На сучасному етапі розвитку суспільства важливим напрямком наукових досліджень в галузі біології та медицини є вияснення ролі мелатоніну у процесах регуляції фізіологічних функцій організму в умовах адаптації до змін впливу чинників довкілля, особливо світлового навантаження [3, 11, 24, 34, 84, 130]. Проблема хроноадаптації та хроноакліматизації людини набуває особливої актуальності в зв'язку зі збільшенням контингенту осіб, які за характером своєї діяльності часто змінюють своє місцеперебування (пілоти пасажирських авіаліній далекого сполучення, локомотивні бригади та провідники вагонів залізниці, водії вантажного та пасажирського транспорту дальніх рейсів, спортсмени, бізнесмени, туристи, вахтовики та ін.) [34, 84, 135, 145, 259].

Нещодавно була доведена здатність мелатоніну впливати на систему оксиду азоту in vitro та in vivo. З одного боку, введення цього гормону збільшує експресію мРНК нейрональної NO-синтази (nNOS) та синтез цього ферменту з подальшим підвищенням оксиду азоту (NO) та продуктів його окиснення (нітритів і нітратів) [281]. З іншого боку, повідомляється, що мелатонін здатний пригнічувати індуцибельну NO-синтази (iNOS) [187, 256], а при утворенні у головному мозку його метаболітів (N1-ацетил-5-метоксикинураміну) і nNOS [236].

Припускають, що NO-опосередкованими можуть бути ефекти мелатоніну на біоенергетичні процеси в мітохондріях, його антиоксидантна та стреспротективна дія, участь у регуляції апоптозу клітин [237, 281, 294].

Відомо, що за нормальних умов NO постійно утворюється в головному мозку та спричиняє певні фізіологічні ефекти; забезпечує ендотеліальну цитопротекцію, контролює осциляторну активність нейронів, модулює міжнейрональні комунікації, синаптичну пластичність, стан рецепторів, внутрішньоклітинну передачу сигналів, вивільнення нейротрансмітерів [68, 91, 119, 132, 80].

В останні роки продемонстрована провідна роль високих концентрацій NO в патогенезі ішемічних / реперфузійних ушкоджень мозку, нейродегенеративних захворювань ЦНС [80, 91, 119]. Виявлений тісний зв'язок системи NO та транскрипційного ядерного фактора ?B (NF-?B). Показано, що опосередкована через гліальні клітини нейротоксичність пов'язана з NF-?B-залежною індукцією iNOS з подальшою продукцією активних форм кисню [311].

Оскільки захворювання головного мозку набувають характеру епідемії [14], вивчення дії мелатоніну на головний мозок відкриває нові можливості у корекції його функціонального стану [31, 33, 85]. Нейропротекторні ефекти цього гормону пов'язують з його антиоксидантною, антиапоптотичною та імуномоделюючою дією [16, 20, 26, 46]. Крім цього, мелатонін виявляє протиішемічний ефект, регулює артеріальний тиск, мозковий кровообіг [56].

Проте участь компонентів системи NO та NF-?B-залежних процесів у патогенезі ушкодження головного мозку в умовах нестачі або надлишку мелатоніну залишається нез'ясованою. Вирішення цього питання дозволить усвідомити механізми мелатонін-залежних розладів енергетичного обміну та прооксидантно-антиоксидантного статусу головного мозку та розробити нові підходи до їх профілактики та патогенетичної терапії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота є фрагментом планових науково-дослідних робіт Миколаївського державного університету імені В.О. Сухомлинського «Вплив мелатоніну на функції систем організму» (№ державної реєстрації 0106U002994) та «Вплив біологічно активних речовин епіфізу на морфофункціональний стан вісцеральних систем організму тварин» (№ державної реєстрації 0112U002854). Дисертант є співвиконавцем тем. Тема дисертації затверджена на засіданні Вченої ради біологічного факультету (протокол № 5 від 11 січня 2006 р.) та у остаточній редакції - на засіданні Вченої ради Миколаївського державного університету імені В.О. Сухомлинського (протокол № 9 від 27 січня 2015 р.).

Мета дослідження. Метою роботи було з'ясування ролі компонентів системи оксиду азоту (різних ізоформ NO-синтази, її субстрату, пероксинітриту) у патогенезі порушень окиснювального метаболізму у тканині головного мозку при відтворенні розладів утворення мелатоніну.

Завдання дослідження:

1. Дослідити показники активності NOS, продукції супероксидного аніон-радикала (.О), стану пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ) і антиоксидантного (АО) захисту, енергетичного обміну в тканині великих півкуль головного мозку білих щурів при різних термінах експериментальної гіпомелатонінемії.

2. Дослідити показники активності NOS, продукції супероксидного аніон-радикала (.О), стану пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ) і антиоксидантного (АО) захисту в тканині великих півкуль головного мозку білих щурів при різних термінах експериментальної гіпермелатонінемії.

3. Виявити зміни поведінкових реакцій білих щурів у тесті «відкрите поле» при різних термінах експериментальної гіпо- та гіпермелатонінемії.

4. Встановити закономірності впливу різних режимів функціонування ізоформ NO-синтаз (при введенні їх інгібіторів та субстрату) на показники активності NOS, продукції .О, стану ПОЛ і АО захисту, енергетичного обміну в тканині великих півкуль головного мозку в умовах моделювання хронічної гіпомелатонінемії.

5. Вивчити закономірності впливу активації NF-?B на показники активності NOS, продукції .О, стану ПОЛ і АО захисту, енергетичного обміну в тканині великих півкуль головного мозку в умовах моделювання хронічної гіпомелатонінемії.

6. З'ясувати роль утворення пероксинітриту у механізмах зміни активності NOS, продукції .О, стану ПОЛ і АО захисту, енергетичного обміну в тканині великих півкуль головного мозку в умовах моделювання хронічної гіпомелатонінемії.

Об'єкт дослідження - окиснювальний метаболізм у головному мозку щурів в умовах нестачі та надлишку мелатоніну.

Предмет дослідження - NO-залежні механізми розладів прооксидантно-антиоксидантного статусу та енергетичного обміну у головному мозку щурів в умовах нестачі та надлишку мелатоніну.

Методи дослідження. Поставлена мета досягнута шляхом використання експериментальних моделей нестачі та надлишку мелатоніну, зміни функціонального стану компонентів системи оксиду азоту та NF-?B, біохімічних методів дослідження активності NOS, стану енергетичного обміну та прооксидантно-антиоксидантного статусу головного мозку щурів, а також методів дослідження поведінки лабораторних тварин (тест «відкрите поле»).

