Melatonina: fizjologia, funkcje i zastosowanie medyczne
Melatonina jest hormonem obecnym u ludzi, zwierząt, roślin, grzybów, bakterii, a nawet niektórych glonów. Jego naukowa nazwa to N-cetylo-5-metoksytryptamina i jest syntetyzowana z niezbędnego aminokwasu, tryptofanu.
U ludzi i zwierząt melatonina jest wytwarzana głównie w szyszynce i jest substancją podstawową dla wielu różnych procesów komórkowych, neuroendokrynnych i neurofizjologicznych.
Najważniejszą funkcją melatoniny jest regulacja codziennego cyklu snu, dlatego w niektórych przypadkach stosuje się go w leczeniu zaburzeń snu.
Jedną z głównych cech tej cząsteczki jest jej biosynteza, która zależy w dużym stopniu od zmian oświetlenia otoczenia.
Charakterystyka melatoniny
Melatonina jest hormonem wydzielanym przez szyszynkę, którego odkrycie nastąpiło w 1917 r. W szczególności jej istnienie wykryto w wyniku badania, w którym kijanki karmiono wyciągiem z szyszynki.
Podczas podawania ekstraktu z szyszynki zaobserwowano ciemne plamy na skórze zwierząt, spowodowane kurczeniem się meláoforos.
Substancja ta została nazwana melatoniną i została wyizolowana po raz pierwszy czterdzieści jeden lat po jej odkryciu w 1958 r. Około dziesięć lat później opisano cykliczną naturę jej wydzielania i zdolność do indukowania snu.
Melatonina jest obecnie uważana za neurohormon wytwarzany przez sosalocyty (typ komórek) szyszynki, strukturę mózgu zlokalizowaną w międzymózgowiu.
Szyszynka generuje melatoninę pod wpływem jądra nadskrzyżowanego, obszaru podwzgórza, który otrzymuje informacje z siatkówki na temat dziennych wzorców światła i ciemności.
Ludzie doświadczają ciągłego generowania melatoniny w mózgu, który znacznie zmniejsza się o 30 lat. Podobnie z okresu dojrzewania są zwykle zwapnienia w szyszynce, zwane corpora arenacea .
Synteza melatoniny jest częściowo określona przez oświetlenie otoczenia, dzięki połączeniu z jądrem nadskrzyżowaniowym podwzgórza. Oznacza to, że im większe oświetlenie, tym mniejsza produkcja melatoniny i im niższe oświetlenie, tym większa produkcja tego hormonu.
Fakt ten podkreśla ważną rolę melatoniny w regulacji snu u ludzi, a także znaczenie oświetlenia w tym procesie.
Obecnie wykazano, że melatonina ma dwie główne funkcje: reguluje zegar biologiczny i zmniejsza utlenianie. Podobnie, deficytom melatoniny towarzyszą zwykle objawy takie jak bezsenność lub depresja i mogą powodować stopniowe przyspieszenie starzenia się.
Chociaż melatonina jest substancją syntetyzowaną przez organizm, można ją również zaobserwować w niektórych produktach spożywczych, takich jak owies, wiśnie, kukurydza, czerwone wino, pomidory, ziemniaki, orzechy lub ryż.
Podobnie melatonina jest dziś sprzedawana w aptekach i parafarmach z różnymi prezentacjami i jest wykorzystywana jako alternatywa dla roślin leczniczych lub leków na receptę do zwalczania głównie bezsenności.
Fizjologia
Szyszynka jest strukturą, która znajduje się w centrum móżdżku, za trzecią komorą mózgową. Ta struktura zawiera sosalocyty, komórki wytwarzające indolaminy (melatoninę) i peptydy wazoaktywne.
Zatem wytwarzanie i wydzielanie hormonu melatoniny jest stymulowane przez włókna nerwu zwojowego w siatkówce. Nerwy te przemieszczają się przez przewód retinohipotamiczny do jądra nadskrzyżowanego (podwzgórze).
Kiedy znajdują się w jądrze nadskrzyżowanym, włókna nerwu postganglionowego przechodzą przez zwoje szyjne górne aż do osiągnięcia szyszynki.
Gdy dotrą do szyszynki, stymulują syntezę melatoniny, dlatego ciemność aktywuje produkcję melatoniny, podczas gdy światło hamuje wydzielanie tego hormonu.
