Melatonin-Molekül

Melatonin-Molekül Ball und Stick-Modell

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Melatonin , 5-Methoxy-N-acetyltryptamin, ist ein Hormon, das in allen Lebewesen von Algen bis zum Menschen in Mengen vorkommt, die in einem täglichen Zyklus variieren.Melatonin hat eine chemische Formel von C13H16N2O2 und eine Molekülmasse von 232,278 g / mol. Es spielt eine Rolle bei der Regulierung des zirkadianen Rhythmus mehrerer biologischer Funktionen. Viele biologische Wirkungen von Melatonin werden durch Aktivierung von Melatoninrezeptoren erzeugt, während andere auf seine Rolle als durchdringendes und extrem starkes Antioxidans mit einer besonderen Rolle beim Schutz der nuklearen und mitochondrialen DNA zurückzuführen sind.. Produkte, die entweder oder beide von isoliertem oder synthetisiertem Melatonin enthalten, sind seit 1993 in den Vereinigten Staaten als Nahrungsergänzungsmittel erhältlich und stießen auf gute Akzeptanz und Begeisterung der Verbraucher. Over-the-Counter-Verkäufe bleiben jedoch in vielen anderen Ländern illegal, einschließlich einiger Mitglieder der Europäischen Union und Neuseelands sowie der USA. Der Postdienst listet Melatonin unter den von Deutschland verbotenen Gegenständen auf.

Biosynthese

Bei höheren Tieren und Menschen wird Melatonin von Zirbeldrüsen in der Zirbeldrüse (im Gehirn) sowie von Netzhaut, Linse und Magen-Darm-Trakt produziert. Es wird natürlich aus der Aminosäure Tryptophan (durch Synthese von Serotonin) durch das Enzym 5-Hydroxyindol-O-Methyltransferase synthetisiert. Die Produktion von Melatonin durch die Zirbeldrüse steht unter dem Einfluss des suprachiasmatischen Kerns (SCN) des Hypothalamus, der von der Netzhaut Informationen über das tägliche Muster von Licht und Dunkelheit erhält. Sowohl die SCN-Rhythmik als auch die Melatoninproduktion werden durch nicht-visuelle Lichtinformationen beeinflusst, die nicht durch den Sehnerv, sondern durch den kürzlich identifizierten Retinohypothalamus-Trakt (RHT) wandern. Die Hell / Dunkel-Information erreicht das SCN über eine Subpopulation innerer retinaler Ganglienzellen, die intrinsisch lichtempfindliche Photorezeptorzellen sind, die sich von denen unterscheiden, die am visuellen System beteiligt sind. Diese Zellen repräsentieren etwa 2% der retinalen Ganglienzellen beim Menschen und exprimieren das nicht-visuelle Photopigment Melanopsin. Die Empfindlichkeit von Melanopsin entspricht der eines Vitamin A-basierten Photopigments mit einer Spitzenempfindlichkeit bei 484 nm (blaues Licht). Dieser photoperiodische Hinweis nimmt den zirkadianen Rhythmus mit, und die daraus resultierende Produktion spezifischer „dunkler“ und „heller“ neuronaler und endokriner Signale reguliert verhaltens- und physiologische zirkadiane Rhythmen.Melatonin kann auch von einer Vielzahl peripherer Zellen wie Knochenmarkszellen, Lymphozyten und Epithelzellen produziert werden. Normalerweise ist die Melatoninkonzentration in diesen Zellen viel höher als im Blut, scheint jedoch nicht durch die Photoperiode reguliert zu werden. Melatonin wird auch von verschiedenen Pflanzen wie Reis synthetisiert, und es wurde gezeigt, dass aufgenommenes Melatonin in der Lage ist, Melatonin-Bindungsstellen im Gehirn von Säugetieren zu erreichen und daran zu binden.

Verteilung

Melatonin, das in der Zirbeldrüse produziert wird, wirkt als endokrines Hormon, da es ins Blut freigesetzt wird. Im Gegensatz dazu wirkt Melatonin, das von der Netzhaut und dem Gastrointestinaltrakt (GI) produziert wird, als parakrines Hormon.

