ต่อมไพเนียลและสรีรวิทยาของเมลาโทนิน

ต่อมไพเนียลเป็นโครงสร้างขนาดเล็กที่อยู่กึ่งกลางสมอง ซึ่งทำหน้าที่สังเคราะห์และหลั่งเมลาโทนิน ซึ่งเป็นฮอร์โมนที่มีการหลั่งเป็นจังหวะรายวัน: สูงในเวลากลางคืนและต่ำในเวลากลางวัน ด้วยรูปแบบที่ถูกปรับด้วยแสงนี้ เมลาโทนินจะส่งข้อมูลเกี่ยวกับช่วงเวลาของวันและความยาวของกลางคืนไปยังส่วนอื่น ๆ ของร่างกาย ซึ่งเชื่อมโยงต่อมไพเนียลกับการควบคุมสรีรวิทยาตามจังหวะเวลา (circadian) และตามฤดูกาล

Definition

เมลาโทนิน (N-acetyl-5-methoxytryptamine) เป็นฮอร์โมนอินโดลามีนที่สังเคราะห์ขึ้นเป็นหลักโดยต่อมไพเนียลจากเซโรโทนิน และหลั่งออกมาในจังหวะเวลา (circadian rhythm) ที่ถูกยับยั้งด้วยแสงและสูงในเวลากลางคืน ซึ่งทำหน้าที่เป็นสัญญาณเวลาภายในร่างกาย

Scope

บทความนี้ครอบคลุมการสังเคราะห์เมลาโทนินจากเซโรโทนิน เส้นทางประสาทที่เชื่อมโยงแสงจากสิ่งแวดล้อมกับการหลั่งของต่อมไพเนียล จังหวะเวลา (circadian rhythm) ของฮอร์โมน และบทบาทของมันในฐานะสัญญาณบอกเวลา บทความนี้ถือว่าเมลาโทนินเป็นหัวข้อในสรีรวิทยาต่อมไร้ท่อและจังหวะเวลา และไม่ได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับการให้ยาหรือการรักษา

Core questions

• แสงจากสิ่งแวดล้อมควบคุมการหลั่งเมลาโทนินได้อย่างไร?
• เส้นทางชีวเคมีจากเซโรโทนินไปสู่เมลาโทนินคืออะไร?
• สัญญาณเมลาโทนินในเวลากลางคืนสื่อถึงจังหวะเวลา (circadian) และตามฤดูกาลได้อย่างไร?

Key concepts

• ต่อมไพเนียล (epiphysis cerebri)
• การสังเคราะห์เมลาโทนินจากเซโรโทนิน
• การปรับจังหวะด้วยแสง-ความมืด (Light-dark entrainment)
• นิวเคลียสซูพราไคแอสมาติก (นาฬิกาชีวภาพ)
• จังหวะเวลา (circadian) และตามฤดูกาล
• สัญญาณบอกเวลาแบบโครโนไบโอติก (Chronobiotic timing signal)

Mechanisms

แสงที่ตรวจจับโดยเรตินาจะถูกส่งผ่านทางเดินเรตินา-ไฮโปทาลามิก (retinohypothalamic tract) ไปยังนิวเคลียสซูพราไคแอสมาติก (suprachiasmatic nucleus) ซึ่งเป็นนาฬิกาชีวภาพหลัก (master circadian clock) ซึ่งจะควบคุมต่อมไพเนียลผ่านทางเดินประสาทซิมพาเทติกหลายไซแนปส์ (multisynaptic sympathetic pathway) ในเวลากลางคืน เมื่อไม่มีการยับยั้งด้วยแสง เซลล์ไพเนียลจะเปลี่ยนเซโรโทนินเป็นเมลาโทนินผ่านการทำงานต่อเนื่องของเอนไซม์ arylalkylamine N-acetyltransferase และ methyltransferase โดยปล่อยเมลาโทนินเข้าสู่กระแสเลือดและน้ำไขสันหลัง ระดับสูงสุดในเวลากลางคืนที่เกิดขึ้นจะออกฤทธิ์ต่อตัวรับเมลาโทนินเพื่อส่งสัญญาณความมืด และระยะเวลาการหลั่งจะเข้ารหัสความยาวของกลางคืน ซึ่งสนับสนุนการกำหนดเวลาทั้งรายวันและตามฤดูกาล เมลาโทนินยังถูกผลิตขึ้นในบริเวณนอกต่อมไพเนียล ซึ่งมีการเสนอหน้าที่เพิ่มเติม

Clinical relevance

สรีรวิทยาของเมลาโทนินมีความสำคัญต่อความเข้าใจจังหวะเวลา (circadian rhythms) การกำหนดเวลานอน อาการเจ็ตแล็ก และชีววิทยาตามฤดูกาล และฮอร์โมนจากต่อมไพเนียลนี้ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในฐานะตัวบ่งชี้ระยะของจังหวะเวลา (circadian phase) บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาและไม่ได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับการใช้เมลาโทนิน หรือการวินิจฉัยหรือรักษาความผิดปกติของการนอนหลับหรือจังหวะเวลา

Evidence & guidelines

เมลาโทนินถูกแยกและระบุทางเคมีจากต่อมไพเนียลโดย Lerner และคณะในปี 1958 สรีรวิทยาที่ตามมาได้ระบุลักษณะจังหวะที่ถูกปรับด้วยแสงและบทบาทของมันในฐานะสารปรับจังหวะเวลา (chronobiotic) ในขณะที่บทวิจารณ์ได้ตรวจสอบแหล่งที่มานอกต่อมไพเนียลและคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระ หัวข้อนี้อ้างอิงจากวรรณกรรมหลักและวรรณกรรมทบทวนเหล่านี้มากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิกฉบับเดียว

History

Aaron Lerner และคณะได้แยกเมลาโทนินออกจากต่อมไพเนียลของวัวในปี 1958 ขณะที่กำลังค้นหาปัจจัยที่ทำให้ผิวหนังของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำสว่างขึ้น ซึ่งเป็นที่มาของชื่อฮอร์โมนนี้ งานวิจัยต่อมาได้สร้างเส้นทางเรตินา-ซูพราไคแอสมาติก-ไพเนียล และจังหวะที่ถูกยับยั้งด้วยแสงและสูงในเวลากลางคืน ซึ่งทำให้เมลาโทนินเป็นผลผลิตของฮอร์โมนหลักของระบบจังหวะเวลา (circadian system)

Key figures

• Aaron B. Lerner
• Russel J. Reiter
• Josephine Arendt

Seminal works

• lerner-1958

Frequently asked questions

ทำไมเมลาโทนินถึงสูงขึ้นในเวลากลางคืน?

แสงจะยับยั้งการสังเคราะห์เมลาโทนินของต่อมไพเนียลผ่านทางเดินเรตินา-ซูพราไคแอสมาติก-ไพเนียล ดังนั้นการหลั่งจะเพิ่มขึ้นในความมืดและลดลงในแสง ทำให้เกิดจังหวะที่สูงในเวลากลางคืน

เมลาโทนินส่งสัญญาณอะไรไปยังร่างกาย?

เวลาและระยะเวลาของการหลั่งจะส่งข้อมูลเกี่ยวกับช่วงเวลาของวันและความยาวของกลางคืน ทำหน้าที่เป็นสัญญาณนาฬิกาภายในที่ช่วยประสานสรีรวิทยาตามจังหวะเวลา (circadian) และตามฤดูกาล