В.Д. Забелина, к.м.н., эндокринолог
Consilium provisorum, 2006, № 3. – С. 9-12
Гормон мелатонин был впервые выделен из материала бычьих пинеальных (шишковидных) желез в 1958 г. в Йельском университете группой американского дерматолога А. Лернера. Эпифиз является нейроэндокринным органом и обнаружен у всех позвоночных, однако его роль в ходе эволюции менялась. У рыб и амфибий эпифиз еще непосредственно обладает фоторецепцией («третий глаз»), у рептилий и птиц эпифизу свойственна еще секреторная функция, у млекопитающих это уже исключительно секреторный орган. Но у всех видов животных основной функцией эпифиза является передача информации о световом режиме в окружающей среде во внутреннюю среду организма и поддержание таким образом физиологических ритмических колебаний его гомеостаза. Это опосредовано главным образом секрецией основного гормона мелатонина, причем если у некоторых птиц и низших позвоночных эпифиз является генератором биологических ритмов, то у млекопитающих он непосредственно вовлечен в координацию физиологических ритмов организма.
Основным и наиболее изученным гормоном эпифиза является мелатонин, но эпифизом могут секретироваться и некоторые другие производные серотонина и пептидные гормоны. Было выяснено, что мелатонин является индольным производным серотонина и продуцируется ночью с участием ферментов N-ацетилтрансферазы и гидроксииндол-О-метилтрансферазы. У взрослого человека за сутки синтезируется около 30 мкг мелатонина, его концентрация в сыворотке крови ночью в 30 раз больше, чем днем, причем пик активности приходится на 2 ч ночи. Мелатонин транспортируется сывороточным альбумином, после освобождения от альбумина связывается со специфическими рецепторами на мембране клеток-мишеней, проникает в ядро и там осуществляет свое действие. Мелатонин быстро гидролизуется в печени и экскретируется с мочой, основным метаболитом является 6-гидроксимелатонин-сульфат (6-СОМТ), содержание которого позволяет косвенно судить о продукции мелатонина эпифизом.
Особенности секреции мелатонина
Многие субстраты и метаболические пути синтеза мелатонина имеют отчетливый циркадианный ритм. Так, уровень серотонина, предшественника мелатонина, поднимается днем и существенно снижается в темную фазу суток, активность N-ацетилтрансферазы и концентрация мелатонина максимальны ночью и обусловлены высвобождением норадреналина из симпатических нейронов, локализующихся в эпифизе. Практически сразу после синтеза мелатонин секретируется клетками эпифиза – пинеалоцитами в системную циркуляцию. Циркадианный ритм синтеза мелатонина появляется сразу после рождения плода и у доношенных младенцев устанавливается к 9–12 нед жизни, а 2–3 нед позже – у недоношенных детей. Низкие ночные концентрации мелатонина повышаются к 2–3 годам, потом значительно снижаются к 15–20 годам и устанавливаются на уровне взрослого организма. Данные о сезонных вариациях синтеза мелатонина в организме человека статистически недостоверны и противоречивы.
Свет является очень мощным фактором, влияющим на синтез гормона, и даже очень короткое воздействие ярким светом в ночное время быстро и значительно подавляет образование мелатонина. Интересно, что имеются видовые различия подавления синтеза мелатонина светом: на хомяков больше действует голубой свет, на крыс – белый, причем для них достаточно очень малой мощности светового потока, а для земляных белок – в тысячи раз больше. Красный свет подавляет синтез мелатонина по-разному в зависимости от времени суток: в 16.00 сильнее, чем в 24.00.
Достоверных половых различий в синтезе мелатонина не отмечено. В процессе старения циркадианный ритм секреции мелатонина сохраняется, но его среднесуточные концентрации у пожилых людей на 50% меньше, чем у молодых. Однако 33% 70–90-летних людей имеют нормальные дневные уровни мелатонина. При этом следует отметить, что снижение уровня мелатонина при старении не носит «катастрофического характера».
Физические нагрузки изменяют содержание мелатонина: у женщин физические упражнения днем увеличивают дневные уровни мелатонина в крови, но при увеличении интенсивности нагрузок они приходят в норму. Выполнение упражнений поздним вечером (когда физиологически уже повышается секреция мелатонина) замедляло увеличение его концентрации по сравнению с упражнениями днем и утром. Высокоинтенсивные упражнения ночью (при имеющихся высоких уровнях мелатонина) приводили к увеличению его секреции на 50%, при этом на следующие сутки увеличение секреции мелатонина ночью запаздывало на 2–3 ч. Разноречивы данные о влиянии продолжительности сна на уровни мелатонина, однако положение тела отражается на ночных уровнях гормона: увеличивается при лежании на спине и уменьшается при изменении позиции.
