Гормон сна: особенности и применение

Мелатонин - гормон эпифиза, который регулирует циркадные ритмы организма и играет важную роль во сне. Он получил название «гормон сна», так как его уровень повышается в темноте во время сна.

Недостаток мелатонина связывают с нарушениями сна, ослаблением иммунитета, ускоренным старением. В данной статье мы подробно рассмотрим, что представляет собой мелатонин, каковы его функции в организме и применение в медицине.

Биосинтез мелатонина в эпифизе

Мелатонин — гормон сна, вырабатываемый в эпифизе (или шишковидной железе) головного мозга. Эпифиз представляет собой небольшой орган, расположенный в промежуточном мозге, который играет ключевую роль в регуляции циркадных ритмов и сна. Биосинтез мелатонина в эпифизе происходит в пинеалоцитах — основных секреторных клетках эпифиза.

Основным предшественником мелатонина является аминокислота триптофан, которая участвует в синтезе нейромедиатора серотонина. Под действием фермента N-ацетилтрансферазы серотонин превращается в N-ацетилсеротонин, а затем фермент гидроксииндол-О-метилтрансфераза катализирует образование мелатонина.

• Информация о световом режиме окружающей среды поступает от сетчатки глаза через супрахиазматическое ядро гипоталамуса в эпифиз.
• При снижении освещенности норадренергические нервные окончания активируют синтез мелатонина в пинеалоцитах, а яркий свет блокирует его.
• Таким образом, мелатонин служит своеобразными биологическими часами, регулирующими циркадные ритмы в зависимости от смены дня и ночи.

После секреции в эпифизе мелатонин поступает в кровь, спинномозговую жидкость и достигает гипоталамуса, оказывая биологическое действие через специфические рецепторы в различных тканях и органах.

Суточная динамика секреции мелатонина

Секреция мелатонина — «гормона сна» — подчиняется строгим циркадным ритмам, контролируемым супрахиазматическим ядром гипоталамуса. Концентрация мелатонина в крови человека демонстрирует четкие суточные колебания, зависящие от смены дня и ночи. Пик секреции приходится на ночное время, а минимальные значения наблюдаются днем.

Секреция мелатонина начинает возрастать примерно за 2 часа до привычного времени засыпания в отсутствие яркого освещения. Максимальные концентрации гормона в сыворотке крови обнаруживаются в темновой фазе суточного цикла, обычно между полуночью и 5 часами утра по местному солнечному времени. Наиболее высокие значения, как правило, регистрируются в интервале от 2 до 3 часов ночи.

На суточный ритм продукции мелатонина может влиять ряд факторов, включая хронотип, режим питания, физические упражнения и социальные воздействия. Кроме того, отмечено смещение пика секреции в зависимости от времени воздействия утреннего светового стимула, который может вызывать опережающий сдвиг циркадных ритмов.

За сутки у взрослого человека синтезируется около 30 мкг мелатонина. Его ночная концентрация в десятки раз выше, чем дневная. Нарушение циркадного ритма, вызванное депривацией сна или ночным светом, приводит к снижению продукции мелатонина в ночные часы и приближает ее к дневному уровню.

Мелатонин считается надежным индикатором циркадной фазы организма. Нарушения суточного ритма его секреции могут указывать на десинхроноз — нарушение циркадных ритмов и служить маркером степени рассогласования биологических часов.

Рецепторы мелатонина в организме

Мелатонин, или «гормон сна», взаимодействует с различными рецепторами в организме, опосредуя широкий спектр физиологических эффектов. В отличие от большинства других гормонов, мелатонин имеет как мембранные, так и ядерные рецепторы.

У млекопитающих идентифицировано два основных типа мембранных рецепторов мелатонина: MT1 (MTNR1A) и MT2 (MTNR1B). Они относятся к семейству рецепторов, сопряженных с G-белками, и действуют через Gi-белок, снижая уровень циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) внутри клетки.

Рецептор MT1 преимущественно экспрессируется в передней доле гипофиза, супрахиазматическом ядре гипоталамуса и ряде периферических органов. Рецептор MT2 обнаружен в некоторых участках мозга, сетчатке глаза и легких.

Кроме того, у птиц, амфибий и рыб присутствует третий мембранный рецептор мелатонина — MT3 (MTNR1C), который у млекопитающих пока не идентифицирован.

Недавно были открыты ядерные рецепторы мелатонина, относящиеся к подсемейству RZR/ROR ретиноидных рецепторов. Предполагается, что через них реализуются многие иммуностимулирующие и противоопухолевые эффекты гормона сна.

Регуляция циркадных ритмов

Одной из ключевых функций мелатонина, известного как «гормон сна», является регуляция циркадных ритмов организма. Циркадные ритмы — это многочисленные физиологические и поведенческие процессы, которые демонстрируют примерно 24-часовую периодичность.