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше виявлено, що моделювання гіпомелатонінемії призводить у великих півкулях головного мозку до прогресуючого збільшення активності NOS (за рахунок iNOS), продукції .О НАДН- і НАДФН-оксидазними комплексами, активацією декомпенсованого пероксидного окиснення ліпідів, прогресуючим зниженням активності антиоксидантних ферментів (СОД і каталази), пригніченням біоенергетичних процесів. Виявлено відмінності в чутливості антиоксидантної системи півкуль головного мозку до гіпо- та гіпермелатонінемії.

Вперше виявлено відмінності у впливі різних ізоформ NOS (nNOS та iNOS) на рівень продукції супероксидного аніон-радикала, активації пероксидного окиснення ліпідів, стан антиоксидантного захисту та біоенергетичних процесів у великих півкулях головного мозку щурів в умовах хронічної експериментальної гіпомелатонінемії. Показано, що застосування L-аргініну в умовах хронічної експериментальної гіпомелатонінемії обмежує активацію пероксидного окиснення ліпідів, підвищує енергетичний потенціал у тканині головного мозку.

Вперше виявлено, що в умовах хронічної гіпомелатонінемії активація NF-?B та утворення пероксинітриту суттєво впливають на окиснювальний метаболізм у тканині головного мозку. Введення інгібітора ядерної транслокації NF-?B JSH-23 та скевенджеру пероксинітриту L-селенометіоніну обмежує у великих півкулях продукцію .О та рівень ПОЛ, підвищує АО захист та енергетичний потенціал.

Практичне значення отриманих результатів. Одержані результати можуть бути використані як експериментальна база для розробки патогенетично обґрунтованих методів корекції функціонально-метаболічних розладів функціонування головного мозку в умовах виникнення гіпер- чи гіпомелатонінемії.

Одержані результати можуть використовуватися як експериментальне обґрунтування призначення інгібіторів iNOS, скевенджерів пероксинітриту та інгібіторів активації NF-?B як перспективних нейропротекторів.

Результати роботи впроваджено в навчальний процес на кафедрі біології людини та тварин Миколаївського національного університету ім. В.О. Сухомлинського, кафедрах патологічної фізіології Національного фармацевтичного університету, Харківського національного медичного університету, Вищого державного навчального закладу України «Українська медична стоматологічна академія», кафедрі фізіології і патофізіології з курсом медичної біології медичного інституту Сумського державного університету.

Особистий внесок здобувача. Особисто підібрана та проаналізована наукова література з проблеми, що вивчається, на підставі чого сформульовані мета і завдання дисертаційної роботи, розроблена програма досліджень, обґрунтовані методологічні принципи та методичні підходи до вирішення поставлених завдань. Автором поставлений експеримент, виконані біохімічні та фізіологічні дослідження впливу недостатності та надлишку мелатоніну на механізми порушення енергетичного обміну та прооксидантно-антиоксидантним статусу тканин головного мозку експериментальних тварин. Дисертантом самостійно здійснений аналіз отриманого фактичного матеріалу, виконана його математична обробка та інтерпретація, сформульовані висновки роботи та практичні рекомендації.

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на VI Міжнародних новорічних біологічних читаннях (Миколаїв, 2006), X Міжнародних новорічних читаннях (Миколаїв, 2010), XI міжнародній науковій конференції “Актуальні проблеми сучасної біології та здоров'я людини” (Миколаїв, 2011), II Міжнародній науково-практичній конференції “Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии, фармакологии и медицине” (Санкт-Петербург, Росія, 2011), Всеукраїнській науково-практичній конференції “Медична наука - 2013” (Полтава, 2013), “Вернадських читаннях”, присвячених 150-річчю з дня народження В.І. Вернадського (Миколаїв, 2013), 8-й національній науково-практичній конференції з іноземною участю “Reactive Oxygen Species, Nitric Oxide, Antioxidants and Human Health” (Смоленськ, Росія, 2014), ХІІІ читаннях ім. В.В. Підвисоцького (Одеса, 2014), спільному засіданні кафедр біології людини та тварин, хімії та біохімії, екології та здоров'я людини Миколаївського національного університету імені В.О. Сухомлинського та кафедри здоров'я людини та фізичної реабілітації Чорноморського державного університету імені Петра Могили комплексу «Києво-Могилянська академія» 7 квітня 2015 p.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 наукових робіт, зокрема 12 статей (в тому числі 5 - одноосібно), з яких 5 - у наукових фахових виданнях України, що реферуються міжнародними наукометричними базами даних РІНЦ, Index Copernicus International, Google Scholar, 1 стаття у фаховому журналі за кордоном (Грузія), що реферується міжнародною наукометричною базою «Scopus», 1 - у закордонному збірнику наукових праць медичного напрямку (Республіка Білорусь), 4 тез доповідей - в матеріалах науково-практичних конференцій.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація викладена на 148 сторінках комп'ютерного набору, містить 31 таблицю. Складається зі вступу, огляду літератури, характеристики об'єктів і методів дослідження, 5-ти розділів результатів власних досліджень, аналізу та узагальнення отриманих результатів, висновків, практичних рекомендацій, списку використаних джерел, який містить 316 джерел - 160 кирилицею та 156 латиницею (обсягом 34 сторінки).

мелатонін головний мозок окиснення

РОЗДІЛ 1. ВПЛИВ НЕСТАЧІ ТА НАДЛИШКУ МЕЛАТОНІНУ НА NO- ЗАЛЕЖНІ МЕХАНІЗМИ РОЗЛАДІВ ЦЕНТРАЛЬНОЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ (огляд літератури)

1.1 Роль NO та NF-?B у механізмах порушень метаболізму та функцій центральної нервової системи

В хімічному відношенні оксид азоту (NO) є маленькою ліпофільною молекулою, що складається з одного атома азоту і одного атома кисню та має непарний електрон, що перетворює її в високореактивний радикал, який вільно проникає через біологічні мембрани і легко вступає в реакції з іншими сполуками. Це розчинний у воді та жирах газ без кольору з унікальними фізіологічними властивостями. Як сполука з проміжним ступенем окиснення азоту NO може бути як відновлювачем, так і окиснювачем [32, 118].