Ночные пики гормона существенно снижаются после долгосрочного воздействия магнитных полей низкой частоты. Секрецию мелатонина снижает воздействие поляризованного электромагнитного поля (у электриков, подверженных воздействию поля в 60 Гц, уменьшается выделение метаболитов мелатонина).
Биологические эффекты мелатонина
Мелатонин – ключевой координатор биологических ритмов, но это не единственная его функция. Установлены 3 типа рецепторов к мелатонину – М-1a, M-1b и M-1c, но у людей обнаружены только первые два. Рецепторы M-1b обнаружены в сетчатке глаза, различных отделах мозга, и считается, что именно через них устанавливаются циркадианные ритмы. Рецепторы М-1a обнаружены в гипоталамусе, почках, кишечнике и клетках меланомы.
Мелатонин обладает антигонадотропным действием и рассматривается как гормональный посредник, модулирующий активность репродуктивной системы в зависимости от фотопериодического окружения. У животных описаны задержка полового развития самок и снижение секреции тестостерона у самцов под воздействием высоких концентраций мелатонина.
Помимо гормональных эффектов, мелатонин, как и другие биогенные амины, обладает нейротрансмиттерными функциями, т.е. обеспечивает возбудимость постсинаптических мембран и участвует в проведении нервного импульса. Это действие чрезвычайно важно для обеспечения висцеральных эффектов и интегративных функций, таких как поведение, память и обучение.
Мелатонин – самый сильный из известных эндогенных поглотителей свободных радикалов, сильнейший антиоксидант. В последние годы появились данные, что мелатонин может локализоваться не только в плазме, но и в ядрах клеток, предохранять макромолекулы ядра от оксидативного повреждения во всех субклеточных структурах.
На ранних стадиях эмбрионального развития биогенные амины, в том числе мелатонин, играют роль специализированных клеточных сигнальных молекул, регулирующих процессы клеточного обновления. Установлено, что мелатонин может подавлять клеточную пролиферацию, причем сила его воздействия не уступает мощному цитотоксическому агенту колхицину. Эти результаты коррелируют с экспериментальными данными об антиопухолевых эффектах мелатонина и экстрактов шишковидной железы.
Мелатонин – гормон, образующийся не только в шишковидной железе
Количества гормона, вырабатываемого в шишковидной железе, было бы явно недостаточно для обеспечения столь значительных биологических эффектов мелатонина. Исследованиями было показано, что после удаления пинеальной железы у экспериментальных животных в крови обнаруживаются значимые количества мелатонина. После получения специфических антител к индолалкиламинам оказалось возможным найти и экстрапинеальные источники синтеза мелатонина. Ими оказались энтерохромаффинные клетки желудочно-кишечного тракта (ЕС-клетки), основные клетки-депо серотонина (содержат до 95% всего эндогенного серотонина) – предшественника мелатонина. Количество этих клеток в желудочно-кишечном тракте значительно больше, чем пинеалоцитов. Далее выяснилось, что мелатонин синтезируется не только в них! Синтез этого гормона выявлен и в большом количестве нейроэндокринных клеток воздухоносных путей, легких, под печеночной капсулой, в корковом слое почек и вдоль границы между корковым и мозговым слоем надпочечников, в параганглиях, желчном пузыре, яичниках, эндометрии, предстательной железе, плаценте и внутреннем ухе. В последние годы обнаружили синтез мелатонина и в неэндокринных клетках: в тимусе, поджелудочной железе, мозжечке, сетчатке глаза, в клетках крови – тучных клетках, лимфоцитах – естественных киллерах, тромбоцитах, эозинофильных лейкоцитах, а также в некоторых эндотелиальных клетках. Функционально все клетки, продуцирующие мелатонин, относятся к так называемой диффузной нейроэндокринной системе, универсальной системе адаптации и поддержания гомеостаза организма.
В пределах этой системы выделяют два звена мелатонинпродуцирующих клеток: центральное (включает пинеальную железу и клетки зрительной системы), в котором ритм секреции мелатонина совпадает с ритмом «свет–темнота», и периферическое – все остальные клетки, где секреция гормона не зависит от освещенности. Выдвигается предположение, что экстрапинеальный мелатонин может играть ключевую роль в качестве паракринной сигнальной молекулы взаимодействия клеток и локальной координации клеточных функций, однако полностью роль его до сих пор не ясна, поэтому исследования в этом направлении идут очень интенсивно.
