Выработка мелатонина в мозгу зависит от этой крошечной железы
Глубоко в мозгу находится крошечная шишковидная железа, орган, вырабатывающий в организме мелатонин, влиятельный гормон, который помогает регулировать сон и бодрствование, а также циркадные ритмы, оказывающие широкое влияние на здоровье. Узнайте больше об анатомии, расположении и функциях шишковидной железы, а также о том, как она влияет на сон, влияет на сезонное размножение животных и на нее могут влиять определенные опухоли головного мозга.
Анатомия
Шишковидная железа (или шишковидное тело) представляет собой небольшой орган в форме сосновой шишки, который находится в крыше третьего желудочка, глубоко в головном мозге. Вскрытие показало, что средний размер шишковидной железы подобен размеру рисового зерна. Желудочки представляют собой заполненные жидкостью пространства, а третий желудочек простирается от больших боковых желудочков до узкого водопровода головного мозга, проходя между двумя половинами части мозга, называемой промежуточным мозгом..
Он расположен в области, называемой эпиталамусом, сразу за таламусом и над мозжечком, в задней части мозга, рядом со стволом мозга. Существует небольшое заполненное жидкостью углубление в шишковидной железе, выступающее в ножку шишковидного тела, что позволяет вырабатываемым ею гормонам легче распространяться по всему мозгу.
Структура
Клетки, из которых состоит ткань шишковидной железы человека и других млекопитающих, включают пинеалоциты, вырабатывающие гормоны, и вспомогательные интерстициальные клетки. Нервные клетки или нейроны могут влиять на пинеалоциты, выделяя определенные химические вещества, называемые нейротрансмиттерами. Нервные волокна достигают железы через шишковидный стебель и содержат много веществ, в том числе:
- ГАМК
- Орексин
- Серотонин
- Гистамин
- Окситоцин
- Вазопрессин
Клетки пинеалоцитов имеют рецепторы для всех этих нейротрансмиттеров, что предполагает влияние этих других химических веществ, которые распространены в мозге.
У людей и других млекопитающих это влияние распространяется за пределы головного мозга на совокупность нейронов, расположенных в симпатических верхних шейных ганглиях и парасимпатических клиновидно-небных и слуховых ганглиях. Эта связь представляет собой реле от шишковидной железы к супрахиазматическому ядру (СХЯ), расположенному в гипоталамусе.
СХЯ имеет жизненно важное значение, потому что это основной кардиостимулятор циркадных ритмов в организме, на который влияет восприятие света, обнаруживаемое сетчаткой и посылаемое по ретино-гипоталамическому тракту.
Функция
Важнейшей функцией шишковидной железы является выработка мелатонина. Мелатонин синтезируется из молекул нейротрансмиттера серотонина. После образования он выделяется из шишковидной железы. Он оказывает важное влияние на циркадный ритм, включая влияние на сон и возможное влияние на сезонное размножение животных.
В шишковидной железе серотонин (получаемый из аминокислоты под названием триптофан) претерпевает трансформацию, когда к мелатонину добавляются ацетильная группа, а затем метильная группа. Это достигается с помощью двух ферментов: серотонин-N-ацетилтрансферазы и гидроксииндол-О-метилтрансферазы. Производство мелатонина нарушается при воздействии света.
Как свет влияет на выработку мелатонина в шишковидной железе? Чтобы ответить на этот вопрос, важно понять, как свет вообще влияет на циркадные ритмы организма.
От латинского слова «около дня» слово «циркадный» относится к многочисленным физиологическим процессам, которые связаны со временем света и темноты. Хотя этот циркадный ритм включает сон и бодрствование, он, вероятно, распространяется на выброс гормонов, использование энергии для оптимизации метаболизма и координацию взаимосвязанных систем организма..
Свет, проходящий через сетчатку глаза, активирует специфические рецепторы, называемые внутренне светочувствительными ганглиозными клетками сетчатки (ipRGC). Эти клетки содержат фотопигмент меланопсин. Отсюда сигнал передается от глаз к шишковидной железе.
Во-первых, сообщение передается по ретино-гипоталамическому тракту, который простирается от клеток сетчатки до СХЯ в переднем гипоталамусе головного мозга. Затем паравентрикулярное ядро гипоталамуса посылает сигнал к преганглионарным симпатическим нейронам в спинном мозге, к верхнему шейному ганглию и, наконец, к шишковидной железе.