NO відіграє провідну роль в регуляції різноманітних біохімічних та фізіологічних процесів і утворюється в клітинах з L-аргініну за допомогою NО-синтазної реакції [61, 101, 253]:

2 L-аргінін + 3НАДФН + 4О2 + 3Н+ > 2 цитрулін + 2NO +

+ 3НАДФ + 4Н2О (1)

NO-синтази мають три ізоформи: нейрональну (nNOS, NOS-1), індуцибельну (iNOS, NOS-2) та ендотеліальну (eNOS, NOS-3). Ферменти каталізують п'ятиступінчасте окиснення L-аргініну до L-цитруліну та NO. Всі вони - гомодимери з молекулярною масою 130 кДа для iNOS та eNOS, 160 кДа - для nNOS. Мономери складаються з декількох доменів. N-кінцева ділянка містить гемзв'язуючий оксигеназний домен, специфічний для кожної ізоформи За оксигеназним розташований кальмодулін-зв'язуючий домен, а в С-кінцевій ділянці цитохром Р450-подібний редуктазний домен з місцями зв'язування для кофакторів. Ця ділянка відповідає також за НАДФH-діафоразну активність NOS. До числа кофакторів належать нікотинаміддинуклеотидфосфат (НАДФН), тетрагідробіопротеїн (BH4), флавінаденіндинукдеотид (ФАД), флавінмононуклеотид (ФМН) та протопорфірин IX [61, 101, 119, 253].

Вони синтезують NO в невеликій кількості або базально (безперервно), або стимульовано, невеликими порціями, під дією факторів, які діють як через рецептори, так і незалежно від них. До рецепторзалежних чинників відносяться ацетилхолін, брадикінін, норадреналін, ангіотензин, а також фактори, що вивільнюються з тромбоцитів - АТФ, тромбін і серотонін. До чинників, які не залежать від рецепторів, належать основні фізичні фактори - концентрація кисню в клітині та напруга зсуву, зміщення крові по відношенню до ендотеліального шару.

nNOS є Са2+-залежною ізоформою, бере участь у регуляції росту та диференціюванні клітин ЦНС і, можливо, в їх відновленні після локальних ішемічних ушкоджень головного мозку [80, 91]. Показана роль цього ізоферменту в забезпеченні механізмів пам'яті, модуляції больового подразнення, координації між нервовою активністю і судинним тонусом [161, 316]. При вибірковому блокуванні nNOS підвищується агресивність та сексуальність тварин, збільшується частота церебральних інфарктів [80, 310].

Місцями локалізації nNOS nNOS у мозку є глутаматергічні гранулярні клітини та ГАМК-ергічні корзинчасті клітини мозочка, нейрони кори мозку, де вона співлокалізована з соматостатином, нейропептидом Y або ГАМК [80, 161]. Подібна картина виражена в стріатумі. У корі мозку і в смугастому тілі NOS-нейрони становлять 1-2 % від загальної популяції нервових клітин. Пірамідні клітини в ділянці СА1 гіпокампа практично не містять nNOS, однак тут, а також у ділянці СА3, як і в гранулярних клітинах зубчастої звивини, виявлена значна концентрація eNOS [80].

Активація конститутивних ферментів nNOS і eNOS, як правило, пов'язана з негайними алостеричними модуляціями їх молекул, на відміну від iNOS, активність якої зростає у більш віддалені терміни внаслідок активації експресії відповідних генів. Активність базального рівня конститутивних NOS залежить від фізіологічного стану організму. При цереброваскулярних катастрофах та ряді інших гіпоксичних станах організму спостерігається активація генерації NO в різних тканинах [119].

еNOS, окрім ендотеліальних клітин, зустрічається в кардіоміоцитах, пейсмекерних клітинах, тромбоцитах, нейронах гіпокампу, епітеліоцитах легень та нирок. Її активність пов'язана з концентрацією внутрішньоклітинного кальцію. Фермент може також активуватися при участі цAMP-залежної протеїнкінази А, а також серцевого шокового протеїну-90. Цій ізоформі NOS відводиться провідна роль у забезпеченні постійного базисного рівня NO, котрий асоціюють з реалізацією механізмів локальної ендотеліальної цитопротекції та підтриманням судинного гомеостазу [159].

Активація iNOS викликає синтез високих концентрацій оксиду азоту. Цей ізофермент виявлено не тільки в макрофагах, але й у нейтрофілах, кератиноцитах, фібробластах, хондроцитах, остеокластах, нейронах, астроцитах [91]. iNOS активується при запальних процесах цитокінами чи бактеріальними антигенами, а також ультрафіолетом, озоном, нікотиновою кислотою, гормонами, які діють на синтез цАМФ (адреналін, глюкагон). Ця ізоформа NOS генерує багатократно більшу кількість NO у порівнянні з конститутивними NOS, не використовуючи при цьому Са2+. Тривалість інтенсивного синтезу NO складає близько п'яти діб. Подібну макрофагальній формі iNOS виявлено на внутрішній мембрані мітохондрій [61, 197, 199].

Блокада iNOS призводить до підвищення чутливості організму до інфекції, ослаблення, але не повної втрати гіпотензивного ефекту ендотоксину. Вірогідно, цей ізофермент грає важливу роль у механізмах розвитку ішемії та інсульту [91].

Відмічають 5 основних факторів, що впливають на швидкість NOS-залежного синтезу NО [119]:

- швидкість транскрипції генів, відповідальних за синтез NOS;

- дозрівання мРНК-NOS; експорт мРНК NOS у клітинні локуси, де відбувається синтез білка;

- вміст ВН4, НАДФН, ФАД, ФМН і протопорфірину IX в клітинах, що синтезують NО;

- ферментна активність синтезованих молекул NOS, хімічна стійкість молекул NOS;

- концентрація L-аргініну в клітинах, що синтезують NO.

У нормі у здорової людини кількість NO, що утворюється в цілому організмі, складає в середньому 1 ммоль/добу. Проте сумарна швидкість синтезу NO в цілому організмі не завжди відображає швидкість синтезу NО у кожній окремо взятій морфологічній структурі. Якщо брати до уваги малий радіус дії NO (не більше 0,5 мм), то має значення просторова локалізація біосинтезу NО і транспорт двоатомного комплексу NО у складі інших молекул [119]. Відростки нейронів, що містять NOS, так широко розгалужені, що практично всі нейрони ЦНС розташовуються в межах декількох мікрометрів від джерела NO. Встановлено, що найбільшим джерелом NO є нюхова цибулина і мозочок [21, 32].

Ферментна активність різних ізоформ NOS оцінюється кількістю NО, що утворюється за одиницю часу. Інфекційні, алергічні, автоімунні захворювання і травми індукують підвищений NOS-залежний синтез NО в цілому організмі з превалюванням участі iNOS: при вказаних патологічних процесах NO-синтетична функція iNOS більш ніж у 1000 разів превалює над eNOS і nNOS [253].

