Функции и строение эпифиза, роль в выработке мелатонина
Эпифиз, или шишковидное тело, - небольшая эндокринная железа, расположенная в центре головного мозга. Несмотря на свои скромные размеры, эпифиз играет важную роль в регуляции многих физиологических функций организма. Основная функция эпифиза - синтез гормона мелатонина, регулирующего циркадные (суточные) биоритмы.
В данной статье мы подробно рассмотрим строение и физиологию эпифиза, его роль в выработке мелатонина и регуляции циркадных ритмов организма.
Анатомия и гистология эпифиза
Эпифиз представляет собой небольшое образование размером около 1 см, расположенное в центральной части головного мозга над таламусом. Он состоит из двух долей, разделенных соединительнотканной перегородкой. Эпифиз окружен оболочками мозга и кровеносными сосудами. Его основными клетками являются пинеалоциты, которые вырабатывают гормоны.
Из клеток эпифиза наиболее многочисленны пинеалоциты (около 50-60%). Они имеют разветвленные отростки, богаты липидными включениями и рибосомами. Также в эпифизе есть астроциты, олигодендроциты, микроглия и другие вспомогательные клетки.
Кроме того, в структуре железы выделяют сосудистое сплетение, нервные окончания и соединительнотканную строму с коллагеновыми и ретикулиновыми волокнами. Таким образом, эпифиз имеет типичное строение эндокринного органа, приспособленного для синтеза и секреции биологически активных веществ.
Связь эпифиза с гипоталамусом и роль света
Эпифиз тесно связан с гипоталамусом, в частности с его супрахиазматическим ядром, которое является основным «внутренним часами» организма. Именно гипоталамус контролирует циркадные (суточные) ритмы физиологических функций.
Супрахиазматическое ядро получает информацию о световом режиме по зрительному тракту от сетчатки глаз, а затем передает сигналы в эпифиз по симпатическим нервным волокнам. Так свет косвенно регулирует функцию эпифиза.
При темноте активность симпатических нервов, иннервирующих эпифиз, повышается. Это приводит к усилению синтеза и высвобождения из эпифиза мелатонина – основного гормона этой железы. Свет, наоборот, тормозит активность эпифиза.
Таким образом, одна из важнейших функций эпифиза – реагировать на изменения освещенности и соответственно регулировать циркадные ритмы в организме с помощью мелатонина.
Биосинтез и секреция мелатонина
Основные этапы биосинтеза мелатонина в эпифизе следующие. Из аминокислоты триптофана с участием ферментов образуется серотонин. Далее под действием ферментов гидроксиндол-О-метилтрансферазы и ацетилсеротонин-О-метилтрансферазы серотонин последовательно превращается в N-ацетилсеротонин и мелатонин.
Скорость синтеза и высвобождения мелатонина регулируется норадреналином, выделяемым окончаниями симпатических нервов в эпифизе. Норадреналин стимулирует активность ферментов биосинтеза мелатонина.
Таким образом, одна из важнейших функций эпифиза – синтезировать и выделять в кровоток мелатонин, уровень которого меняется в течение суток под контролем освещенности. Этот гормон играет ключевую роль в регуляции циркадных ритмов физиологических функций.
Регуляция циркадных ритмов мелатонином
Одна из основных функций мелатонина - регуляция циркадных (околосуточных) ритмов различных физиологических процессов в организме человека.
Уровень мелатонина в крови имеет четкий циркадный ритм: начинает повышаться вечером, достигает пика около полуночи, а к утру снижается до минимальных значений. Такой ритм секреции задается эпифизом под влиянием освещенности с помощью гипоталамо-гипофизарной системы.
Повышение уровня мелатонина в крови в вечерне-ночное время вызывает сонливость, снижение температуры тела и другие изменения, характерные для периода отдыха.
Наоборот, пониженные концентрации мелатонина днем обеспечивают бодрствование, активность и повышение работоспособности. Так мелатонин помогает организму отслеживать смену дня и ночи и оптимально распределять цикл «сон - бодрствование».
Кроме того, мелатонин синхронизирует ритмы выработки других гормонов (например, кортизола), циклы пищеварения, температурную регуляцию и многое другое с суточным циклом.
Влияние мелатонина на другие гормоны и физиологические функции
Помимо регуляции суточных ритмов, мелатонин оказывает разнообразные эффекты на многие физиологические функции организма.
В частности, мелатонин может влиять на репродуктивную функцию, тормозя выработку гонадотропных гормонов гипофизом. Он также способен модулировать секрецию гормона роста, пролактина, тиреоидных гормонов.
Кроме того, мелатонин обладает антиоксидантными свойствами, стимулирует иммунитет, участвует в регуляции артериального давления, влияет на процессы клеточной пролиферации и апоптоза.
Таким образом, функции мелатонина многообразны и затрагивают регуляцию многих важнейших систем организма. Однако в большинстве случаев механизмы действия мелатонина изучены недостаточно полно.
Клиническое значение эпифиза и мелатонина
Нарушения функции эпифиза и обмена мелатонина связаны с различными заболеваниями и патологическими состояниями.
Например, при болезни Альцгеймера отмечается снижение уровня мелатонина в крови, что может быть одной из причин нарушения сна и циркадных ритмов у таких больных. Препараты мелатонина в некоторых случаях способны улучшить состояние пациентов с болезнью Альцгеймера.
У людей с нервно-психическими расстройствами, такими как депрессия, шизофрения и биполярное аффективное расстройство, часто регистрируют нарушение циркадных ритмов выработки мелатонина, что может быть одним из патогенетических факторов этих заболеваний.
Сбои в функции эпифиза и обмене мелатонина отмечаются при метаболическом синдроме, сахарном диабете 2 типа, ожирении. Это проявляется в виде нарушения циркадных ритмов различных гормонов и метаболитов.
Помимо этого, с возрастом выработка мелатонина эпифизом снижается, что является одной из причин нарушений сна, когнитивных функций и других процессов у пожилых людей. Применение препаратов мелатонина может частично компенсировать его дефицит.