Шишковидная железа затем может изменять выработку мелатонина в зависимости от количества света, воспринимаемого глазами. Это привело к тому, что шишковидную железу стали называть «третьим глазом» тела из-за ее способности реагировать на восприятие света.
Когда вырабатывается мелатонин, он не выбрасывается в вакуум, чтобы делать то, что ему вздумается. Как и во многих процессах в организме, существует баланс, который сохраняется. Этот баланс называется гомеостазом. Когда шишковидная железа секретирует мелатонин, это возвращается через действие на рецепторы мелатонина MT1 и MT2 в SCN. Это взаимодействие влияет на контроль циркадной системы в организме с более широкими последствиями для потенциального заболевания.
Есть несколько других любопытных эффектов мелатонина, которые до конца не изучены у людей. Известно, что в моделях на животных мелатонин может снижать секрецию гонадотропин-высвобождающего гормона (ГнРГ) гипоталамусом. Это может оказывать угнетающее действие на репродуктивные функции. У млекопитающих это может замедлить созревание сперматозоидов и яйцеклеток и снизить функцию репродуктивных органов.
Теоретически это может повлиять на сезонные репродуктивные функции некоторых животных. Когда в зимние месяцы ночи длиннее и доступ к пище может быть ограничен, усиление темноты может привести к повышению уровня мелатонина и снижению фертильности. Это может снизить вероятность появления у некоторых видов животных детенышей, которые могут не пережить неурожайные зимние времена. Значение этого, особенно среди людей, неизвестно.
Тем не менее, рекомендуется соблюдать осторожность при использовании дополнительного мелатонина (который является единственным нерегулируемым гормоном, доступным для покупки без рецепта в Соединенных Штатах) у беременных женщин и детей. Высвобождение мелатонина шишковидной железой может играть роль в сроках полового созревания человека. Уровень мелатонина немного снижается в период полового созревания, а опухоли шишковидной железы, которые устраняют выработку мелатонина, вызывают преждевременное половое созревание у маленьких детей.
Наконец, мелатонин, вырабатываемый шишковидной железой, является очень эффективным антиоксидантом. Он может защищать нейроны центральной нервной системы от свободных радикалов, таких как оксид азота или перекись водорода. Эти химические вещества образуются в активных нервных тканях. Свободные радикалы могут увеличить риск повреждения и дисфункции тканей, включая риск медицинских проблем, таких как рак и нейродегенеративные заболевания.
Также известно, что выработка мелатонина снижается при естественном старении, и вопрос о том, как это усугубляет заболевание, все еще изучается.
Сопутствующие состояния
Шишковидная железа и выработка ею мелатонина играют центральную роль в нарушениях циркадных ритмов, влияющих на сон. Например, это может усугубить бессонницу при синдроме отсроченной фазы сна. Это также может играть роль в сезонном аффективном расстройстве, иногда известном как зимняя депрессия. Кроме того, когда шишковидная железа поражена опухолями, последствия могут привести к операции на головном мозге.
Нарушения циркадианного ритма
Эти состояния возникают, когда синхронность между моделями бодрствования и сна не соответствует общественным нормам или естественному ритму света и темноты. Характеризуется нерегулярным временем отхода ко сну и пробуждений, пострадавший будет испытывать бессонницу и сонливость в неподходящее время. Циркадные расстройства сна включают:
- Синдром задержки фазы сна: полуночники, которые с трудом засыпают и рано просыпаются
- Синдром продвинутой фазы сна: Характеризуется ранним засыпанием и ранним утренним пробуждением
- Свободный или не-24: Чаще всего встречается у слепых людей без светоощущения, время сна может постепенно сдвигаться в течение недель или месяцев
- Нерегулярный ритм сна-бодрствования: более короткие интервалы сна в течение 24-часового дня, а не продолжительный период ночного сна
Как можно сбить время сна? В конечном счете, это может зависеть от личной точки зрения, на которую в значительной степени влияет социальный контекст. Нужно быть осторожным, чтобы не называть нормальные вариации физиологических паттернов болезнью. При наличии значительной социальной и профессиональной дисфункции (включая пропуски занятий в школе или на работе) лечение может быть целесообразным. К счастью, для тех, чей нерегулярный сон не имеет последствий, за медицинской помощью обычно не обращаются.
