ВПЛИВ ЗМІНИ РЕЖИМУ ОСВІТЛЕННЯ НА МОРФОФУНКЦІОНАЛЬНУ АКТИВНІСТЬ ЕПІФІЗУ ТА ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ СТАН ОРГАНІЗМУ
Анотація
Світло є важливим регулятором біологічних ритмів організму взагалі та ендокринної системи зокрема. Існування циркадних та циркануальних ритмів органів і систем є необхідною умовою їх нормального функціонування. Пінеальна залоза є органом, здатним перетворювати світлові сигнали у нейрогуморальні трансмітери. Вона є нейроендокринною структурою мозку, яка реагує на фактори зовнішнього середовища та перетворює їх у гормональні сигнали, приводячи рівень регуляції функціонування багатьох органів і систем у відповідність до змін світлового режиму. Ця функція пінеальної залози реалізується завдяки гормону мелатоніну, який здійснює циркадний контроль. Втрата пінеальною залозою здатності синтезувати біологічно активні речовини призводить до розвитку гіпопінеалізму, та, як наслідок, до цілого ряду поліендокринопатій. Ці захворювання пов’язані, насамперед, з пригніченням мелатонінутворюючої функції пінеальної залози та нівелюванням нічного піку мелатоніну. В нормі нічний пік мелатоніну синтезується лише за умов відсутності світла, освітлення в темну пору доби пригнічує його секрецію. Доведено, що цілодобове освітлення протягом тривалого часу викликає зміни біохімічних процесів у пінеалоцитах, що супроводжується не тільки порушенням мелатонінутворюючої функції, а також і патологічними змінами мікроструктури пінеальної залози. У сучасній науковій літературі широко висвітлене питання порушення функціонування пінеальної залози на тлі десинхронозу добових ритмів, що у подальшому призводить до зміни гормональної активності ендокринних залоз, проте відсутня єдина точка зору щодо характеру цих змін. Виходячи з актуальності проблеми світлового забруднення проведено огляд сучасних наукових публікацій за даною темою. В огляді ґрунтовно висвітлено вплив зміни режиму освітлення, як на саму пінеальну залозу, так і на регуляцію функцій організму в цілому.
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
Abdo A.N., Rintisch C., Gabriel C.H., & Kramer A. (2022) Mutational scanning identified amino acids of the CLOCK exon 19‐domain essential for circadian rhythms. Acta Physiologica, 234(4): e13794. https://doi.org/10.1111/apha.13794
Acuna-Castroviejo Dario, Escames Germaine, Venega Carmen. (2014) Extrapineal melatonin: sources, regulation, and potential functions. Cellular and Molecular life Sciences.71(16): 2997–3025. https://doi.org/10.1007/s00018-014-1579-2
Asher G., & Zhu B. (2022) Beyond circadian rhythms: Emerging roles of ultradian rhythms in control of liver functions. Hepatology. https://doi.org/10.1002/hep.32580
Atanasova D., Lazarov N., Stoyanov D.S., Spassov R.H., Tonchev A.B., & Tchekalarova, J. (2021) Reduced neuroinflammation and enhanced neurogenesis following chronic agomelatine treatment in rats undergoing chronic constant light. Neuropharmacology, 197: 108706, https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2021.108706.
BarbackaSurowiak G., Surowiak J., Stoklosowa S. (2003) The involvement of the suprahiasmatic nuclei in the regulation of estrous cyclesin rodents. Reproduct Biol. 3: 99–129.
Barrenetxe J., Delagrange P., Martinez J.A. (2004) Physiological and metabolic functions of melatonin. Physiol. Biochem. 60(1): 61–72. https://doi.org/10.1007/BF03168221
Belloch F.B., Beltrán E., Venzala E., Montalt- Tordera J., Diaz-Perdigón T., Cecon E., ... & Tordera R.M. (2021). Primary role for melatonin MT2 receptors in the regulation of anhedonia and circadian temperature rhythm. European Neuropsychopharmacology. 44: 51–65.
Bulik R.E., Zamors'kij І.І, Pіshak V.P. (2012) Uchast' peptidіv shishkopodіbnoї zalozi u zabezpechennі funkcіj fotoperіodichnostі sistemi golovnogo mozku ta nirok (oglyad lіteraturi ta vlasnі doslіdzhennya). Bukovins'kij medichnij vіsnik. 16(3(63))2: 67–71.
