RYTMIKA OKOŁODOBOWA.pdf

PRACA POGLĄDOWA

ISSN 1641–6007

Sen 2002, Tom 2, Nr 4, 127–136

SEN

Rytmika okołodobowa i zegar biologiczny

Circadian rhythmicity and biological clock

Jolanta B. Zawilska 1, 2 , Jerzy Z. Nowak 1, 3

1 Zakład Amin Biogennych Polskiej Akademii Nauk w Łodzi

2 Zakład Farmakodynamiki Uniwersytetu Medycznego w Łodzi

3 Zakład Farmakologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi

Abstract

Circadian rhythmicity and biological clock

In organisms of diverse prokaryotes and eukaryotes numerous processes occur in a rhyth-

mic manner. The most common biological rhythms are circadian rhythms with an endo-

genous period of about 24 h. They are generated by an endogenous pacemaker, termed

„circadian clock”, and are synchronized with environmental lighting conditions. Molecu-

lar mechanisms of the circadian clock functioning include rhythmic expression of „clock

genes”, with a negative feedback loops, where „clock” proteins inhibit their own transcrip-

tion/translation together with the positive transcription and translation processes. Dysregu-

lation of the circadian rhythmicity has been found in diverse pathophysiological condi-

tions in humans, including aging and neurodegenerative disorders, affective disorders,

circadian sleep disorders, night or shift work. This review describes basic features of biological

rhythms, the current concept of the structure and function of biological clock, and involve-

ment of light and the pineal hormone melatonin in the regulation of biological clock. Spe-

cial emphasis is given to the potential therapeutic effectiveness of light and melatonin in

the treatment of the biological rhythm-related disorders.

Key words: biological rhythms, light, suprachiasmatic nuclei, melatonin, pineal gland,

chronobiological sleep disorders

Adres do korespondencji:

Prof. dr hab. n. farm.

Jolanta Zawilska

Prof. dr hab. n. med.

Jerzy Z. Nowak

Zakład Amin Biogennych PAN

w Łodzi, skr. poczt. 225

90–950 Łódź 1

tel.: (0 42) 681 70 07

faks: (0 42) 681 52 83

e-mail:

jolantaz@amina1.zabpan.lodz.pl

Wstęp

Obserwacje i badania cyklicznie zmieniających się

procesów w świecie roślinnym i zwierzęcym są prowa-

dzone od starożytności, a zdobywana wiedza nie tylko

zaspokajała ciekawość człowieka, ale przede wszystkim

pozwalała mu przewidzieć wiele zjawisk w świecie przy-

rody oraz przystosować do nich swoją aktywność życiową

i gospodarczą. Pomimo tak bogatej historii chronobiolo-

gii — dziedziny naukowej, zajmującej się różnymi aspek-

tami rytmów biologicznych — dopiero w ostatnim pół-

wieczu nastąpił jej niezwykle dynamiczny i wielopłasz-

czyznowy rozwój — od zjawisk behawioralnych, przez

genetykę i biologię molekularną, do terapii.

Większość procesów w organizmach roślinnych

i zwierzęcych oraz w organizmie człowieka zmienia się

w sposób cykliczny — od oscylacji milisekundowych do

fluktuacji w cyklu rocznym. Wiele rytmów biologicznych

wykształciło się w toku ewolucji jako odpowiedź ada-

ptacyjna organizmów na cyklicznie zmieniające się wa-

runki panujące na Ziemi (przede wszystkim oświetlenia

i temperatury), które wynikają z ruchów rotacyjnych pla-

nety. Obrót Ziemi dookoła własnej osi powoduje występo-

wanie dnia i nocy, zaś obieg Ziemi wokół Słońca, w połą-

czeniu z nachyleniem osi planety w stosunku do eklip-

tyki 1 , warunkuje następstwo pór roku.