Мелатонин может влиять на опухолевый рост
В ряде исследований на лабораторных животных и в системах культур опухолевых тканей было обнаружено, что мелатонин обладает антиопухолевым, онкостатическим действием. Это чрезвычайно подогрело интерес к этому гормону, и изучение его эффектов идет очень активно. Трудно сделать окончательный вывод об унитарном механизме действия мелатонина на опухолевый рост из-за его многообразных физиологических эффектов. Сюда включаются его влияния на синтез и секрецию гипофизарных и половых гормонов, модуляцию иммунного ответа на наличие опухолевых клеток и прямые цитотоксические эффекты на них как мощного эндогенного антиоксиданта. Имеются предположения, что мелатонин может усиливать экспрессию молекул адгезии и этим препятствовать росту опухоли, так как известно, что большинство злокачественных опухолей имеют нарушения в адгезии клеток и функциональных межклеточных связей. Отечественными исследователями (Т.В. Кветная, И.М. Кветной и соавт.) было показано, что у больных раком толстой кишки, желудка и легкого экскреция 6-СОМТ, метаболита мелатонина достоверно положительно коррелирует с надежным маркером пролиферативной активности опухолевых клеток – ядерным антигеном пролиферирующих клеток (PCNA). Этот показатель отражает фракцию пролиферирующих клеток и дает представление о возможной прогрессии опухоли. Высказано предположение, что определение экскреции 6-СОМТ может быть полезным в динамическом наблюдении за пациентами с заболеваниями раком этих локализаций.
Онкостатический эффект мелатонина in vitro был показан наиболее четко в опытах на культурах клеток MCF-7 рака молочной железы. Отмечалось снижение пролиферативной способности клеток и метастазирования, увеличение числа клеток, которые гибнут в форме апоптоза. Считают, что мишенью для реализации противоопухолевых эффектов мелатонина могут служить ядерные рецепторы этих клеток. Существует связь между наличием на раковых клетках рецепторов к эстрогенам и действием мелатонина: его эффект больше при наличии рецепторов, возможно, мелатонин действует как естественный антиэстроген. В опытах на грызунах было обнаружено, что воздействие постоянного освещения увеличивало частоту развития рака молочных железы и матки, а введение мелатонина в дозе 50–100 мг/сут оказывало протективный эффект на развитие опухолей, мастопатии, фолликулярных кист яичников. Эпидемиологические данные свидетельствуют, что у женщин – работников ночных смен, авиационных служащих (стюардессы, диспетчеры), операторов радио и телеграфа имеется повышенный риск развития рака молочной железы, тогда как у женщин первично слепых (т.е. имеющих световую депривацию) этот риск в 2 раза меньше.
In vitro было показано подавляющее действие мелатонина на рост клеток меланомы, хотя эффект гормона зависел от интенсивности пролиферации опухоли: рост ингибировался при умеренной, но не при высокой пролиферативной активности клеток. Эффекты мелатонина являлись дозозависимыми, но механизм онкостатического действия на настоящий момент не вполне понятен. Мелатонин подавлял также рост клеток увеальной меланомы, характеризующейся высокой степенью метастазирования, что позволяет считать его перспективным препаратом в терапии увеальной меланомы.
В экспериментах было показано ингибирующее влияние мелатонина на рост культур клеток карцином яичника, нейробластом, опухоли гортани, рака мочевого пузыря и некоторых других. Однако остается большое количество неясных вопросов по механизмам действия мелатонина, отсроченных эффектов, и исследования в этих направлениях активно продолжаются.
Влияние мелатонина на сон
Как уже было сказано, роль эпифиза и эпифизарного мелатонина в суточной и сезонной ритмике, режиме сна–бодрствования на сегодняшний день представляется несомненной. У диурнальных (дневных) животных (в том числе у человека) секреция мелатонина эпифизом совпадает с привычными часами сна. В ряде исследований было показано, что повышение уровня мелатонина не является императивным, обязательным сигналом к началу сна. У большинства испытуемых прием физиологических доз мелатонина вызывал лишь мягкий седативный эффект и снижал реактивность на обычные окружающие стимулы. В отличие от мощных «ночных» седатиков-гипнотиков бензодиазепинового ряда мелатонин не вызывает чувства невыносимой усталости и непреодолимой тяги ко сну. При достаточной мотивированности человек сможет преодолеть сомногенное действие мелатонина.
