К вопросу о влиянии мелатонина на формирование эмоциональных и моторных проявлений во время стресса



К вопросу о влиянии мелатонина на формирование эмоциональных и моторных проявлений во время стресса

В данной статье автором рассматривается взаимоотношения таких структур мозга, как эпифиз и гиппокамп. Изучаются различные эксперименты, доказывающие значимую роль мелатонина в процессах жизнедеятельности организма. Итогом работы является ряд существенных предложений по использованию мелатонина в качестве фармацевтического препарата.

Ключевые слова: мелатонин, эпифиз, гиппокамп, пинеалоциты, нейроны, стресс, гормон.

In this article the author examines the relationship between brain structures such as the hippocampus and the epiphysis. We study various experiments to prove a significant role of melatonin in the body's vital processes. The result of a number of significant proposals for the use of melatonin as a pharmaceutical.

Keywords: melatonin, thepinealgland, hippocampus, pinealocytesneurons, thestresshormone.

ЭПИФИЗ (шишковидная, или пинеальная, железа) — небольшое образование, расположенное у позвоночных под кожей головы или в глубине мозга; функционирует либо в качестве воспринимающего свет органа либо как железа внутренней секреции, активность которой зависит от освещенности. У человека это образование по форме напоминает сосновую шишку, откуда и получило свое название (греч. epiphysis — шишка, нарост).

Гистологически различают паренхиму и соединительнотканную строму. Эпифиз окружён мягкой мозговой оболочкой, к которой непосредственно прилежит. Мягкая мозговая оболочка формирует капсулу. Капсула и отходящие от неё трабекулы содержат трабекулярные сосуды и постганглионарные синаптические волокна.

В дольках эпифиза паренхима представлена двумя типами пинеалоцитов: светлые пинеалоциты (endochrinocytislucidus), характеризующиеся светлой гомогенной цитоплазмой и темные пинеалоциты меньшего размера с ацидофильным (а иногда базофильными) включениями в цитоплазме. В цитоплазме пинеалоцитов обнаруживаются многочисленные митохондрии, хорошо развитый комплект Гольджи, лизосомы, пузырьки агранулярной эндоплазматической сети и рибосомы. Величина и форма пинеальных клеток меняется с возрастом и отчасти связаны с полом. К 10–15 годам в жизни в них появляется пигмент (липохром) — это связано с инволюцией органа.

Пинеалоциты лучше всего демонстрируются при импрегнации серебром. Пинеалоциты образуют аксо-вазальные синапсы с сосудами, поэтому выделяемые ими гормон попадают в кровоток. Пинеалоциты днем синтезируют серотонин, ночью мелатонин и другие гормоны белковой природы, таким образом секреторная активность в эпифизе стимулируется светом и темнотой.

Небольшая мозговая железа эпифиз является уникальным адаптогенным органом, обеспечивающим приспособление сложно устроенных организмов к меняющимся условиям внешней среды. В том числе с помощью мелатонина эпифиз обеспечивает защиту от неблагоприятных последствий стрессорного воздействия.

Существенное значение для ноотропной активности мелатонина имеет оптимизирующее влияние на мозговые нейромедиаторные процессы. Среди них особую роль в организации когнитивной деятельности играют холинергические нейроны, восходящие из основания мозга к фронтальным отделам коры, норадренергические проекции из голубого пятна ствола к ростральным структурам (прежде всего к гиппокампу) и нигростриатные дофаминергические пути, которые связывают черную субстанцию со стриатумом. Иными словами, речь идет о контроле за функцией мозговых образований, с одной стороны, непосредственно ответственных за адекватное приспособительное поведение человека и животных, с другой — неизменно страдающих при развитии органической умственной недостаточности.

В естественных условиях при организации стрессорной реакции между эпифизом и гиппокампом складываются реципрокные отношения. Если мелатонин ограничивает деятельность этой мозговой структуры, то и она в свою очередь способна лимитировать эпифизарную активность, тем самым, создавая дополнительные предпосылки для развертывания более выраженного ответа на стресс.