Chociaż światło zewnętrzne wpływa na produkcję melatoniny, czynnik ten nie determinuje ogólnego funkcjonowania hormonu.
Oznacza to, że rytm dobowy wydzielania melatoniny jest kontrolowany przez endogenny stymulator umieszczony w samym jądrze nadskrzyżowanym, który jest niezależny od czynników zewnętrznych.
Jednak światło otoczenia ma zdolność do zwiększania lub ponownej intensyfikacji procesu w sposób zależny od dawki. Melatonina wchodzi przez dyfuzję do krwiobiegu, gdzie osiąga szczyt stężenia między drugą a czwartą rano.
Następnie ilość melatoniny w krwiobiegu stopniowo zmniejsza się w pozostałej części ciemnego okresu.
Z drugiej strony melatonina wykazuje również zmiany fizjologiczne w zależności od wieku osoby. Do trzech miesięcy mózg ludzki wydziela małe ilości melatoniny.
Następnie wzrasta synteza hormonu, osiągając stężenia około 325 pg / ml w dzieciństwie. U młodych dorosłych normalne stężenie waha się między 10 a 60 pg / ml, a podczas starzenia produkcja melatoniny zmniejsza się stopniowo.
Biosynteza i metabolizm
Melatonina jest substancją biosyntetyzowaną z tryptofanu, niezbędnego aminokwasu pochodzącego z pożywienia.
W szczególności tryptofan jest przekształcany bezpośrednio w melatoninę poprzez enzym tryptofanhydroksylazę. Następnie związek ten ulega dekarboksylacji i generuje serotoninę.
Jak już wspomniano, ciemność aktywuje układ neuronalny i motywuje do produkcji neurotransmiterowego wydzielania noradrenaliny. Gdy noradrenalina wiąże się z receptorami adrenergicznymi beta1 sosalocytów, aktywowana jest cyklaza adenylowa.
Podobnie, cykliczny AMP jest zwiększany przez ten proces i motywowana jest nowa synteza N-acylotransferazy aryloalkiloaminowej (enzym syntezy melaniny). Wreszcie dzięki temu enzymowi serotonina przekształca się w melaninę.
Jeśli chodzi o metabolizm, melatonina jest hormonem metabolizowanym w mitochondriach i p-hepatocycie i jest szybko przekształcana w 6-hydroksymelatoninę. Następnie jest sprzężony z kwasem glukuronowym i wydalany z moczem.
Czynniki, które modulują wydzielanie melatoniny
Obecnie elementy, które mogą modyfikować wydzielanie melatoniny, można podzielić na dwie różne kategorie: czynniki środowiskowe i czynniki endogenne.
Czynniki środowiskowe są tworzone głównie przez fotoperiod (pory cyklu słonecznego), pory roku i temperaturę otoczenia.
Jeśli chodzi o czynniki endogenne, zarówno stres, jak i wiek wydają się być elementami, które mogą motywować do zmniejszenia produkcji melatoniny.
Podobnie ustalono trzy różne wzory wydzielania melatoniny: wpisz jeden, wpisz dwa i wpisz trzy.
Typ wydzielania melatoniny jest obserwowany u chomików i charakteryzuje się nagłym szczytem wydzielania.
Wzór typu 2 jest typowy dla szczurów albinosów, a także dla ludzi. W tym przypadku wydzielanie charakteryzuje się stopniowym wzrostem aż do osiągnięcia maksymalnego piku wydzielania.
Ostatecznie zatrzymanie typu trzeciego zaobserwowano u owiec, charakteryzuje się ono również stopniowym wzrostem, ale różni się od typu 2 dla osiągnięcia maksymalnego poziomu wydzielania i pozostania przez pewien czas, aż zacznie się zmniejszać.
Farmakokinetyka
Melatonina jest powszechnie dostępnym hormonem. Organizm nie przedstawia barier morfologicznych dla tej cząsteczki, tak że melatonina może być szybko wchłaniana przez błonę śluzową nosa, jamy ustnej lub przewodu pokarmowego.
Podobnie melatonina jest hormonem, który jest rozprowadzany wewnątrzkomórkowo we wszystkich organellach. Po podaniu maksymalny poziom w osoczu osiąga się między 20 a 30 minut później. Stężenie to utrzymuje się przez około półtorej godziny, a następnie gwałtownie spada z okresem półtrwania wynoszącym 40 minut.
