серотонин гормон чего простыми словами
Как гормоны влияют на психику? | Наталья Малахова
Сегодня мы с вами поговорим о нейромедиаторах и гормонах, которые у нас есть.
Эта тема не столько относится к психологии, как к физиологии организма, однако, эта тема очень важна. Многие клиенты приходят с запросом, что у них депрессия, низкий уровень мотивации, низкое качество жизни. Наше качество жизни курирует наша гормональная система. У нас есть, грубо говоря, один гормон стресса – кортизол. Их на самом деле больше, но мы сведем их к одному. Также у нас есть гормоны «счастья» – окситоцин, эндорфин, дофамин и серотонин.
Чем выше у вас уровень кортизола, тем ниже у вас уровень гормонов «счастья». Чем ниже у вас уровень гормона «счастья», тем ниже у вас уровень гормона стресса. Как правило, кортизол вырабатывается с утра, потому что в древности нам нужен был стресс для того, чтобы выйти из пещеры и добыть себе еду. Поэтому, с утра очень часто люди просыпаются с плохим настроением. Очень важно принять душ, сделать физические упражнения для того, чтобы разогнать кортизол и немножечко снизить уровень стресса.
Поговорим о гормонах счастья.
Первый гормон – дофамин – это гормон «награды за усилие». Когда мы что-то делаем, добиваемся целей, мы получаем дофамин – это очень важный гормон в нашем организме. Дофамин также вырабатывается при получении пищи, поэтому очень многие люди склонны к ожирению и едят для того, чтобы получить этот гормон. Также дофамин получают наркоманы, алкоголики, когда получают определенную дозу наркотических веществ. Это тоже обусловлено исторически, потому что еду в древности было добыть нелегко, но ты ее добыл, ты молодец и получаешь отклик своей гормональной системы.
Что нужно сделать для того, чтобы дофамин регулярно поступал к вам вне зависимости от приема пищи?
Это странная схема, но она очень хорошо работает и вы, уже стабильно, чувствуете себя успешным человеком. Потому что очень часто люди не рискуют, они испытывают стратегию избегания неудач. Они не ставят себе цели для того, чтобы не получить боль. Тогда они не получают дофамин и их жизнь становится серой и скучной. Поэтому мой совет: ставьте себе маленькие цели, достигайте их и получайте гормон счастья и удовлетворения.
Для того, чтобы вы получали серотонин, нужно делать 2 простые вещи – гулять, проводить на свежем воздухе не менее 30 минут в день, находиться под солнцем не менее 3 часов в день и умеренная физическая активность. Всем своим клиентам я советую заниматься физической нагрузкой в спортзале хотя бы 2-3 раза в неделю. Если вы будете заниматься йогой, будет вообще отлично. Ваш эмоциональный фон будет более спокойным и гармоничным. Если вы добавите медитативные техники, созерцательные техники к вашему ежедневному распорядку, будет замечательно, прямо с утра вы будете получать всплеск серотонина.
Следующий гормон – окситоцин. Это гормон любви. Он вырабатывается у беременных женщин, кормящих женщин и при телесных касаниях.
В наше время интернета, удаленной работы и пандемии мы очень редко контактируем с другими людьми. От этого испытываем, не замечая этого, большой стресс. Мы стайные животные, нам нужно человеческое тепло, поэтому обязательно нам нужно не менее 8 обниманий в день не только ребенку, но и взрослому. Очень важно касаться других людей, здороваться за руку, обниматься, целоваться. Если у вас нет постоянного партнера, вы можете хотя бы встречаться с друзьями время от времени. Обязательно нужны тактильные касания.
Последний гормон, о котором мы поговорим – эндорфин. Это органическое обезболивающее.
Исторически оно вырабатывалось для того, чтобы человек получал удовольствие, избежав опасности. Эндорфин очень легко получить, когда вы смеетесь. В Индии есть специальная практика – йога смеха. Вы можете посмотреть на буддистов, они очень много шутят, очень много. Самое важное для получения эндорфина – потеть (опять же, какая-то физическая нагрузки) и смеяться. Это очень полезная практика, которая снимает внутренний стресс.
Еще есть гормон тестостерон, он отвечает за мужественность, за силу, уверенность и он тоже вырабатывается с помощью физических нагрузок и контрастного душа. Всем рекомендую принимать контрастный душ по утрам. С его помощью вы получите тестостерон, дофамин и эндорфин, потому что организм воспринимает контрастный душ как опасность для себя. Замечательная практика, которая дает вам заряд бодрости и уверенности на весь день.
Что я хочу сказать в заключение. Будьте осознанны и понимайте, каких вам гормонов сейчас не хватает. Добавляйте действия, которые продуцируют эти гормоны в вашу повседневную жизнь. Может быть, ваша жизнь будет более предсказуемая, более сухая, но для вашего организма эти действия очень важны. Эти гормоны, которые продуцируются в вашем головном мозге, очень важны. Вы будете чувствовать, что ваша жизнь становится более качественной, вы будете чувствовать большее удовлетворение своей жизнью.
Переходите на наш YouTube канал и подписывайтесь на уведомления, чтобы не пропускать наши выпуски
Серотонин гормон чего простыми словами
Научное название для серотонина 5-гидрокситриптамин или 5-HT. Серотонин в основном обнаруживается в мозге, кишечнике и тромбоцитах.
Серотонин используется для передачи сообщений между нервными клетками, считается, что он участвует в сокращении гладких мышц, и, помимо прочего, способствует положительным эмоциям. Как предшественник мелатонина, он помогает регулировать циклы сна и бодрствования организма и внутренние часы.
Считается, что он играет важную роль в регулировании настроения и моторных, когнитивных и вегетативных функций организма. Тем не менее, точно неизвестно, влияет ли серотонин непосредственно на эти функции, или играет общую роль в координации нервной системы. Вероятно, серотонин участвует в регулировании социального поведения, аппетита и пищеварения, сна, памяти и сексуальной функции. Низкие уровни серотонина связывают с развитием депрессий, однако до сих пор неясно, способствуют ли низкие уровни серотонина депрессии или депрессия вызывает снижение уровня серотонина. Препараты, которые изменяют уровень серотонина, используются для лечения депрессии, тошноты и мигрени, и они могут также играть улучшать состояние при ожирении и болезни Паркинсона. Другие способы повышения уровня серотонина в организме включают в себя повышение настроения, солнечный свет, физические упражнения и диету.
Обычно считается, что серотонин является нейротрансмиттером, хотя некоторые считают его гормоном. Серотонин синтезируется в кишечнике и мозге. Он также присутствует в тромбоцитах и центральной нервной системе (ЦНС). Считается, что он влияет на различные функции организма и психологическое состояние. Серотонин не может проникнуть через гематоэнцефалический барьер.
Как нейромедиатор, серотонин обеспечивает передачу сигналов между нервными клетками (нейронами), регулируя их интенсивность. Считается, что он играет ключевую роль в функционировании ЦНС и организма в целом, особенно желудочно-кишечного тракта. Исследования обнаружили связь между серотонином и метаболизмом в костях, выработкой грудного молока, регенерацией печени и делением клеток. Серотонин влияет на головной мозг. Основная часть серотонина в организме находится в желудочно-кишечном тракте, где он регулирует все его функции, в том числе перистальтику кишечника. Серотонин также играет роль в снижении аппетита во время еды. Серотонин влияет на настроение, уровень тревоги и счастья. Серотонин способствует образованию тромбов. При возникновении повреждения серотонин выходит из тромбоцитов, в результате чего сужаются кровеносные сосуды, уменьшается кровоток и образуются тромбы. В случае попадания в желудочно-кишечный тракт токсичных или раздражающих веществ, кишечник вырабатывает больше серотонина, чтобы увеличить время прохождения пищи и устранить раздражитель. Серотонин также стимулирует рвотный центр в мозге, вызывая тошноту. Некоторые ученые связывают высокий уровень серотонина в костях с увеличением риска развития остеопороза. Серотонин, по-видимому, подавляет сексуальную активность. Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС) повышают уровень серотонина у людей с депрессией, предотвращая реабсорбцию серотонина, что приводит к повышению его уровня в синапсах, но от 20 до 70 процентов людей, принимающих их, испытывают ряд симптомов, связанных с сексуальной дисфункцией.
До настоящего времени не до конца понятно, что именно вызывает депрессию, но основная теория последних 50 лет заключается в том, что причиной депрессии может быть дисбаланс нейромедиаторов или гормонов в организме. Депрессию связывают с низким уровнем серотонина, но остается ли это причиной депрессии или ее следствием, до сих пор неясно.
Тем не менее, ученые в настоящее время ставят под сомнение роль серотонина или любого отдельного нейромедиатора в возникновении депрессии.
При дефиците серотонина наблюдаются ухудшение памяти и плохое настроение. Также низкие уровни серотонина могут привести к тяге к сладкой или мучной пище, плохому сну, снижению самооценки, тревожности и агрессии.
Действительно ли серотонин может помочь при депрессии?
СИОЗС используются с 1980-х годов для лечения депрессии, повышая уровень серотонина. Считается, что такие лекарства, как СИОЗС, облегчают симптомы депрессии, повышая уровень серотонина в организме, но как именно они работают, неясно. Некоторые ученые предположили, что повышение уровня серотонина вряд ли непосредственно улучшит симптомы депрессии. Одна из проблем заключается в том, что можно измерять уровень серотонина в крови, но не в мозге. Исследователи не знают, отражают ли уровни серотонина в кровотоке уровни серотонина в мозге, или могут ли СИОЗС действительно влиять на уровень серотонина мозга. В 2014 году исследование на мышах показало, что серотонин не играет роль в возникновении депрессии. Была создана популяция мышей, в мозге которых не продуцировался серотонин. Эти мыши не проявляли никаких признаков депрессии, даже когда они находились в состоянии стресса.
