Шишковидная железа и мелатонин

Original:http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/endocrine/otherendo/pineal.html

Шишковидная железа или эпифиз синтезирует и выделяет мелатонин, структурно простой гормон, который передает информацию об экологическом освещении в различные части тела. В конечном счете, мелатонин обладает способностью увлекать биологические ритмы и оказывает важное влияние на репродуктивную функцию многих животных. Легко трансдуцирующая способность шишковидной железы заставила некоторых назвать шишковидную «третьим глазом».

Анатомия шишковидной железы

Шишковидная железа представляет собой небольшой орган, подобный сосновому конусу (отсюда и название). Он расположен на средней линии, прикрепленной к заднему концу крыши третьего желудочка в головном мозге. Шишковидная разновидность варьируется в зависимости от вида; у людей он составляет примерно 1 см в длину, тогда как у собак длина всего около 1 мм. Чтобы наблюдать за шишковидной мышцей, отразите полушарий головного мозга в поперечном направлении и найдите небольшой сероватый выступ перед мозжечком. На рисунках ниже показана шишковидная железа лошади по отношению к мозгу.

Гистологически шишковидная структура состоит из «шишковидных» и глиальных клеток. У пожилых животных шишковидный часто содержит отложения кальция («мозговой песок»).

How does the retina transmit information about light-dark exposure to the pineal gland? Легкое воздействие сетчатки сначала передается на супрахиазматическое ядро гипоталамуса, область мозга, хорошо известную для координации сигналов биологических часов. Волокна гипоталамуса спускаются к спинному мозгу и в конечном итоге проецируются в верхние шейные ганглии, из которых после ганглиозные нейроны восходят к шишковидной железе. Таким образом, шишковидная оболочка похожа на надпочечный мозговой мозг в том смысле, что она трансформирует сигналы из симпатической нервной системы в гормональный сигнал.

Мелатонин: синтез, секреция и рецепторы

Предшественником мелатонина является серотонин, нейротрансмиттер, который сам по себе происходит от триптофана аминокислоты. Внутри шишковидной железы серотонин ацетилируют и затем метилируют с получением мелатонина.

Синтез и секреция мелатонина резко зависит от воздействия света на глаза. Наблюдаемая фундаментальная закономерность заключается в том, что концентрации мелатонина в сыворотке низки в дневное время и увеличиваются до максимума во время темноты.

Примеры циркадного ритма в секреции мелатонина у людей изображены на рисунке справа (адаптировано из Vaughn, et al., J Clin Endo Metab 42: 752, 1976). Темно-серые полосы представляют ночь, а уровни мелатонина в сыворотке показаны для двух особей (желтого или светло-голубого). Обратите внимание, что уровень мелатонина в крови практически не обнаруживается в дневное время, но резко возрастает во время темноты. Очень похожие образцы встречаются и у других видов.Продолжительность секреции мелатонина каждый день прямо пропорциональна длительности ночи.

Механизм этой схемы секреции в течение темного цикла заключается в том, что активность ограничивающего скорость фермента в синтезе мелатонина – N-ацетилтрансфераза серотонина (NAT) – низка при дневном свете и пиках во время темной фазы. У некоторых видов циркадные изменения активности NAT тесно коррелируют с транскрипцией РНК-носителей NAT, в то время как у других видов ответственна посттранскрипционная регуляция активности NAT. Активность другого фермента, участвующего в синтезе мелатонина из серотонина – метилтрансферазы, не проявляет регуляции по структуре светового воздействия.

Два рецептора мелатонина были идентифицированы у млекопитающих (обозначенные Mel1A и Mel1B), которые дифференциально экспрессируются в разных тканях и, вероятно, участвуют в реализации различных биологических эффектов. Это рецепторы клеточной поверхности, связанные с белком G. Наибольшая плотность рецепторов была обнаружена в супрахиазматическом ядре гипоталамуса, переднем гипофизе (преимущественно pars tuberalis) и сетчатке. Рецепторы также встречаются в нескольких других областях мозга.

Биологические эффекты мелатонина

Мелатонин имеет важные эффекты в интеграции фотопериода и влиянии на циркадные ритмы. Следовательно, как сообщается, оно оказывает значительное влияние на воспроизводство, циклы сна и другие явления, свидетельствующие о циркадном ритме.

Эффекты на репродуктивную функцию

Сезонные изменения продолжительности дня оказывают огромное влияние на размножение у многих видов, а мелатонин является ключевым игроком в контроле над такими событиями. В умеренном климате животные, такие как хомяки, лошади и овцы, имеют разный сезон размножения. В течение не размножающегося сезона гонады становятся неактивными (например, мужчины не могут производить сперму в любом количестве), но по мере приближения сезона размножения гонады должны быть омолаживаемы. Фотопериод – длительность дня против ночи – самый важный сигнал, позволяющий животным определить, в каком сезоне он находится. Как вы уже догадались, шишковидная железа способна измерять продолжительность дня и соответственно регулировать секрецию мелатонина. Хомяк без шишковидной железы или с поражением, препятствующий получению фотоновости, не может подготовиться к сезону размножения.

Эффект мелатонина на репродуктивные системы можно обобщить, сказав, что он является антигонотропным. Другими словами, мелатонин ингибирует секрецию гонадотропных гормонов лютеинизирующего гормона и фолликулостимулирующего гормона из передней доли гипофиза. Большая часть этого ингибирующего эффекта возникает из-за ингибирования гонадотропин-высвобождающего гормона из гипоталамуса, что необходимо для секреции передних гипофизарных гормонов.

One practical application of melatonin’s role in controlling seasonal reproduction is found in its use to artificially manipulate cycles in seasonal breeders. For example, sheep that normally breed only once per year can be induced to have two breeding seasons by treatment with melatonin.

Влияние на сон и активность

Мелатонин, вероятно, не является основным регулятором нормального сна, но, несомненно, имеет некоторый эффект. Одной из тем, которая вызвала большой интерес, является использование только мелатонина или в сочетании с фототерапией для лечения расстройств сна. Существует некоторое указание на то, что уровни мелатонина ниже у пожилых бессонниц по сравнению с несоответствующими возрасту бессоницами, а терапия мелатонина в таких случаях проявляется скромно полезной для исправления проблемы.

Другое расстройство сна наблюдается у сменщиков, которым часто трудно приспосабливаться к работе в ночное время и спать в течение дня. Полезность терапии мелатонина для облегчения этой проблемы неоднозначна и, по-видимому, не столь эффективна, как фототерапия. Еще одним условием, связанным с нарушением циркадных ритмов, является реактивное отставание. В этом случае неоднократно демонстрировалось, что прием мелатонина вблизи целевого времени сна назначения может облегчить симптомы; это имеет наибольший положительный эффект, когда предсказано, что задержка лайнера будет наихудшей (например, пересечение многих часовых поясов).

Было показано, что у различных видов, включая людей, снижение активности двигательного аппарата, индуцирование усталости и снижение температуры тела, особенно при высоких дозах. Влияние на температуру тела может играть значительную роль в способности мелатонина увлекать циклы сна, как у пациентов с реактивной задержкой.

Другие эффекты мелатонина

Один из первых экспериментов, проведенных для выяснения функции шишковидной железы, экстрактов шишковидных желез у крупного рогатого скота был добавлен в воду, содержащую головастиков. Интересно, что головастики реагировали, становясь очень светлыми или почти прозрачными из-за изменений в распределении пигментов меланина. Хотя такие кожные эффекты мелатонина проявляются во множестве «низших видов», гормон не оказывает такого эффекта у млекопитающих или птиц.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *