Melatonin

Melatonin ist ein neuroendokrines Hormon der Zirbeldrüse, das den Tag-Nacht-Rhythmus steuert. Es wird vorwiegend nachts aus der Aminosäure Tryptophan gebildet und beeinflusst den Tag-Nach-Rhythmus des Körpers (cirkadianer Rhythmus). Es wirkt zudem antioxidativ. Ihm wird daher eine hohe therapeutische Potenz zugetraut.


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Das Wichtigste

Kurzgefasst
Melatonin ist ein Hormon des Gehirns, welches den Tag-Nacht-Rhythmus steuert und als Schlafhormon bekannt ist.

Darüber hinaus hat es wesentliche weitere Wirkungen, die es für viele therapeutische Anwendungen äußerst interessant macht.

  • Es stellt eines der wirksamsten Schutzmechanismen gegen oxidativen Stress der Körperzellen dar, der bei Entzündungen, der Bildung einer Leberzirrhose, der Krebsentstehung und vielen Krankheiten des Gehirns eine Rolle spielt.

An Melatonin werden daher viele therapeutische Erwartungen geknüpft. Allerdings sind die Dosen, die in Tierversuchen verwandt werden, relativ hoch; Erfahrungen mit solch hohen Dosen beim Menschen sind nicht verlässlich erhältlich. Die weitere Forschung dazu muss abgewartet werden. Dosierungen zur Korrektur des Jet-Lags sind viel geringer und werden als gut verträglich und sicher eingestuft.

Bildungsorte

Melatonin wird hauptsächlich in der Zirbeldrüse (Epiphyse, Glandula pinealis) des Gehirns produziert. Ausgangspunkt seiner Synthese ist die Aminosäure Tryptophan. Eine Poduktion wurde auch im Gastrointestinaltrakt (Dünndarm und Leber), in den Zellen der Retina und in Melanozyten der Haut nachgewiesen. Die Bildung von Melatonin in der Zirbeldrüse wird durch Licht unterdrückt. Die Bildung im Gastrointestinaltrakt scheint abhängig von der Nahrungsaufnahme zu sein und zumindest bei einigen Tierarten die Produktion im Gehirn zu übersteigen (Zusammenfassung siehe unter [1]).

Melatonin als korrigierender Zeitgeber

Der innere Tag-Nacht-Rhythmus dauert etwas länger als 24 Stunden [2]. Er wird ständig am Sonnenrhythmus nachjustiert. Zu den circadian wechselnden Körperfunktionen, die von der inneren Uhr gesteuert werden, gehören Schlaf, motorische Aktivitäten, das Essverhalten, die Körperkerntemperatur und Lernen sowie Speicherung von Gedächtnisinhalten.

Durch das vom Auge aufgenommene Licht wird die Bildung von Melatonin gehemmt, so dass sie vorwiegend nachts abläuft („Nachthormon“, “hormone of darkness”). Zentrale Schaltstelle dafür ist das Hypothalamus-Kerngebiet über dem Chiasma opticum (SCN, suprachiasmatic nucleus), von wo die Zirbeldrüse angesteuert wird. Die dort stattfindende Melatonin-Produktion wird als korrigierender Zeitgeber für circadiane Funktionen im Körper angesehen; sie ist das physiologische Korrelat, das die Anpassung der inneren Uhr an den tatsächlichen Tag-Nacht-Rhythmus vornimmt [3].

Die Melatonin-Produktion beginnt etwa 2 Stunden vor dem Zu-Bett-Gehen und erreicht das Maximum etwa 2-3 Stunden danach.

Melatonin als starkes Antioxidans

Melatonin ist ein starkes Antioxidans. Es reduziert die Schädigung von Zellen durch oxidativen Stress durch verschiedene Mechanismen. So wird die Bildung freier Radikale sowie von DNA-Brüchen und die Lipidperoxidation vermindert. Zudem führt es zur Stimulation wichtiger antioxidativer Enzyme, wie der Superoxiddimutase, der Glutathionperoxidase und der Glutathionreduktase. Damit wirkt Melatonin gegen die negativen Aswirkungen einer Reihe von toxischer Substanzen inklusive der vieler Medikamente, die über solche Mechanismen toxisch wirken [11].

Melatoninwirkungen

– auf das Gedächtnis

Melatonin übt einen positiven Effekt auf Lernen und Gedächtnis aus. Vergleichende Untersuchungen an Mäusen ergaben den Hinweis darauf, dass MT(2)-Rezeptoren die synaptische Plastizität des Hippocampus bei Gedächtnisprozessen beeinflussen [4][5]. Melatonin trägt wahrscheinlich zur Festigung von Gedächtnisinhalten während der Schlafphase bei.