Однако в 2015 году другие ученые обнаружили, что мыши, у которых не было серотонина, были более восприимчивы к социальным стрессорам, чем здоровые мыши из контрольной группы. Хотя СИОЗС, по-видимому, помогают некоторым людям с депрессией, некоторые ученые теперь утверждают, что «простые биохимические теории, которые связывают низкие уровни серотонина с подавленным настроением, более не являются надежными». СИОЗС также используются для лечения симптомов тревоги, панического расстройства и обсессивно-компульсивных расстройств.
Антисеротонергические лекарственные средства, которые действуют на серотониновые рецепторы, используются для лечения тошноты, вызванной химическими токсинами, включая лекарственные средства, используемые в химиотерапии и общей анестезии.
Серотонинергические вазоконстриктивные противомигреневые препараты или триптаны могут уменьшить симптомы мигрени и хорошо переносятся.
Серотонинергическая система связана с познанием, эмоциями и двигательными функциями. Изменения в этой системе могут влиять на моторные и немоторные функции, обычно связанные с болезнью Паркинсона. В настоящее время исследования в этой области продолжаются.
Повышенная чувствительность к одному из женских гормонов, прогестерону, по-видимому, снижает уровень серотонина в мозге. Ингибиторы серотонина иногда используются для облегчения симптомов предменструального синдрома во время их появления.
Также серотонин может использоваться при лечении ожирения и синдрома раздраженного кишечника.
Серотониновый синдром возникает чаще всего если человек одновременно принимает два препарата, повышающих уровень серотонина, и связан с чрезмерной стимуляцией ЦНС и периферических серотониновых рецепторов. Одновременное использование назначенных врачом лекарств и, например, биологически активных добавок, повышающих уровень серотонина, может привести к развитию серотонинового синдрома. Также развитие серотонинового синдрома возможно при раковых опухолях желудочно-кишечного тракта, поскольку такие опухоли могут вызывать слишком большое выделение серотонина. Признаками серотонинового синдрома являются волнение и беспокойство, спутанное сознание, учащенное сердцебиение и повышение кровяного давления, расширение зрачков, диарея, головные боли, мышечная дрожь, потливость, нарушение координации, ригидность мышц. В тяжелых случаях, опасных для жизни, возможны гипертермия, нерегулярное сердцебиение, судороги и потеря сознания.
Существуют простые и доступные способы повышения уровня серотонина в организме, не связанные с употреблением лекарственных средств. К ним относятся, например, изменение мышления в результате психотерапии или самоиндукции, которые могут повысить уровень серотонина, поскольку взаимодействие между синтезом серотонина и настроением является двусторонним. Физические упражнения оказывают антидепрессивное действие. Использование продуктов, содержащих высокий уровень триптофана, могут улучшить настроение благодаря повышению уровня серотонина.
В ряде исследований пожилые люди, которым давали биологически активные добавки с триптофаном, показали улучшение когнитивных способностей. В настоящее время набирает силу идея о влиянии микробиоты кишечника на ЦНС. В этом случае серотонин в пищеварительной системе может влиять на настроение.
Многое остается неизвестным о серотонине. Трудности, связанные с изучением функций мозга, означают, что пройдет некоторое время, прежде чем можно будет получить полное знание о серотонине.
До сих пор недостаточно доказательств того, что конкретная диета может повлиять на настроение или симптомы депрессии.
Тем не менее, было установлено, что следование здоровой и разнообразной улучшает общее самочувствие. Необходимо сосредоточиться на разнообразном рационе питания и стремиться получать как можно больше питательных веществ из пищевых источников. Применение биологически активных добавок возможно только после консультации с врачом.
Серотонин: что важно знать о «гормоне счастья»
Серотонин влияет практически на весь наш организм. Он выступает не только в привычном нам амплуа «гормона счастья», но играет и много других важных ролей. Поэтому за его уровнем стоит следить и помогать себе поддерживать его в норме.
Анастасия Афанасьева, врач-психиатр, психотерапевт, клинический директор сервиса по подбору психологов Alter
Что такое серотонин
Серотонин — один из нейромедиаторов нервной системы, молекул, выполняющих функции «переговорщика» или «связиста»: они перемещаются между нейронами (нервными клетками), помогая передавать сигнал от одного из них к другому. Вырабатывается серотонин из незаменимой аминокислоты триптофан, которая содержится в белковой пище животного и растительного происхождения.
