Melatonin: the hormone of sleep or darkness?

Abstract

Funkcjonowanie organizmów zamieszkujących kulę ziemską odbywa się pod dyktando zmian warunków zewnętrznych, wynikających z ruchu obrotowego naszej planety (dzień i noc) oraz jej obiegu wokół Słońca (pory roku). Większość, a może wszystkie procesy fizjologiczne przebiegają ze zmiennym nasileniem w ciągu doby, kształtując w ten sposób rytmy dobowe, zsynchronizowane ze zmianami zachodzącymi w otoczeniu. Rytmy generuje zegar endogenny, z głównym oscylatorem okołodobowym zlokalizowanym u ssaków w jądrach nadskrzyżowaniowych podwzgórza (SCN), natomiast synchronizacja jego pracy z warunkami środowiskowymi wymaga czytelnych dla zegara sygnałów zewnętrznych, tłumaczonych następnie na język zrozumiały dla komórek, tkanek i narządów. Najsilniejszym "dawcą czasu" jest światło, a strukturą odbierającą informację o świetle i ciemności jest szyszynka, gruczoł neuroendokrynowy kręgowców, w którym syntetyzowana jest melatonina, stanowiąca "biochemiczny substrat ciemności". Szyszynkowa synteza melatoniny przebiega rytmicznie w ciągu doby, z nasileniem w nocy i tylko śladowymi ilościami powstającymi w dzień. Melatonina pełni funkcję zegara i kalendarza, bowiem czas jej syntezy zależy od sezonowo zmieniającej się długości nocy, a niesiona przez nią informacja jest odbierana nie tylko zwrotnie przez SCN, ale również przez większość narządów, w których moduluje przebieg procesów. Wszystkie warunki, które zaburzają nocną syntezę melatoniny (np. loty transkontynentalne, praca zmianowa, niebiesko-fioletowe światła LED generowane przez towarzyszące człowiekowi różne urządzenia elektroniczne) prowadzą do zaburzenia rytmów fizjologicznych ludzi, co wydaje się być przyczyną wielu chorób tzw. cywilizacyjnych. Należą do nich także zaburzenia snu, z których pewne mogą być korygowane przez egzogenną melatoninę lub jej pochodne, choć przy ich stosowaniu trzeba uwzględniać ogólnoustrojową obecność receptorów melatoniny, wpływającej tą drogą modulująco na funkcjonowanie większości tkanek i narządów.Terrestrial organisms are influenced by the cyclical nature of geophysical variations in the solar daylength and seasonal changes of the environmental day/night cycle. Adaptation to these changes includes regulation of the intensity of majority (all?) physiological processes generated by an endogenous mechanism known as the biological clock. In mammals, main biological (master) clock, is located in the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus, and its periodicity is synchronized to 24 hs by the external cues, called time givers. Main synchronizing external factor is light/dark cycle, and in particular length of darkness, which is a period of elevated synthesis of melatonin, a neurohormone produced in the pineal gland, existing in all vertebrate species. As the duration of night vary according to the season, melatonin being a biochemical substrate of darkness acts within the body as "a clock and a calendar". Melatonin released to the circulation adjusts activity of SCN to the external lighting conditions and also modulates diurnal rhythmicity of several physiological processes. Various environmental conditions perturbing nocturnal rise of melatonin synthesis (e.g. transmeridian flights, shift work, blue-violet light emitted by several electronic devices equipped with LED) lead to the desynchronization of these circadian rhythms giving increased frequency of different illness appearing in the modern societies, including sleep disorders. Correction of this kind of disorders seems to be possible, at least partly, by the evening treatment with exogenous melatonin or its analogs. It is, however, necessary to keep in mind that melatonin action within the body is much more extended as its receptors are present in majority of organs and modulatory influence of melatonin on several physiological processes must be taken into consideration