Melatonin Physiologie, Funktionen und medizinische Verwendung

Die Melatonin Es ist ein Hormon, das in Menschen, Tieren, Pflanzen, Pilzen, Bakterien und sogar einigen Algen vorhanden ist. Sein wissenschaftlicher Name ist N-Cetyl-5-Methoxytryptamin und wird aus einer essentiellen Aminosäure, Tryptophan, synthetisiert.

Bei Menschen und Tieren wird Melatonin hauptsächlich in der Zirbeldrüse produziert und ist eine Grundsubstanz für eine Vielzahl von zellulären, neuroendokrinen und neurophysiologischen Prozessen.

Die wichtigste Funktion von Melatonin liegt in der Regulation des täglichen Schlafzyklus, weshalb es teilweise zur Behandlung von Schlafstörungen eingesetzt wird.

Eine der Haupteigenschaften dieses Moleküls liegt in seiner Biosynthese, die zu einem großen Teil von Änderungen in der Umgebungsbeleuchtung abhängt.

Eigenschaften von Melatonin

Melatonin ist ein Hormon, das von der Zirbeldrüse abgesondert wird, deren Entdeckung 1917 festgestellt wurde. Genauer gesagt wurde seine Existenz durch eine Untersuchung nachgewiesen, bei der Kaulquappen mit einem Extrakt der Zirbeldrüse gefüttert wurden.

Bei der Verabreichung des Extraktes der Zirbeldrüse wurde das Auftreten von dunklen Flecken auf der Haut der Tiere aufgrund der Kontraktion der Melaforos beobachtet.

Diese Substanz wurde Melatonin genannt und wurde zum ersten Mal einundvierzig Jahre nach ihrer Entdeckung im Jahr 1958 isoliert. Etwa zehn Jahre später wurde die zyklische Natur ihrer Sekretion und ihre Fähigkeit, Schlaf zu induzieren, beschrieben.

Melatonin gilt heute als Neurohormon, das von Pinealocyten (einem Zelltyp) der Zirbeldrüse, einer Hirnstruktur im Zwischenhirn, gebildet wird.

Die Zirbeldrüse erzeugt Melatonin unter dem Einfluss des suprachiasmatischen Kerns, einer Region des Hypothalamus, die Informationen von der Netzhaut über die täglichen Muster von Licht und Dunkelheit erhält.

Die Menschen erleben eine ständige Melatoninproduktion in ihrem Gehirn, die mit 30 Jahren deutlich abnimmt. Ebenso treten in der Adoleszenz meist Verkalkungen in der Zirbeldrüse auf Korpora arenacea.

Die Synthese von Melatonin wird teilweise durch Umgebungsbeleuchtung bestimmt, dank seiner Verbindung mit den suprachiasmatischen Kernen des Hypothalamus. Das heißt, je größer die Beleuchtung ist, desto geringer ist die Melatoninproduktion und je geringer die Beleuchtung, desto höher ist die Produktion dieses Hormons.

Diese Tatsache unterstreicht die wichtige Rolle, die Melatonin bei der Regulierung des Schlafes von Menschen spielt, sowie die Bedeutung der Beleuchtung in diesem Prozess.

Gegenwärtig wurde gezeigt, dass Melatonin zwei Hauptfunktionen hat: die biologische Uhr zu regulieren und die Oxidation zu verringern. Ebenso werden Melatonindefizite meist von Symptomen wie Schlaflosigkeit oder Depressionen begleitet und könnten eine allmähliche Beschleunigung des Alterns motivieren.

Obwohl Melatonin eine Substanz ist, die vom Körper synthetisiert wird, kann es auch in bestimmten Nahrungsmitteln wie Hafer, Kirschen, Mais, Rotwein, Tomaten, Kartoffeln, Nüssen oder Reis beobachtet werden.

Ebenso wird Melatonin heute in Apotheken und Parapharmazien mit verschiedenen Darreichungsformen verkauft und wird als Alternative zu Heilpflanzen oder verschreibungspflichtigen Medikamenten eingesetzt, um vor allem Schlaflosigkeit zu bekämpfen.

Physiologie

Die Zirbeldrüse ist eine Struktur, die sich im Zentrum des Kleinhirns hinter dem dritten Hirnventrikel befindet. Diese Struktur enthält Pinealocyten, Zellen, die Indolamine (Melatonin) und vasoaktive Peptide erzeugen.

So wird die Produktion und Sekretion des Hormons Melatonin durch Fasern des postganglionären Nerven der Netzhaut stimuliert. Diese Nerven wandern durch den Retinothalamus-Trakt zum Nucleus suprachiasmaticus (Hypothalamus).

Wenn sie sich im Nucleus suprachiasmaticus befinden, kreuzen die Fasern des postganglionären Nervs das Ganglion cervicale superius bis zur Zirbeldrüse.

Sobald sie die Zirbeldrüse erreichen, stimulieren sie die Synthese von Melatonin, weshalb Dunkelheit die Produktion von Melatonin aktiviert, während Licht die Sekretion dieses Hormons hemmt.