Rollen im Tierreich

Viele Tiere nutzen die Variation der Dauer und Menge der Melatoninproduktion an jedem Tag als saisonale Uhr. Bei Tieren und unter bestimmten Bedingungen auch beim Menschen wird das Profil der Melatoninsynthese und -sekretion durch die variable Nachtdauer beeinflusst, die im Sommer im Vergleich zum Winter auftritt. Die Veränderung der Sekretionsdauer dient somit als biologisches Signal für die Organisation tageslängenabhängiger (photoperiodischer) saisonaler Funktionen wie Fortpflanzung, Verhalten, Fellwachstum und Tarnfärbung bei Saisontieren. Bei saisonalen Züchtern, die keine langen Tragzeiten haben und sich während längerer Tageslichtstunden paaren, steuert das Melatoninsignal die saisonale Variation in ihrer Sexualphysiologie, und ähnliche physiologische Wirkungen können durch exogenes Melatonin bei Tieren einschließlich Mynah-Vögeln und Hamstern hervorgerufen werden. Melatonin kann die Libido unterdrücken, indem es die Sekretion von luteinisierendem Hormon (LH) und follikelstimulierendem Hormon (FSH) aus der vorderen Hypophyse hemmt, insbesondere bei Säugetieren, die eine Brutzeit haben, wenn die Tageslichtstunden lang sind. Die Reproduktion von Langtagzüchtern wird durch Melatonin unterdrückt und die Reproduktion von Kurztagzüchtern wird durch Melatonin stimuliert. Während der Nacht reguliert Melatonin Leptin und senkt den Spiegel; siehe Leptin.Melatonin hängt auch mit dem Mechanismus zusammen, durch den einige Amphibien und Reptilien die Farbe ihrer Haut verändern.

Rollen beim Menschen

Zirkadianer Rhythmus

Beim Menschen wird Melatonin von der Zirbeldrüse produziert, einer Drüse von der Größe einer Erbse, die sich in der Mitte des Gehirns auf der dorsalen Oberfläche des Zwischenhirns befindet. Das Melatonin-Signal ist Teil des Systems, das den zirkadianen Zyklus reguliert, indem es chemisch Schläfrigkeit verursacht, aber es ist das zentrale Nervensystem, das den täglichen Zyklus in den meisten Komponenten des parakrinen und endokrinen Systems steuert, anstatt das Melatonin-Signal (wie es einmal postuliert wurde).
Lichtabhängigkeit

Die Produktion von Melatonin durch die Zirbeldrüse wird durch Licht gehemmt und durch Dunkelheit zugelassen. Aus diesem Grund wurde Melatonin „das Hormon der Dunkelheit“ genannt und sein Beginn jeden Abend wird als Dim-Light Melatonin Onset (DLMO) bezeichnet. Die Sekretion von Melatonin und sein Spiegel im Blut erreicht mitten in der Nacht ihren Höhepunkt und fällt in der zweiten Hälfte der Nacht allmählich ab, wobei das Timing je nach Chronotyp eines Individuums normal variiert.

Bis vor kurzem waren Menschen in gemäßigten Klimazonen im Winter bis zu 18 Stunden Dunkelheit ausgesetzt. In der modernen Welt reduziert künstliche Beleuchtung dies das ganze Jahr über auf typischerweise acht Stunden oder weniger pro Tag. Selbst niedrige Lichtverhältnisse hemmen die Melatoninproduktion bis zu einem gewissen Grad, aber Überbeleuchtung kann zu einer signifikanten Verringerung der Melatoninproduktion führen. Da es hauptsächlich blaues Licht ist, das Melatonin unterdrückt, kann das Tragen einer Brille, die blaues Licht in den Stunden vor dem Zubettgehen blockiert, einen Melatoninverlust vermeiden. Die Verwendung von Blue-Blocking-Brillen in den letzten Stunden vor dem Zubettgehen wurde auch für Menschen empfohlen, die sich auf eine frühere Schlafenszeit einstellen müssen, da Melatonin die Schläfrigkeit fördert.

