol 2018; 9:528-45.
• Holst SC, Valomon A, Landolt H. Фармакогенетика сну: персоналізована терапія сну та неспання. Ann Rev Pharmacol Toxicol 2016; 56: 577-603.
• Xie Z, Chen F, Wa L та ін. Огляд розладів сну та мелатоніну. Neurol Res 2017; 39:559-565.