В самом деле, стрессирование животных при их помещении в резервуар с водой, как и локальное разрушение гиппокампа, вызывали у крыс значимый (по сравнению с интактными особями) подъем уровня плазменного мелатонина. Во втором случае гормональный сдвиг оказывался гораздо более резким, особенно при ночных определениях. Когда же стресс предъявляли на фоне гиппокампэктомии, то такого рода подъём не возникал в силу нарушения механизма обратной связи в функциональном блоке эпифиз-гиппокамп.

Гиппокамп (hippocampus) — область в головном мозге человека, являющаяся частью лимбической системы, связанная также с регуляцией эмоциональных ответов. Гиппокамп по форме напоминает морского конька, располагается во внутренней части височной области мозга. Гиппокамп является главным из отделов мозга по хранению долгосрочной информации. Также гиппокамп отвечает за пространственную ориентацию.

Оба гиппокампа связаны между собой комиссуральными нервными волокнами. Гиппокамп состоит из плотно уложенных клеток в ленточную структуру, которая тянется вдоль медиальной стенки нижнего рога бокового желудочка мозга в переднезаднем направлении. Основная масса нервных клеток гиппокампа это пирамидные нейроны и полиморфные клетки. В зубчатой извилине основной тип клеток это зернистые клетки. Кроме клеток указанных типов в гиппокампе присутствуют ГАМК-ергические вставочные нейроны, которые не имеют отношения к какому-либо клеточному слою. Эти клетки содержат различные нейропептиды, кальций связывающий белок и, конечно же, нейромедиатор ГАМК.

Модификация поведенческих и вегетативных сдвигов гиппокампального происхождения мелатонина может определяться его прямым ингибирующим влиянием на нейроны данной структуры. На то указывают результаты опытов с регистрацией функционального состояния гиппокампа.

Так, по ЭЭГ наблюдениям вечернее, но не утреннее, введение крысам мелатонина ограничивало специфический для данной структуры тета-ритм, тогда как эпифизэктомия приводила к его увеличению. Гормон дозозависимо угнетал разряды одиночных гиппокампальных нейронов у свободно передвигающихся крыс.

Как установлено, мелатонин (0,1 мг/кг) существенно не влиял на функциональное состояние пирамидных нейронов в поле СА1гиппокампальной формации.

Непродолжительный плавательный стресс вызывал их активацию в форме возрастания уровня нуклеиновых кислот и снижения содержания гликогена, а также увеличения ядерно-цитоплазматического соотношения, принимаемого за морфометрический критерий повышения возбудимости нервных клеток. В этих-то условиях мелатонин и обнаруживал выраженные стресспротективные свойства, предупреждая развитие такого рода изменений. Подобным защитным действием гормона правомерно объяснять и ограничение под его влиянием гибели нейронов в различных областях ишемизированного мозга и особенно в поле СА1 гиппокампа.

Ослаблением посредством мелатонина повышенной возбудимости не только гиппокампа, но и других эмоциогенных структур, осуществляется, как очевидно, за счет включения представленных здесь мелатониновых рецепторов. Следует учесть, что плотность последних оказалась довольно высокой именно в лимбических образованиях и срединном возвышении гипоталамуса.

В неокортексе и подкорковых ганглиях она заметно ниже. Важно, что с их помощью может происходить изменение функции нейромедиаторных механизмов, которые вовлекаются в регуляцию эмоционального состояния, в частности, в контроль за реакцией тревоги, аккомпанирующей стрессу.

