Мелатонін і біологічний годинник: як організм розрізняє день і ніч

Мелатонін — гормон, за добовими коливаннями якого можна простежити, коли організм перебуває у фазі біологічної ночі. Його найбільше пов’язують зі сном, але функція мелатоніну ширша за просте відчуття сонливості: він передає тканинам інформацію про час доби й бере участь у синхронізації внутрішніх ритмів зі зміною світла та темряви. Основне джерело циркулюючого мелатоніну в людини — епіфіз, або шишкоподібна залоза.

Коли ввечері освітленість зменшується, рівень мелатоніну зазвичай починає підвищуватися; вдень він залишається низьким. Однак гормон не є самостійним «вимикачем» неспання. Щоб зрозуміти його роль, потрібно розібратися, хто задає добовий ритм, як очі передають інформацію про освітлення до мозку та чому час біологічної ночі не завжди збігається з показаннями годинника.

Що таке мелатонін і де він утворюється

За хімічною будовою мелатонін — індоламін, який синтезується з амінокислоти триптофану через проміжні етапи, зокрема утворення серотоніну. Основне джерело характерного нічного підвищення мелатоніну в крові — клітини епіфіза. Сам процес утворення гормону не визначається одним лише фактом, що надворі стемніло: його контролює нервова система, яка враховує інформацію про освітлення та внутрішній час організму.

У нормальних умовах концентрація гормону має виразний добовий профіль: низькі денні значення, підвищення ввечері, вищі рівні вночі та зниження ближче до ранку. Конкретний час початку й максимуму залежить від людини, її звичного режиму та світлових умов. Тому популярна фраза «мелатонін виробляється рівно о десятій вечора» не є фізіологічним правилом. Огляди Geoffriau та співавторів (1998) і Brown (1994) описують мелатонін як гормональний вихідний сигнал системи циркадного часу.

Хто керує біологічним годинником

У гіпоталамусі розташоване супрахіазматичне ядро — невелика група нервових клітин, яку часто називають центральним біологічним годинником. Його активність задає приблизно добову послідовність змін у багатьох фізіологічних процесах. Ці ритми називають циркадними: вони можуть зберігатися за відсутності звичних зовнішніх підказок, але для узгодження з 24-годинною добою їм потрібна регулярна синхронізація.

Найпотужніша зовнішня підказка — світло. Частина світлочутливих клітин сітківки повідомляє супрахіазматичному ядру не про те, що ми бачимо, а про загальний рівень освітлення. Через складний нервовий ланцюг центральний годинник регулює активність епіфіза. Так між зовнішнім світловим середовищем і нічним виділенням мелатоніну виникає зв’язок.

Важливо не переплутати причину з індикатором: ритм мелатоніну відображає роботу центрального годинника, але не є єдиним механізмом, який запускає всі циркадні процеси. Внутрішні годинники є й у багатьох периферичних тканинах; центральна система допомагає підтримувати їхню узгодженість.

Як світло і темрява змінюють рівень мелатоніну

Світло впливає на мелатонін двома пов’язаними способами. По-перше, освітлення у біологічну ніч може безпосередньо пригнічувати поточне виділення гормону. По-друге, залежно від моменту впливу світло здатне зміщувати фазу внутрішнього годинника — тобто змінювати час, коли наступного дня почнуться звичні нічні процеси. Це не одне й те саме: короткочасне зниження концентрації гормону не обов’язково означає тотожне за величиною зміщення всього добового ритму.

Систематичний огляд Tähkämö, Partonen і Pesonen (2019) показує, що результат залежить не тільки від яскравості: значення мають спектральний склад, тривалість і час експозиції, а також попередня світлова історія. Вечірнє або нічне освітлення може впливати і на поточну секрецію мелатоніну, і на циркадну фазу. Водночас реакції відрізняються між людьми — універсального порогу «безпечного світла» для кожної ситуації немає.

Чому біологічна ніч починається не в усіх одночасно

Хронотип — індивідуальна схильність до ранішого або пізнішого часу активності й сну — пов’язана, зокрема, із фазою циркадного ритму. В однієї людини вечірнє підвищення мелатоніну починається раніше, в іншої — пізніше. Режим освітлення, час пробудження та щоденні звички також впливають на те, наскільки стабільно внутрішній ритм збігається зі звичайним розкладом.

У хронобіологічних дослідженнях для оцінки циркадної фази використовують показник DLMO — початок підвищення мелатоніну в умовах приглушеного світла. За описами клінічної літератури цей момент часто передує звичному часу сну приблизно на кілька годин, але не є точкою, однаковою для всіх людей. Якщо вимірювати мелатонін під яскравим освітленням, результат може відображати не лише внутрішній час, а й негайну реакцію на світло.

Саме тому два дорослі, які лягають спати о 23:00, можуть мати різний стан циркадної підготовки до ночі. І навпаки: однакові показники сну ще не доводять тотожності їхнього гормонального ритму. У роботі Dijk та співавторів (1997) зв’язок мелатоніну зі структурою і часом сну розглядали через вимірювання циркадних і електрофізіологічних показників.

Мелатонін і сон: зв’язок є, але це різні механізми

Сон регулюють щонайменше два взаємодіючі процеси. Перший — гомеостатичний тиск сну: у міру тривалого неспання потреба у сні зазвичай зростає. Другий — циркадне керування, яке визначає, коли організм схильний бути бадьорішим, а коли легше переходить до нічного відпочинку. Мелатонін тісно пов’язаний із другим процесом, хоча може впливати й на схильність до засинання.