Chellappa S. L. (2021). Individual differences in light sensitivity affect sleep and circadian rhythms. Sleep, 44(2), zsaa214. https://doi.org/10.1093/sleep/zsaa214
Cherkasov V.G, Bobrik І.І, Gumіns'kij Yu.J, Koval'chuk O.І. (2010) Mіzhnarodna anatomіchna termіnologіya (latins'kі, ukraїns'kі, rosіjs'kі ta anglіjs'kі ekvіvalenti). Vіnnicya: Nova Kniga, 392 p.
Chojnowska S., Ptaszyńska-Sarosiek I., Kępka A., Knaś, M., & Waszkiewicz N. (2021). Salivary biomarkers of stress, anxiety and depression. Journal of clinical medicine. 10(3): 517.
Claustrat B., Brun J., Chazot G. (2005) The basic physiology and pathophysiology of melatonin. Sleep Medicine Reviews. 9(1): 11–24. https://doi.org/10.1016/j.smrv.2004.08.001
Dawson D., Van den Heuvel C. (1998) Integrating the actions of melatonin on human physiology. Ann. Med.30(1): 95–102. https://doi.org/10.3109/07853899808999390
Di Trolio R., Di Lorenzo G., Fumo B., & Ascierto P. A. (2015). Cosmic radiation and cancer: is there a link? Future Oncology, 11(7): 1123-1135. https://doi.org/10.2217/fon.15.29
Drogovoz S.M. (2014) Hronofarmakologiya naglyadno (Hronofarmakologiya v tablicah i risunkah): spravochnik – uchebnoe posobie. H: Titul, 128 p.
Fagiani F., Di Marino D., Romagnoli A., Travelli C., Voltan D., Di Cesare Mannelli L., ... & Lanni C. (2022). Molecular regulations of circadian rhythm and implications for physiology and diseases. Signal Transduction and Targeted Therapy, 7(1): 1-20. https://doi.org/10.1038/s41392-022-00899-y
Gubin D.G. (2013) Molecular basis of circadian rhythms and principles of circadian disruption. Uspekhi fiziol. nauk.44(4): 65–87.
Gulkov A.N., Reva I.V., Reva G.V., Yamamoto T., Albrandt K.F., Grakhova N.V., Maloman N.Y., Girya O.Y., Son E.A., Shek L.I. (2014) Brain sand of pineal gland during ischemia. Fundamental'nye issledovaniya. 10: 654–659.
Guo J.H., Ma X.H., Ma H., Zhang Y., Tian Z.Q., Wang, X., & Shao Y.C. (2020). Circadian misalignment on submarines and other non-24-h environments–from research to application. Military Medical Research, 7(1): 1-12. https://doi.org/10.1186/s40779-020-00268-2
Harper D.G, Stopa E.G, Kuo-Leblanc V. et al. (2008) Dorsomedial SCN neuronal subpopulations subserve different functions in human dementia. Brain.131(6): 1609–1617. https://doi.org/10.1093/brain/awn049
Hoffmann J.С. (2003) Еeffect of photoperiods on estrouscyc lelength in the rat. Еndocrinology. 83: 1355–1357. https://doi.org/10.1210/endo-83-6-1355
Horman M.A, Skene D.J, Swaab D.F. (1995) Effect of photoperiod on the diurnal melatonin and 5-methoxytryptophol rhythms in the human pineal gland. Brein. Res.671(2): 254–260. https://doi.org/10.1016/0006-8993(94)01339-J
Hunter F.K., Butler T.D., & Gibbs J.E. (2022). Circadian rhythms in immunity and host‐parasite interactions. Parasite Immunology, 44(3), e12904. https://doi.org/10.1111/pim.12904
Jia Y., Lu Y., Wu K., Lin Q., Shen W., Zhu M., & Chen J. (2013). Does night work increase the risk of breast cancer? A systematic review and metaanalysis of epidemiological studies. Cancer epidemiology, 37(3): 197-206. https://doi.org/10.1016/j.canep.2013.01.005
Jorsa R., Olah A., Cornelissen G., et al. (2005) Circadian and extracircadian exploration duringday–timehours of circulating conticosterone and other endocrine hormones. Biomed Pharmacother. 599(11): 109–116. https://doi.org/10.1016/S0753-3322(05)80018-6
Khan S., Duan P., Yao L., & Hou H. (2018). Shiftwork-mediated disruptions of circadian rhythms and sleep homeostasis cause serious health problems. International journal of genomics, 2018. https://doi.org/10.1155/2018/8576890