Organizmy żywe wykształciły w toku ewolucji licz-

ne systemy zegarowe, które mają zdolność do pomiaru

1 Sezonowe zmiany klimatyczne wiążą się z tym, że oś obrotu Zie-

mi nie jest pionowa, lecz lekko nachylona (o 23,5 o ) w stosunku do

płaszczyzny jej obiegu wokół Słońca. W wyniku takiego nachyle-

nia w czasie ruchu dookoła Słońca — jeden obrót w ciągu całego

roku — oświetlenie Ziemi nie jest jednakowe: promienie słonecz-

ne padają na jej północną i południową półkulę bardziej prosto-

padle latem bądź bardziej ukośnie zimą.

www.sen.viamedica.pl

127

SEN 2002, Tom 2, Nr 4

czasu w cyklu dobowym, lunarnym (28-dniowym) oraz

rocznym. Przykładami zjawisk występujących u kręgow-

ców i przebiegających w rytmie sezonowym są: cykl

wzrostu i reprodukcji, migracje (często spotykane u ryb,

gadów i ptaków, a także u niektórych gatunków ssaków),

okresowe zmiany koloru i gęstości futra, sen zimowy (hi-

bernacja). Rytmikę okołodobową (circadialną; circa —

— około, dies — dzień) wykazują natomiast: rytm sen-

czuwanie (aktywność), szybkość pracy serca i ciśnienie

tętnicze, zmiany temperatury ciała, zmiany stężenia we

krwi takich hormonów, jak: ACTH, kortyzol, hormon

wzrostu, prolaktyna i melatonina [1–4]. Większość czyn-

ności wykonywanych w warunkach naturalnych przez

organizmy żywe (wyjątkiem — ale tylko do pewnego stop-

nia — może być człowiek współczesny) służy „czasowej”

organizacji funkcji tkanek, narządów, a także całych or-

ganizmów w odniesieniu do cyklicznego następstwa dnia

i nocy.

Cechą charakterystyczną większości rytmów biolo-

gicznych jest ich endogenne pochodzenie. Oznacza to,

że na przykład rytmy biologiczne występujące w ciągu

doby nie są prostą odpowiedzią na cyklicznie występu-

jące zmiany oświetlenia w środowisku, odbierane jako

dzień (światło) i noc (ciemność), ale są wytwarzane (ge-

nerowane) przez wewnętrzne dobowe/okołodobowe oscy-

latory, nazywane zegarami biologicznymi. Rytmy te będą

się nadal utrzymywały przez okres co najmniej kilku dni

w tak zwanym środowisku bezsygnałowym, czyli w wa-

runkach stałej ciemności lub, znacznie rzadziej, ekspo-

zycji na światło. Mimo braku informacji „zewnętrznych”

o upływającym czasie (jednostajne warunki oświetlenia)

zegar biologiczny dalej odmierza czas na podstawie „za-

pamiętanych”, wcześniejszych informacji środowisko-

wych. Jeżeli jednak brakuje sygnałów ze strony środowi-

ska, które synchronizują pracę zegara 2 , ulega on stopnio-

wo subtelnym rozregulowaniom, co z kolei prowadzi do

zjawiska dryfowania rytmów biologicznych generowa-

nych przez zegar. Badania przeprowadzone przez zespół

Jürgena Aschoffa, a następnie przez inne zespoły badaw-

cze, obejmujące ochotników przebywających w specjal-

nych pomieszczeniach (w tym w tzw. bunkrach), w wa-

runkach uniemożliwiających ocenę upływającego czasu

(stałe warunki oświetlenia, brak zegarka, radia, telewi-

zora, swobodny dostęp do zapasów żywności), wykaza-

ły, że podstawowe rytmy okołodobowe, takie jak: rytm

temperatury ciała, snu-czuwania, stężenia we krwi kor-

tyzolu i melatoniny zaczynały dryfować, czyli przebie-

gać w taki sposób, że pełny cykl rytmu był dłuższy (znacz-

nie rzadziej krótszy) niż 24 godziny. Takie rytmy dryfu-

jące nazywa się również rytmami swobodnie biegnący-

mi ( free-running ) [2, 5–8]. Dryfowanie rytmów okołodo-

bowych obserwuje się nie tylko w warunkach doświad-

czalnych, ale także — co ma swoje implikacje patofizjo-

logiczne i terapeutyczne — u osób niewidomych, które

całkowicie utraciły zdolność odbioru fotonów światła,

u osób przebywających w jednostajnych warunkach

oświetlenia (np. załogi łodzi podwodnych, grotołazi, pra-

cownicy stacji polarnych, załogi stacji orbitalnych), czy

u osób, u których doszło do uszkodzenia bądź zniszcze-

nia naczelnego zegara biologicznego (np. powypadkowe

uszkodzenie jąder nadskrzyżowaniowych podwzgórza)

[1, 4, 9–14].