Eine verringerte Melatoninproduktion wurde als wahrscheinlicher Faktor für die signifikant höheren Krebsraten bei Nachtarbeitern vorgeschlagen, und die Wirkung der modernen Beleuchtungspraxis auf endogenes Melatonin wurde als beitragender Faktor für die größere Gesamtinzidenz einiger Krebsarten in der entwickelten Welt vorgeschlagen. So unzureichend die Blutkonzentrationen in hell beleuchteten Umgebungen auch sein mögen, einige Wissenschaftler glauben jetzt, dass die Melatoninproduktion einer Person über Nacht jedes Mal weiter gefährdet werden kann, wenn sie ihren Schlaf unterbricht und ein helles Licht einschaltet (was darauf hindeutet, dass die Verwendung eines weniger hellen Nachtlichts sicherer wäre). Andere schlagen vor, dass solche kurzen Belichtungen keinen Schaden anrichten.

Antioxidans

Neben seiner primären Funktion als Synchronisator der biologischen Uhr kann Melatonin eine starke antioxidative Aktivität ausüben. In vielen niederen Lebensformen dient es nur diesem Zweck.. Melatonin ist ein starkes Antioxidans, das leicht Zellmembranen und die Blut-Hirn-Schranke überwinden kann. Melatonin ist ein direkter Fänger von OH, o2∑ und No. Im Gegensatz zu anderen Antioxidantien unterliegt Melatonin keinem Redoxzyklus, der Fähigkeit eines Moleküls, wiederholt reduziert und oxidiert zu werden. Durch das Redox-Radfahren können andere Antioxidantien (wie Vitamin C) ihre antioxidativen Eigenschaften wiedererlangen. Melatonin hingegen kann nach seiner Oxidation nicht mehr in seinen früheren Zustand zurückversetzt werden, da es bei der Reaktion mit freien Radikalen mehrere stabile Endprodukte bildet. Daher wurde es als terminales (oder selbstmörderisches) Antioxidans bezeichnet. Neuere Forschungen zeigen, dass der erste Metabolit von Melatonin im Melatonin-Antioxidationsweg N (1) -Acetyl-N (2) -formyl-5-methoxykynuramin oder AFMK anstelle des üblichen, ausgeschiedenen 6-Hydroxymelatoninsulfats sein kann. AFMK allein ist in einzelligen Organismen und Metazoen nachweisbar. Ein einzelnes AFMK-Molekül kann bis zu 10 ROS / RNS neutralisieren, da viele der Reaktionsprodukte / Derivate (einschließlich Melatonin) selbst Antioxidantien sind und so weiter. Diese Fähigkeit, freie Radikale zu absorbieren, erstreckt sich zumindest auf die quartären Metaboliten von Melatonin, ein Prozess, der als „Radikalfänger-Kaskade“ bezeichnet wird. Dies gilt nicht für andere, herkömmliche Antioxidantien.. In Tiermodellen wurde gezeigt, dass Melatonin die Schädigung der DNA durch einige Karzinogene verhindert und den Mechanismus stoppt, durch den sie Krebs verursachen. Es hat sich auch als wirksam beim Schutz vor Hirnverletzungen erwiesen, die durch ROS-Freisetzung bei experimentellen hypoxischen Hirnschäden verursacht werden. Die antioxidative Aktivität von Melatonin kann Schäden reduzieren, die durch einige Arten der Parkinson-Krankheit verursacht werden, kann eine Rolle bei der Vorbeugung von Herzrhythmusstörungen spielen und kann die Langlebigkeit erhöhen; In einigen Studien wurde gezeigt, dass es die durchschnittliche Lebensdauer von Mäusen um 20% erhöht.

