Свойства. Синтез и секреция

Свойства

Мелатонин является основным гормоном эпифиза — органа, передающего информацию о световом режиме окружающей среды во внутреннюю среду организма^{[* 1]}. Изменения концентрации мелатонина имеют заметный суточный ритм — как правило, высокий уровень в течение ночи и низкий уровень в течение дня. Вырабатывается основными секреторными клетками эпифиза — пинеалоцитами (одно из названий эпифиза — пинеальная железа).

Синтез и секреция мелатонина зависят от освещённости — избыток света понижает его выработку, а снижение освещённости увеличивает. Воздействие света в большой степени зависит от его спектрального состава, наибольшее влияние оказывают синий и зелёный цвета спектра^{[5]: 260}. При этом отмечены разные механизмы и различный характер воздействия синего и зелёного цвета на суточную цикличность выработки мелатонина. Синий цвет воспринимается в сетчатке глаза небольшой группой светочувствительных ганглионарных клеток, содержащих пигмент меланопсин^[en], а зелёный — палочками и колбочками^[6].

Регулирующая роль мелатонина универсальна для всех живых организмов — доказаны присутствие этого гормона и чёткая ритмичность его продукции у всех известных животных, начиная с одноклеточных^[3], а также у растений^{[7]: 13}.

Синтез и секреция

В организме человека мелатонин синтезируется из аминокислоты триптофана, которая участвует в синтезе нейромедиатора (нейропередатчика) серотонина, а он, в свою очередь, под воздействием фермента N-ацетилтрансферазы превращается в мелатонин. Мелатонин является индольным производным серотонина и синтезируется ферментами N-ацетилтрансферазой и гидроксииндол-О-метилтрансферазой.

Световая информация от палочек и колбочек через ганглионарные клетки и непосредственно от светочувствительных ганглионарных клеток^[en] (от меланопсиновых клеток) поступает в парное супрахиазматическое ядро (СХЯ) гипоталамуса. Затем эти сигналы попадают в шейный отдел спинного мозга, откуда поступают обратно в головной мозг и достигают эпифиза. Во время сна в темноте, когда большинство нейронов СХЯ бездействует, нервные окончания выделяют норадреналин, активирующий в пинеалоцитах синтез мелатонина. Яркий свет блокирует синтез, тогда как в постоянной темноте ритмичность выработки, поддерживаемая периодической активностью СХЯ, сохраняется^[8].

Концентрация мелатонина в сыворотке крови человека начинает возрастать примерно за 2 часа до привычного для данного субъекта времени отхода ко сну (если нет яркого света)^{[8][* 2]}. Максимальные значения концентрации наблюдаются всегда во время темновой фазы естественного цикла чередования дня и ночи (обычно между полуночью и 5 часами утра по местному солнечному времени^[3]) или искусственно созданного суточного цикла чередования освещённости^{[7]: 13}. Пик концентрации часто обнаруживается в 2—3 часа ночи^{[8][3][7]: 14[6][5]: 260[* 3]}.

Отмечено смещение пика концентрации в зависимости от хронотипа, возможно также некоторое влияние на смещение: режима питания^[12], чёткого распорядка сна и бодрствования, физических упражнений и других социальных воздействий^[13]. Наиболее значимым является утренний световой стимул, который вызывает опережающий сдвиг фаз циркадианных ритмов секреции мелатонина и температуры тела, вместе с тем смещение времени сна мало влияет на фазу ритма секреции мелатонина^[14]. Например, исследования показали (2009), что у учащихся средней школы, не подвергавшихся воздействию дневного света в утренние часы (из-за раннего начала учебного дня), вечернее нарастание выработки мелатонина сдвигается на более позднее время суток^[15].

У взрослого человека за сутки синтезируется около 30 мкг мелатонина, его концентрация в крови ночью в десятки раз больше, чем днём^[8]. При нормальном распорядке дня (со сном ночью) на ночные часы приходится примерно 70 % суточной продукции мелатонина. В клинических условиях установлено, что депривация сна в ночные часы приводит к нарушению суточного ритма выработки мелатонина — продукция в ночное время снижается и приближается к дневному уровню^{[4]: 22—25}.

Воздействие света в ночные часы, ставшее существенной частью образа жизни человека после изобретения электрического освещения, нарушает эндогенный суточный ритм, подавляет ночную продукцию мелатонина, что может приводить к серьёзным расстройствам поведения и состояния здоровья, включая сердечно-сосудистые заболевания и рак^[3]. Данные о циркадном ритме мелатонина у людей, работающих с ночными сменами или исключительно в ночное время, не однозначны — от сохранения обычного ритма до его инверсии. Возможно, что это связано со степенью искусственной освещённости на рабочем месте. По результатам одного из исследований (2008), пониженная продукция мелатонина ночью была лишь у 3 % работающих по ночам, а инверсия ритма мелатонина произошла у четверти из всех наблюдаемых^{[16]: 103}.

Помимо зависимости от освещённости, вероятна зависимость продукции мелатонина от магнитных полей и от других космических и геофизических факторов^{[4]: 12}. Вероятность этого подтверждена экспериментами на животных при моделировании в лабораторных условиях колебаний электромагнитных полей, аналогичных по силе электромагнитному полю Земли^{[7]: 85}. Исследования российских учёных под руководством доктора медицинских наук С. И. Рапопорта, проведённые на больных с ишемической болезнью сердца и артериальной гипертензией, показали достоверное снижение выработки мелатонина во время геомагнитных бурь^{[7]: 86—87[17][18]}.

Мелатонин не секретируется в организме зародышей и новорождённых млекопитающих, включая человека, — используется материнский, поступающий через плаценту, а после рождения — с молоком матери. Секреция у человека начинается на третьем месяце развития. Затем синтез эпифизарного мелатонина резко увеличивается и не позднее чем к пяти годам достигает максимума, после чего в течение всей жизни плавно (в период полового созревания более резко) снижается^[8].

Синтез мелатонина (а также серотонина, ниацина) из триптофана

По данным исследований (R. J. Reiter, J. Robinson, 1995), повышают продукцию мелатонина^[1]:

• темнота ночью во время сна,
• триптофан,
• кальций,
• магний,
• никотиновая кислота,
• пиридоксин,
• ингибиторы МАО,
• лёгкая еда вечером,
• медитация,
• низкокалорийный рацион.

Понижают продукцию мелатонина^[1]:

• свет ночью во время сна, особенно синяя часть его спектра^{[6][19]: 450},
• курение,
• кофеиносодержащие напитки,
• алкогольные напитки,
• парацетамол,
• резерпин,
• прозак (антидепрессант),
• дексаметазон,
• нестероидные противовоспалительные препараты,
• бета-адреноблокаторы,
• блокаторы кальциевых каналов,
• витамин B₁₂.

Специальные исследования показывают низкий уровень мелатонина у курильщиков и лиц с алкогольной зависимостью^{[4]: 12—13}.