Światło jako najważniejszy czynnik

środowiska, synchronizujący rytmy

okołodobowe

Cechą charakterystyczną rytmu okołodobowego jest

jego wrażliwość na światło i, rzadziej, na temperaturę 3 .

Światło w dwojaki sposób wpływa na rytmy okołodobo-

we. Może przesuwać fazę rytmu — przyspieszać ( phase

advance ; przesunięcie do przodu występuje, gdy bodziec

świetlny zadziałał w drugiej połowie nocy) lub opóźniać

( phase delay ; przesunięcie do tyłu fazy występuje w wy-

niku ekspozycji na światło w pierwszej połowie nocy).

Ponadto, światło może zakłócić przebieg badanego para-

metru w danym cyklu (tzw. „efekt ostry” działania świa-

tła), nie powodując jednocześnie przesunięcia faz rytmu

okołodobowego [15–18]. Najczęściej, aby zaobserwować

działanie na fazy rytmów okołodobowych, konieczne jest

zastosowanie bodźca świetlnego o odpowiednio dużym

natężeniu lub odpowiednio długim czasie trwania. Kla-

sycznym przykładem rytmu, w którym stosunkowo łatwo

można oddzielić wyżej wymienione efekty światła, jest

okołodobowy rytm melatoniny. Krótkotrwała ekspozycja

zwierząt doświadczalnych oraz człowieka na światło

w nocy (lub fazie ciemnej sztucznego dobowego cyklu

oświetleniowego światło-ciemność) prowadzi do szybkie-

go i dramatycznego zmniejszenia bądź zahamowania pro-

dukcji melatoniny, rejestrowanego w postaci spadku stę-

żenia melatoniny we krwi, oraz — u zwierząt laboratoryj-

nych — poziomów melatoniny w szyszynce (główny or-

gan syntetyzujący hormon) i w siatkówce. Dłuższa ekspo-

zycja na światło o odpowiednio silnym natężeniu powo-

duje spadek produkcji melatoniny i przesunięcie faz oko-

łodobowego rytmu tego hormonu [1, 19–24].

3 Mimo że światło jest najważniejszym synchronizatorem okołodo-

bowego rytmu aktywności zegara biologicznego, inne sygnały śro-

dowiskowe, np. temperatura, dźwięki, interakcje socjalne, mogą

także odgrywać rolę dawców czasu. Sygnały te mogą się stać sy-

gnałami o fundamentalnym znaczeniu dla prawidłowej synchro-

nizacji pracy zegara biologicznego, np. u ludzi niewidomych albo

w środowisku, gdzie nie ma dostępu do światła (np. w głębinach

morskich czy jamach) [15].

2 Sygnały te nazywany naturalnymi synchronizatorami endogen-

nych zegarów biologicznych lub „wskazówkami czasu” (ang. time

cues ), albo „dawcami czasu” (niem. termin Zeitgebers wprowadzo-

ny przez niemieckiego chronobiologa Jürgena Aschoffa).

128

www.sen.viamedica.pl

Jolanta B. Zawilska, Jerzy Z. Nowak, Rytmika okołodobowa i zegar biologiczny

SEN

Rycina 1. Elementy mechanizmu okołodobowego zegara biologicznego. Strzałki oznaczają interakcje typu dodatniego. Szczegółowe

informacje na temat wzajemnych interakcji białek genów zegarowych i ich znaczenia funkcjonalnego w kontroli rytmów okołodobowych

znajdują się w cytowanych pracach przeglądowych [35–38]