Прием «физиологических» доз мелатонина (0,1–0,3 мг) в утреннее, дневное и вечернее время приводит к увеличению его концентрации в плазме до 50–120 мг/мл, что соответствует ночному уровню гормона у взрослых здоровых людей. После приема per os 2–3 мг мелатонина его уровень в плазме оставался выше нормального в течение 3–7 ч, причем пик концентрации достигался через 60 мин. В эксперименте инфузии мелатонина в дневные часы у здоровых людей приводили к усилению сонливости. Вечерний прием небольших доз мелатонина вызывал снижение латентности и удлинение ночного периода покоя, тогда как подавление продукции мелатонина приводило к разрушению архитектуры сна. Результаты приема как больших (до 80 мг), так и более низких (1–6 мг) доз мелатонина крайне противоречивы, поэтому предпринимаются все новые исследования влияния мелатонина на структуру и качество сна.
Высказывается гипотеза, что роль мелатонина состоит в открытии так называемых ворот сна, в торможении режимов бодрствования, а не в прямом воздействии на сомногенные структуры головного мозга. По мнению физиологов-гипнологов, открытию «ворот сна» предшествует период повышенной активации человека – «запретный период» («запретная зона») для сна, которая довольно резко сменяется «открытием ворот». Есть некоторые свидетельства, что «запретная временная зона» представляет собой пик ежедневного цикла бодрствования. Начало ежевечернего увеличения секреции мелатонина приходится обычно на середину «запретного периода». По достижении его концентрации в крови, соответствующей примерно половине максимального «ночного» уровня, происходит резкий подъем «давления сна», способствующий к переходу от бодрствования ко сну.
Десинхронизация между секрецией мелатонина эпифизом и периодом сна у человека может возникнуть в случае полной слепоты, разрушения эпифиза (оперативное удаление, опухоль, кровоизлияние в эпифиз), при трансмеридианальных перелетах или сменной работе. При этом своевременное введение мелатонина может способствовать быстрому «переводу» биологических часов организма на новый ритм.
В отношении трансмеридианальных перелетов рекомендации таковы: 1) при перелетах на расстояние менее 3 часовых поясов применение мелатонина бесполезно; 2) при перелетах на 3–6 часовых поясов в восточном направлении – прием 0,2 мг мелатонина при отходе ко сну по местному времени для сдвига фазы суточного ритма «вперед»; 3) при перелетах на 3–6 часовых поясов в западном направлении – прием 0,1 мг мелатонина сразу после полуночи по местному времени, если человек в это время не спит, или же при спонтанном пробуждении в ранние утренние часы; 4) при перелетах на 7–12 часовых поясов в любом направлении мелатонин противопоказан, поскольку это может ухудшить субъективное состояние человека.
Применение мелатонина для коррекции биоритмов при сменной работе очень индивидуально, и решение зависит от характера этой работы, освещенности и особенностей личности человека. В идеале должно учитываться индивидуальное изменение концентрации мелатонина до и после приема, что можно уточнить по исследованию мочи и слюны.
В Сомнологическом центре МЗ РФ в 1998–1999 гг. А.М. Вейном, Я.И. Левиным и соавт. проводилось изучение снотворных эффектов мелатонина на качество ночного сна у пациентов с бессонницей (по 3 мг каждый вечер за 30 мин до отхода ко сну). В группе из 40 человек было определено достоверное улучшение сна в целом, в том числе наиболее значительно улучшалось засыпание. Интересно, что чем хуже были исходные субъективные показатели сна, тем сильнее положительное влияние мелатонина.
Теми же авторами был показан положительный эффект меньших доз мелатонина (1,5 мг на прием) на качество ночного сна у больных с фибромиалгиями, при этом и днем улучшалось качество тонкой моторики рук, общее самочувствие и настроение этих пациентов. У больных, перенесших инсульт, после приема мелатонина в дозе 3 мг уменьшалось время засыпания, при инверсии сна отмечалось восстановление биоритма «сон–бодрствование». Важным эффектом оказалось снижение уровня депрессии, хотя личностная и реактивная тревожность остались без изменений.
Прием мелатонина должен проводиться на фоне очень слабой освещенности (не более 50 люкс), поскольку яркий свет несовместим с его поступлением в организм. Высокая концентрация мелатонина повышает фоточувствительность рецепторов сетчатки и может провоцировать их повреждение ярким светом.
