Свое название мелатонин получил благодаря американскому дерматологу Аарону Лернеру, который в 1958 г. выделил его из мозга коров, переработав 250 000 эпифизов (около 37 кг вещества). Профессор Лернер изучал причины возникновения витилиго – заболевания, сопровождающегося потерей кожного пигмента, из-за чего на коже образуются светлые пятна. Он предположил, что витилиго может вызывать вещество, вырабатываемое эпифизом, поскольку раньше было показано, что применение экстракта эпифиза приводит к обесцвечиванию кожи головастиков. Получив достаточное количество этого гормона, Лернер смог начать эксперименты и наблюдать, как при добавлении мелатонина гранулы красящего пигмента меланина, расположенные в клетке хаотично (это обеспечивает ее цвет), собираются все вместе вокруг ядра. При этом бо́льшая часть клетки становится прозрачной, лишенной пигмента. Принимая во внимание этот эффект, ученый назвал полученное им вещество мелатонином, подчеркивая «тонизирующее» влияние данного гормона на гранулы пигмента меланина.
Большая часть – 80 % – мелатонина, циркулирующего в крови человека, вырабатывается эпифизом. Эпифиз представляет собой непарное образование, расположенное в глубине задних отделов полушарий мозга за таламусом (зрительным бугром). Эпифиз исчерчен продольными и поперечными бороздами, как шишечка, поэтому он еще называется шишковидной железой. Выделение мелатонина эпифизом после рождения ребенка быстро возрастает, достигая максимума в возрасте трех лет, после чего начинается постепенное уменьшение его секреции, продолжающееся в течение всей жизни человека. Снижение это плавное, резкое падение наблюдается лишь после полового созревания подростка. После 55 лет у большинства людей мелатонин выделяется в совсем незначительных количествах. В этом видят одно из объяснений, почему у пожилых людей чаще нарушаются биологические ритмы и развивается бессонница.
Филогенетическая (повторяющая эволюционное развитие видов) история эпифиза очень интересна. На заре эволюции он выполнял функции «третьего глаза», снабжая животных информацией об уровне освещенности, что позволяло им приспосабливать свои биологические ритмы к окружающей обстановке. По структуре «третий глаз» был практически аналогичен двум другим и расположен наверху черепа, под истонченной костью. Через это «окошко» в пинеальный орган и проникал свет. Этот необычный орган сохранился у холоднокровных позвоночных – у пресмыкающихся, земноводных и рыб. «Глазное» происхождение эпифиза доказывается и тем, что, даже потеряв свойственную глазам структуру, эпифиз птиц может воспринимать информацию об уровне освещенности непосредственно через кости черепа.
У млекопитающих же случилось «горе от ума» – разросшиеся полушария головного мозга оттеснили «третий глаз» в глубину мозга. При этом он потерял глазоподобную структуру, сморщился и приобрел шишковидный вид. Тем не менее необходимость в получении информации об уровне освещенности у млекопитающих осталась, что привело к появлению уже в сетчатке «настоящих» глаз нового типа рецепторов (меланопсиновых) и формированию ретиногипоталамического тракта – нервного пути, ведущего из сетчатки непосредственно к нейронам супрахиазменных ядер.
Эта история объясняет и странный путь, по которому происходит регуляция синтеза мелатонина у млекопитающих. Чтобы подать сигнал для вечернего увеличения секреции мелатонина, информация об изменении освещенности в виде электрического импульса сначала поступает в супрахиазменные ядра, затем идет по симпатическому пути через гипоталамус, ствол мозга, спинной мозг и верхний шейный симпатический узел, а потом через постганглионарные волокна и отверстие в черепе попадает в эпифиз, вызывая соответствующую реакцию.
Мелатонин участвует в регуляции биологических ритмов, воздействуя на рецепторы, которые расположены в различных внутренних органах. Однако максимальная плотность этих рецепторов наблюдается как раз в супрахиазменных ядрах, т. е. именно внутренние часы максимально «заинтересованы» в его воздействии. Получается, что, с одной стороны, супрахиазменные ядра первыми получают сигнал о снижении уровня освещенности и дают сигнал эпифизу, чтобы он начал вырабатывать мелатонин. С другой – они являются и главным получателем гуморального сигнала о начале темного времени суток (о чем им и так уже известно благодаря прямой связи с сетчаткой), который доставляется мелатонином. Предполагают, что существование дополнительного канала управления позволяет внутренним часам работать стабильнее, лучше подстраиваться под ежедневные изменения светового режима.
Кроме синхронизирующего влияния на супрахиазменные ядра мелатонин оказывает действие на внутренние органы. У клеток мышц, печени, желудка и сердца есть собственные внутренние часы, регулирующие суточную периодичность их деятельности. Мелатонин, проникая к ним по кровотоку, дает дополнительный сигнал о том, что нужно переключаться на «ночной режим» работы. Если изолировать любую клетку одного из этих органов – поместить ее в питательную среду, она все равно будет изменять свою суточную активность, которую можно оценить по степени биолюминисценции (свечения тканей живых существ). Мелатонин так же, как и в случае с супрахиазменными ядрами, позволяет клетке синхронизировать собственный ритм покоя и активности с астрономическим временем, обеспечивая разные режимы работы внутренних органов днем и ночью.
Наличием рецепторов мелатонина в матке объясняется тот факт, что роды у женщин проходят в основном в темное время суток. Мелатонин, воздействуя на соответствующие рецепторы, повышает чувствительность мышц матки к главному гормону родов – окситоцину. Интересно, что использование яркого света, подавляющего секрецию мелатонина, понижает сократительную активность матки ночью и удлиняет роды. Это следует учитывать, чтобы обеспечить оптимальные условия пребывания рожениц в палатах.
Существуют сезонные колебания секреции мелатонина, отражающие изменение длительности светлого периода суток в различные времена года. Репродуктивный цикл многих млекопитающих связан с определенным периодом, когда темное время занимает большую часть суток, что обеспечивает безопасность родов и выкармливания потомства. У овец, например, репродукция максимальна в осенние месяцы, когда длина светового дня составляет 10–12 часов. Поступление в организм овцы дополнительного мелатонина при использовании подкожных имплантов позволяет повысить плодовитость этих животных. То же касается и яйценоскости кур.
Кроме воздействия на биологические ритмы мелатонин обладает еще целым рядом разнообразных эффектов. Несмотря на положительное влияние на репродукцию животных, у людей он, наоборот, замедляет половое созревание. Это было обнаружено у детей с мелатонинпродуцирующими опухолями эпифиза. Факт, что секреция мелатонина у людей до периода полового созревания возрастает, а после него начинает неуклонно снижаться, породил гипотезу о том, что одной из важных функций мелатонина является обеспечение относительно ровного темпа полового созревания путем мягкого «притормаживания» репродуктивной системы. После того как созревание произошло, в данной функции гормона отпадает надобность и мелатонинпродуцирующие клетки начинают отмирать. Этим можно объяснить ускорение снижения секреции мелатонина у людей после достижения возраста 15 лет.