Immunsystem

Es ist zwar klar, dass Melatonin mit dem Immunsystem interagiert, die Details dieser Wechselwirkungen sind jedoch unklar. Es gab nur wenige Studien, die die Wirksamkeit von Melatonin bei der Behandlung von Krankheiten beurteilen sollten. Die meisten vorhandenen Daten basieren auf kleinen, unvollständigen klinischen Studien. Es wird angenommen, dass jeder positive immunologische Effekt auf Melatonin zurückzuführen ist, das auf hochaffine Rezeptoren (MT1 und MT2) wirkt, die in immunkompetenten Zellen exprimiert werden. In präklinischen Studien kann Melatonin die Zytokinproduktion erhöhen. und damit erworbenen Immundefizienzen entgegenwirken. Einige Studien deuten auch darauf hin, dass Melatonin bei der Bekämpfung von Infektionskrankheiten, einschließlich viraler und bakterieller Infektionen, nützlich sein könnte. Endogenes Melatonin in menschlichen Lymphozyten wurde mit der Produktion von Interleukin-2 (IL-2) und der Expression des IL-2-Rezeptors in Verbindung gebracht Dies deutet darauf hin, dass Melatonin an der klonalen Expansion von Antigen-stimulierten humanen T-Lymphozyten beteiligt ist. Wenn es in Verbindung mit Kalzium eingenommen wird, ist es ein Immunstimulatorund wird als Adjuvans in einigen klinischen Protokollen verwendet; Umgekehrt kann die erhöhte Aktivität des Immunsystems Autoimmunerkrankungen verschlimmern. Bei Patienten mit rheumatoider Arthritis wurde festgestellt, dass die Melatoninproduktion im Vergleich zu altersgerechten gesunden Kontrollen erhöht ist.

Träumen

Viele Benutzer von ergänzendem Melatonin haben über eine Zunahme der Lebendigkeit oder Häufigkeit von Träumen berichtet. Extrem hohe Dosen von Melatonin (50 mg) erhöhten die REM-Schlafzeit und die Traumaktivität sowohl bei Narkoleptikern als auch bei Narkoleptikern ohne Narkolepsie dramatisch. Viele psychoaktive Drogen wie LSD und Kokain erhöhen die Melatoninsynthese. Es wurde vorgeschlagen, dass unpolare (lipidlösliche) indolische halluzinogene Medikamente die Melatoninaktivität im erwachten Zustand nachahmen und dass beide auf dieselben Bereiche des Gehirns wirken.Es wurde vorgeschlagen, Psychopharmaka im Bereich der wissenschaftlichen Untersuchung und Therapie wieder aufzunehmen. Wenn ja, kann Melatonin für die Forschung in diesem wieder auftauchenden Bereich der Psychiatrie priorisiert werden.

Autismus

Personen mit Autismus-Spektrum-Störungen haben niedrigere als normale Melatoninspiegel. Eine Studie aus dem Jahr 2008 ergab, dass nicht betroffene Eltern von Personen mit ASD auch niedrigere Melatoninspiegel haben und dass die Defizite mit einer geringen Aktivität des ASMT-Gens zusammenhängen, das für das letzte Enzym der Melatoninsynthese kodiert.

Medizinische Indikationen

Melatonin wurde zur Behandlung von Krebs, Immunerkrankungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Depressionen, saisonalen affektiven Störungen (SAD), Schlafstörungen im zirkadianen Rhythmus und sexuellen Funktionsstörungen untersucht. Eine Studie von Alfred J. Lewy und anderen Forschern der Oregon Health & Science University ergab, dass es die zirkadiane Fehlausrichtung und SAD verbessern kann. Ab 2006 ist bekannt, dass es den Zeitpunkt der endogenen Melatoninproduktion während der Langzeitbehandlung mit Melatonin bei Ratten beeinflusst. Grundlagenforschung zeigt, dass Melatonin eine wichtige Rolle bei der Modulation der Wirkung von Missbrauchsdrogen wie Kokain spielen kann.

Behandlung von zirkadianen Rhythmusstörungen

Exogenes Melatonin, das normalerweise nachmittags und / oder abends oral eingenommen wird, ist zusammen mit der Lichttherapie nach dem Erwachen die Standardbehandlung für das verzögerte Schlafphasensyndrom und das Nicht-24-Stunden-Schlaf-Wach-Syndrom. Siehe Phase response Curve, PRC. Es scheint gegen andere Schlafstörungen im zirkadianen Rhythmus, wie Jetlag und die Probleme von Menschen, die in Dreh- oder Nachtschichten arbeiten, von Nutzen zu sein.

