Melatonin: Physiologie, Funktionen und medizinische Verwendung

Melatonin 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.

Melatonin wird beim Menschen und beim Tier 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 in einigen Fällen zur Behandlung von Schlafstörungen eingesetzt wird.

Eines der Hauptmerkmale dieses Moleküls liegt in seiner Biosynthese, die in hohem Maße von Änderungen der Umgebungsbeleuchtung abhängt.

Eigenschaften von Melatonin

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

Bei der Verabreichung des Extrakts der Zirbeldrüse wurde aufgrund der Kontraktion des Meláoforos das Auftreten dunkler Flecken auf der Haut der Tiere beobachtet.

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

Melatonin wird heute als Neurohormon angesehen, das von den Pinealozyten (einem Zelltyp) der Zirbeldrüse produziert wird, einer Gehirnstruktur, die sich im Zwischenhirn befindet.

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

Menschen erleben eine konstante Generation von Melatonin in ihrem Gehirn, die im Alter von 30 Jahren deutlich abnimmt. Ebenso kommt es ab dem Jugendalter in der Regel zu Verkalkungen der Zirbeldrüse, die als Corpora arenacea bezeichnet werden .

Die Synthese von Melatonin wird zum Teil durch das Umgebungslicht bestimmt, da es mit den suprachiasmatischen Kernen des Hypothalamus verbunden ist. Das heißt, je stärker die Beleuchtung ist, desto geringer ist die Produktion von Melatonin und je geringer die Beleuchtung ist, desto größer ist die Produktion dieses Hormons.

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

Derzeit wurde gezeigt, dass Melatonin zwei Hauptfunktionen hat: Regulierung der biologischen Uhr und Verringerung der Oxidation. Ebenso gehen Melatonin-Defizite in der Regel mit Symptomen wie Schlaflosigkeit oder Depression einher und können zu einer allmählichen Beschleunigung des Alterns führen.

Obwohl Melatonin eine vom Körper selbst synthetisierte Substanz ist, kann es auch in bestimmten Lebensmitteln wie Hafer, Kirschen, Mais, Rotwein, Tomaten, Kartoffeln, Nüssen oder Reis beobachtet werden.

Ebenso wird Melatonin heute in Apotheken und Parapharmazien mit unterschiedlichen Darstellungen verkauft und als Alternative zu Heilpflanzen oder verschreibungspflichtigen Medikamenten zur Bekämpfung von hauptsächlich Schlaflosigkeit eingesetzt.

Physiologie

Die Zirbeldrüse ist eine Struktur, die sich in der Mitte des Kleinhirns hinter der dritten Gehirnkammer befindet. Diese Struktur enthält Pinealocite, Zellen, die Indolamine (Melatonin) und vasoaktive Peptide bilden.

Somit wird die Produktion und Sekretion des Hormons Melatonin durch Fasern des postganglionären Nervs der Netzhaut stimuliert. Diese Nerven wandern durch den Retinohipothalamus zum suprachiasmatischen Kern (Hypothalamus).

Wenn sie sich im suprachiasmatischen Kern befinden, laufen die Fasern des postganglionären Nervs durch die Ganglien des oberen Gebärmutterhalses, bis sie die Zirbeldrüse erreichen.

Sobald sie die Zirbeldrüse erreichen, stimulieren sie die Melatoninsynthese, 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 circadiane Rhythmus der Melatoninsekretion wird von einem endogenen Schrittmacher gesteuert, der sich im suprachiasmatischen Kern selbst befindet und von externen Faktoren unabhängig ist.

Umgebungslicht hat jedoch die Fähigkeit, den Prozess in einer dosisabhängigen Weise zu erhöhen oder zu verstärken. Melatonin tritt durch Diffusion in den Blutkreislauf ein und hat dort einen Konzentrationspeak zwischen zwei und vier Uhr morgens.

Anschließend nimmt die Melatoninmenge in der Blutbahn während der restlichen Dunkelperiode allmählich ab.

Andererseits weist Melatonin auch physiologische Unterschiede auf, die vom Alter der Person abhängen. Bis zu einem Alter von drei Monaten scheidet das menschliche Gehirn geringe Mengen Melatonin aus.

Anschließend nimmt die Hormonsynthese zu 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 durch das Enzym Tryptophanhydroxylase direkt in Melatonin umgewandelt. Anschließend wird diese Verbindung decarboxyliert und Serotonin erzeugt.

Wie bereits erwähnt, aktiviert Dunkelheit das neuronale System und regt die Produktion eines Neurotransmitters an, der Noradrenalin abgibt. Wenn Noradrenalin an die adrenergen Beta1-Rezeptoren von Pinealozyten bindet, wird die Adenylcyclase aktiviert.

Ebenso wird durch diesen Prozess das cyclische AMP erhöht und eine neue Synthese der Arylalkylamin-N-Acyltransferase (Enzym der Melaninsynthese) motiviert. Schließlich wird Serotonin durch dieses Enzym in Melanin umgewandelt.

Melatonin ist hinsichtlich seines Metabolismus ein Hormon, das in den Mitochondrien und in den p-Hepatozyten metabolisiert und schnell in 6-Hydroxymelatonin umgewandelt wird. Anschließend wird es mit Glucuronsäure konjugiert und im Urin ausgeschieden.

Faktoren, die die Melatoninsekretion modulieren

Gegenwärtig können die Elemente, die die Sekretion von Melatonin verändern können, 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.