Фізіологічні ефекти NO забезпечуються тими невеликими його кількостями, що синтезуються конститутивними ізоформами NOS. NO, який виробляється iNOS у великій кількості, володіє цитотоксичністю, що дозволяє йому здійснювати в організмі як захисні функції (вбивати пухлинні та бактеріальні клітини), так і брати участь у патологічних процесах, індукуючи апоптоз.

Значну частину продуктів NO-синтазних реакцій, окрім NО, складають нітрити та нітрати. Разом з тим в організмі теплокровних тварин існує потужна нітрат/нітритредуктазна система, здатна відновлювати нітрати та нітрити до NO, що вказує на наявність у них циклу оксиду азоту [118, 122, 123, 124, 125, 242]. В умовах гіпоксії активність нітритредуктазних систем у 102-103 разів вища, ніж NOS [125]. Тому цей шлях вважається головним постачальником NO в умовах ішемічного ушкодження нейронів у період реоксигенації [80].

Найважливішим компонентом нітритредуктазних систем є електроннодонорні системи, що здійснюють відновлення гемоглобіну, міоглобіну, цитохромоксидази та цитохрому Р-450. У першу чергу до них належать метгемоглобін- і метміоглобінредуктази, а також ЕТЛ мітохондрій і ендоплазматичного ретикулума [118, 122-125, 180, 181, 212, 228, 254, 285]. Нітритредуктазна активність в умовах гіпоксії притаманна також еNOS, при цьому її здатність виробляти NO знижується [196].

Серед низькомолекулярних систем, здатних відновлювати гемвмісні білки, слід виділити аскорбінову кислоту і відновлений глутатіон [167, 243].

Основним шляхом метаболізму NO вважається його реакція з гемопpотеїнами. По-перше, різноманітні клітинні ефекти NO (pозcлаблення гладеньком'язових клітин тощо) запуcкаютьcя при його зв'язуванні з гемвмістним ферментом гуанілатциклазою. По-друге, NO швидко реагує з гемоглобіном еpитpоцитів, утворюючи метгемоглобін і аніони NO2- та NO3- [159, 253].

Іншим шляхом метаболізму NO, що пояснює його цитотокcичніcть, є реакція з cупеpокcидним аніон-радикалом (.О), що призводить до утворення пеpокcинітpиту (ONОO-) та гідроксильного pадикала (.ОН). Обидві ці речовини є окcидантами, високоактивними у відношенні ліпідів, білків і нуклеїнових кислот [179, 218, 299, 315]. ОNОO- невідворотно утворюється в локусах, де одночасно зустрічаються NО і .О, що обумовлено дуже високою швидкістю їхньої взаємодії (близько 2?1010 М-1с-1).

Третій шлях метаболізму включає утворення нітpозотіолів у швидкій зворотній реакції. Нітpозотіоли, які присутні в плазмі людини, вважаються стабілізованою формою NO у біологічних тканинах [119].

Значення NO в ЦНС в нормальних умовах пов'язують з трьома процесами (NO-гіпотеза) [119]:

- участь в міжнейронній комунікації в якості своєрідного нейромедіатора, причому основне значення, на думку дослідників, NO має в синаптичній пластичності, під якою розуміють ефективність синаптичної передачі;

- регуляція церебрального кровотоку;

- встановлення міжнейронних синаптичних взаємозв'язків під час розвитку ЦНС.

Показано, що в ЦНС NO специфічно не зв'язується з рецепторами постсинаптичної мембрани. Він дифундує в інші ділянки, включаючи пресинаптичні нервові клітини (діє як ретроградний месенджер), суміжні нейрони і гліальні клітини [91]. Вважають, що NO діє, вірогідно, як нейромодулятор динамічної активності нейронів, не впливаючи безпосередньо на величину їх потенціалу.

У периферичній нервовій системі NO може виступати в ролі нейротрансмітера, впливає опосередковано на активність нітроксидергічних нейронів [152, 153, 182, 183]. Раніше вважалось, що синтез NO для нітроксидергічних синапсів каталізується nNOS. У подальшому була доведена участь iNOS у каталізі синтезу NO для нітроксидергічних синапсів.

Черток В.М. і Коцюба А.Е. [151, 227] показали, що NO широко представлений в аферентних структурах головного мозку, а особливості функціональних властивостей цієї молекули доводять можливість її активної участі в локальних механізмах чутливої іннервації церебральних судин.

Перебуваючи в структурі клубочкових рецепторів судин, NO бере участь у барорецепції, реагуванні на зміни кров'яного тиску, сигналізує про тонус і скорочувальну діяльність судин, про кількість крові, що протікає по ним, створює необхідні умови для забезпечення нормальної роботи нейронів головного мозку [91, 152].

Встановлено також, що NO спричиняє інгібуючий вплив на систему гіпоталамус-гіпофіз-надниркові залози, пригнічує її функціональну активність і тим самим обмежує стрес-реакцію. Пригнічення nNOS призводить до зменшення синтезу NO в нейронах, підсилює вивільнення вазопресину і окситоцину. Таким чином, NO пригнічує активацію гіпоталамо-гіпофізарно-надниркозалозної системи, викликану вазопресином, і виявляє стреслімітуючу дію [93].

Як надлишок, так і недостатність NO, можуть бути суттєвими в патогенезі багатьох захворювань ЦНС [80, 91, 119]. Так, NO, що виробляється під впливом iNOS, здатний проявляти нейротоксичну дію. В деяких випадках до таких же негативних результатів можуть призводити і зміни активності nNOS у нервовій системі. Так, трансгенні миші, в яких відсутній ген, що кодує nNOS, виявляють стійкість до ішемії мозку [139].

Показано, що NО нейронального походження відіграє провідну роль у патогенезі реперфузійного ушкодження клітин мозку. У мишей із дефіцитом експресії nNOS розміри ушкодження і набряку мозку при його реперфузії виражені меншою мірою [80].

У той же час, зниження вироблення NO в ендотелії судин мозку спричиняє вазоконстрикцію, що ще сильніше перешкоджає доступу кисню [94, 55]. Так, застосування інгібіторів NOS в умовах ішемії призводить до збільшення ділянки інфаркту мозку. За думкою дослідників, це відбувається через блокування eNOS, що вказує на важливу позитивну роль цієї ізоформи ферменту. Введення селективних інгібіторів eNOS спричиняє нейротоксичний вплив, у той час як вибіркове пригнічення nNOS виявляє нейропротекторну дію [94].

Посилене продукування NO в період ішемії розглядається як фізіологічна відповідь, пов'язана зі збільшенням мозкового кровотоку через вазорелаксацію мозкових судин і ретроградну блокаду NMDA-рецепторів. З іншого боку, утворення NO в період реперфузії супроводжується ушкодженням тканини мозку [21, 63, 83, 231].