Мелатонин абсолютно нетоксичен, во всяком случае при кратковременном использовании. Но отсутствие острой токсичности даже фармакологических доз препарата (миллиграммы и даже граммы мелатонина) не гарантирует от побочных последствий длительного применения мелатонина в больших дозах. Кроме нарушения биоритма, после приема мелатонина в «неподходящее время» избыток мелатонина может теоретически привести к серьезным эндокринным нарушениям (первичный гипогонадизм у мужчин и аменорея у женщин). Дети вообще очень чувствительны к мелатонину, поэтому его применение у них требует большой осторожности. Не стоит забывать о возможных взаимодействиях мелатонина с другими медикаментами. Особую роль могут играть психотропные препараты, воздействующие на серотонинергическую и норадренергическую передачи в нервной системе, поскольку секреция мелатонина в темное время суток зависит от симпатической (норадренергической) передачи, а серотонин является его непосредственным биохимическим предшественником.
Учитывая, что снотворный эффект «физиологических» доз мелатонина (0,1–0,5 мг на прием) достаточно выражен, желательно стремиться к использованию именно таких невысоких доз препарата.
Эпифиз и мелатонин – звенья в защитной системе организма от стрессов
После экспериментов и прямых клинических наблюдений была сформулирована концепция, что эпифиз и его основной гормон мелатонин входят в защитную систему организма от всяческих неблагоприятных воздействий. Эпифиз и мелатонин играют неспецифическую роль, но эпифизарная поддержка осуществляется на всех уровнях борьбы со стрессом. Отмечается двухфазная реакция в случае длительной стрессовой ситуации: первоначальный спад эпифизарной деятельности в резистентную фазу стресса с дальнейшим резким ее подъемом. В экспериментах на крысах было показано, что мелатонин способен менять отрицательное эмоциональное состояние, демпфировать тревожность, которая провоцируется различными стрессорами, и потому модифицировать патофизиологические сдвиги, возникающие в последующем. Это было подтверждено на здоровых добровольцах: прием низких доз мелатонина снижал чувство тревоги, нормализовал ночной сон с его углублением и уменьшением числа ночных пробуждений.
Согласно многочисленным наблюдениям, гормон стабилизирует деятельность различных эдокринных систем, дезорганизованных стрессом, в том числе ликвидируя избыточный стрессовый адреналовый гиперкортицизм. Важным последствием длительных стрессов является стрессовый иммунодефицит, а мелатонин способствует нормализации иммунологических показателей. Высказывается мнение, что эпифиз играет определенную роль в противодействии химической агрессии, борьбы с различными ксенобиотиками (в том числе фармакологическими препаратами). Было обнаружено, что гиперактивность эпифиза или введение мелатонина провоцируют толерантность ко многим веществам, в первую очередь психотропным средствам. Вспомним, что одной из тяжелых пыток для человека оказывается яркий постоянный свет в помещении принудительного пребывания. Возможно, что длительное воздействие интенсивным светом, особенно в ночное время, может оказывать патогенное воздействие на организм именно из-за подавления биологического ритма синтеза мелатонина. Физиологами изучаются механизмы действия мелатонина в период стрессовых воздействий, и постепенно многие вопросы становятся все яснее. Тем не менее эти проблемы настолько сложны, что требуют дальнейших исследований и экспериментов.
Роль мелатонина в развитии заболеваний сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, влияние эпифиза и мелатонина на сезонность обострений заболеваний, изменение в репродуктивной системе женщин также привлекают большое внимание ученых, но на сегодня остается много неясного и спорного, что диктует необходимость дальнейших исследований.
Мелатонин и другие эпифизарные гормоны могут быть отнесены к числу геропротективных. Установлен параллелизм между степенью возрастной инволюции эпифиза и дряхлением тканей. Известно, что при старении снижается степень иммунологической защиты, а мелатонин, как уже неоднократно указывалось, имеет иммуномодулирующую активность.
Антиоксидантная, противоопухолевая, иммуномодулирующая, противотревожная, антидепрессивная и гипногенная активность мелатонина, нетоксичность препарата делают его очень привлекательным для использования в практике лечения большого спектра заболеваний человека, особенно в пожилом возрасте. Несомненно, что исследование мелатонина, его физиологических и фармакологических эффектов будет продолжаться, т.к. это может дать новые терапевтические возможности.