– auf den Jet-Lag

Reisen durch mehrere Zeitzonen verursachen eine Verstellung der inneren Uhr, die zu Schlaflosigkeit, Übermüdung, mangelhafter Konzentrationsfähigkeit und je nach Veranlagung auch weiteren Beschwerden und Symptomen wie Kopfschmerzen und Misslaunigkeit führen. Ähnliche Symptome treten bei Menschen, die phasenweise in Nachtschichten arbeiten, auf. Studien haben gezeigt, dass Melatonin in Dosen von 2-8 mg zur Nacht genommen die Schlafqualität verbessert und die Jet-Lag-Symptome tags mindert [6][7]. Es wurden in solchen Studien z. T. bereits Dosen von Melatonin 3 Tage vor, während und 3-4 Tage nach der Reise eingenommen [8][9]. Laut einer Zusammenstellung von Erfahrungen wird Melatonin in Dosierungen unter 10 mg als sicher eingestuft (zitiert in [10]).

– gegen Arzneimittelnebenwirkungen

Melatonin verringert die toxischen Effekte des Sauerstoffs im Körper (oxidativer Stress). Da viele Arzneimittelnebenwirkungen über oxidativen Stress zustande kommen (Beispiele Methotrexat, Tenofovir), erklärt sich, dass die Melatonin protektiv wirkt. Die Verbesserung der biochemischen und histologischen Parameter an den verschiedenen betroffenen Organen (z. B. Niere, Lunge, Dünndarm, Leber) sich eindeutig. Allerdings sind die Dosen, die zum Nachweis dieser Wirkungen im Tierversuch appliziert werden, mit 20 bis 40 mg/kg Körpergewicht relativ hoch [12][13][14][15].

– zur Verhinderung einer Leberzirrhose

In Tierexperimenten wurde gezeigt, dass Melatonin die Entwicklung einer Leberzirrhose durch toxische Substanzen und durch Gallestau (obstruktive Cholestase) unterdrückt. Dies wird auf die starke antioxidative Wirkung zurückgeführt. Unter seiner Wirkung ernierdigen sich die Entzündungsparameter deutlich. 1) 2006 Nov;22(6):381-91. 2) 2018 May 24;2(4):117-123. doi: 10.1002/jgh3.12055. 3) 2016 Aug 20;17(8). pii: E1365. doi: 10.3390/ijms17081365.

– zur Neuroprotektion

Das Gehirn bedarf eines besonderen Schutzes gegen oxidativen Stress, toxische Substanzen und Sauerstoffuntersättigung. Melatonin gilt als eine der wirksamsten endogenen Verbindungen zur Neuroprotektion.

Neonatale Asphyxie: Durch Sauerstoffuntersättigung (Hypoxie) wird das Gehirn geschädigt. Melatonin vermag im Tierexperiment die schädigenden Effekte einer perinatalen Asphyxie deutlich zu vermindern. Die Untergänge von Nervenzellen im Gehirn waren unter Melatonin-Schutz sehr viel geringer aus als ohne ihn; außerdem war die Demyelinisierung der weißen Substanz weniger ausgeprägt [16][17].

Neurodegenerative Erkrankungen: Das Gehirn vermag oxidativen Stress nicht genügend zu beherrschen und ist gegen Sauerstoffradikale weitgehend wehrlos. Bei den meisten neurodegenerativen Erkrankungen spielen freie Radikale eine entscheidende Rolle und führen zur Hirnschädigung. Melatonin gilt als eines der wirksamsten Antioxidanzien und vermag wahrscheinlich auf diese Weise neuroprotektiv zu wirken, wie dies beim Morbus Alzheimer, der Parkinson-Krankheit, der Huntington’schen Chorea und der amyotrophen Lateralsklerose diskutiert wird [18][19].

– gegen Krebs

Schichtarbeit, die den normalen Tag-Nacht-Rhythmus zerstört, wird als krebsförderlich angesehen, wobei insbesondere das Mammakarzinom betroffen ist [20][21]. Von Bedeutung dabei soll die Unterdrückung der nächtlichen Melatonin-Produktion durch helle Beleuchtung sein. Schichtarbeiterinnen sind daher besonders hinsichtlich des Mammakarzinoms gefährdet. Schichtarbeiterinnen werden daher Schlaferziehungskurse anempfohlen [22]; möglicherweise ergibt sich durch weiterführende Untersuchungen eine Indikation zur Prophylaxe mit Melatonin.