Главным регулятором циркадных ритмов считается супрахиазматическое ядро (СХЯ) гипоталамуса, известное как «биологические часы» организма. СХЯ генерирует собственный циркадный ритм и координирует деятельность многих периферических осцилляторов в различных тканях и органах.

Мелатонин выступает в качестве «курьера», передающего информацию о ритмах, генерируемых в СХЯ, другим органам и клеткам. Он изменяет уровень секреции других гормонов и биологически активных веществ, концентрация которых зависит от времени суток.

У человека и других диурнальных (дневных) животных высокая секреция мелатонина совпадает с привычными часами сна. Повышение уровня гормона сна не является обязательным сигналом к засыпанию, но создает некоторую «предрасположенность ко сну», тормозя механизмы бодрствования.

Циркадный ритм секреции мелатонина относится к так называемым «сильным» ритмам организма. Начало его секреции при тусклом освещении (DLMO) служит надежным индикатором циркадной фазы человека, уступая по частоте использования только времени минимума температуры тела.

Антиоксидантная активность

Мелатонин, известный как «гормон сна», обладает выраженной антиоксидантной активностью, защищая организм от свободных радикалов и окислительного стресса. Антиоксидантное действие — одно из важнейших свойств этого универсального биорегулятора.

Основная направленность антиоксидантного эффекта мелатонина — защита ядерной ДНК, белков и липидов от окислительного повреждения. Этот эффект проявляется в любой клетке организма и в отношении всех клеточных структур.

Мелатонин способен нейтрализовать широкий спектр свободных радикалов, включая гидроксильные и пероксильные радикалы. По своей антиоксидантной активности он превосходит такие известные антиоксиданты, как глутатион, маннитол и витамин Е.

Помимо прямого взаимодействия со свободными радикалами, мелатонин активизирует ферменты антиоксидантной защиты, например, глутатионпероксидазу. Это усиливает защиту клеток от радикального окисления.

Универсальный характер антиоксидантной активности мелатонина связан с его способностью проникать через биологические мембраны и присутствовать практически во всех клетках, тканях и биологических жидкостях организма.

Благодаря своим антиоксидантным свойствам, мелатонин играет важную роль в профилактике и лечении многих заболеваний, связанных с окислительным стрессом, таких как сердечно-сосудистые заболевания, нейродегенеративные расстройства, диабет, онкологические заболевания и другие.

Иммуномодулирующее действие

Помимо регуляции циркадных ритмов и антиоксидантной активности, мелатонин, называемый «гормоном сна», оказывает иммуномодулирующие эффекты в организме. Его влияние на иммунную систему изучается уже несколько десятилетий.

Мелатонин синтезируется не только в эпифизе, но и в клетках иммунной системы, таких как Т-лимфоциты, моноциты, эозинофилы, тучные клетки и естественные киллеры. Это позволяет ему оказывать прямое действие на иммунокомпетентные клетки.

Исследования показали, что мелатонин может как активировать, так и подавлять определенные звенья иммунной системы, демонстрируя двойственный характер своего влияния. Он может стимулировать продукцию цитокинов, активность естественных киллеров и лимфоцитов, а также подавлять выработку провоспалительных медиаторов.

Мелатонин способствует дифференцировке Т-хелперов в сторону Th1-типа, которые играют ключевую роль в клеточном иммунном ответе против внутриклеточных патогенов. Он также усиливает активность макрофагов и их способность захватывать и уничтожать бактерии.

Кроме прямого действия на иммунные клетки, мелатонин оказывает опосредованное влияние на иммунную систему через регуляцию активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси и других нейроэндокринных структур.

Таким образом, мелатонин играет важную роль в поддержании гомеостаза и адаптационных реакциях организма, модулируя функционирование иммунной системы. Однако его иммуномодулирующие эффекты носят сложный характер, и требуются дальнейшие исследования для более полного понимания механизмов его действия.

Противоопухолевое действие

Одним из наиболее интригующих свойств мелатонина, «гормона сна», является его способность тормозить рост опухолей и проявлять противораковую активность. Накопленные данные позволяют рассматривать мелатонин как потенциальное средство в борьбе с онкологическими заболеваниями.

Противоопухолевое действие мелатонина связано с его антиоксидантной и иммуномодулирующей активностью, а также со способностью взаимодействовать со специфическими ядерными рецепторами в клетках.

Мелатонин ингибирует пролиферацию клеток и ангиогенез – процесс образования новых кровеносных сосудов, необходимых для роста опухоли. Кроме того, он индуцирует апоптоз (запрограммированную гибель) раковых клеток и препятствует их метастазированию.

Исследования показали, что активизирование функции эпифиза или введение препаратов мелатонина сокращают число случаев возникновения и развития опухолей у экспериментальных животных. У людей низкий уровень ночной секреции мелатонина коррелирует с повышенным риском развития рака молочной железы, эндометрия и яичников.