Verhinderung ischämischer Schäden

Es wurde gezeigt, dass Melatonin Gewebeschäden bei Ratten aufgrund von Ischämie sowohl im Gehirn als auch im Herzen reduziert.

Lernen, Gedächtnis und Alzheimer

Melatoninrezeptoren scheinen für Lern- und Gedächtnismechanismen bei Mäusen wichtig zu sein, und Melatonin kann elektrophysiologische Prozesse im Zusammenhang mit dem Gedächtnis verändern, wie z. B. die Langzeitpotenzierung (LTP). Es wurde gezeigt, dass Melatonin die Hyperphosphorylierung des Tau-Proteins bei Ratten verhindert. Die Hyperphosphorylierung des Tau-Proteins kann zur Bildung von neurofibrillären Verwicklungen führen, einem pathologischen Merkmal, das bei der Alzheimer-Krankheit auftritt. Daher kann Melatonin zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit wirksam sein. Dieselben neurofibrillären Verwicklungen können bei Patienten mit Alzheimer im Hypothalamus gefunden werden und beeinträchtigen die Melatoninproduktion ihres Körpers. Diese Alzheimer-Patienten mit diesem spezifischen Leiden zeigen oft erhöhte Nachmittagsruhe, genannt Sundowning, die in vielen Studien gezeigt wurde, um effektiv mit Melatonin Ergänzungen am Abend behandelt werden.

ADHS

Die Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) wird häufig mit Methylphenidat (z. B. Ritalin) behandelt, das bei etwa 94% der Benutzer zu Schlaflosigkeit führen kann. Untersuchungen zeigen, dass nach der Verabreichung von Melatonin an die Patienten die Zeit zum Einschlafen erheblich verkürzt wird. Darüber hinaus zeigten die Wirkungen des Melatonins nach drei Monaten keine Veränderung gegenüber seinen Wirkungen nach einer Woche der Anwendung.

Fruchtbarkeit

Neuere Forschungen haben ergeben, dass eine Melatonin-Supplementierung bei perimenopausalen Frauen eine hochsignifikante Verbesserung der Schilddrüsenfunktion und des Gonadotropinspiegels sowie die Wiederherstellung der Fruchtbarkeit und der Menstruation bewirkt und die mit der Menopause verbundene Depression verhindert.

Gleichzeitig warnen einige Ressourcen Frauen, die versuchen, schwanger zu werden, davor, ein Melatonin-Präparat einzunehmen.

Kopfschmerzen

Mehrere klinische Studien weisen darauf hin, dass die Supplementierung mit Melatonin eine wirksame vorbeugende Behandlung von Migräne und Cluster-Kopfschmerzen darstellt.

Depression

Melatonin hat sich bei der Behandlung einer Form von Depression, der saisonalen affektiven Störung, als wirksam erwiesen und wird für bipolare und andere Störungen in Betracht gezogen, bei denen zirkadiane Störungen beteiligt sind.

Andere

Einige Studien haben gezeigt, dass Melatonin bei der Behandlung verschiedener Formen von Krebs, HIV und anderen Viruserkrankungen eingesetzt werden kann; um dies zu bestätigen, sind jedoch weitere Tests erforderlich.

Melatonin ist an der Regulierung des Körpergewichts beteiligt und kann bei der Behandlung von Fettleibigkeit hilfreich sein (insbesondere in Kombination mit Kalzium).

Histologisch gesehen wird auch angenommen, dass Melatonin einige Auswirkungen auf das sexuelle Wachstum in höheren Organismen hat. (* Zitiert aus Ross Histology und Wheather’s Functional Histology.)

Verwendung als Nahrungsergänzungsmittel

Die Hauptmotivation für die Verwendung von Melatonin als Nahrungsergänzungsmittel kann eine natürliche Hilfe für einen besseren Schlaf sein, mit anderen zufälligen Vorteilen für Gesundheit und Wohlbefinden aufgrund seiner Rolle als Antioxidans und seiner Stimulation des Immunsystems und mehrerer Komponenten des endokrinen Systems.

