Мелатонин и биологические часы: как организм различает день и ночь

Мелатонин – гормон, по суточным колебаниям которого можно проследить, когда организм находится в фазе биологической ночи. Его больше всего связывают со сном, но функция мелатонина шире простого ощущения сонливости: он передает тканям информацию о времени суток и участвует в синхронизации внутренних ритмов с изменением света и тьмы. Основной источник циркулирующего мелатонина у человека – эпифиз, или шишковидная железа.

Когда к вечеру освещенность уменьшается, уровень мелатонина обычно начинает повышаться; днем он остается низким. Однако гормон не является самостоятельным «выключателем» бодрствования. Чтобы понять его роль, нужно разобраться, кто задает суточный ритм, как глаза передают информацию об освещении в мозг и почему время биологической ночи не всегда совпадает с показаниями часов.

Что такое мелатонин и где он образуется

По химическому строению мелатонин – индоламин, синтезируемый из аминокислоты триптофана через промежуточные этапы, в частности образование серотонина. Основной источник характерного ночного повышения мелатонина в крови – клетки эпифиза. Сам процесс образования гормона не определяется одним лишь фактом, что на улице стемнело: его контролирует нервная система, учитывающая информацию об освещении и внутреннем времени организма.

В нормальных условиях концентрация гормона имеет отчетливый суточный профиль: низкие дневные значения, повышение вечером, более высокие уровни ночью и снижение ближе к утру. Конкретное время начала и максимума зависит от человека, его обычного режима и световых условий. Поэтому популярная фраза «мелатонин вырабатывается ровно в десять вечера» не является физиологическим правилом. Обзоры Geoffriau и соавторов (1998) и Brown (1994) описывают мелатонин как гормональный исходный сигнал системы циркадного времени.

Кто управляет биологическими часами

В гипоталамусе расположено супрахиазматическое ядро – небольшая группа нервных клеток, которую часто называют центральными биологическими часами. Его активность задает приблизительно дневную последовательность конфигураций во многих физиологических действиях. Эти ритмы называют циркадными: они могут сохраняться при отсутствии привычных внешних подсказок, но для согласования с 24-часовыми сутками им нужна регулярная синхронизация.

Самая мощная внешняя подсказка – свет. Часть светочувствительных клеток сетчатки сообщает супрахиазматическому ядру не о том, что мы видим, а об общем уровне освещения. Через сложную нервную цепь центральные часы регулируют активность эпифиза. Так между наружной световой средой и ночным выделением мелатонина возникает связь.

Важно не перепутать причину с индикатором: ритм мелатонина отражает работу центральных часов, но не является единственным механизмом, запускающим все циркадные процессы. Внутренние часы есть и во многих периферических тканях; центральная система помогает поддерживать их согласованность.

Как свет и тьма изменяют уровень мелатонина

Свет оказывает влияние на мелатонин двумя связанными методами. Во-первых, освещение в биологическую ночь может напрямую подавлять текущее выделение гормона. Во-вторых, в зависимости от момента воздействия свет способен смещать фазу внутренних часов — то есть изменять время, когда на следующий день начнутся привычные ночные процессы. Это не одно и то же: кратковременное понижение концентрации гормона не обязательно означает тождественное по величине смещение всего суточного ритма.

Систематический обзор Tähkämö, Partonen и Pesonen (2019) показывает, что результат зависит не только от яркости: значения имеют спектральный состав, продолжительность и время экспозиции, а также предыдущая световая история. Вечернее или ночное освещение может влиять и на текущую секрецию мелатонина и на циркадную фазу. В то же время, реакции отличаются между людьми — универсального порога «безопасного света» для каждой ситуации нет.

Почему биологическая ночь начинается не у всех одновременно

В хронобиологических исследованиях для оценки циркадной фазы используют показатель DLMO – начало повышения мелатонина в условиях приглушенного света. По описаниям клинической литературы этот момент часто предшествует обычному времени сна примерно на несколько часов, но не является точкой, одинаковой для всех людей. При измерении мелатонина под ярким освещением результат может отражать не только внутреннее время, но и немедленную реакцию на свет.

Именно поэтому два взрослых, которые ложатся спать в 23:00, могут иметь разное состояние циркадной подготовки к ночи. И наоборот: одинаковые показатели сна еще не доказывают тождества их гормонального ритма. В работе Dijk и соавторов (1997) связь мелатонина со структурой и временем сна рассматривалась через измерение циркадных и электрофизиологических показателей.

Мелатонин и сон: связь есть, но это разные механизмы

Сон регулируют по меньшей мере два взаимодействующих процесса. Первый — гомеостатическое давление сна: по мере длительного бодрствования потребность во сне обычно растет. Второй — циркадное управление, определяющее, когда организм склонен быть бодрее, а когда легче переходит к ночному отдыху. Мелатонин тесно связан со вторым процессом, хотя может влиять и на склонность к засыпанию.

Это объясняет, почему повышенный мелатонин не является гарантией сна, а низкий уровень гормона не исключает засыпания после длительного бодрствования. По обзору Cajochen, Kräuchi и Wirz-Justice (2003), мелатонин выступает сигналом внутреннего времени и может изменять циркадную фазу. Однако характер такого изменения зависит от того, в какой биологический момент оказывается влияние.

Важная разница также существует между собственным мелатонином организма и поступающим извне веществом. Введение мелатонина в экспериментах может создавать временной сигнал, отличный от природного суточного профиля. Поэтому выводы о регуляции цикла день-ночь нельзя автоматически превращать в общие рекомендации по добавкам, дозам или времени приема. Эти вопросы требуют отдельного разбирательства.