В останні роки продемонстрована провідна роль високих концентрацій NO в патогенезі нейродегенеративних захворювань ЦНС, пов'язаних з нейротоксичною дією глутамату (глутаматна нейротоксичність) та гіперреактивністю рецепторно-канальних комплексів, що призводить до пошкодження, дегенерації та загибелі нейронів. Ці явища є характерними для низки захворювань ЦНС - хвороб Паркінсона, Альцгеймера, епілепсії, ішемічного інсульту та ін. [91, 119].

Більшість дослідників вважають, що цитотоксична дія NO при різних видах патології ЦНС обумовлена його здатністю в реакції з .О утворювати пероксинітрит [211, 277].

Цікавим є здатність NО і його похідних стимулювати синтез значної кількості білків і ферментів як на рівні транскрипції, так і трансляції (стрес-білків, феритину, білків АО захисту, білків-рецепторів трансферину, ядерного білка р53) [80].

В останні роки повідомляється про тісний зв'язок системи NO та транскрипційного ядерного фактора ?B (NF-?B). Відомо, що промотор гена iNOS містить зв'язуючий центр для NF-?B [309]. NF-?B опосередковує вивільнення індукторів iNOS - TNF-? та IL-1?.

Показано, що опосередкована через гліальні клітини нейротоксичність може бути пов'язаною з NF-?B-залежною індукцією iNOS з подальшою продукцією АФК [311].

Примітно, що індукція iNOS в клітинах in vivo та in vitro залежить від стану внутрішньоклітинного глутатіону та корелює зі зв'язуванням NF-?B [309].

Встановлено, що NO перешкоджає експресії власного гена шляхом зниження експресії NF-?B [287]. Ці події, на думку дослідників, ініціюють новий виток негативного зворотного зв'язку: NO, що утворюється, знижує експресію гена iNOS, обмежуючи надмірне утворення цього метаболіту в умовах патології.

За своєю морфологією NF-?B вважається гетеродимерним комплексом, що складається з 2-х субодиниць. До складу родини входить 5 гомологів: p50 (та його попередник р105), p52 (та його попередник р100), p65(RelA), c-Rel та RelB. У нейронах найчастіше комплекс NF-?B представлений p65, p50 та IkBa [36, 54, 164, 172]. Всі ці білки мають у своєму складі Rel домен - висококонсервативну N-кінцеву послідовність з 300 амінокислот, який необхідний для димерізації, зв'язування з ДНК та асоціації з білками I?B - цитоплазматичним інгібітором NF-?B. Гомодимери р50 та р52 відіграють роль супресорів генної експресії, в той час як р65, с-Rel та RelB в будь-яких поєднаннях є активаторами транскрипції. Окрім Rel домена ці білки мають спеціальні NLS (nuclear localizing signal) послідовності, котрі необхідні для транспорту цих білків з цитоплазми в ядро. За відсутності стимулів NF-?B знаходиться у цитоплазмі у неактивному вигляді, перебуваючи в комплексі з білками родини I?B. Родина I?B нараховує 6 окремих білків: I?B-?, I?B-?, I?B-? (С-кінцевий домен білка р100 родини Rel), I?B-? (С-кінцевий домен білка р105 родини Rel), I?B-? та Bcl-3. Усі члени цієї родини містять у складі своєї послідовності анкіриновий повтор, що дозволяє їм зв'язуватись з NF-?B та забезпечувати його цитоплазматичну локалізацію. I?B білки є мішенями для різноманітних сигнальних шляхів, що активуються внутрішньо- та позаклітинними чинниками (цитокіни, АФК, фактори росту, віруси) [208, 200, 203, 291].

У клітині, в стані спокою, NF-?B накопичується та зберігається в неактивному стані, під впливом I?B. Нещодавно показано, що конститутивна активність NF-?B у нейронах майже відсутня [240].

У нервових клітинах шляхи сигнальної трансдукції запускаються завдяки дії різних стимулів (TNF-?, глутамату, нейротрофічних факторів, секреторної форми білка-попередника амілоїду, молекул клітинної адгезії [247, 249, 302]), що супроводжується негайною активацією специфічної I?B кінази - IKK. Наступна протеосомна деградація I?B призводить до звільнення NF-?B. Вільна форма NF-?B транслокується у ядро та зв'язується з ?B-сайтами всередині промоторів відповідних генів для активації їхньої транскрипції [208, 203].

У літературі наводяться дані про неоднозначну роль NF-?B на функціонування ЦНС у нормі та при розвитку патології.

З одного боку, повідомляється про ключову роль NF-?B як медіатора залежних від транскрипції стійких змін у структурі та функції нервових клітин. Різні субодиниці NF-?B впливають на когнітивну активність і поведінку лабораторних тварин, регулюючи певні гени - мішені [217, 247, 249, 278].

Продемонстрована адаптивна нейропротективна функція NF-?B. В експерименті на мишах, позбавлених TNF-? рецепторів, виявлено збільшення пошкодження нейронів кори та гематоенцефалічного бар'єру, що автори пов'язують зі зниженням активації NF-?B [298].

З іншого боку, повідомляється про негативні ефекти активації NF-?B у ЦНС. Так, травматичне ушкодження головного та спинного мозку супроводжується підвищенням рівня активності NF-?B у нейронах, астроцитах і клітинах мікроглії [169]. Така активація NF-?B може залишатися підвищеною протягом тривалого періоду часу (кілька тижнів або місяців) після травми та сприяє розвитку запального процесу.

За даними дослідників, NF-?B відіграє важливу роль у патогенезі таких розладів, як епілепсія, інсульт, хвороби Альцгеймера та Паркінсона, а також у онтогенезі [247, 249, 263, 313].

Неоднозначна роль NF-?B відмічається у патогенезі нейродегенеративних захворювань. З одного боку, активація NF-?B у нейронах сприяє їх виживанню шляхом індукції продукції антиапоптотичних білків, таких як Bcl-2, білки - інгібітори апоптозу (IAPs), Mn-СОД. З іншого боку, у гліальних та імунних клітинах - опосередковує патологічні запальні процеси [178, 247, 280, 264].

I. Sarnico et al. [280] показали, що незбалансована активація NF-?B p50/RelA димеру в порівнянні з комплексами, що містять с-Rel, сприяє загибелі клітин в умовах ішемічного інсульту. У той час, як p50/RelA діє як транскрипційний індуктор Bcl-2 родини проапоптотичних Bim і Noxa генів, c-Rel димери специфічно включають транскрипцію антиапоптотичного гена Bcl-xL. Зміни в ядерному вмісті c-Rel димерів сильно впливають на поріг уразливості нейронів до ішемії.