Diese empirischen Erkenntnisse wurden an Zellkulturen und in Tierversuchen reproduziert. In Versuchen an Nagetieren wurde festgestellt, dass eine konstante Beleuchtung zu einer beschleunigten Alterung und erhöhter Tumorentstehung führte. Melatonin, in zirkadianem Rhythmus zum Trinkwasser hinzu gegeben, verhinderte diese Effekte [23]. In einer anderen Untersuchung an Ratten unterdrückte Melatonin signifikant die Entstehung von chemisch induzierten Mammakarzinomen [24].

Auch biochemische Untersuchungen an Hepatoma-Zellen und Zellen des Pankreaskarzinoms deuten darauf hin, dass die Behandlung gastrointestinaler Tumore wird möglicherweise von Melatonin günstig beeinflusst wird; allerdings fehlen noch belastbare Studien [25].

Der antineoplastische Effekt von Melatonin beruht wahrscheinlich auf einer Reihe von Eigenschaften; so wirkt es beispielsweise antioxidativ, antimitotisch und immunmodulatorisch. Es blockiert Östrogenrezeptoren und beeinflusst die Östradiol-Synthese über die Aromatase (Literatur dazu hier: [26]).

– gegen Alterung

Alterungsprozesse im Körper werden wesentlich durch Schädigung der Mitochondrien der Zellen durch oxidativen Stress freier Radikale, einer DNA-Schädigung sowie durch chronische Entzündungsprozesse gefördert. Melatonin vermindert alle diese Reaktionen, so dass es als ein potentielles Prinzip gegen beschleunigtes Altern aufgefasst wird, auch wenn bisher noch keine Evidenz für eine statistische Lebensverlängerung beim Menschen besteht [27].

Verweise

Literatur

  1. ? Transl Gastrointest Cancer. 2013 Jan 1;2(1). doi: 10.3978/j.issn.2224-4778.2012.08.03.
  2. ? Science 1999; 284:2177–2181
  3. ? Rawashdeh O, Maronde E. Front Mol Neurosci. 2012;5:27. Epub 2012 Mar 6
  4. ? Eur J Neurosci. 2005 Nov;22(9):2231-7
  5. ? Neurosci Lett. 2006 Jan 23;393(1):23-6
  6. ? Chronobiol Int 1998; 15:655–666
  7. ? Biol Psychiatry 1993; 33:526–530
  8. ? Aviat Space Environ Med 2001; 72:638–646
  9. ? BMJ 1989; 298:705–707
  10. ? Cleve Clin J Med. 2011 Oct;78(10):675-84
  11. ? Horm Metab Res. 1997 Aug;29(8):363-72
  12. ? J Basic Clin Physiol Pharmacol. 2014 Jan 27:1-13
  13. ? Dig Dis Sci. 2013 Apr;58(4):959-69
  14. ? Taslidere E et al. Exp Lung Res. 2014 Jan 21. [Epub ahead of print]
  15. ? World J Gastroenterol. 2009 Mar 28;15(12):1452-8
  16. ? Histol Histopathol. 2012 Jun;27(6):771-83
  17. ? Int J Mol Sci. 2013 Apr 29;14(5):9379-95
  18. ? Neurotox Res. 2013 Apr;23(3):267-30
  19. ? Front Biosci (Landmark Ed). 2014 Jan 1;19:429-46
  20. ? J Natl Cancer Inst. 2001 Oct 17; 93(20):1557-62
  21. ? Cancer Lett. 2009 Aug 18; 281(1):1-7
  22. ? EPMA J. 2011 Dec;2(4):351-6. doi: 10.1007/s13167-011-0126-6. Epub 2011 Dec 23.
  23. ? Anisimov VN et al Curr Aging Sci. 2012 Dec 4. [Epub ahead of print]
  24. ? Curr Aging Sci. 2012 Dec 4. [Epub ahead of print]
  25. ? Transl Gastrointest Cancer. 2013 Jan 1;2(1). doi: 10.3978/j.issn.2224-4778.2012.08.03
  26. ? EPMA J. 2011 Dec;2(4):351-6. doi: 10.1007/s13167-011-0126-6. Epub 2011 Dec 23.
  27. ? J Pineal Res. 2013 Nov;55(4):325-56


Literatur   [ + ]

1. 2006 Nov;22(6):381-91.
2. 2018 May 24;2(4):117-123. doi: 10.1002/jgh3.12055.
3. 2016 Aug 20;17(8). pii: E1365. doi: 10.3390/ijms17081365.