В экспериментальной психофизиологии для оценки процессов памяти и обучения у мелких лабораторных грызунов (мыши, крысы) в последние годы наиболее корректным методом признается использование водного лабиринта Морриса. Животное, помещенное в резервуар с водой, который разделен перегородками с изредка открывающимися в них отверстиями, по мере тренировок должно находить наиболее оптимальную траекторию движения к спасательной площадке. Как свидетельствуют наши предварительные наблюдения, повторное введение МТ (1 мг/кг) крысам облегчало приобретение избегательного навыка, улучшая память, судя по ускорению ориентации в лабиринте. Затрачивая меньше времени на поиск безопасной ситуации, чем особи контрольной серии, получавшие инъекции физиологического раствора, они к тому же реже совершали ошибки. Прямо противоположные данные были получены в экспериментах на крысах с удаленным эпифизом. По сравнению с ложно оперированными животными после эпифизэктомии отмечалось увеличение латентности ответов с ростом числа ошибочных действий.

Аналогичные результаты, полученные посредством указанной экспериментальной методики, представлены и другими исследователями, которые разными способами моделировали органическое поражение мозга. С этой целью крысам интрацистернально вводили нейротоксиназиридин, избирательно повреждающий холинергические нейроны в ростральных мозговых структурах, либо инъецировали в гиппокамп нейротоксический Р-амилоид для моделирования болезни Альцгеймера. В обоих случаях в водном лабиринте регистрировались грубые поведенческие нарушения, совпадавшие с нейродегенеративными явлениями в мозге. Хронические (10–14 дней) инъекции МТ в широком диапазоне доз (от 0,1 до 10 мг/кг) способствовали улучшению обучения и пространственной памяти с одновременным ограничением патохимических сдвигов в мозговой ткани [1, 2]. Сходный защитный эффект МТ демонстрировал в случае контузионной травмы мозга у крысят и при моделировании амнезии у мышей введением D-галактозы [3, 4].

От представленных сведений практически не отличаются факты, полученные с помощью иных экспериментальных подходов в виде регистрации условнорефлекторного пассивного избегания и поведения в приподнятом крестообразном лабиринте. Если когнитивные расстройства моделировали у мышей хроническим введением этанола, либо внутримозговыми инъекциями хлорида алюминия, а у крыс путем церебральной ишемии, то и в этих условиях МТ предупреждал и/или значимо ослаблял поведенческие и биохимические нарушения [5, 6, 7].

Таким образом, эпифизарный мелатонин обладает способностью вмешиваться всостояние различных нейромедиаторных процессов, связанных сдеятельностью целого ряда мозговых структур, участвующих вформировании эмоциональных имоторных проявлений стрессорного ответа.По мнению некоторых исследователей, защитные свойства мелатонина вотношении гиппокампальных нейронов могут быть обусловлены усилением ГАМК-ергической передачи. Причем гормон, вероятно, способен непосредственно модулировать активность ГАМКА-бензодиазепиновых рецепторных комплексов, поскольку его действие устранялось антагонистом бензодиазепиновых рецепторов флумазенилом, но не блокатором специфических мест связывания мелатонина лузиндолом.

Следует учесть также и специфическую хронотропную активность гормона, связанную с его давно описанными ритморганизующими свойствами. С одной стороны, когнитивным расстройствам неизменно сопутствует дезорганизация разных, прежде всего циркадианных биологических ритмов, а с другой — первичная дизритмия может предрасполагать к развитию нарушений познавательных процессов [8]. Отсюда само по себе восстановление нормальной ритмики уже априори должно приводить к положительным терапевтическим результатам.

Действительно, пожилых людей и лиц, страдающих болезнью Альцгеймера, перенесших инсульт или черепно-мозговую травму, отличают дефекты в суточной периодичности различных физиологических показателей, и в первую очередь ухудшение ночного сна. Мало того, в гиппокампе пациентов с болезнью Альцгеймера посмертно обнаруживается пониженное количество МТ рецепторов [9, 10, 11]. Потому не удивительно, что введение МТ в подобной ситуации обусловливает нормализацию циркадианного периодизма и ликвидирует инсомнию, что дает лечебный эффект при когнитивной патологии в дополнение к прямому нейротропному действию гормона [12, 13]. Аналогичным путем МТ, очевидно, способен оптимизировать работоспособность и память у людей с проявлениями десинхроноза в силу их занятости сменным или вахтенным трудом [14].