Khavinson V.K., Kuznik B.I., & Ryzhak G.A. (2014). Peptide bioregulators: a new class of geroprotectors, Report 2. The results of clinical trials. Advances in gerontology, 4(4): 346-361. https://doi.org/10.1134/S2079057014040122
Khizhkin E.A., Ilyukha V.A., Vinogradova I.A., Antonova E.P., & Morozov A.V. (2018). Circadian Rhythms of Antioxidant Enzyme’s Activity in Young and Adult Rats under Light Deprivation Conditions. Advances in Gerontology, 8(4): 328-338. https://doi.org/10.1134/S2079057018040069
Kiessling S., Sollars P.J., Pickar G.E. (2014) Light stimulates the mouse adrenal through a retinohypothalamic pathway independent of an effect on the clock in the suprachiasmatic nucleus. PLoS One.9(3): 929–959. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0092959
Kitkhuandee A., Sawanyawisuth K., Johns N.P. et al. (2014) Pineal calcifi cation is associated with symptomatic cerebral infarction. Stroke Cerebrovasc Diseases.23(2):249–253. https://doi.org/10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2013.01.009
Kolbabova T., Pascal Malkemper E., Bartos L. et al. (2015) Effect of exposure to extremely low frequency magnetic fields on melatonin levels in calves is seasonally dependent. Scientific Reports. 5: 14206 https://doi.org/10.1038/srep14206
Kononenko N.I., Honma S., Honma K. (2013) Fast synchronous oscillations of firing rate in cultured rat suprachiasmatic nucleus neurons: possible role in circadian synchronization in the intact nucleus. Neurosci. Res.75(3): 218–227. https://doi.org/10.1016/j.neures.2013.01.003
Konstantinova M.V., Anisimov V.N., Tereshchenko L.V., & Latanov A.V. (2019). The Link between Visual Attention and the Subjective Perception of Time. Neuroscience and Behavioral Physiology, 49(9): 1145-1149. https://doi.org/10.1007/s11055-019-00851-8
Konturek S.J., Konturek P.C., Brzozowski T., & Bubenik G.A. (2007). Role of melatonin in upper gastrointestinal tract. Journal of physiology and pharmacology, 58(6): 23-52.
Kus I., Sarsilmaz M. (2004) Light and electron microscopic examination of pineal gland in rats exposed to constant light and constant darkness. Neuroendocrinology Letters. 25(1): 102–108.
Kyba Christopher C.M. (2017) Artificially lit surface of Earth at night increasing in radiance and extent. Science Advances. The American Association for the Advancement of Science. 3(11) [onlain]. Availadle from: https//www.unian.ua/science/2259321-na-zemlizbilshilosya-svitlove-zabrudnennya-vcheni.html [Accessed 18.05.2022]
Li D.P., Yang Q., Pan H.M., Pan H.L. (2008) Preand postsynaptic plasticity underlying augmented glutamatergic inputs to hypothalamic presympathetic neurons in spontaneously hypertensive rats. J. Physiol.586(6): 1637–1647. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2007.149732
Li H., Kilgallen A.B., Münzel T., Wolf E., Lecour S., Schulz R., ... & Van Laake L.W. (2020). Influence of mental stress and environmental toxins on circadian clocks: Implications for redox regulation of the heart and cardioprotection. British journal of pharmacology, 177(23): 5393-5412. https://doi.org/10.1111/bph.14949
Lincoln G., Messager S., Andersson H., Hazlerigg D. (2002) Temporal expression of seven clock genes in the suprachiasmatic nucleus and parstuberalis of the sheep: evidence of internel coinci-dence timer. PNAS. 99(21): 13890–13895.
Logvinov S.V, Gerasimov A.V, Kostyuchenko V.P. (2010) Morfologicheskie izmeneniya v epifize krys pri dlitel'nom osveshchenii yarkim svetom. Byulleten' eksperimental'noj biologii i mediciny.(7): 97–99.
Lomakіna Yu.V., Pіshak V.P., Bulik R.E., Krivchans'ka M.І. (2011) Ul'tramіkroskopіchnі zmіni pіneal'noї zalozi, shcho viklikanі stresom za umov svіtlovoї deprivacії. Vіsnik LNU іmenі Tarasa SHevchenka.18(229): 115–120.