Zwierzęta prowadzące nocny tryb życia (np. myszy

i szczury) są znacznie bardziej wrażliwe na bodźce świetl-

ne niż zwierzęta prowadzące dzienny tryb życia (np. nie-

które gatunki ptaków). Dane dotyczące człowieka nie są

spójne, wydaje się jednak, że zaobserwowane rozbieżności

wynikają w znacznym stopniu z warunków, w jakich prze-

prowadzono badania. Początkowo donoszono o małej wraż-

liwości ludzi na działanie światła (np. aby obniżyć stężenie

melatoniny we krwi do niskich wartości dziennych, stoso-

wano 2-godzinną ekspozycję w nocy na światło o natęże-

niu powyżej 1500 luksów) 4 [25]. W późniejszych pracach

opisywano przesunięcia rytmów okołodobowych (np. ryt-

mu temperatury ciała czy melatoniny) pod wpływem świa-

tła o natężeniu 180–400 luksów [16, 26–30].

neuronów o bogatej strefie dendrytycznej. Jądra nadskrzy-

żowaniowe odpowiadają za regulację dobowych/około-

dobowych rytmów fizjologicznych, biochemicznych

i behawioralnych [31–33]. Spośród wielu danych do-

świadczalnych, przemawiających za kluczową rolą SCN

jako nadrzędnego zegara biologicznego, najbardziej prze-

konujących dowodów dostarczają badania z przeszcze-

pianiem tej struktury mózgu u gryzoni. Zniszczenie SCN

na pomocą lezji chemicznej lub elektrycznej powoduje

u zwierząt utratę rytmów okołodobowych. Przeszczepie-

nie takim zwierzętom do trzeciej komory mózgu embrio-

nalnego SCN prowadzi do ponownego pojawienia się

u nich rytmiki okołodobowej, przy czym rejestrowane

rytmy reprezentowały rytmikę dawcy, a nie biorcy [34].

Powyższe badania wskazują także na genetyczny aspekt

pracy zegara biologicznego, u podłoża której leży ściśle

zaprogramowana, cykliczna ekspresja tak zwanych ge-

nów zegarowych i wzajemne zsynchronizowane w cza-

sie współdziałanie (negatywne lub pozytywne) białek —

— produktów genów zegarowych [35–38] (ryc. 1). Także

u człowieka uszkodzenie lub zniszczenie SCN powodu-

je zaburzenia rytmów okołodobowych. Znaczny odsetek

chorych z zaburzeniami rytmów okołodobowych stano-

wią osoby w podeszłym wieku [4, 39, 40]. Należy pod-

kreślić, że w tej grupie wiekowej, w szczególności u osób

z chorobą Alzheimera, obserwuje się wyraźne zmniej-

szenie gęstości neuronów SCN [39, 41].

W badaniach in vitro (skrawki SCN, hodowle komór-

kowe) wykazano, że wyładowania elektryczne pojedyn-

czych neuronów SCN oscylują w sposób rytmiczny, przy

czym długość jednego cyklu rytmu aktywności bioelek-

trycznej neuronów wahała się w szerokich granicach

16–32 godzin [41, 42]. Pomimo intensywnych badań nie

udało się ustalić, czy wszystkie neurony SCN posiadają

Zegar biologiczny — budowa,

lokalizacja, schemat działania

U zwierząt i u człowieka za regulację rytmów około-

dobowych odpowiadają określone struktury ośrodkowe-

go układu nerwowego (OUN), odgrywające rolę dobo-

wych zegarów biologicznych — oscylatorów. Struktury

te mają jedną podstawową, wspólną właściwość — w sta-

łych warunkach środowiskowych wytwarzają samoutrzy-

mujący się rytm aktywności o długości jednego cyklu

około 24 godzin. U ssaków rolę nadrzędnego zegara bio-

logicznego odgrywają jądra nadskrzyżowaniowe (SCN,

suprachiasmatic nuclei ) — położone obustronnie

w przedniej części podwzgórza, tuż nad skrzyżowaniem

nerwów wzrokowych, po obu stronach trzeciej komory

mózgu. Pojedyncze jądro SCN zawiera, w zależności od

gatunku, od 8000–13 000 gęsto upakowanych małych

4 Natężenie, jakie daje sztuczne światło w pokoju mieszkalnym lub

biurowym, najczęściej zawiera się w granicach 100–400 luksów.