Хотя мы привыкли ассоциировать серотонин с настроением и эмоциями, то есть с деятельностью нашей нервной системы, в головном мозге вырабатывается лишь 5% серотонина, содержащегося в организме. Именно эти 5% влияют на наше эмоциональное состояние. Львиная доля этого вещества (80–95%) на самом деле синтезируется и хранится в клетках желудочно-кишечного тракта. Также серотонин вырабатывается в определенных клетках кожи, тромбоцитах и клетках ряда других органов. Вся эта масса серотонина тоже при деле: оказывается, данный гормон выполняет еще множество важных функций.
Что делает серотонин
Серотонин помогает уменьшить депрессию, регулировать беспокойство и тревогу. Но, помимо этого, он воздействует на все наше тело: помогает нам спать, есть, переваривать пищу и даже залечивать раны — не только душевные, но и вполне физические. (Хочется сказать: что бы мы без него делали!)
Вот как это вещество участвует в различных процессах и функциях организма.
Настроение
С читается, что серотонин регулирует интенсивность тревоги, счастья и фон настроения. Если серотонина достаточно, то мы в стабильно хорошем настроении, и наоборот: депрессивные состояния ассоциируют с низким уровнем серотонина.
Серотонин стимулирует участки мозга, которые управляют циклами сна и бодрствования, — именно он «решает», спите вы или нет.
Свертывание крови
Серотонин, который тромбоциты накапливают из крови, помогает заживлению ран — он заставляет крошечные артерии сужаться и может способствовать нормальной свертываемости крови.
Крепость костей
Этот гормон играет важную роль в здоровье костей. Слишком высокий уровень серотонина в костной ткани может привести к остеопорозу.
Регуляция работы кишечника
Как мы уже говорили, основная масса серотонина в нашем теле содержится в желудке и кишечнике. Это вещество помогает контролировать моторику и функции желудочно-кишечного тракта.
Помощь при пищевых отравлениях
Серотонин выступает одной из причин возникновения тошноты и расстройства желудка как реакции на токсические вещества, попадающие в организм с едой. При отравлении повышается выработка серотонина в кишечнике и возникает диарея, чтобы быстрее вытеснить вредную или неприятную пищу. Также серотонин увеличивается в крови — это стимулирует часть мозга, которая запускает механизм тошноты.
Сексуальная функция
Низкий уровень серотонина связан с повышенным либидо. И наоборот: если серотонина много, либидо снижается. И правда: зачем совершать лишние телодвижения, если нам и так хорошо?
Почему серотонин называют «гормоном счастья»
Серотонин регулирует наше настроение. Когда серотонина достаточно, мы чувствуем себя:
более эмоционально устойчивыми.
Для лечения депрессии с 1980-х годов активно применяют препараты, которые увеличивают уровень серотонина, блокируя его естественный распад. Эта группа антидепрессантов называется СИОЗС — селективные ингибиторы обратного захвата серотонина. Именно на основе исследований этих препаратов родилось предположение о том, что увеличение количества серотонина избавляет от симптомов депрессии и тревоги. Однако сейчас это заключение подвергают сомнению. Проблема в том, что уровень серотонина можно измерить только в крови, но не в мозге. А значит, нельзя утверждать, что СИОЗС действительно влияют на уровень этого вещества в нервной системе.
И все же связь между количеством серотонина и нашим эмоциональным состоянием есть. Так, в 2016 году было проведено исследование на мышах, в нервных клетках которых отсутствовали рецепторы, угнетающие синтез серотонина. Соответственно, в их мозг попадало больше серотонина. Исследование показало, что эти мыши испытывали меньше тревоги и депрессии, а также лучше переносили внешний стресс [ 1].
Таким образом, сегодня ученые склоняются к тому, что серотонин не столько увеличивает интенсивность и длительность положительных эмоций, сколько снижает нашу восприимчивость к отрицательным.
Как повысить серотонин без лекарств
Поднять уровень серотонина поможет старый добрый ЗОЖ. Все те базовые способы профилактики депрессии и поддержания себя в тонусе, которые рекомендует каждая статья на эти темы, работают именно потому, что способствуют производству серотонина в организме.
Солнечный свет
Солнце помогает увеличить выработку серотонина. Проводите больше времени на воздухе, выходите на прогулки. В осенне-зимнее время недостаток солнца можно компенсировать если не поездкой на теплые острова, то светотерапией — лечением с помощью специальных ламп.
Физические упражнения
Легкий бег, прогулки, плавание, велосипед, кардиотренировки — все это поможет восстановить уровень серотонина. Важно, чтобы нагрузка была регулярной, но при этом умеренной и приятной. Полезная привычка — использовать хотя бы часть пути на работу или обеденный перерыв как возможность пройтись пешком (а заодно и «подзарядиться» ультрафиолетом, если погода позволяет).
Медитация
Занятия медитацией могут снизить уровень стресса и способствовать формированию позитивного взгляда на жизнь. Это, в свою очередь, также помогает поддерживать высокий уровень серотонина.
