Кроме гормональной (гормоны – это биологически активные вещества, вырабатываемые эндокринными железами и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции) у мелатонина есть еще ряд негормональных функций. Этот гормон вырабатывается не только шишковидной железой, но и клетками кишечника, а также в других органах. Мелатонин присутствует и в растениях, например в зверобое. В тех случаях, когда мелатонин вырабатывается не эпифизом, а также у растений он выступает не в качестве гормона, а в качестве биологического активного вещества – антиоксиданта для местного, можно так сказать, употребления.
Молекула мелатонина обладает свойствами скэвенжера (очистителя) свободных радикалов. Мелатонин в силу своей липофильности (жирорастворимости) легко проникает в любые клетки организма и охотно вступает в реакции со свободными радикалами (активными формами кислорода) – побочным продуктом неэффективных химических реакций. Одна молекула мелатонина в процессе деградации способна захватить до 10 свободных радикалов, поэтому антиоксидантное действие этого вещества очень выражено: оно, например, в два раза сильнее, чем у витамина Е (токоферола). Предполагают, что антиоксидантное действие было самой первой функцией мелатонина, появившейся в процессе эволюции. Мелатонин появился более 2,5 млрд лет назад в существующей и поныне пурпурной бактерии Rhodospirillum rubrum, чтобы обеспечить ей защиту от перенасыщенного кислородом окружения, которое возникло в результате события, известного как «кислородная катастрофа», когда в результате активной деятельности фотосинтезирующих микроорганизмов в атмосфере резко увеличилось содержание этого элемента. Наличие мелатонина в относительно больших концентрациях в семенах растений также объясняют его антиоксидантным действием, защищающим генетический аппарат зародыша от повреждения.
У людей антиоксидантный эффект мелатонина используют для облегчения побочных эффектов химиотерапии при лечении опухолей; для повышения эффективности экстракорпорального оплодотворения, чтобы повысить выживаемость ооцитов (оплодотворенных яйцеклеток); для защиты сердечной мышцы от окислительного стресса после проведения операций аортокоронарного шунтирования.
Кроме светового воздействия и применения препаратов мелатонина для того, чтобы привести внутреннее время в соответствие с астрономическим, важную роль играет социальное взаимодействие. Каким бы ни был собственный суточный ритм человека, на работу или учебу ему приходится приходить в одно и то же время и начинать ее одновременно с другими, столь же уникальными в хронобиологическом плане личностями. Поэтому у людей сигналом, задающим время (в хронобиологии для этого используется немецкое слово zeitgeber – времязадатель), являются часы – универсальный синхронизатор жизни человеческого общества. Если стрелки часов незаметно для человека перевести, то он все равно будет подстраивать свою повседневную активность под определенное время. Американский исследователь сна Натаниэль Клейтман в своих первых исследованиях показал, что при необходимости человек может приучить себя жить и при 28-часовых сутках, причем у некоторых людей действие этого социального времязадателя позволяет изменить и суточный ритм температуры, который считается более устойчивым.
Световое воздействие все равно остается самым сильным времязадателем для человека. Это было продемонстрировано в 2007 г. одним из учеников Юргена Ашоффа Тилем Реннебергом с коллегами
. Исследователи создали интернет-страничку, с помощью которой смогли быстро опросить десятки тысяч жителей Германии и других европейских стран по поводу времени, когда они обычно ложатся спать и встают в свободные от работы и учебы дни. Оказалось, что для европейских жителей не время данного часового пояса, а время естественного восхода и захода солнца является главным сигналом, от которого зависит время смены состояний сна и бодрствования. Это время постепенно и вполне предсказуемо изменяется в направлении от восточной границы часового пояса к западной, особенно у людей, живущих в небольших населенных пунктах. Если же человек меньше двух часов проводит вне помещений, т. е. не получает достаточной дозы яркого света, его цикл сон-бодрствование начинает существенно запаздывать. Тогда более важными времязадателями для него оказываются социальные стимулы в форме, например, установленного рабочего расписания.
У животных в качестве дополнительного времязадателя может выступать время кормления – если его сместить на более поздние часы, то животное будет засыпать и просыпаться позднее. Физическая активность также может выполнять функцию времязадателя для животных и человека. Показано, что физическая нагрузка в раннее вечернее время (до начала секреции мелатонина) ускоряет засыпание, а в позднее – откладывает его.
Эффективность применения световых или несветовых (нефотических) воздействий определяется не только их дозой. Большое значение имеет время суток, когда это влияние осуществляется. Наибольший эффект имеют воздействия, приближенные к переходной точке изменения суточного времени со светлого на темное и наоборот. Если использовать яркий свет в середине дня или в середине ночи, то никакого изменения работы внутренних часов мы не обнаружим – ритм «не сдвинется с места». Использование яркого света в вечернее время приведет к тому, что внутренние часы будут «переведены» на более позднее время – сон будет наступать и заканчиваться позднее. Если же «засвечивать» человека ранним утром, то, наоборот, на следующий вечер сон наступит раньше. Графическая функция, которая отражает зависимость степени смещения биологического ритма от времени стимуляции, называется кривой фазового отклика. При использовании мелатонина в качестве времязадателя эта кривая примет обратный вид. Прием мелатонина в вечерние часы ускорит наступление сна, а в утренние – приведет к тому, что на следующую ночь сон наступит раньше. Свойства кривой фазового отклика используются в тех случаях, когда требуется быстро изменить неправильный биологический ритм, подстроить его под ритм окружения, например после перелета через несколько часовых поясов.
Синдром смены часовых поясов, или джетлаг (от англ. jet – реактивный, lag – запаздывание), является моделью нарушения суточного ритма сон-бодрствование у человека. Высокие скорости современных самолетов позволили людям быстро перемещаться на новое место, время в котором значительно отличается от привычного. При этом внутренние часы человека остаются в «домашнем» режиме – они требуют от него ложиться спать или пробуждаться в привычное время, даже если это уже неудобно для жизни на новом месте. Из-за этого он будет ощущать сонливость или, наоборот, не хотеть спать в нужное время.
При синдроме смены часовых поясов нарушается не только цикл сна-бодрствования – все другие ритмы организма тоже продолжают работать в домашнем режиме, поскольку основной пейсмейкер (водитель ритма) продолжает функционировать по-старому. Это проявляется в ритме изменения температуры тела, внимания, запоминания, выделения гормонов и многих других. Конечно, постепенно внутренние часы подстроят свой ритм под условия нового места, поскольку световые и социальные времязадатели будут постоянно «напоминать» им об этом. На это уйдет довольно много времени. Существует приблизительное правило, что на каждый пересеченный часовой пояс для адаптации на новом месте требуется один день. Так, при перелете из Москвы в США (Восточное побережье) на полное привыкание к новому времени потребуется восемь суток, а при перелете в Улан-Удэ – только пять. Цикл сон-бодрствование обычно восстанавливается одним из первых, но еще несколько дней требуется для синхронизации других биоритмов с местным временем. Около 30 % людей вообще не испытывает проблем с приспособлением к новым временны́м условиям. Это связано с тем, что они имеют относительно «слабый» пейсмейкер, который легко подчиняется условиям, диктуемым времязадателем на новом месте. Остальным же путешественникам для ускорения приспособления к новым условиям может потребоваться прием препаратов мелатонина или применение яркого света в зависимости от того, в каком направлении произошел перелет и, соответственно, сдвиг фазы биоритмов.