Macchi M.M., Bruce J.N. (2004) Human pineal physiology and functional significance of melatonin. Front Neuroendocrinol. 25(3–4): 177–195. https://doi.org/10.1016/j.yfrne.2004.08.001
Mahaveer S., Hemant R.J. (2014) Melatonin: functions and ligands. Drug Discovery Today.19(9): 1410–1418. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2014.04.014
Mohandas R., Douma L.G., Scindia Y., & Gumz M.L. (2022). Circadian rhythms and renal pathophysiology. Journal of Clinical Investigation, 132(3), e148277.
Malikov A.V., Kovalchuk O.I., Bondarets D.V., Dzevulska I.V., Sergiienko V.R. (2014) Historical and morphofunctional aspects of studying the epiphisis. Ukraїns'kij naukovo-medichnij molodіzhnij zhurnal. 3(82): 16–19.
Мamotenko A.V. (2021)The Influence of Long-Term Change in the Light Regime on the Level of Sex Hormones in Rats’ Blood. Ukraїns'kij zhurnal medicini, bіologії ta sportu: nauk.-prakt. zhurn. Mikolaїv: CHNU.6(1(29)): 355–362. https://doi.org/10.26693/jmbs06.01.311
Mamotenko A.V., Komisova T.Y. (2018) Research of Behavioral Responses of Female Rats Kept in Natural And Modified Lighting Conditions. Ukraїns'kij zhurnal medicini, bіologії ta sportu: nauk.-prakt. zhurn. Mikolaїv: CHNU. 3(5(14)): 293–299. https://doi.org/10.26693/jmbs03.05.293
Mamotenko A.V., Komisova T.E., Ionov I.A. (2021) Correction of disorders of the reproductive system of rats under changes in light regime. Problems of endocrine pathology. 2 (76): 78–85. https://doi.org/10.21856/j-PEP.2021.2.11
Miyasako Y., Umezaki Y., Tomioka K. (2007) Separate sets of cerebral clock neurons are responsible for light and temperature entrainment of Drosophila circadian locomotor rhythms. J. Biol. Rhythms.22(2): 115–126. https://doi.org/10.1177/0748730407299344
Nassan M., & Videnovic A. (2022). Circadian rhythms in neurodegenerative disorders. Nature Reviews Neurology, 18(1): 7-24. https://doi.org/10.1038/s41582-021-00577-7
Perreau-Lentz S., Kalsbeek A., Garidou M.L. et al. (2003) Suprachasmatic control of melatonin in rats: Inhibitory and stimulatory mechanisms. European Journal of Neuroscience.(17): 221–228. https://doi.org/10.1046/j.1460-9568.2003.02442.x
Petersen C.C., Cao F., Stinchcombe A.R., & Mistlberger R.E. (2022). Multiple entrained oscillator model of food anticipatory circadian rhythms. Scientific Reports, 12(1): 1-15. https://doi.org/10.1038/s41598-022-13242-w
Pevet P. (2000) Melatonin and biological rhythms. Biol. Signals Recept. 9(3–4): 203–212. https://doi.org/10.1159/000014640
Pevet P., Challet E., & Felder-Schmittbuhl M.P. (2021). Melatonin and the circadian system: Keys for health with a focus on sleep. Handbook of Clinical Neurology. 179: 331–343.
Pishak V.P., Bulyk C.E., Zamorsky I.I., Tkachuk S.S. (2012) Pineal gland: pathomorphology, pathological physiology, pharmacology. Chernivtsi, 264 p.
Pivina S.G, Rakickaya V.V, Smolenskij I.V. (2014) Modifikaciya ekspressii nejrogormonov v gipotalamuse prenatal'no stressirovannyh samcov krys v modeli posttravmaticheskogo stressovogo rasstrojstva. Zhurnal evolyucionnoj biohimii i fiziologii.(4): 305–311.
Pshychenko V.V., Cherno V.S., Volobuiev M.A. (2015) Structural-functional characteristics of the pineal gland in rats under conditions of chronic stress and day and night lightening. Klіnіchna anatomіya ta operativna hіrurgіya. 14(1): 90–92. https://doi.org/10.24061/1727-0847.14.1.2015.21
Pshychenko V.V., Volobyev M.A., Frenkel Y.D. (2011) Pineal gland functions in hper-and hipomelatoninemiy from te perspectivt of cellular structures. Vіsnik problem bіologії і medicini. 3,2(88): 157–161.