Таким чином, дані літературних джерел вказують на здатність NO впливати на широкий спектр фізіологічних і патологічних процесів у ЦНС. Відмічається неоднозначність ефектів NO (у залежності від дози та походження), його здатність взаємодіяти з іншими активними кисневими метаболітами з утворенням високоактивної токсичної речовини - пероксинітриту. Повідомляється про досить складні та неоднозначні взаємовідносини у ЦНС між системою NO та нуклеарним транскрипційним фактором ?B. Літературні джерела наводять суперечливу інформацію щодо ролі ізоформ NOS, пероксинітриту та NF-?B у механізмах ушкодження головного мозку в умовах його нейродегенеративних, нейроваскулярних та гіпоксичних уражень. До цього часу недостатньо з'ясованою є участь NO- та NF-?B-залежних процесів у механізмах хроноадаптації та хроноакліматизації, у т.ч. залежних від вироблення в організмі ссавців мелатоніну.

1.2 Біологічна роль мелатоніну

Мелатонін - основний гормон епіфіза, регулятор добових та сезонних біологічних ритмів [3, 8, 18, 19, 30, 45, 98, 141, 225, 290]. Він був відкритий у 1958 році А. Б. Лернером [3, 141].

Мелатонін повсюдно зустрічається в тваринному світі. Він виявлений як у рослин, так і у найпростіших [5, 25, 72, 301].

Зміни концентрації мелатоніну мають виражений добовий ритм у пінеальній залозі і в крові, як правило, з високим рівнем гормону протягом ночі та низьким рівнем у денний час [11, 34, 40, 145]. Максимальні значення мелатоніну в крові спостерігаються між північчю та 5 годиною ранку.

Виробляється мелатонін основними секреторними клітинами епіфіза - пінеалоцитами [3, 11, 30, 141, 193]. В епіфізі гормон синтезується на експорт і для власних потреб залози не використовується [3, 141].

Мелатонін утворюється не тільки в пінеальній залозі. Кількість гормону, що синтезується в епіфізі, не вистачає для забезпечення багаточисельних біологічних ефектів. Дослідженнями було показано, що після видалення епіфіза у експериментальних тварин в крові визначається значна кількість мелатоніну [98, 221]. Екстрапінеальними джерелами синтезу мелатоніну є клітини шлунково-кишкового тракту, основні клітини-депо серотоніну (містять до 95% всього ендогенного серотоніну) -- попередника мелатоніну. Виявлено синтез цього гормону у значній кількості нейроендокринних клітин дихальних шляхів, у корковому шарі нирок та впродовж кордону між корковим і мозковим шарами надниркових залоз, під печінковою капсулою, у парагангліях, яєчниках, ендометрії, передміхуровій залозі, плаценті, жовчному міхурі та внутрішньому вусі [11, 69, 70, 72, 98, 269]. За останні роки вивчення ідентифіковано синтез мелатоніну і в неендокринних клітинах: формених елементах крові (тканинних базофілах, еозинофілах, лімфоцитах, тромбоцитах), тимоцитах, клітинах підшлункової залози, мозочку, сітківки ока, ендотеліоцитах. Функціонально багато клітин, що продукують мелатонін, відносяться до так званої дифузної нейроендокринної системи - універсальної системи адаптації та підтримання гомеостазу організму [70, 98]. В межах цієї системи виділяють дві ланки мелатонінпродукуючих клітин: центральну (включає пінеальну залозу і клітини зорової системи), де ритм секреції мелатоніну співпадає з ритмом «світло-темрява», і периферичну - всі інші клітини, де секреція гормону не залежить від освітленості [19, 40, 67, 69].

На добу у людини утворюється всього близько 30 мг гормону, причому в ентерохромафінних апудоцитах стінок тонкого кишечнику в 400-500 разів більше, ніж в епіфізі [3, 69, 72, 98, 221]. Однак слід відмітити, що у фізіологічних умовах увесь утворений екстрапінеально мелатонін використовується лише в тих структурах, де був синтезований, і на експорт (у кров, лімфу чи ліквор) не надходить [70, 72, 98, 221].

Синтезований в епіфізі мелатонін секретується в кров і спинномозкову рідину. Цей гормон виявляється також у сечі, слині, амніотичній рідині [69, 70]. Час біологічного напіврозпаду мелатоніну дорівнює 45 хвилинам [3, 11]. Тому для коректного дослідження вмісту цього гормону в організмі доцільно визначати рівні метаболітів мелатоніну: мелатонін сульфату (6-сульфатоксимелатоніну) та 6-гідроксиглюкуроніду в сечі. 80--90% мелатоніну потрапляє в сечу у вигляді мелатонін сульфату. Концентрація мелатонін сульфату в сечі корелює з загальним рівнем мелатоніну в крові протягом періоду збору зразків [72, 98].

В організмі людини мелатонін синтезується з амінокислоти триптофану, котра бере участь в синтезі серотоніну, який, у свою чергу, під дією ферменту N-ацетилтрансферази перетворюється в мелатонін [3, 11, 72, 141]. Останній транспортується сироватковим альбуміном, а після звільнення від альбуміну зв'язується зі специфічними рецепторами на мембрані клітин-мішеней, проникає в ядро і там здійснює свій вплив [78, 129, 186].

Секреція мелатоніну підпорядкується добовому ритму, що визначає ритмічність гонадотропних ефектів та статевої функції. Синтез і секреція мелатоніну залежать від освітленості - надлишок світла пригнічує його утворення, а зниження освітленості збільшує синтез і секрецію гормону. У людини на нічні години припадає 70% добової продукції мелатоніну [25, 34, 58].

LD50 мелатоніну для щурів при введенні per os - 800 мг/кг. Парентерально введений мелатонін проникає через гемато-енцефалічний бар'єр, накопичується в лікворі та нейронах ЦНС [11, 18, 25, 37, 205]. Як лікарський засіб мелатонін вважається малотоксичним, що підтверджено рандомізованими «сліпими» плацебоконтролюємими дослідженнями [3, 6, 31, 84, 120, 150, 271].

Ефекти, що викликаються мелатоніном, опосередковані його дією на специфічні рецептори, а також пов'язані з нерецепторними механізмами [3, 59, 72, 78, 99, 121, 129, 176].

Рецептори мелатоніну. Мелатонін - рідкісний приклад гормону, до якого існують як мембранні, так і ядерні рецептори [78, 129]. У ссавців є два мембранних рецептори мелатоніну:

- MTNR1A (MT1), що експресується головним чином на клітинах передньої доли гіпофіза та супрахіазматичних ядер гіпоталамуса, але також присутній у інших органах;

- MTNR1B (MT2), що експресується в різних ділянках мозку, в сітківці ока та в легенях.