Studien des Massachusetts Institute of Technology besagen, dass Melatoninpillen, die als Nahrungsergänzungsmittel verkauft werden, das Drei- bis Zehnfache der Menge enthalten, die benötigt wird, um den wünschenswerten physiologischen nächtlichen Blutmelatoninspiegel zur Verbesserung des Schlafes zu produzieren. Dosierungen wurden entwickelt, um den Melatoninspiegel für mehrere Stunden zu erhöhen, um die Schlafqualität zu verbessern, aber einige Studien deuten darauf hin, dass kleinere Dosen bei der Verbesserung der Schlafqualität genauso wirksam sind. Große Dosen von Melatonin können sogar kontraproduktiv sein: Lewy & al unterstützen die „Idee, dass zu viel Melatonin auf die falsche Zone der Melatonin-Phasenantwort-Kurve überlaufen kann“ (PRC). In ihrer Studie waren 0,5 mg Melatonin wirksam, 20 mg nicht.

Sicherheit der Supplementierung

Melatonin ist in den meisten Fällen in den USA und Kanada ohne Rezept erhältlich, während es in einigen anderen Ländern nur auf Rezept oder gar nicht erhältlich ist. Das Hormon ist als orale Ergänzung (Kapseln, Tabletten oder Flüssigkeit) und transdermal als „Melatonin-Schlafpflaster“ erhältlich.Verkauft als Nahrungsergänzungsmittel in den USA, nicht als Medikament, oft in Reformhäusern und anderen Lebensmittelgeschäften und einigen Drogerien, Food and Drug Administration (FDA) Vorschriften, die derzeit für Medikamente gelten, gelten nicht für Melatonin. Die Sicherheit und Wirksamkeit von Melatonin-Produkten kann nicht beurteilt werden.Aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Übertragung von Viren durch Melatonin aus tierischen Quellen sollte Melatonin aus Zirbeldrüsen von Kühen oder Schafen nicht verabreicht werden.Melatonin ist praktisch ungiftig und zeigt fast keine kurzfristigen Nebenwirkungen. Es wurden noch keine Studien durchgeführt, um festzustellen, ob Langzeitnebenwirkungen vorliegen. Es gibt jedoch Fallberichte über Patienten, die die Ergänzung seit Jahren eingenommen haben.Die Einnahme von Melatoninpräparaten kann einige unerwünschte Nebenwirkungen verursachen, insbesondere bei hohen Dosen (~ mehr als 3 mg / Tag): Hormonschwankungen, Reizbarkeit, erhöhte Schlafstörungen, einschließlich lebhafter Albträume und verminderter Durchblutung (siehe unten).

Exogenes Melatonin beeinflusst normalerweise nicht das endogene Melatoninprofil, sondern fördert lediglich die Phase der endogenen Melatoninproduktion rechtzeitig, wenn es zu einer geeigneten Tageszeit eingenommen wird.Bei Personen mit Autoimmunerkrankungen besteht die Sorge, dass eine Melatonin-Supplementierung die Symptome aufgrund einer Stimulation des Immunsystems verschlimmern kann.Melatonin kann Schläfrigkeit verursachen, daher ist beim Fahren, Bedienen von Maschinen usw. Vorsicht geboten. Bei Einnahme mehrere Stunden vor dem Schlafengehen gemäß der Phasenantwortkurve für Melatonin beim Menschen sollte die Dosierung so gering sein, dass sie keine Müdigkeit / Schläfrigkeit verursacht.

Personen, die orthostatische Intoleranz erleben, eine kardiovaskuläre Erkrankung, die zu reduziertem Blutdruck und Blutfluss zum Gehirn führt, wenn eine Person steht, kann eine Verschlechterung der Symptome bei der Einnahme von Melatonin Ergänzungen, eine Studie am Penn State College of Medicine Milton S. Hershey Medical Center schlägt vor. Melatonin kann die Symptome verschlimmern, indem es die Nervenaktivität bei denen, die an der Erkrankung leiden, reduziert, so die Studie.

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