Reiter R.J., Rosales Corral S., Coto-Montes A. et al. (2011) The photoperiod, circadian regulation and chronodisruption; the suprachiasmatic nuclei and the pineal and gut melatonin. Journal Physiology and Pharmacology. 62(3): 269–274.
Ruchin A.B. (2021). Effect of illumination on fish and amphibian: development, growth, physiological and biochemical processes. Reviews in Aquaculture, 13(1): 567-600. https://doi.org/10.1111/raq.12487
Rzepka-Migut B., & Paprocka J. (2020). Melatoninmeasurement methods and the factors modifying the results. A systematic review of the literature. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(6): 1916. https://doi.org/10.3390/ijerph17061916
Shilova A.V., Ananyeva N. I., Safonova N. Yu., Lukina L. V. (2022) Pineal gland: structural variants and their role in neurological and psychiatric disorders. Annaly klinicheskoj i eksperimental'noj nevrologii. 16(1): 39–45. https://doi.org/10.54101/ACEN.2022.1.5
Sopova І.Yu. (2017) Stan sistemi proteolіzu v bazal'nih yadrah golovnogo mozku za gіpofunkcії epіfіzu. Klіnіchna ta eksperimental'na patologіya.16(3(61)): 54–56 https://doi.org/:10.24061/1727-4338.XVI.3.61.2017.36
Tan D.X., Xu B., Zhou X., & Reiter R.J. (2018). Pineal calcification, melatonin production, aging, associated health consequences and rejuvenation of the pineal gland. Molecules, 23(2): 301. https://doi.org/10.3390/molecules23020301
Timofіj O.V. (2016) Patogenez porushen' gіpotalamoepіfіzarnih vzaєmovіdnosin, ndukovanih zmіnami fotoperіodu: dis. na zdobuttya nauk. stup. kand. med. nauk: 14.03.01. CHernіvcі,198 p.
Vasileva Z. (2021). Melatonin and epilepsy. Folia Medica, 63, 827. https://doi.org/:10.3897/folmed.63.e58637.
Vinogradova I.A., Matveeva Y.P., Zhukova O.V., Yunash V.D., & Anisimov V.N. (2021). Melatonin Prevents the Development of Age-Related Pathology in Male Rats during Accelerated Aging Caused by Impaired Photoperiodism. Advances in Gerontology. 11(1): 77–82.
Walker W.H., Walton J.C., DeVries A.C., & Nelson R.J. (2020). Circadian rhythm disruption and mental health. Translational psychiatry, 10(1): 1-13. https://doi.org/10.1038/s41398-020-0694-0
Wang Z., Liu Y., & Musa A.E. (2022). Regulation of Cell Death Mechanisms by Melatonin:Implications in Cancer Therapy. Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry (Formerly Current Medicinal Chemistry-Anti-Cancer Agents), 22(11): 2080-2090. https://doi.org/10.2174/1871520621999211108090712
Xia Y., Chen S., Zeng S., Zhao Y., Zhu C., Deng B.& Ren W. (2019). Melatonin in macrophage biology: Current understanding and futureбperspectives. Journal of pineal research. 66(2): e12547.
Zamorsky I.I., Pishak V.P. (2003) The functional organization of a photoperiodic brain system. Uspekhi fiziol. nauk. 34(4): 37–53
Zee P.C. (Ed.). (2019). Circadian Rhythm Disorders, An Issue of Neurologic Clinics. Elsevier Health Sciences, 631 p .
Zerbini G., Kantermann T., & Merrow M. (2020). Strategies to decrease social jetlag: reducing evening blue light advances sleep and melatonin. European Journal of Neuroscience. 51(12): 2355-2366. https://doi.org/10.1111/ejn.14293
Zhou L., Zhang Z., Nice E., Huang C., Zhang W., & Tang Y. (2022). Circadian rhythms and cancers: the intrinsic links and therapeutic potentials. Journal of Hematology & Oncology. 15(1): 1-31. https://doi.org/10.1186/s13045-022-01238-y
Zuev V.A., Trifonov N.I., Linkova N.S., Kvetnaia T.V. (2017) Melatonin as a molecular marker of agerelatedpathologies. Advances in Gerontology. 30(1): 62–69.
DOI: https://doi.org/10.34142/2708-5848.2021.24.1.05
Посилання
- Поки немає зовнішніх посилань.