Obwohl externes Licht die Produktion von Melatonin beeinflusst, bestimmt dieser Faktor nicht die Gesamtfunktion des Hormons.

Das heißt, der zirkadiane Rhythmus der Melatoninsekretion wird durch einen endogenen Schrittmacher gesteuert, der im suprachiasmatischen Kern selbst lokalisiert ist und unabhängig von externen Faktoren ist.

Umgebungslicht hat jedoch die Fähigkeit, den Prozess dosisabhängig zu verstärken oder zu intensivieren. Melatonin tritt durch Diffusion in den Blutkreislauf ein, wo es am Morgen eine Konzentrationsspitze zwischen zwei und vier hat.

Anschließend nimmt die Menge an Melatonin im Blutstrom während des Rests der Dunkelperiode allmählich ab.

Auf der anderen Seite zeigt Melatonin auch physiologische Variationen in Abhängigkeit vom Alter der Person. Bis zu drei Monaten sondert das menschliche Gehirn kleine Mengen Melatonin ab.

Anschließend steigt die Synthese des Hormons und erreicht im Kindesalter Konzentrationen von etwa 325 pg / ml. Bei jungen Erwachsenen liegt die normale Konzentration zwischen 10 und 60 pg / ml und während des Alterns nimmt die Produktion von Melatonin allmählich ab.

Biosynthese und Stoffwechsel

Melatonin ist eine Substanz, die aus Tryptophan, einer essentiellen Aminosäure, die aus der Nahrung stammt, biosynthetisiert wird.

Insbesondere wird Tryptophan direkt durch das Enzym Tryptophanhydroxylase in Melatonin umgewandelt. Anschließend wird diese Verbindung decarboxyliert und erzeugt Serotonin.

Wie erwähnt, aktiviert Dunkelheit das neuronale System und motiviert die Produktion eines Neurotransmitter-Noradrenalinausstoßes. Wenn Norepinephrin an die b1-adrenergen Rezeptoren von Pinealocites bindet, wird Adenylcyclase aktiviert.

In ähnlicher Weise wird cyclisches AMP durch diesen Prozess erhöht und eine neue Synthese von Arylalkylamin-N-Acyltransferase (Enzym der Melaninsynthese) wird angeregt. Schließlich wird Serotonin durch dieses Enzym in Melanin umgewandelt.

Im Hinblick auf seinen Stoffwechsel ist Melatonin ein Hormon, das in den Mitochondrien und dem Hepatocyten-Citochrome p metabolisiert und schnell zu 6-Hydroxymelatonin umgewandelt wird. Anschließend wird es mit Glucuronsäure konjugiert und im Urin ausgeschieden.

Faktoren, die die Melatonin-Sekretion modulieren

Gegenwärtig können die Elemente, die in der Lage sind, die Sekretion von Melatonin zu modifizieren, in zwei verschiedene Kategorien eingeteilt werden: Umweltfaktoren und endogene Faktoren.

Die Umweltfaktoren werden hauptsächlich durch die Photoperiode (Jahreszeiten des Sonnenzyklus), die Jahreszeiten und die Umgebungstemperatur gebildet.

Hinsichtlich der endogenen Faktoren scheinen sowohl Stress als auch Alter Faktoren zu sein, die eine Reduktion der Melatonin-Produktion motivieren können.

Ebenso wurden drei verschiedene Muster der Melatonin-Sekretion festgestellt: Typ eins, Typ zwei und Typ drei.

Das Typ-1-Muster der Melatonin-Sekretion wird bei Hamstern beobachtet und ist durch einen abrupten Höhepunkt der Sekretion gekennzeichnet.

Das Typ-2-Muster ist typisch für die Albinoratte sowie für Menschen. In diesem Fall ist die Sekretion durch einen allmählichen Anstieg bis zum Erreichen des maximalen Sekretionspeaks gekennzeichnet.

Schließlich wurde der Typ-3-Stop bei Schafen beobachtet, er zeichnet sich auch durch einen allmählichen Anstieg aus, unterscheidet sich jedoch vom Typ 2 darin, ein maximales Sekretionsniveau zu erreichen und für eine gewisse Zeit zu verweilen, bis er abzunehmen beginnt.

Pharmakokinetik

Melatonin ist ein weitgehend bioverfügbares Hormon. Der Organismus weist keine morphologischen Barrieren für dieses Molekül auf, so dass Melatonin schnell durch die nasale, orale oder gastrointestinale Mukosa absorbiert werden kann.

Ebenso ist Melatonin ein Hormon, das intrazellulär in allen Organellen verteilt ist. Nach der Verabreichung wird das maximale Niveau im Plasma zwischen 20 und 30 Minuten später erreicht. Diese Konzentration wird für etwa anderthalb Stunden aufrechterhalten und fällt dann schnell mit einer Halbwertszeit von 40 Minuten ab.