www.sen.viamedica.pl

129

SEN 2002, Tom 2, Nr 4

endogenne oscylatory (a zatem funkcjonują jako pojedyn-

cze „mini” zegary biologiczne bądź też tryby jednego ze-

gara jako całości), czy też w obrębie SCN występują wy-

specjalizowane komórki (grupy komórek współpracują-

cych ze sobą), które generują rytmy okołodobowe, a na-

stępnie przekazują je na sąsiednie neurony. Ponadto, na-

dal pozostaje nieznany czynnik/proces, który zmusza neu-

rony SCN do synchronizacji i koordynacji swoich rytmów,

powodując, że w żywym organizmie jądra SCN pracują

jako jeden zegar biologiczny o określonej rytmice [43].

Obecnie akceptowany model koncepcyjny zegara bio-

logicznego składa się z trzech podstawowych elementów:

1. Właściwego zegara odpowiedzialnego za wytwarza-

nie endogennych rytmów okołodobowych.

2. Szlaków aferentnych doprowadzających sygnały śro-

dowiskowe do zegara.

3. Szlaków eferentnych, za pomocą których rytmiczne

sygnały powstałe w zegarze są przesyłane do odpo-

wiednich struktur efektorowych organizmu.

Stosując terminologię elektroniczną, można opisać

poszczególne składowe kompleksu zegara biologiczne-

go i wzajemne powiązanie między nimi w następujący

sposób:

wejście ( input ) Æ oscylator ( pacemaker ) Æ wyjście ( output )

światła impulsacji glutaminergicznej, docierającej do

SCN, powoduje utratę synchronizacji rytmu aktywności

SCN z naturalnym (dzień-noc) lub sztucznym (światło-

ciemność) cyklem oświetlenia środowiska. Rytm aktyw-

ności SCN zaczyna wówczas dryfować, wykazując ten-

dencję głównie w kierunku wydłużania czasu jednego

cyklu (> 24 h). Przywrócenie sygnałów środowiskowych

(bądź skoordynowanej impulsacji glutaminergicznej) po-

woduje zsynchronizowanie pracy oscylatora do nowych

warunków, co z kolei jest rejestrowane jako przestroje-

nie regulowanej przez SCN rytmiki okołodobowej. Oprócz

szlaku siatkówkowo-podwzgórzowego, który odgrywa

kluczową rolę w przekazywaniu informacji świetlnych

do nadrzędnego zegara biologicznego, w synchronizacji

pracy SCN uczestniczą również inne szlaki neuronalne

(przedstawione schematycznie na ryc. 2) [47]:

∑ szlak kolankowato-podwzgórzowy, łączący ciało ko-

lankowate boczne (a właściwie grupę komórek tej

struktury mózgowej — tzw. listek międzykolanko-

waty) z jądrem nadskrzyżowaniowym; głównym neu-

roprzekaźnikiem tego szlaku jest neuropeptyd Y;

∑ szlak łączący twór siatkowaty (głównie jądro środ-

kowe i grzbietowe szwu) z SCN i przekazujący przede

wszystkim informacje sensoryczne; rolę neuroprze-

kaźnika w tym szlaku odgrywa serotonina;

∑ szlaki neuronalne łączące przegrodę, hipokamp, pod-

wzgórze i przedwzgórze z SCN; szlaki te przekazują

do zegara biologicznego informacje o środowisku we-

wnętrznym organizmu;

∑ szlaki neuronalne mające swój początek w limbicz-

nej części przodomózgowia przekazują do SCN in-

formacje o stanie pobudzenia mózgu.

Oscylator . Jądrem zegara biologicznego jest endogen-

ny oscylator, który wytwarza rytmiczny sygnał „dobo-

wy” w sposób autonomiczny. Jeden cykl takiego sygnału

trwa około 24 godzin. Sygnały wejściowe do zegara bio-

logicznego dostosowują (synchronizują) endogenny rytm

oscylatora do rytmu egzogennego, czyli rytmu środowi-

skowego.