Рецептори мелатоніну відносяться до сімейства рецепторів, пов'язаних з G-білками, і діють через Gs-білок, знижуючи рівень цАМФ [78, 275].

Недавно відкриті ядерні рецептори мелатоніну відносяться до підсімейства RZR/ROR ретиноїдних рецепторів. Вірогідно через них опосередкуються чисельні імуностимулюючі та протипухлинні ефекти мелатоніну [2, 129, 186, 224, 275, 296].

Основні функції мелатоніну:

· регулює діяльність ендокринної системи, періодичність сну.

· регулює сезонну ритміку у багатьох видів тварин [3, 11, 30, 98].

· гальмує процеси старіння [11, 33, 70, 73].

· підсилює ефективність функціонування імунної системи.

· володіє антиоксидантними властивостями.

· впливає на процеси адаптації при зміні часових поясів.

Окрім того, мелатонін бере участь у регуляції:

· тиску крові [15, 120, 141, 271, 304],

· функцій системи травлення [24, 121, 205, 250],

· роботи клітин головного мозку [30, 34, 56, 75, 107, 130].

Вплив на діяльність ендокринної системи здійснюється через регуляцію секреції інших гормонів та нейромедіаторів [11, 18, 19, 24, 45]. Основний вплив мелатоніну на ендокринну систему у багатьох видів реалізується через пригнічення секреції гонадотропінів. Окрім того, мелатонін знижує секрецію інших тропних гормонів передньої доли гіпофіза кортикотропіну, тиротропіну, соматотропіну. Мелатонін знижує чутливість клітин передньої долі до гонадотропін-рилізінг фактора та може подавляти його секрецію [11, 18, 19, 82, 314].

Експериментальні дані свідчать про те, що під впливом мелатоніну підвищується вміст ГАМК у ЦНС і серотоніну в середньому мозку та гіпоталамусі. Відомо, що ГАМК є тормозним медіатором у ЦНС, а зниження активності серотонінергічних механізмів може мати значення в патогенезі депресивних станів [5, 12, 72, 79, 85, 150].

Вночі мелатонін знижує рівень секреції лептину - пептидного гормону, який регулює енергетичний обмін. Лептин відноситься до адипокінів (гормонів жирової тканини) та спричиняє анорексигенну дію; зниження його концентрації призводить до розвитку ожиріння) [24, 44, 45, 47, 72, 98, 156, 205].

Вплив на сезонну ритміку та розмноження. Так як продукція мелатоніну залежить від тривалості світлового дня, багато тварин використовує її як «сезонний годинник». У людей, як і у тварин, продукція мелатоніну влітку менша, ніж взимку. Таким чином, мелатонін може регулювати функції, що залежать від фотоперіоду - розмноження, міграційна поведінка, сезонне линяння. У тих видів птахів и ссавців, які розмножуються при тривалому світловому дні, мелатонін пригнічує секрецію гонадотропінів та знижує рівень статевої активності [11, 65, 98]. У тварин, розмноження яких відбувається при короткому світловому дні, мелатонін стимулює статеву активність. Вплив мелатоніну на репродуктивну функцію у людини вивчено недостатньо. У період статевого дозрівання пікова (нічна) концентрація мелатоніну різко знижується [24, 72, 150, 314]. Зимою число менструальних циклів, що не закінчуються овуляцією, у середньому вища, ніж літом. У жінок з гіпофізарною аменореєю концентрація мелатоніну вірогідно вища, ніж у здорових. Ці дані дозволяють припустити, що мелатонін пригнічує репродуктивну функцію у жінок [11, 67, 141, 259].

Циркадний ритм та сон. Однією з основних функцій мелатоніну є регуляція сну [3, 34, 47, 58, 71, 84, 145, 207]. Мелатонін - основний компонент пейсмейкерної системи організму. Він бере участь в організації циркадного (циркадіанного) ритму: безпосередньо впливає на клітини та змінює рівень секреції інших гормонів та біологічно активних речовин, концентрація яких залежить від часу доби. Вплив світлового циклу на ритм секреції мелатоніну показано в спостереженні за сліпими. У більшості з них знайдено ритмічну секрецію гормону, але з періодом, що вільно змінюється та відрізняється від добового (25-годинний цикл в порівнянні з 24-годинним добовим) [11, 47, 67, 194, 314]. Таким чином, у людини ритм секреції мелатоніну має вигляд циркадіанної мелатонінової хвилі, «з вільним перебігом» у відсутності зміни циклів світло-темрява. Зсув ритму секреції мелатоніну відбувається також при перетинанні часових поясів та при зміні добової активності людини при переведенні часу на літній-зимовий. Роль епіфізарного мелатоніну в добовій і сезонній ритміці, режимі сну-неспання на сьогодення є безсумнівним [98, 135, 194, 207]. У діурнальних (денних) тварин (в тому числі у людини) секреція мелатоніну епіфізом співпадає зі звичними часами сну. Проведеними дослідженнями було доведено, що підвищення рівня мелатоніну не є обов'язковим сигналом до сну. У більшості пацієнтів прийом фізіологічних доз мелатоніну викликав лише м'який седативний ефект та знижував реактивність на звичні оточуючі стимули [6, 31, 79, 85, 250].

З віком активність епіфіза знижується, тому кількість мелатоніну зменшується, сон стає поверхневим і неспокійним, можливе безсоння. Мелатонін сприяє усуненню безсоння, запобігає порушення добового режиму організму і біоритму. Безсоння і недосипання поступаються місцем здоровому і глибокому сну, який знімає втому і дратівливість. Під час спокійного глибокого сну в організмі нормалізується робота всіх внутрішніх органів і систем, розслабляються м'язи, відпочиває нервова система, мозок встигає обробити накопичену за день інформацію. У результаті людина відчуває себе бадьорою [3, 71, 84, 98, 135, 194, 207].

З порушенням нормального режиму вироблення мелатоніну пов'язані розлади циркадних ритмів і такі патології, як джетлаг - явище неспівпадання біологічних ритмів життєдіяльності людини з денним ритмом, викликане швидкою зміною часових поясів при перельоті на літаку. Цей стан відомий також як десинхронія або десинхроноз. Він може супроводжуватися втомою, безсонням, головним болем, втратою апетиту тощо [6, 31, 79, 85, 47, 58, 71, 84, 145, 250].