Нормализация сна
Регулярный достаточный сон необходим для того, чтобы стабилизировать серотониновую систему.
Диета
Можно ли найти серотонин в пищевых продуктах? Об этом поговорим подробней.
В чем есть серотонин
Вопреки распространенному заблуждению, в продуктах питания серотонин не содержится — он синтезируется только в нашем теле. В пище содержится триптофан — та самая аминокислота, которая потом превращается в серотонин.
Чтобы этого гормона в организме вырабатывалось больше, в свой рацион нужно включать следующие продукты:
Можно предположить, что, если мы будем есть меньше продуктов, содержащих триптофан, это приведет к снижению настроения. Однако, как показывают исследования, если убрать триптофан из рациона, эмоциональный фон снижается только у тех людей, у которых раньше уже бывали депрессивные эпизоды. На тех же, кто не страдал от депрессии в прошлом, уменьшение поступления триптофана с пищей существенно не влияло. Похоже, это объясняется тем, что у людей с депрессивными расстройствами меняется сам процесс метаболизма серотонина.
Как мы уже выяснили, серотонин помогает стабилизировать настроение, и, если вы будете активно повышать его всеми перечисленными выше способами, это не означает, что вы ощутите эйфорию: ваш эмоциональный фон просто станет более ровным, вы будете менее подвержены тревоге и более устойчивы к стрессу.
Чем опасен повышенный серотонин
Даже если килограммами есть сыр и орехи, о том, что серотонин превысит норму, можно не беспокоиться (хотя переедать в любом случае не стоит). Переизбыток этого гормона в организме может возникнуть, например, из-за неправильного приема некоторых лекарств (чаще всего — антидепрессантов) или сочетания их с наркотическими средствами. Это резко запускает «фабрику» по производству серотонина в нашем теле на полную мощность — гормона вырабатывается слишком много, что может вызвать серотониновый синдром, по сути — «отравление» серотонином.
Серотониновый синдром чаще всего развивается в течение двух часов после приема первой дозы средства, которое его спровоцировало, и проходит через 6–24 часа после приема. Это состояние может сопровождаться такими симптомами, как диарея, тахикардия, тревога, двигательное беспокойство, тремор. Температура может подниматься до 41 градуса, у некоторых может возникать помрачение сознания.
Самое главное при серотониновом синдроме — вовремя и правильно оказанная помощь: из-за неверного лечения симптомов (например, повышенной температуры) могут возникнуть серьезные осложнения, вплоть до летального исхода. Поэтому врачу необходимо рассказать обо всех препаратах, которые принимал больной. Лечение предполагает отмену препаратов, увеличивающих выработку серотонина, и применение симптоматических средств.
Слишком высокий уровень серотонина также может быть признаком серьезных нейроэндокринных нарушений. Поэтому, если количество серотонина в крови значительно выше нормы (которая составляет 101–283 нанограмма/мл), следует обязательно обратиться к врачу.
Снова о циркадных ритмах
Научные данные указывают на то, что распорядок дня, согласованный с циркадными ритмами, — это важный аспект здоровой жизни.
Авторы
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Современный человек окружен множеством соблазнов, мешающих ему вовремя лечь спать: полистать инстаграм, посмотреть новый эпизод любимого сериала, поработать, когда все домашние наконец-то спят, сходить в клуб (если пандемия не вносит свои коррективы). Однако сейчас уже не только бабушка, но и ученые говорят о том, что всему свое время. Мы живем на планете Земля, которая вращается и создает для всех нас циркадный ритм. Ученые крайне заинтересованы в его изучении. В исследовании циркадных ритмов живых организмов можно выделить два основных направления: 1) Механизмы клеточных часов — за их открытие уже присудили в 2017 году Нобелевскую премию. 2) Работа вестника ночи — мелатонина, в исследовании которого остается много белых пятен (об этом и поговорим подробно в этой статье).
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Клеточные часы — Нобелевская премия 2017
Хронобиология — наука, изучающая биологические ритмы, — выделяет дневные, приливные, недельные, сезонные и годовые ритмы. В этой статье мы затронем вопросы, связанные с циркадными (от лат. circa — «около, кругом» + dies — «день») ритмами. Циркадные ритмы возникли в результате ежедневных изменений освещенности, вызванных вращением Земли. Циркадные ритмы есть у цианобактерий, грибов, растений и животных. У человека можно наблюдать суточные изменения физиологических параметров: температуры тела, синтеза гормонов (например, кортизола) и ферментов, циклы сна и бодрствования [1], [2].
К середине ХХ века было накоплено уже много данных о циркадных ритмах, и поэтому темой ежегодного симпозиума по количественной биологии в Колд Спринг Харбор в 1960 году стали «Биологические часы». В следующие десятилетия случились главные события в исследовании молекулярных основ циркадных ритмов, за что в 2017 году Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине [3].