Na poziomie mózgu melatonina jest wytwarzana w szyszynce i działa jako hormon endokrynologiczny, ponieważ jest uwalniana do krwiobiegu. Mózgowymi obszarami działania melatoniny są hipokamp, przysadka mózgowa, podwzgórze i szyszynka.
Z drugiej strony melatonina jest także wytwarzana w siatkówce i przewodzie pokarmowym, gdzie działa jako hormon parakrynny. Podobnie melatonina jest rozprowadzana w regionach nie będących nerwami, takich jak gonady, jelita, naczynia krwionośne i komórki odpornościowe.
Funkcje
Melatonina zawiera specyficzne, wysycalne i odwracalne receptory, a jej miejsca działania wpływają głównie na rytmy okołodobowe. Z drugiej strony, nieneuralne receptory melatoniny wpływają na funkcje rozrodcze, a urządzenia peryferyjne mają różne funkcje.
Receptory melatoniny wydają się być ważne w mechanizmach uczenia się i pamięci myszy i postuluje się, że hormon ten może zmieniać procesy elektrofizjologiczne związane z pamięcią, takie jak długotrwałe wzmocnienie.
Z drugiej strony, melatonina wpływa na układ odpornościowy i jest związana ze stanami takimi jak AIDS, rak, starzenie się, choroby sercowo-naczyniowe, codzienne zmiany rytmu, sen i niektóre zaburzenia psychiczne.
Niektóre badania kliniczne wskazują, że melatonina może również odgrywać ważną rolę w rozwoju patologii, takich jak migrena i bóle głowy, ponieważ hormon ten jest dobrą opcją terapeutyczną do ich zwalczania.
Z drugiej strony udowodniono, że melatonina zmniejsza uszkodzenia tkanek spowodowane niedokrwieniem, zarówno w mózgu, jak iw sercu.
W końcu wiadomo, że melatonina działa na układ odpornościowy, chociaż szczegóły dotyczące jej efektów są nieco mylące. W tym sensie melatonina wydaje się wywoływać wytwarzanie immunoglobulin i stymulację fagocytów.
Zatem funkcje melatoniny są liczne i zróżnicowane, działając zarówno na poziomie mózgu, jak i na poziomie ciała. Jednak główna funkcja tego hormonu polega na regulacji zegara biologicznego.
Zastosowanie medyczne
Wielokrotny wpływ melatoniny na fizyczne i mózgowe funkcjonowanie ludzi, a także zdolność do wydobywania tej substancji z niektórych produktów spożywczych, motywowały do wysokiego poziomu badań nad jej zastosowaniem medycznym.
Melatonina została jednak zatwierdzona jako lek do krótkotrwałego leczenia bezsenności pierwszego stopnia u osób powyżej 55 roku życia. W tym sensie ostatnie badania wykazały, że melatonina znacznie zwiększa całkowity czas snu u osób cierpiących na niedobór snu.
Badania nad melatoniną
Chociaż jedyne zatwierdzone medyczne zastosowanie melatoniny polega na krótkotrwałym leczeniu bezsenności pierwotnej, obecnie prowadzone są liczne badania nad efektami terapeutycznymi tej substancji.
W szczególności bada się rolę melatoniny jako narzędzia terapeutycznego w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, choroba Huntingtona, choroba Parkinsona lub stwardnienie zanikowe boczne.
Postuluje się, że hormon ten może być lekiem, który w przyszłości będzie skuteczny w zwalczaniu tych patologii, jednak obecnie prawie nie ma badań, które dostarczają dowodów naukowych na jego terapeutyczną przydatność.
Z drugiej strony kilku autorów umieszcza melatoninę jako dobrą substancję do walki z urojeniami u starszych pacjentów. W niektórych przypadkach ta użyteczność terapeutyczna okazała się już skuteczna.
Wreszcie melatonina prezentuje inne możliwości badawcze nieco mniej zbadane, ale z dobrymi perspektywami na przyszłość.
Jednym z najbardziej dynamicznie rozwijających się obecnie przypadków jest rola tego hormonu jako substancji stymulującej. Niektóre badania wykazały, że podawanie melatoniny pacjentom z ADHD skraca czas potrzebny do zaśnięcia.
Inne obszary terapeutyczne badań to ból głowy, zaburzenia nastroju (w których wykazano skuteczność w leczeniu sezonowych zaburzeń afektywnych), rak, żółć, otyłość, ochrona przed promieniowaniem i szumy uszne.