Сезонное аффективное расстройство (САР)
Из-за продолжительной ночной темноты, которая наблюдается в зимние месяцы в северном полушарии, может возникнуть сезонное аффективное расстройство. Это состояние, также известное как зимняя депрессия, может быть связано с другими симптомами, включая снижение физической активности и увеличение веса.
Может быть полезна фототерапия с искусственным освещением из светового короба или светотерапевтических очков. Обычно свет включается утром, но важно следовать указаниям медицинского работника.
Опухоли шишковидной железы
Рак может редко поражать шишковидную железу. На самом деле в шишковидной железе встречается менее 1% опухолей головного мозга, но здесь обнаруживают 3-8% опухолей головного мозга у детей. Как правило, опухоли шишковидной железы чаще встречаются у молодых людей, в возрасте от 20 до 40 лет. Есть лишь несколько опухолей, которые могут поражать шишковидную железу в головном мозге. На самом деле существует только три типа истинных опухолей шишковидного тела. К ним относятся:
- Пинеоцитома: медленно растущая, часто классифицируется как опухоль II степени
- Пинеобластома: Обычно более агрессивная форма, классифицируемая либо как промежуточная форма степени III, либо как более злокачественная форма степени IV
- Смешанная опухоль шишковидной железы: Содержит комбинацию типов клеток, что затрудняет точную классификацию
Эти опухоли могут достигать больших размеров, препятствуя нормальному току спинномозговой жидкости в желудочках. Подсчитано, что 10-20% опухолей шишковидной железы также могут распространяться через эту среду, особенно более агрессивный вариант пинеобластомы. К счастью, эти виды рака редко метастазируют в другие части тела.
Симптомы, развивающиеся при опухоли шишковидной железы, могут включать:
- Нарушение движений глаз, вызывающее двоение в глазах
- Головная боль
- Тошнота
- Рвота
Если обнаружена опухоль шишковидной железы, лечение обычно включает лучевую терапию. При наличии пинеобластомы лучевой терапии должен подвергаться весь головной и спинной мозг. Если опухоль распространилась или снова выросла после лучевой терапии, может быть показана химиотерапия. В некоторых случаях может быть проведена операция для определения типа опухоли путем удаления части опухоли. Если поток спинномозговой жидкости блокируется, что приводит к отеку головного мозга, может быть установлен шунт, чтобы обеспечить нормальное кровообращение за пределами участка опухоли.
Другие условия
Примечательно, что некоторые лекарства могут влиять на переход от восприятия света глазом к выработке мелатонина в шишковидной железе. В частности, бета-блокаторы, используемые для лечения гипертонии, тахикардии и сердечных заболеваний, могут препятствовать нормальному высвобождению мелатонина. К бета-блокаторам относятся Лопрессор (метопролол), Тенормин (атенолол) и Индерал (пропранолол). Если это оказывает значительное влияние на сон или здоровье, возможно, потребуется использовать другое лекарство.
Шишковидная железа может кальцифицироваться у пожилых людей, что проявляется на компьютерной томографии (КТ) из-за их повышенной плотности и приводит к наличию «мозгового песка» при патологической оценке ткани.
Тесты
В большинстве случаев обследование шишковидной железы не показано. Уровни мелатонина можно измерить в слюне, крови и моче без прямой оценки шишковидной железы; однако это в основном делается в контексте научных исследований, а не в клинической помощи. Учитывая его размер, некоторые методы визуализации могут предоставить только ограниченные данные о структуре. В контексте опухолей шишковидной железы могут быть уместны следующие тесты:
- КТ
- Магнитно-резонансная томография (МРТ)
- Биопсия головного мозга (взятие образца ткани для дальнейшего исследования в лаборатории)
Дальнейшая оценка нарушений циркадных ритмов может потребовать осмотра сертифицированным специалистом по сну, который будет задавать целевые вопросы, чтобы лучше понять закономерности и последствия проблемы.
Отслеживание циркадных ритмов может выполняться в продольном направлении с помощью журналов сна или актиграфии. Носимые устройства, в том числе обычные фитнес-трекеры, могут предоставить некоторые из этих биометрических данных. Специалист по сну также направит соответствующие вмешательства, включая возможное использование добавок мелатонина или фототерапию, для оптимизации сна и хорошего самочувствия.