На модели плодовой мушки ученые показали, что существуют гены, то есть физические носители информации, имеющие влияние не просто на признак (как, например, цвет человеческих глаз или окраска цветков фасоли), а на поведение целого организма — когда ложиться спать; сколько секунд петь брачную песню. Они выделили эти гены (per, tim, dbt) и научились вносить в них изменения, тем самым влияя на поведение. Им удалось распутать полный цикл реакций, которые происходят вокруг ядра и позволяют клетке вести свой собственный внутренний отсчет времени с помощью авторегуляции белковой машины.
Таким образом, на данный момент известно, что суточные ритмы организма поддерживаются работой внутренних клеточных часов. А как же факторы среды?
Факторы среды — водители ритма
Существует связка между внутренними процессами и тем, что происходит вовне, — это водители ритма, синхронизаторы (zeitgebers). Это факторы внешней среды, которые помогают внутренним часам подстраиваться под ее изменения. Наиболее важным водителем ритма является, конечно же, свет. Также к водителям ритма относятся температура, атмосферное давление; для человека важными факторами становятся пищевые привычки, физические упражнения, прием медикаментов.
При быстрой значительной смене часовых поясов (более 4 часов) у человека может возникнуть джетлаг (физиологический синдром, который проявляется в виде бессонницы, усталости, головной боли, потери аппетита и/или расстройств ЖКТ). Причиной этого является рассогласование внутренних суточных часов человека с солнечными часами в новом для него часовом поясе. Состояние джетлага продолжается до тех пор, пока внутренние часы организма не синхронизируются с местным временем благодаря внешним водителям ритма.
И тут мы переходим к следующему направлению исследования циркадных ритмов. Его масштаб — скорее уже весь организм, нежели клетка. Эта история затрагивает смену режимов сна и бодрствования, джетлаг. И важный герой тут — мелатонин.
N.B. Интересно, что в научных публикациях эти направления практически не пересекаются: в статьях про клеточные часы обычно нет упоминаний мелатонина, и наоборот, в статьях, посвященных изучению влияния мелатонина на организм/ткани/клетки, не упоминается белковая машина клеточных часов.
Из истории мелатонина
Параллельно изучению внутренних часов клетки развивались исследования работы водителей ритма. Но здесь по-прежнему остается много вопросов по механизмам этой работы. Сама по себе история открытия мелатонина замечательна:
1917 год. МакКорд и Аллен решили посмотреть, что будет если капнуть экстракт из эпифиза быков на лягушек и головастиков [4]. Удивительно, как ученым приходят в голову такие идеи? Было обнаружено, что кожа подопытных животных мгновенно осветляется. Предположили, что некое вещество, содержащееся в эпифизе быков, приводит к тому, что меланин агрегируется вокруг клеточного ядра.
Меланины — высокомолекулярные пигменты, влияющие на цвет кожи.
1958 год. А.Б. Лернер, дерматолог из Йельского университета, вместе с коллегами выделил из эпифиза быков вышеописанное вещество, изменяющее цвет кожи лягушек [5]. Они рассчитывали, что это вещество будет полезно при лечении кожных болезней. Назвали вещество «мелатонин». Слова «мелатонин» и «меланин» имеют общий греческий корень melos — черный. Дерматологические надежды Лернера и коллег на мелатонин не оправдались, но это открытие не осталось незамеченным.
1968 год. Барри Рид в Австралии изучал суточное (циркадное) изменение окраски рыбок нанностомус Бекфорда (Nannostomus anomalus Steindachner) [6]. Примечательность этой рыбки заключается в том, что на ее теле наблюдается яркая темная полоса днем, а ночью рыбка становится практически прозрачной; на теле проступают три темных овальных пятна: посередине тела, возле анального плавника и у корня хвостового плавника. Рид исследовал периодичность появления полос-пятен у нормальных и ослепленных рыбок, помещал их в условия постоянного освещения и постоянной темноты. Результаты экспериментов представлены в таблице 1. Из результатов эксперимента стало понятно, что на смену окраски скорее влияла освещенность, чем способность рыбок видеть. Изменение окраски занимало 15–30 минут.
| Рыбка | Режим освещения | Дневная полоса  | Ночные пятна  |
|---|---|---|---|
| здоровая | обычный режим день–ночь | днем — есть, ночью — нет | днем — нет, ночью — есть |
| здоровая | постоянная ночь | появляется — исчезает по 24-часовому циклу: в настоящий день — есть, в настоящую ночь — нет | присутствуют постоянно, то есть в настоящий день происходит наложение полос на пятна  |
| здоровая | постоянный день | присутствуют постоянно | никогда не появляются |
| ослепленная | обычный режим день–ночь | смена окраски полностью соответствует режиму здоровых рыбок, неотличима ни по одному из параметров | |
| ослепленная | постоянная ночь | смена окраски соответствует режиму здоровых рыбок в обычном режиме день–ночь | |
| ослепленная | постоянный день | присутствуют постоянно | никогда не появляются |
| здоровая, и ослепленная | постоянная ночь более 1–2 недель | изменения цвета стали беспорядочными и неясными | |
Далее Рид добавлял в аквариум различные соединения с целью найти вещество, которое будет приводить к появлению ночных пятен. Среди исследуемых веществ были мелатонин, серотонин, N-ацетилсеротонин, гармин и другие. Только добавление мелатонина приводило к появлению ночных пятен и исчезновению дневной полосы. Рид предположил, что именно мелатонин отвечает за циркадное появление ночного рисунка на теле нанностомуса in vivo.