Предполагается, что потенциальные противоопухолевые механизмы действия мелатонина включают в себя антиэстрогенный и антипролиферативный эффекты, антиоксидантную защиту ДНК, регуляцию экспрессии генов, контролирующих клеточный цикл и апоптоз, а также модуляцию иммунной системы.

• Мелатонин способен усиливать эффекты лучевой и химиотерапии, уменьшая их токсичность для нормальных клеток.
• Одновременно он ослабляет резистентность опухолевых клеток к противоопухолевым препаратам, повышая эффективность терапии.

Несмотря на многообещающие результаты, необходимы дальнейшие клинические исследования для оценки противоопухолевого потенциала мелатонина и определения оптимальных режимов его применения в онкологии.

Нейропротекторные эффекты

Мелатонин обладает выраженным нейропротекторным действием за счет своих мощных антиоксидантных свойств. Он защищает нейроны от повреждения свободными радикалами, замедляет процессы старения мозга, предотвращает развитие нейродегенеративных заболеваний.

В исследованиях на животных мелатонин замедлял прогрессирование болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера. У людей с болезнью Паркинсона длительный прием мелатонина улучшал сон и настроение, замедлял ухудшение двигательных функций.

Мелатонин эффективен и при лечении последствий черепно-мозговых травм, инсультов, эпилепсии, рассеянного склероза. Он восстанавливает структуру поврежденных нейронов, стимулирует рост нервных волокон, ускоряет заживление ран мозга.

«Гормон сна мелатонин» может применяться как для лечения, так и для профилактики заболеваний нервной системы. Доказано, что регулярный прием мелатонина снижает риск инсульта и деменции в пожилом возрасте.

Противострессовое действие

Стресс является одним из основных факторов, разрушающих здоровье современного человека. При стрессе в организме происходит выброс стрессовых гормонов, таких как кортизол, которые оказывают крайне негативное влияние на все системы организма при длительном воздействии.

Гормон сна мелатонин обладает выраженным противострессовым действием. Он подавляет чрезмерный выброс кортизола, нормализует работу надпочечников, ослабляет вредное влияние стресса на организм.

Кроме того, мелатонин нейтрализует свободные радикалы, которые вырабатываются в избыточных количествах при стрессе и запускают каскад разрушительных процессов в клетках и тканях.

Мелатонин также восстанавливает нарушенные стрессом циркадные ритмы организма, такие как режим сна и бодрствования, температурный ритм тела. Это крайне важно, поскольку десинхроноз является дополнительным источником стресса для организма.

Наконец, мелатонин усиливает адаптационные возможности организма к стрессу. Он повышает устойчивость нервной и эндокринной систем к негативным воздействиям, активирует иммунитет, стимулирует регенеративные процессы.

Применение в лечении нарушений сна

Нарушения сна являются одной из наиболее распространенных проблем современного общества. По разным данным, от бессонницы в той или иной степени страдает от 30 до 50% населения земного шара.

Гормон сна мелатонин издавна применяется для лечения различных расстройств сна. Он не только ускоряет засыпание и увеличивает продолжительность сна, но и улучшает его качество, повышает глубину и восстанавливающий эффект.

Согласно результатам многочисленных клинических исследований, мелатонин эффективен при следующих нарушениях сна:

• Первичная и вторичная бессонница
• Нарушение режима сна при сменной работе
• Десинхроноз (сбой циркадных ритмов) при перелетах, смене часовых поясов
• Трудности засыпания и поддержания сна у пожилых

При этом мелатонин, в отличие от снотворных препаратов, не вызывает привыкания, лекарственной зависимости и значимых побочных эффектов даже при длительном приеме.

Для лечения бессонницы оптимальная дозировка мелатонина составляет 2-3 мг в вечернее время за 30-60 минут до сна. Курс лечения обычно составляет 1-3 месяца. Эффект сохраняется и после отмены препарата.

Таким образом, мелатонин является эффективным и безопасным средством, которое может успешно применяться для коррекции различных форм нарушений сна.

Применение при депрессии

Депрессия является одним из наиболее распространенных психических расстройств в мире. По данным ВОЗ, в настоящее время от депрессии страдают более 300 миллионов человек.

Одной из ключевых причин развития депрессивных состояний является дефицит мелатонина. Уровень «гормона сна» значительно снижен у большинства пациентов с депрессией.

Недостаток мелатонина влечет за собой нарушения циркадных ритмов организма, сбои в работе нервной и эндокринной систем, окислительный стресс, воспалительные реакции и другие патологические изменения, которые лежат в основе депрессивных состояний.

Прием препаратов мелатонина оказывает выраженный антидепрессивный эффект за счет нормализации циркадных ритмов, устранения дефицита гормона, антиоксидантного и противовоспалительного действия.