Це пояснює, чому підвищений мелатонін не є гарантією сну, а низький рівень гормону не виключає засинання після тривалого неспання. За оглядом Cajochen, Kräuchi і Wirz-Justice (2003), мелатонін виступає сигналом внутрішнього часу та може змінювати циркадну фазу. Однак характер такої зміни залежить від того, у який біологічний момент відбувається вплив.

Важлива різниця також існує між власним мелатоніном організму й речовиною, що надходить ззовні. Введення мелатоніну в експериментах може створювати часовий сигнал, відмінний від природного добового профілю. Тому висновки про регуляцію циклу день–ніч не можна автоматично перетворювати на загальні рекомендації щодо добавок, доз чи часу приймання. Ці питання потребують окремого розгляду.

Що можна дізнатися з аналізу мелатоніну

У дослідницьких умовах мелатонін оцінюють у крові або слині, а іноді використовують показники його метаболітів у сечі. Якщо мета — встановити циркадну фазу, важливо збирати проби в контрольованих світлових умовах і впродовж певного проміжку часу. Окреме випадкове вимірювання без зазначення часу доби та освітлення може бути складним для тлумачення.

У систематичному огляді впливу світла та дослідженнях хронобіології підкреслюється, що освітлення перед забором проб і під час нього може впливати на результат. Наприклад, тимчасове пригнічення секреції через світло можна помилково прийняти за відсутність нічного підвищення. Власне тому DLMO зазвичай оцінюють серією вимірювань у приглушеному світлі, а не за одним аналізом у довільний момент.

Для більшості людей без спеціальної дослідницької або клінічної потреби аналіз мелатоніну не є способом самостійно вибирати добавку. Результат потребує контексту: режиму сну, графіка освітлення, віку, можливих препаратів та обраної лабораторної методики.

Що підтримує узгодженість циклу день–ніч

Найбільш зрозумілий фізіологічний чинник — регулярний світловий режим. Яскравіше денне освітлення та зменшення світлового впливу пізно ввечері допомагають організму розрізняти денну й нічну частини доби. Проте сила й напрямок фазової реакції залежать від конкретного часу впливу: не всяке світло в будь-яку годину має однаковий ефект.

Інші стабілізувальні сигнали — відносно сталі години підйому, регулярність активності та харчування. Вони не замінюють центральний світловий механізм, але роблять добовий розклад послідовнішим. Для людей зі змінним графіком або частими перельотами узгодження цих сигналів може бути значно складнішим, ніж для тих, хто працює вдень.

Окремо слід відмежувати природну синхронізацію від використання добавок. Мелатонін у добавці не замінює денне світло, режим сну чи оцінку причин стійких труднощів із засинанням. А якщо порушення сну повторюються, важливо не пояснювати їх автоматично «нестачею мелатоніну»: схожі скарги можуть мати різні причини.

Обережності щодо добавок із мелатоніном

Мелатонін має біологічну активність, тому його не слід сприймати як нейтральний компонент харчування. Перед споживанням рекомендується консультація лікаря. Дієтичні добавки з мелатоніном заборонені дітям віком до 18 років; їх не рекомендовано вагітним та жінкам у період лактації, особам із запальними або аутоімунними захворюваннями, епілепсією чи астмою, а також тим, хто виконує діяльність, що потребує підвищеної уваги. Якщо людина приймає ліки або має хронічні стани, питання поєднання потрібно обговорювати з лікарем.

У цій статті немає схеми приймання чи рекомендацій щодо дози: її мета — пояснити роль власного мелатоніну в біологічному годиннику. Дані про дозування та спеціальні сценарії використання належать до інших, окремо перевірених тем.

Часті питання

Мелатонін — це гормон чи вітамін?
Мелатонін — гормон, який бере участь у передаванні сигналу про біологічну ніч. Він не належить до вітамінів.

Чи виробляється мелатонін лише тоді, коли людина спить?
Ні. Його добовий ритм пов’язаний передусім із внутрішнім годинником і світловими умовами, а не безпосередньо з фактом засинання.

Чому мелатонін підвищується ввечері?
Система циркадного часу через нервові сигнали регулює активність епіфіза. За відповідної фази внутрішнього ритму приглушене освітлення дозволяє проявитися нічному підвищенню гормону.

Чи однаково працює біологічний годинник у всіх?
Ні. Хронотип і циркадна фаза різняться, тому однаковий час на годиннику не обов’язково означає однаковий внутрішній біологічний час.

Чи може вечірнє світло впливати на мелатонін?
Так. Залежно від характеристик і часу освітлення воно може тимчасово пригнічувати секрецію гормону та впливати на циркадну фазу.

Що означає DLMO?
Це початок підвищення мелатоніну в приглушеному світлі. У дослідженнях його використовують як маркер внутрішнього циркадного часу.

Якщо мелатонін підвищився, людина обов’язково засне?
Ні. Сон залежить також від накопиченої потреби у відпочинку, зовнішніх умов і багатьох інших чинників.

Чи потрібно здавати аналіз мелатоніну перед вибором добавки?
Сам по собі разовий аналіз не дає повної картини циркадного ритму. Потребу в обстеженні та інтерпретацію результатів визначає фахівець.

Джерела

• 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.

Дієтична добавка. Не є лікарським засобом. Перед застосуванням проконсультуйтеся з лікарем.