Что можно узнать по анализу мелатонина

В исследовательских условиях мелатонин оценивается в крови или слюне, а иногда используют показатели его метаболитов в моче. Если цель – установить циркадную фазу, важно собирать пробы в контролируемых световых условиях и в течение определенного промежутка времени. Отдельное случайное измерение без указания времени суток и освещения может быть сложным для толкования.

В систематическом обзоре влияния света и исследованиях хронобиологии подчеркивается, что освещение перед забором проб и во время него может влиять на результат. К примеру, временное угнетение секреции через свет можно ошибочно принять за отсутствие ночного повышения. Именно поэтому DLMO обычно оценивается серией измерений в приглушенном свете, а не по одному анализу в произвольный момент.

Для большинства людей без специальной исследовательской или клинической потребности анализ мелатонина не способ самостоятельно выбирать добавку. Результат нуждается в контексте: режиме сна, графике освещения, возрасте, возможным препаратам и выбранной лабораторной методике.

Что поддерживает согласованность цикла день-ночь

Наиболее понятный физиологический фактор – регулярный световой режим. Яркое дневное освещение и уменьшение светового воздействия поздно вечером помогают организму различать дневную и ночную части суток. Однако сила и направление фазовой реакции зависят от конкретного времени воздействия: не всякий свет в любое время оказывает одинаковый эффект.

Другие стабилизирующие сигналы — относительно часы подъема, регулярность активности и питания. Они не заменяют центральный световой механизм, но делают суточное расписание более последовательным. Для людей с переменным графиком или частыми перелетами согласование этих сигналов может быть значительно сложнее, чем для тех, кто работает днем.

Отдельно следует отграничить естественную синхронизацию от использования добавок. Мелатонин в добавке не заменяет дневной свет, режим сна или оценку причин устойчивых затруднений с засыпанием. А если нарушения сна повторяются, важно не объяснять их автоматически «недостатком мелатонина»: подобные жалобы могут иметь разные причины.

Осторожности в отношении добавок с мелатонином

Мелатонин обладает биологической активностью, поэтому его нельзя воспринимать как нейтральный компонент питания. Перед употреблением рекомендуется консультация врача. Диетические добавки с мелатонином запрещены детям до 18 лет; они не рекомендованы беременным и женщинам в период лактации, лицам с воспалительными или аутоиммунными заболеваниями, эпилепсией или астмой, а также тем, кто выполняет деятельность, требующую повышенного внимания. Если человек принимает лекарства или имеет хронические состояния, вопрос о сочетании нужно обсуждать с врачом.

В этой статье нет схемы приема или рекомендаций по дозе: ее цель объяснить роль собственного мелатонина в биологических часах. Данные о дозировках и специальных сценариях использования относятся к другим, отдельно проверенным темам.

Часто задаваемые вопросы

Мелатонин – это гормон или витамин?
Мелатонин – гормон, участвующий в передаче сигнала о биологической ночи. Он не относится к витаминам.

Мелатонин вырабатывается только тогда, когда человек спит?
Нет. Его суточный ритм связан прежде всего с внутренними часами и световыми условиями, а не непосредственно с фактом засыпания.

Почему мелатонин повышается вечером?
Система циркадного времени через нервные сигналы регулирует активность эпифиза. При соответствующей фазе внутреннего ритма приглушенное освещение позволяет проявиться ночному повышению гормона.

Равно ли работают биологические часы у всех?
Нет. Хронотип и циркадная фаза разнятся, поэтому одинаковое время на часах не обязательно означает одинаковое внутреннее биологическое время.

Может ли вечерний свет воздействовать на мелатонин?
Да. В зависимости от характеристик и времени освещения оно может временно ингибировать секрецию гормона и влиять на циркадную фазу.

Что означает DLMO?
Это начало повышения мелатонина в приглушенном свете. В исследованиях его используют в качестве маркера внутреннего циркадного времени.

Если мелатонин повысился, человек обязательно уснет?
Нет. Сон зависит также от накопившейся потребности в отдыхе, внешних условиях и многих других факторов.

Нужно ли сдавать анализ мелатонина перед выбором добавки?
Сам по себе разовый анализ не дает полную картину циркадного ритма. Потребность в обследовании и интерпретации результатов определяет специалист.

Источники

• Brown G. M. (1994). Light, melatonin and the sleep-wake cycle. Journal of Psychiatry & Neuroscience, 19(5), 345–353. PubMed.
• Geoffriau M., Brun J., Chazot G., Claustrat B. (1998). The physiology and pharmacology of melatonin in humans. Hormone Research, 49(3–4), 136–141. PubMed.
• Shanahan T. L., Zeitzer J. M., Czeisler C. A. (1997). Resetting the melatonin rhythm with light in humans. Journal of Biological Rhythms, 12(6), 556–567. PubMed.
• Cajochen C., Kräuchi K., Wirz-Justice A. (2003). Role of melatonin in the regulation of human circadian rhythms and sleep. Journal of Neuroendocrinology. PubMed.
• Dijk D. J., Cajochen C. (1997). Melatonin and the circadian regulation of sleep initiation, consolidation, structure, and the sleep EEG. Journal of Biological Rhythms, 12(6), 627–635. PubMed.
• Tähkämö L., Partonen T., Pesonen A.-K. (2019). Systematic review of light exposure impact on human circadian rhythm. Chronobiology International, 36(2), 151–170. PubMed.
• Prayag A. S., Münch M., Aeschbach D., Chellappa S. L., Gronfier C. (2019). Light Modulation of Human Clocks, Wake, and Sleep. Clocks & Sleep. PubMed.

Диетическая добавка. Не является лекарственным средством. Перед применением проконсультируйтесь с лечащим врачом.