В 1975 г. Линч с соавторами, исследуя мелатонин в моче 6 здоровых добровольцев, обнаружили циркадный ритм его наработки эпифизом — концентрация мелатонина значительно отличалась у разных людей, но все они демонстрировали многократное повышение концентрации мелатонина в ночные часы по сравнению с дневными значениями [7]. Видимо, мелатонин умеет не только изменять пятнышки на теле рыбки: циклы концентрации мелатонина оказались универсальны для всех известных животных, растений и грибов. Возникает вопрос: а что делает мелатонин и зачем повышается его концентрация в организме?
Как мелатонин стал вестником ночи
Мелатонин — это очень древняя молекула. Ученые предполагают, что изначальная функция мелатонина в цианобактериях и альфа-протеобактериях заключалась в том, чтобы нейтрализовать активные формы кислорода, которые образовывались в этих одноклеточных в результате их жизнедеятельности. Существует гипотеза, что ранние прокариоты поглотили цианобактерии и альфа-протеобактерии, и в результате последовавшего симбиоза превратились в хлоропласты и митохондрии, соответственно — так мелатонин проник в клетки эукариот [8–10]. У простейших одноклеточных активные формы кислорода активнее вырабатывались в дневное время. Поэтому простейшим бактериям, вероятно, днем требовалось больше мелатонина, а ночью — меньше; так возник суточный ритм мелатонина. При переходе к многоклеточности, когда большинство клеток организма оказывалось буквально погружено внутрь тела и не видело света, потребовалось сообщать всем клеткам внутри организма информацию о том, что происходит снаружи: день или ночь. И многоклеточные организмы приняли цикл мелатонина в качестве сигнальной системы для этой цели.
Свет является главным водителем ритма, влияющим на циркадные ритмы в организме. Вот как система светового оповещения работает у млекопитающих, в том числе у человека. Свет попадает на сетчатку глаза. Кроме всем известных со школы колбочек и палочек, в сетчатке есть ганглиозные клетки, содержащие пигмент меланописин [11]. Сигналы с этих клеток поступают в супрахиазматическое ядро (СХЯ) по зрительному нерву. СХЯ — это главный генератор циркадных ритмов у млекопитающих, расположенный в передней области гипоталамуса. СХЯ передает сигнал в эпифиз (шишковидное тело), где регулируется выработка мелатонина. Есть только одно большое «но»: у млекопитающих (и дневных, и ночных) синтез мелатонина скорее обратно пропорционален освещенности (много мелатонина вырабатывается ночью, а не днем), в отличие от древних одноклеточных, которых мелатонин защищал от свободных радикалов [12]. Связано это с тем, что в темное время суток СХЯ посылает сигнал, который активирует ключевой фермент синтеза мелатонина — арилалкиламин-N-ацетилтрансферазу (AANAT) в шишковидном теле. Фермент начинает энергично синтезировать мелатонин, осуществляя первую реакцию ацетилирования. В качестве субстрата AANAT использует другой индол со знакомым многим названием — серотонин (рис. 1). Таким образом, в шишковидном теле наблюдаются колебания двух индолов: днем в эпифизе много серотонина, а с наступлением ночи и включением фермента AANAT этот серотонин превращается в мелатонин и выделяется в кровь [13], [14].
Рисунок 1. Схема синтеза мелатонина из серотонина в клетках эпифиза.
адаптировано по материалам сайта Medi.ru
Соответственно, длительное чрезмерное освещение приводит к сильно сниженному уровню мелатонина, что неблагоприятно сказывается на состоянии организма. Поэтому физиологи рекомендуют спать ночью, приглушать свет, выключать мониторы/телефоны/гаджеты за час до сна, а утром выходить на яркий солнечный свет.
Рецепторы мелатонина и его рецепторонезависимые эффекты
Что известно о молекулярных механизмах действия мелатонина в организме? По крайней мере часть работы мелатонина осуществляется через его специфические рецепторы. В настоящий момент клонированы три рецептора мелатонина. Эти рецепторы относятся к семейству сопряженных с G-белком рецепторов (G-protein-coupled receptors, GPCRs), функция которых заключается в активировании внутриклеточных путей передачи сигнала. У млекопитающих обнаружены два трансмембранных рецептора — МТ1 и МТ2 (рис. 2) — их кристаллическая структура была опубликована в 2019 году в журнале Nature [15], [16].