Выводы. В основе МТ нейропротекции лежат те же клеточные механизмы, что и в действии традиционных ноотропных средств: антиоксидантный эффект, ограничение разных форм нейро-токсичности (глутамата, окиси азота, р-амилоидного пептида, металлов и пр.), а также синхронизация биоритмов, изменение эндокринного статуса. Тем самым, по совокупности указанных свойств, МТ правомерно рассматривать в качестве естественного ноотропного агента и рекомендовать его фармацевтический препарат после широких клинических испытаний для комплексной терапии когнитивных расстройств различного происхождения. Мелатонин может использоваться в клинике как альтернатива бензодиазепиновым анксиолитикам.

Литература:

1. Bachurin S., Oxenkrug G., Lermontova N. etal. N-acetylserotonin, melatonin and their derivatives improve cognition and protect against beta-amyloid-induced neurotoxicity// Am. N. Y. Acad. Sci. — 1999. — V. 890. — p. 155–166.
2. Shen Y. X., Xu S. Y., Wei W. et al. Melatonin reduced memory changes and neural oxidative damage in mice treated with D-galactose // J. Pineal Res. — 2002. — V. 32. — p. 173–178.
3. Ozdermir D., Tugyan K., Uysal K. et al. Protective effect of melatonin against head trauma-induced hippocampal damage and spatial memory deficits in immature rats // Neurosci. Lett. -2005. — V. 3. — p. 234–239.
4. Shen Y. X., Xu S. Y., Wei W. et al. The protective effects of melatonin from oxidative damage induced by amyloid beta-peptide 23–35 in middle-aged rats // J. Pineal Res. — 2002. — V. 32. – p. 85–89.
5. DeButte M., Fortin T., Papas B. A. Pinealectomy: behavioral and neuropatological consequences in a chronic cerebral hypoperfusion model // Neurobiol. Aging. — 2002. — V. 23. — p. 309–317.
6. Raghavendra V., Kulkarni K. Possible antioxidant mechanism in melatonin reversal of aging and chronic ethanol-induced amnesia in plus-maze and passive avoidance memory tasks // Free Radic. Biol. Med. — 2001. — V. 30. — p. 595–602.
7. Querra-Salva M. A., Guilleminault C., Claustrat B. et al. Rapid shift in peak melatonin secretion associated with improved performance in short work schedule // Sleep. — 1997. — V. 20. — p. 1145–1150.
8. Арушанян Э. Б. Хронобиологическая природа нарушений познавательной деятельности мозга // Журн. невропатол. и психиат. — 2005. – Т. 105. – с. 73–78.
9. Fiorina P., Lattuada G., Silverstrini C. Disruption of nocturnal melatonin rhythm and immunological involvement in ischaemic stroke patients // Scand. J. Immunol. — 1999. — V. 50. — p. 228.
10. Onen F., Onen S. H. Sleep rhythm disturbances in Alzheimer's disease // Rev. Med. Intern. – 2003. — V. 24. — p. 165–171.
11. Savaskan E., Ayoub M. A., Ravid R. et al. Reduced hippocampal MT2 receptor expression in melatonin Alzheimer's disease // J. Pineal Res. — 2005. — V. 38. — p. 10–16.
12. Monti J. M., Cardinali D. P. A critical assessment of the melatonin effect on sleep in humans // Biol. Signals Recept. — 2000. — V. 9. — p. 328–339.
13. Skene D. J., Swaab D. F. Melatonin rhythmicity: effect of age and Alzheimer's disease // Exp. Gerontol. — 2003. — V. 38. — p. 199–206.
14. Zhang Z., Yu C. X. Effect of melatonin on learning and memory impairment induced by aluminum chloride and its mechanism // Yao Xue. Xue. Bao — 2002. — V. 37. — p. 682–686.