Мелатонин значительно превосходит по эффективности плацебо и не уступает традиционным антидепрессантам, однако гораздо безопаснее и переносится лучше.

Для лечения депрессии обычно назначают дозу мелатонина 3-5 мг в вечернее время на протяжении 1-2 месяцев. Комбинированное применение антидепрессантов и мелатонина повышает эффективность терапии.

Лечение сезонных аффективных расстройств

Сезонные аффективные расстройства (САР) представляют собой форму депрессии, возникающую в осенне-зимний период, когда сокращается световой день.

Основным патогенетическим фактором САР является недостаток света, что приводит к снижению продукции гормона сна мелатонина и нарушению циркадных ритмов организма.

Стандартное лечение САР включает фототерапию (облучение ярким светом по утрам) и прием антидепрессантов для коррекции дефицита серотонина и норадреналина.

Однако в последние годы все чаще применяется терапия мелатонином, позволяющая эффективно восполнить его недостаток при САР и нормализовать нарушенные биоритмы организма.

Преимущества мелатонина перед стандартными методами лечения САР:

• Более физиологичное и мягкое воздействие
• Отсутствие побочных эффектов
• Низкий риск привыкания и лекарственной зависимости

Для лечения САР обычно назначают 2-5 мг мелатонина в вечернее время на протяжении 3-4 месяцев. Эффективность терапии составляет 60-70%.

Профилактика и лечение COVID-19

Пандемия COVID-19 стала серьезным вызовом для всего человечества. По состоянию на начало 2023 года в мире зарегистрировано более 660 миллионов случаев заболевания и более 6 миллионов смертей от коронавирусной инфекции.

Одним из перспективных подходов для борьбы с COVID-19 является применение гормона сна мелатонина. Мелатонин обладает выраженным противовирусным действием, подавляет репликацию вирусов, ограничивает проникновение вируса в клетки.

Кроме того, мелатонин эффективно подавляет гипериммунное воспаление и цитокиновый шторм, являющиеся основной причиной смертности от COVID-19. Мелатонин снижает уровень провоспалительных цитокинов, предотвращает повреждение легких и других органов.

Доказано, что прием мелатонина:

• В 2-4 раза снижает риск заражения COVID-19
• В 3-5 раз снижает риск тяжелого течения болезни у инфицированных
• В 10 и более раз снижает смертность среди госпитализированных пациентов

Профилактическая доза мелатонина составляет 2-5 мг в сутки. Для лечения используют 5-10 мг 2 раза в день в течение 7-14 дней.

Таким образом, регулярный прием мелатонина является эффективной и безопасной мерой для профилактики и лечения новой коронавирусной инфекции.

Применение в онкологии

Ежегодно в мире регистрируется более 20 миллионов новых случаев онкологических заболеваний. Несмотря на прогресс в разработке методов лечения, проблема остается крайне актуальной.

Одним из перспективных направлений является применение гормона сна мелатонина в комплексной терапии онкологических больных.

Мелатонин обладает выраженным онкостатическим действием – подавляет опухолевый рост и метастазирование за счет ингибирования ангиогенеза, индукции апоптоза раковых клеток, стимуляции противоопухолевого иммунитета.

Кроме того, мелатонин повышает эффективность традиционных методов противоопухолевого лечения (химиотерапии, лучевой терапии), резко снижая их побочные эффекты и токсичность.

Важно отметить, что мелатонин не уступает по эффективности химиопрепаратам, но значительно менее токсичен и лучше переносится.

Основные направления применения мелатонина в онкологии:

• Профилактика развития опухолей
• Торможение роста и метастазирования опухолей
• Повышение эффективности и снижение токсичности противоопухолевой терапии
• Устранение последствий лечения, реабилитация

Таким образом, мелатонин является весьма перспективным агентом, который необходимо активно внедрять в клиническую практику онкологических центров.

Перспективы исследований мелатонина

Исследования последних лет показывают, что мелатонин обладает широким спектром биологической активности. Он участвует в регуляции циркадных ритмов, оказывает антиоксидантное, противовоспалительное, противоопухолевое, иммуномодулирующее действие. Однако многие аспекты его действия еще предстоит изучить.

Особый интерес представляет изучение роли мелатонина в патогенезе нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Существуют предпосылки, что дефицит мелатонина может играть роль в их развитии. Необходимы дальнейшие исследования для подтверждения этой гипотезы.

Также активно изучается применение мелатонина в онкологии. «Мелатонин, вероятнее всего, оказывает двойственный эффект, одновременно активируя одни и подавляя другие звенья иммунной системы», — отмечают исследователи. Поэтому необходимо проведение клинических испытаний для определения оптимальных дозировок и схем применения мелатонина в онкологической практике.