Рисунок 2. Структура рецепторов мелатонина MT1 (синий) ) и MT2 (зеленый). Вторичная структура белков (альфа-спирали, бета-слои и петли) выделена более насыщенным цветом. Рецепторы погружены в цитоплазматическую мембрану. Мелатонин (фиолетовый) связывается с рецепторами, что приводит к передаче сигнала в клетку. Рисунок получен на основе структур 6me2 (MT1) и 6me7 (MT2) в программе UCSF Chimera.
МТ1 обнаружены в гипофизе, сетчатке, СХЯ, а чаще всего встречаются на коже человека. МТ1 модулируют активность нейронов, сужение артериальных сосудов, пролиферацию раковых клеток, репродуктивную и метаболическую функции [17], [18]. МТ2 экспрессируются в сетчатке и эпителии. Показано, что активация МТ2 ассоциирована с несколькими функциями в организме: с ингибированием высвобождения дофамина в сетчатке, с индукцией релаксации гладкой мускулатуры в стенках кровеносных сосудов, с усилением иммунного ответа. Что касается циркадных ритмов, то тут роль МТ2 заключается в сдвиге фазы циркадных ритмов возбуждения нейронов в СХЯ [17], [18]. У амфибий и птиц найден третий рецептор — МТ3, который у млекопитающих пока не обнаружен [19]. Плюс, что примечательно, существуют ядерные рецепторы мелатонина: они принадлежат к ROR/RZR подсемействам; посредством ядерных рецепторов мелатонин может влиять на иммунную и центральную нервную системы [20].
Кроме влияния на процессы в клетке через трансмембранные рецепторы, мелатонин обладает способностью проникать внутрь самой клетки. Происходит это благодаря химической природе вещества, которая позволяет проходить и через гематоэнцефалический барьер, и через мембрану клетки. Такой путь проникновения и работы мелатонина в литературе обобщается под размытым понятием «рецептор-независимые эффекты мелатонина» [21]. Как раз с этими эффектами связывают многочисленные воздействия мелатонина на физиологические процессы: на кровяное давление, на иммунную систему, противоопухолевую защиту и т.д. Из молекулярных механизмов рецептор-независимых эффектов мелатонина известно, что в цитозоле мелатонин взаимодействует с определенными редуктазами, например, с хинон-редуктазой-2. Показано, что этот фермент обеспечивает антиоксидантное воздействие [22]. Другой обнаруженный партнер для связывания мелатонина — кальмодулин. Этот небольшой, высококонсервативный кальций-связывающий белок играет ключевую роль в управлении метаболизмом клетки. Поскольку структуры мелатонина и кальмодулина филогенетически консервативны, взаимодействие кальмодулин—мелатонин, вероятно, представляет собой важный механизм регуляции и синхронизации физиологии клетки [23].
Подведем итоги
Наступила ночь, и вот в эпифизе образовался гормональный сигнал времени — мелатонин. Попробуем ответить на поставленный выше вопрос: а что делает мелатонин и зачем повышается его концентрация в организме?
Первое. Для мелатонина показана способность поддерживать и корректировать внутриклеточные циркадные ритмы: доказана эффективность приема мелатонина в уменьшении и сокращении джетлага [24]. При сбое ритма мелатонин помогает привести внутренние часы в соответствие солнечным часам. Как он это делает? Видимо, влияя на СХЯ и осуществляя обратную связь. Для механизма этой обратной связи показано, что прием мелатонина днем вызывает активацию СХЯ [25]. Значительную роль в этой активации, по-видимому, играют рецепторы мелатонина, MT1 и MT2, которые находятся на мембране клеток СХЯ. Так что тут мы видим, что мелатонин действительно является активным участником циркадных ритмов.
Второе. С наступлением ночи мелатонин, кроме переключения фазы циркадных ритмов в нервной системе, выделяется в кровь и разносится по всему организму. Мы знаем, что молекула теоретически способна проникнуть в любую клетку организма и провести там некую работу. И все эти влияния мелатонина не только убирают усталость и обеспечивают качественный сон, но и участвуют в защите от злокачественных новообразований [26]. И наоборот, сбой ритмов, видимо, провоцирует развитие онкологических и нейродегенеративных заболеваний [27], [28]. К сожалению, молекулярные механизмы этих эффектов мелатонина и циркадных ритмов в целом изучены гораздо слабее.
Одно можно сказать точно: циркадные ритмы, их водители (в том числе мелатонин) и физиологические проявления (например, сон и отдых), видимо, гораздо сильнее связаны с благополучной работой нашего тела, чем мы привыкли думать. Есть над чем поразмыслить современному человеку, пренебрегающему здоровым сном и жертвующему ночными часами ради работы или просмотра фильмов.