Auf der Ebene des Gehirns wird Melatonin in der Zirbeldrüse produziert und wirkt als endokrines Hormon, da es in den Blutkreislauf freigesetzt wird. Die Gehirnregionen von Melatonin sind der Hippocampus, die Hypophyse, der Hypothalamus und die Zirbeldrüse.

Auf der anderen Seite wird Melatonin auch in der Netzhaut und im Magen-Darm-Trakt produziert, wo es als parakrines Hormon wirkt. Ebenso ist Melatonin in nicht-neuralen Bereichen wie den Gonaden, dem Darm, den Blutgefäßen und den Immunzellen verteilt.

Funktionen

Melatonin enthält spezifische, sättigbare und reversible Rezeptoren, und seine Aktionsstellen beeinflussen hauptsächlich die zirkadianen Rhythmen. Auf der anderen Seite beeinflussen nicht-neurale Melatonin-Rezeptoren die Fortpflanzungsfunktion und die peripheren haben verschiedene Funktionen.

Melatoninrezeptoren scheinen in den Mechanismen des Lernens und Gedächtnisses von Mäusen wichtig zu sein, und es wird postuliert, dass dieses Hormon elektrophysiologische Prozesse verändern könnte, die mit Gedächtnis verbunden sind, wie zum Beispiel Langzeitpotenzierung.

Auf der anderen Seite beeinflusst Melatonin das Immunsystem und ist mit Erkrankungen wie AIDS, Krebs, Alterung, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, täglichen Rhythmusschwankungen, Schlafstörungen und bestimmten psychischen Störungen verbunden.

Einige klinische Studien weisen darauf hin, dass Melatonin auch eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Krankheiten wie Migräne und Kopfschmerzen spielen könnte, da dieses Hormon eine gute therapeutische Option darstellt, um sie zu bekämpfen.

Auf der anderen Seite wurde nachgewiesen, dass Melatonin Gewebeschäden durch Ischämie sowohl im Gehirn als auch im Herzen reduziert.

Schließlich wird derzeit davon ausgegangen, dass Melatonin auf das Immunsystem einwirkt, obwohl die Einzelheiten seiner Wirkung etwas verwirrend sind. In diesem Sinne scheint Melatonin die Produktion von Immunglobulin und die Stimulation von Phagozyten zu provozieren.

Daher sind die Funktionen von Melatonin vielfältig und variieren sowohl auf der Ebene des Gehirns als auch auf der Ebene des Körpers. Die Hauptfunktion dieses Hormons liegt jedoch in der Regulation der biologischen Uhr.

Medizinische Verwendung

Die vielfältigen Wirkungen, die Melatonin auf die physische und zerebrale Funktion von Menschen ausübt, sowie die Fähigkeit, diese Substanz aus bestimmten Nahrungsmitteln zu extrahieren, haben zu einem hohen Forschungsstand über seine medizinische Verwendung geführt.

Melatonin wurde jedoch nur als Medikament zur kurzfristigen Behandlung von Schlafstörungen ersten Grades bei Personen über 55 Jahren zugelassen. In diesem Sinne hat eine aktuelle Studie gezeigt, dass Melatonin die Gesamtschlafzeit von Menschen mit Schlafentzug signifikant erhöht.

Forschung über Melatonin

Obwohl die einzige zugelassene medizinische Verwendung von Melatonin in der Kurzzeitbehandlung von primärer Insomnie liegt, werden derzeit mehrere Untersuchungen zu den therapeutischen Wirkungen dieser Substanz durchgeführt.

Insbesondere wird die Rolle von Melatonin als therapeutisches Werkzeug für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer-Krankheit, Huntington-Krankheit, Parkinson-Krankheit oder amyotrophe Lateralsklerose untersucht.

Es wird postuliert, dass dieses Hormon ein Medikament sein könnte, das in der Zukunft bei der Bekämpfung dieser Pathologien wirksam sein wird, jedoch gibt es heute kaum Studien, die wissenschaftliche Beweise für seine therapeutische Nützlichkeit liefern.

Auf der anderen Seite postulieren mehrere Autoren Melatonin als eine gute Substanz zur Bekämpfung von Wahnvorstellungen bei älteren Patienten. In einigen Fällen hat sich dieser therapeutische Nutzen bereits bewährt.

Schließlich stellt Melatonin weitere Forschungsansätze vor, die weniger erforscht sind, aber gute Zukunftsperspektiven haben.

Einer der drängendsten Fälle ist heute die Rolle dieses Hormons als stimulierende Substanz. Einige Studien haben gezeigt, dass die Verabreichung von Melatonin an Personen mit ADHS die Einschlafzeit verkürzt.

Andere therapeutische Forschungsgebiete sind Kopfschmerzen, affektive Störungen (wo es sich bei der Behandlung saisonaler affektiver Störungen als wirksam erwiesen hat), Krebs, Galle, Fettleibigkeit, Strahlenschutz und Tinnitus.

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