In Bezug auf die endogenen Faktoren scheinen sowohl Stress als auch Alter Elemente zu sein, die eine Verringerung der Produktion von Melatonin motivieren können.

Ebenso wurden drei verschiedene Muster der Melatoninsekretion festgestellt: Typ eins, Typ zwei und Typ drei.

Das Typ-1-Muster der Melatoninsekretion wird bei Hamstern beobachtet und ist durch einen abrupten Sekretionspeak gekennzeichnet.

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

Schließlich wurde bei Schafen ein Stopp des Typs 3 beobachtet, der sich ebenfalls durch eine allmähliche Zunahme auszeichnet. Er unterscheidet sich jedoch vom Typ 2, da er ein maximales Sekretionsniveau erreicht und eine Zeit lang verbleibt, bis er zu sinken beginnt.

Pharmakokinetik

Melatonin ist ein weithin bioverfügbares Hormon. Der Organismus weist keine morphologischen Barrieren für dieses Molekül auf, so dass Melatonin schnell über die Nasen-, Mund- oder Magen-Darm-Schleimhaut resorbiert werden kann.

Ebenso ist Melatonin ein Hormon, das intrazellulär in allen Organellen verteilt ist. Einmal verabreicht, wird der maximale Plasmaspiegel zwischen 20 und 30 Minuten später erreicht. Diese Konzentration wird etwa anderthalb Stunden lang aufrechterhalten und nimmt dann mit einer Halbwertszeit von 40 Minuten schnell ab.

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

Andererseits wird Melatonin auch in der Netzhaut und im Magen-Darm-Trakt produziert, wo es als parakrines Hormon wirkt. Ebenso ist Melatonin in nicht-neuronalen Regionen wie den Gonaden, dem Darm, den Blutgefäßen und den Immunzellen verteilt.

Funktionen

Melatonin enthält spezifische, sättigbare und reversible Rezeptoren, und seine Wirkorte beeinflussen hauptsächlich den zirkadianen Rhythmus. Andererseits beeinflussen nicht-neurale Melatoninrezeptoren die Fortpflanzungsfunktion und Peripheriegeräte haben unterschiedliche Funktionen.

Melatoninrezeptoren scheinen wichtig für die Lern- und Gedächtnismechanismen von Mäusen zu sein, und es wird postuliert, dass dieses Hormon die mit dem Gedächtnis verbundenen elektrophysiologischen Prozesse wie die langfristige Potenzierung verändern könnte.

Andererseits beeinflusst Melatonin das Immunsystem und steht in Zusammenhang mit Erkrankungen wie AIDS, Krebs, Altern, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, täglichen Rhythmusänderungen, Schlafstörungen und bestimmten psychiatrischen Störungen.

Einige klinische Studien weisen darauf hin, dass Melatonin auch eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Krankheiten wie Migräne und Kopfschmerzen spielen kann, da dieses Hormon eine gute therapeutische Option zur Bekämpfung dieser Krankheiten darstellt.

Andererseits wurde nachgewiesen, dass Melatonin die durch Ischämie verursachten Gewebeschäden sowohl im Gehirn als auch im Herzen verringert.

Schließlich ist nun bekannt, dass Melatonin auf das Immunsystem einwirkt, obwohl die Details zu seinen Wirkungen etwas verwirrend sind. In diesem Sinne scheint Melatonin die Produktion von Immunglobulin und die Stimulierung von Phagozyten zu provozieren.

Somit sind die Funktionen von Melatonin vielfältig und wirken sowohl auf Gehirnebene als auch auf Körperebene. Die Hauptfunktion dieses Hormons liegt jedoch in der Regulation der biologischen Uhr.

Medizinische Verwendung

Die vielfältigen Auswirkungen von Melatonin auf die körperliche und zerebrale Funktionsweise von Menschen sowie die Fähigkeit, diese Substanz aus bestimmten Lebensmitteln zu extrahieren, haben ein hohes Maß an Forschung über ihre medizinische Verwendung motiviert.

Melatonin ist jedoch nur als Arzneimittel zur kurzfristigen Behandlung von Schlafstörungen ersten Grades bei Personen über 55 Jahren zugelassen. In diesem Sinne hat eine kürzlich durchgeführte Studie gezeigt, dass Melatonin die Gesamtschlafzeit bei Menschen mit Schlafentzug signifikant verlängert.

Forschung über Melatonin

Obwohl die einzige zugelassene medizinische Verwendung von Melatonin in der Kurzzeitbehandlung von primärer Schlaflosigkeit besteht, werden derzeit mehrere Untersuchungen zur therapeutischen Wirkung dieser Substanz durchgeführt.

Insbesondere wird die Rolle von Melatonin als therapeutisches Instrument für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer, Huntington, Parkinson oder Amyotrophe Lateralsklerose untersucht.

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

Andererseits 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 bietet Melatonin andere Forschungswege, die etwas weniger erforscht sind, aber gute Zukunftsaussichten haben.

Einer der boomendsten Fälle ist heute die Rolle dieses Hormons als anregende Substanz. Einige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Verabreichung von Melatonin an Personen mit ADHS die Zeit bis zum Einschlafen verkürzt.

Weitere therapeutische Forschungsbereiche sind Kopfschmerzen, Stimmungsstörungen (bei denen sich gezeigt hat, dass sie bei der Behandlung von saisonalen affektiven Störungen wirksam sind), Krebs, Galle, Fettleibigkeit, Strahlenschutz und Tinnitus.