Wyjście. Wytworzony przez endogenny oscylator ryt-

miczny sygnał wyjściowy jest przekazywany z zegara

biologicznego drogami eferentnymi, „wyjściowymi”, do

struktur efektorowych. W strukturach tych dochodzi do

przetworzenia sygnału oscylatora w rytmiczny sygnał

efektorowy, charakterystyczny dla typu i funkcji struk-

tury docelowej, w postaci różnych mierzalnych rytmów

fizjologicznych, na przykład dobowych/okołodobowych

oscylacji ekspresji genów, syntezy, sekrecji i zmian stę-

żenia hormonów we krwi, rytmu aktywności ruchowej,

pobierania pokarmu, temperatury ciała, sekrecji soku

żołądkowego, częstości akcji serca.

Wejście. Światło jest najważniejszym środowiskowym

sygnałem „wejściowym” kompleksu zegara biologiczne-

go. Oprócz światła wiele innych bodźców środowisko-

wych, na przykład aktywność ruchowa, warunki socjal-

ne, regularne przyjmowanie pokarmów czy stosowanie

leków, wpływa na pracę zegara biologicznego. Informacja

świetlna dostosowuje (synchronizuje) pracę zegara do

dobowego cyklu oświetlenia środowiska, w którym orga-

nizm żyje i funkcjonuje [17]. U ssaków, a zatem i u czło-

wieka, jedynym narządem przystosowanym do odbioru

kwantów światła jest siatkówka. Wyniki badań przepro-

wadzonych w ciągu ostatnich kilku lat wskazują, że w toku

ewolucji w siatkówce nastąpiła specjalizacja komórek

w zakresie odbioru informacji świetlnej: komórki fotore-

ceptorowe (pręciki i czopki) są odpowiedzialne za pochła-

nianie promieni świetlnych i przekształcanie sygnału fi-

zycznego w sygnał neurochemiczny dla celów widzenia,

natomiast „odbiór” kwantów światła dla celów zegarowych

najprawdopodobniej zachodzi w komórkach zwojowych

i w subpopulacji komórek amakrynowych i przebiega

z wykorzystaniem innych receptorów niż klasyczne re-

ceptory dla światła. Przypuszcza się, że rolę receptorów

dla światła jako nośnika informacji chronobiologicznej od-

grywają kryptochromy i melanopsyna [44, 45].

U ssaków informacja o warunkach oświetlenia śro-

dowiska zewnętrznego dociera z siatkówki do SCN spe-

cjalnym szlakiem siatkówkowo-podwzgórzowym, który

tworzą aksony komórek zwojowych siatkówki 5 [31]. Kwas

glutaminowy, pobudzający aminokwas, odgrywa rolę

neuroprzekaźnika w tym szlaku [46]. Brak zależnej od

5 Informacje nerwowe, które powstają w siatkówce oka, są następ-

nie przesyłane do mózgu dzięki wypustkom aksonalnym komó-

rek zwojowych. Większość z nich tworzy nerw wzrokowy, nato-

miast mała część — szlak siatkówkowo-podwzgórzowy.

130

www.sen.viamedica.pl

Jolanta B. Zawilska, Jerzy Z. Nowak, Rytmika okołodobowa i zegar biologiczny

SEN

Rycina. 2 . Podstawowe szlaki neuronalne docierające do nadrzędnego zegara biologicznego u ssaków, zlokalizowanego w jądrach nad-

skrzyżowaniowych podwzgórza (SCN). RHT — szlak siatkówkowo-podwzgórzowy, GHT — szlak kolankowato-podwzgórzowy