Антиоксидантний ефект. Мелатонін нейтралізує руйнівні наслідки окиснювальних процесів. Антиоксидантна активність цього гормону виявляється в організмі повсюдно, оскільки мелатонін проникає в усі органи та тканини [1, 4, 9, 20, 46, 81, 128, 185]. Механізм антиоксидантної дії виявляється в тому, що мелатонін володіє вираженою здатністю зв'язувати вільні радикали, у тому числі ті, що утворюються при ПОЛ, активує СОД і глутатіонпероксидазу [26, 57, 112, 229]. Мелатонін пригнічує активність iNOS, яка каталізує утворення цитотоксичних NO-радикалів [160, 185, 244].

Основні функції антиоксидантної дії мелатоніну направлені на захист ДНК. У меншій мірі - на захист білків і ліпідів. Існує думка, що мелатонін є найсильнішим з відомих ендогенних скевенджерів вільних радикалів. Останніми роками з'явилися дані, що мелатонін може локалізуватися не лише в плазмі, але і в ядрах клітин і оберігати макромолекули ядра від оксидативного пошкодження [1, 20, 26, 46, 72, 129].

Протипухлинний ефект. На ранніх стадіях ембріонального розвитку біогенні аміни, у тому числі мелатонін, відіграють роль спеціалізованих клітинних сигнальних молекул, які регулюють процеси клітинного оновлення. Встановлено, що мелатонін може пригнічувати клітинну проліферацію. У дослідженнях на лабораторних тваринах і культурах пухлинних тканин було виявлено, що мелатонін володіє антипухлинною, онкостатичною дією [2, 72, 215]. Механізми дії мелатоніну на пухлинний ріст різноманітні: він може впливати на синтез і секрецію гипофізарних і статевих гормонів, здатний модулювати імунну відповідь за наявності пухлинних клітин і спричиняти прямий цитотоксичний ефект. Є припущення, що мелатонін може підсилювати експресію молекул адгезії і цим перешкоджати зростанню пухлини, оскільки відомо, що в більшості злоякісних пухлин наявні порушення в адгезії клітин і дефекти функціональних міжклітинних зв'язків [11, 215, 259].

Під впливом мелатоніну при окремих формах рака (молочної залози, яєчників, передміхурової залози та ін.) спостерігалось зниження проліферативної здатності клітин та збільшувалось число клітин, що гинули апоптозом (онкостатичний ефект). Мішенню для реалізації протипухлинних ефектів мелатоніну вважаються ядерні рецептори неопластичних клітин [129].

In vitro було показано пригнічення мелатоніном росту клітин меланоми, однак потрібно відмітити, що ефект гормону залежить від інтенсивності проліферації пухлини: ріст пригнічувався при помірній, але не при високій проліферативній активності клітин. Ефекти мелатоніну виявились дозозалежними, але механізм онкостатичної дії на сьогодення все ще недостатньо вивчений [72].

Епідеміологічні дані свідчать, що у жінок, що працюють в нічні зміни, авіаційних службовців (стюардеси, диспетчери), операторів радіо і телеграфу відмічається підвищений ризик розвитку рака молочної залози, тоді як у жінок первинно сліпих (що мають світлову депривацію) цей ризик у 2 рази менший [191].

Антистресовий ефект. На підґрунті багаточисельних експериментальних даних та прямих клінічних спостережень була сформульована концепція, що епіфіз та його гормон мелатонін належать до захисної системи організму від несприятливого впливу стресорних чинників [9, 31, 46, 79, 112, 135]. У випадку тривалої стресової ситуації відмічається двофазна реакція: початковий спад епіфізарної діяльності в фазу резистентності загального адаптаційного синдрому з подальшим різким її підйомом. В експериментах на щурах було показано, що мелатонін здатний змінювати негативний психоемоційний стан, знижувати тривожність, яка провокується різноманітними стресорами. Згідно з багаточисельними спостереженнями цей гормон стабілізує діяльність різних ендокринних систем, дезорганізованих стресом, у тому числі ліквідує надлишковий стресовий адреналовий гіперкортицизм [11, 30, 98, 102, 259].

Нейропротекторні властивості мелатоніну. В дослідах на гризунах (білі миші, щури) на моделях гострого порушення мозкової гемодинаміки (глобальна чи локальна ішемія за рахунок оклюзії артерій) мелатонін виявляв чіткий нейропротективний ефект [14, 31, 56, 120]. При введенні середніх за величиною доз гормону (4-5 мг/кг) попередньо чи в перші 1-2 години після перетискання середньої мозкової артерії у щурів суттєво (на 40-50%) обмежувалась зона інфаркту мозку без гемодинамічних порушень. За даними, отриманими за допомогою магнітно-ядерного резонансу, повторне введення щурам мелатоніну майже вдвічі зменшує об'єм ішемічного набряку мозку [15, 43, 57, 75, 85].

На користь того, що мелатонін належить до природної системи захисту мозку від ішемічного ушкодження, свідчать результати дослідів на тваринах, у яких різними способами (екстирпація епіфіза, тривале утримання при інтенсивному освітленні) створювали дефіцит гормону. В таких умовах виявлялись більш значимі розміри інфаркту мозкової тканини при моделюванні інсульту шляхом кортикального фототромбозу чи локальної оклюзії серединної церебральної артерії. Між тим ін'єкції мелатоніну на фоні, наприклад, епіфізектомії забезпечували чіткий захист церебральних нейронів від ішемії різного походження [31, 56].

Механізми нейропротективної дії мелатоніну. В основі описаних ішемічних захворювань головного мозку (як і іншої органічної церебральної патології, в тому числі нейродегенеративного характеру) на молекулярному рівні лежать спільні патохімічні процеси, котрі слугують як мішень для дії мелатоніну, що і обумовлює його чіткі нейропротективні можливості. Мелатонін-залежний захист мозкової тканини - це комплексний феномен, що складається з обмеження оксидативного стресу, в том числі участі в цьому процесі NO, антиапоптотичної та імуномодулюючої дії, нормалізації енергетичного обміну і функції нейромедіаторів, а також ресинхронізації біоритмічних процесів [1, 4, 9, 16, 18, 62, 75, 100, 176]. На перше місце за значимістю належить, імовірно, поставити обмеження мелатоніном проявів окиснювального стресу, які супроводжують будь-які, у тому числі ішемічні, форми органічного ураження головного мозку. Провідну роль при стресі відіграє надмірна продукція вільних радикалів через підвищене утворення АФК. Згодом відбувається активація пероксидного окиснення ліпідів, вільнорадикальне ушкодження білків, нуклеїнових кислот і загибель клітинних елементів [46, 102, 114, 229].