Melatonina — podstawowy

„biochemiczny” sygnał ciemności,

koordynujący rytmy biologiczne

Rytmiczna synteza melatoniny w szyszynce stanowi

klasyczny przykład sygnału efektorowego, kontrolowane-

go przez SCN. Melatonina (N-acetylo-5-metoksytryptami-

na) powstaje z aminokwasowego prekursora L-tryptofanu,

głównie w szyszynce i — w mniejszym stopniu — w siatków-

ce oka. Hormon ten powstaje również w przewodzie po-

karmowym, ale w przeciwieństwie do hormonu zsyntety-

zowanego w szyszynce i siatkówce, synteza melatoniny

jelitowej nie podlega kontroli ze strony zegara biologicz-

nego, a jej rola w organizmie pozostaje nieznana [1, 19,

24, 48]. Melatonina pochodzenia szyszynkowego jest pul-

sacyjnie uwalniana do krwiobiegu i płynu mózgowo-rdze-

niowego, a następnie dociera do wszystkich narządów or-

ganizmu, wywierając działania biologiczne. Poza działa-

niem melatoniny jako „wymiatacza” wolnych rodników,

pozostałe efekty hormonu wynikają z pobudzenia specy-

ficznych receptorów błonowych, a zatem zachodzą tylko

w komórkach i tkankach, w których występują receptory

melatoninowe [49, 50]. Unieczynnianie melatoniny szy-

szynkowej zachodzi głównie w wątrobie, a biologicznie

nieaktywne metabolity związku (przede wszystkim 6-sul-

fatoksymelatonina) 6 są wydalane z organizmu wraz z mo-

czem. Melatonina zsyntetyzowana w siatkówce nie prze-

chodzi do płynów ustrojowych i podlega szybkiej, miej-

scowej degradacji do 5-metoksytryptofolu i kwasu 5-me-

toksyindolooctowego. W przeciwieństwie do melatoniny

szyszynkowej, która jest produkowana dla potrzeb całego

organizmu, melatonina siatkówkowa pełni rolę neuroprze-

kaźnika/neuromodulatora w tej tkance oraz uczestniczy

w regulacji wielu procesów przebiegających w oku w spo-

sób rytmiczny [1, 24, 48].

Biosynteza melatoniny przebiega w zależnym od

warunków oświetlenia rytmie okołodobowym, wytwa-

rzanym przez endogenny zegar biologiczny. Niezależ-

nie od trybu życia, jaki prowadzi dany gatunek (nocny,

dzienny czy mieszany), produkcja melatoniny jest za-

wsze najwyższa w nocy (lub w fazie ciemnej sztuczne-

go dobowego cyklu oświetleniowego światło-ciemność)

[1, 19, 24, 51, 52]. U kręgowców wyróżnia się trzy pod-

stawowe profile nocnej produkcji melatoniny (ryc. 3).

U zwierząt z rzadko spotykanym profilem A (np. cho-

mik syryjski, mysz domowa) wzrost stężeń melatoniny

obserwuje się w drugiej połowie nocy. Profil B, wystę-

pujący u większości gatunków zwierząt (np. szczura,

wiewiórki ziemnej, kury) oraz u człowieka, charaktery-

zuje się łagodnym w czasie wzrostem i spadkiem pro-

dukcji melatoniny. U człowieka stężenia melatoniny we

krwi zwykle zaczynają wzrastać późnym wieczorem, osią-

gają najwyższe wartości między godziną 2 a 3 w nocy,

a następnie łagodnie obniżają się, uzyskując przed świ-

tem niskie wartości, porównywalne do tych, jakie reje-

struje się w ciągu całego dnia (niekiedy są to wartości

na granicy czułości technik analitycznych). U zwierząt

z profilem C (np. owca, kot domowy) obserwuje się

gwałtowne i duże wzrosty syntezy i stężeń melatoniny

w krótkim czasie po nastaniu nocy (fazy ciemnej). Wy-

soka produkcja hormonu utrzymuje się do końca nocy,

a następnie gwałtownie spada tuż przed świtem. Do-

tychczas nie wyjaśniono, czy te trzy odmienne profile

„nocnej” produkcji melatoniny są uzależnione wyłącz-

nie od funkcji samej szyszynki, czy też są wynikiem

działania innych, pozaszyszynkowych i dotychczas nie-

zidentyfikowanych czynników.

Niezależnie od profilu nocnej produkcji melatoniny,

jaki reprezentuje dany gatunek, sztuczne (wg narzuco-

6 U człowieka około 90% endogennej (szyszynkowej) lub egzogen-

nej melatoniny zostaje przekształcone do 6-sulfatoksymelatoniny.

Natężenie i rytmiczność produkcji melatoniny oraz farmakokine-

tykę związku podanego w postaci tabletki lub kapsułki można oce-

niać, mierząc stężenie hormonu we krwi lub — alternatywnie —

stężenie w moczu (rzadziej w ślinie) 6-sulfatoksymelatoniny.

www.sen.viamedica.pl

131

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: