Die Zirbeldrüse

Die menschliche Zirbeldrüse (Epiphyse, Corpus pineale), ist ein wichtiges neuroendokrines Organ, die u.a. die Funktion der Hypophyse und der Gonaden moduliert. Sie spielt eine wichtige Rolle für den Schlaf-Wach-Rhythmus und beeinflusst auch den Zeitpunkt des Eintritts in die Pubertät.

Schon im alten Griechenland, in Rom und bei den antiken indischen Kulturen war die Existenz der Gl. pinealis gut bekannt, ihre Funktion blieb aber bis in das 20. Jahrhundert hinein völlig rätselhaft und gab Anlass zu allerlei Spekulationen. Die Zirbeldrüse zog als unpaares Organ immer wieder die Aufmerksamkeit auf sich. Ihren heutigen Namen bekam sie bereits von Galen. Der französische Philosoph Rene Descartes war von der Zirbeldrüse fasziniert und hielt sie für den Sitz der menschlichen Seele.

Der heutige Name der Drüse deutet auf ihre pinienähnliche Form hin (lat. pinea=Zirbel). Oft braucht  man aber viel Phantasie, um eine solche Ähnlichkeit festzustellen.

Sowohl die Größe als auch das Gewicht der Drüse zeigen erhebliche interindividuelle Unterschiede.

Die kleine Drüse zählt zu den am besten durchbluteten Organen im menschlichen Körper überhaupt.

Histologisch gesehen besteht die menschliche Zirbeldrüse aus Parenchym und Bindegewebe, wobei die Bindegewebszellen mehr oder weniger stark ausgeprägte Septen bilden. Das Parenchym enthält Pinealozyten, Gliazellen und Nervenfasern. Perivaskulär findet sich vermehrt Kollagen. Außerdem kommen in der Zirbeldrüse Mastzellen vor, die Histamin produzieren. Die in Gl. pinealis zu findenden Axone haben keine Markscheide. Der wichtigste Zelltyp sind die Pinealozyten, die etwa 90% aller Zellen ausmachen. Viele Pinealozyten bilden Synapsen mit den marklosen Nervenfasern. Für die Funktion der Zirbeldrüse sind die Pinealozyten von entscheidender Bedeutung. Sie produzieren Melatonin, das wichtigste Produkt der Gl. pinealis.

Die bedeutendste nervale Afferenz der Gl. pinealis sind sympathische Fasern, die aus dem Ganglion cervicale superius stammen.

Wichtig für die Funktion der Zirbeldrüse ist der Nucleus suprachiasmaticus, ein übergeordneter hypothalamischer Schrittmacher, der über das Ganglion cervicale superius die Epiphyse beeinflusst.

Die moderne Pinealis-Forschung begann in den 50er Jahren des 20. Jahrhundert. Die meisten Wissenschaftler waren Anfang der 50er Jahre die Meinung, dass die menschliche Zirbeldrüse ein im Laufe der Evolution verkümmertes Organ sei. Durch vergleichende morphologische und histologische Untersuchungen wurde letztendlich klar, dass sich die Funktion der Epiphyse im
Laufe der Evolution stark verändert hat. Bis heute ist es nicht zweifelsfrei geklärt, ob die Zirbeldrüse bei allen Wirbeltieren vorhanden ist. Einige Beuteltiere scheinen überhaupt keine Zirbeldrüse zu besitzen. Bei manchen Reptilien und Amphibien ist die Epiphyse ein photorezeptives Organ und wird zurecht als ihr „drittes Auge“ betrachtet . Bei den Säugern ist die Epiphyse v. a. eine endokrine Drüse.

Entwicklungsgeschichtlich ist die Zirbeldrüse das älteste Organ zur Steuerung der Tagesrhythmik.

 

Das Scheitelauge

Das Scheitelauge, auch Parietalauge oder -organ, ist ein nach oben gerichtetes, zentrales drittes Auge auf dem Scheitelbein (Os parietale) des Schädels, das bei ursprünglichen Wirbeltieren als Lichtsinnesorgan zur Wahrnehmung von Helligkeitsunterschieden dient.

DAS DRITTE AUGE DER TUATARA

Die Tuatara hat oben auf ihrem Kopf ein drittes Auge, das Parietalauge. Es verfügt über eine eigene Linse, einen parietalen Pfropfen, der einer Hornhaut ähnelt, eine Netzhaut mit stäbchenförmigen Strukturen und eine Nervenverbindung zum Gehirn. Das Scheitelauge ist nur bei Jungtieren sichtbar, die oben in der Mitte des Schädels einen durchscheinenden Fleck haben. Nach vier bis sechs Monaten ist es mit undurchsichtigen Schuppen und Pigmenten bedeckt.

 

MELATONIN

Seine korrekte chemische Bezeichnung ist N-acetyl-5-methoxytryptamin.

Melatonin wurde 1958 von der Arbeitsgruppe um den Dermatologen Aaron B. Lerner (Yale University, USA) aus bovinen Zirbeldrüsen isoliert. Melatonin ist ein in der Natur sehr weit verbreitetes Molekül ist. Es findet sich nicht nur beim Menschen, sondern auch bei Tieren,
Pflanzen und sogar Einzellern. Das zeigt, dass das Hormon sehr früh im Laufe der Evolution aufgetreten ist.

Es induziert als Gegenspieler des Melanotropins eine Konzentrierung des Melanins. Der Expansionsgrad des Pigments und damit die Hautfarbe hängt vom Verhältnis der Hormone Melanotropin und Melatonin im Blut ab.

 

Melatonin – Biosynthese

Epigenetik beeinflußt die Melatoninsynthese

Der Methylgruppen-Geber für die DNA, RNA, Histone der Erbsubstanz das S-Adenosyl-L-Methionin (Ademetionin) ist der Katalysator der körpereigenen Melatonin-Synthese.

Der Mechanismus der Melatoninsynthese wurde bereits in den 60er Jahren aufgeklärt. Ausgangsstoff für die Melatoninsynthese ist die Aminosäure Tryptophan. Tryptophan wird in die
Pinealozyten aufgenommen, die daraus Serotonin bilden. Mit dem “Timezyme”, Arylalkylamin-N-Acetyltransferase, wird dann aus Serotonin das  N-Acetylserotonin, das mit Hilfe von S-Adenosyl-L-Methionin  (Ademetionin) methyliert wird und es entsteht Melatonin.

„The Timezyme“, die Arylalkylamin-N-Acetyltransferase, kontrolliert die täglichen Veränderungen der Melatoninproduktion durch die Zirbeldrüse und spielt dadurch eine einzigartige Rolle im biologischen Timing bei Wirbeltieren.

Das Hormon wird hauptsächlich in der Leber abgebaut. Sein wichtigstes Metabolit
ist 6-Sulfatoxymelatonin (aMT6s), das mit dem Urin ausgeschieden wird. Durch die
Messung der ausgeschiedenen Menge an 6-Sulfatoxymelatonin kann man wichtige
Hinweise auf den funktionellen Zustand der Epiphyse gewinnen.

Es wurde festgestellt, dass es sowohl membrangebundene als auch nukleäre Melatoninrezeptoren gibt. Die membrangebundenen Melatoninrezeptoren sind mit dem Protein Gi gekoppelt und inhibieren über dieses Protein die Adenylatcyclase und damit die Synthese von
cAMP in der Zelle.

 

Licht beeinflußt die Melatoninsynthese

Die Melatoninproduktion folgt einem vom Nucleus suprachiasmaticus vorgegebenen zirkadianen Rhythmus. Das Licht kann diesen Rhythmus modulieren. In diesem Regelkreis sind die Retina, der Nucleus suprachiasmaticus und das Ganglion cervicale superius wichtige Schaltstationen. Bei Lichteinfall leiten die Ganglienzellen der Retina Aktionspotentiale weiter, die u. a. auch den Nucleus suprachiasmaticus erreichen. Dieser Kern ist wiederum mit dem Ganglion cervicale superius verbunden, einem sympathischen Ganglion im Halsgrenzstrang. Sympathische Fasern aus diesem Ganglion innervieren die Epiphyse und bilden Synapsen mit den Pinealozyten. Ihr Neurotransmitter Noradrenalin wird ins Interstitium ausgeschüttet und hemmt die Melatoninproduktion. Die Pinealozyten verfügen über ß-Rezeptoren, die als Bindungsstellen für das Noradrenalin dienen.

Das Licht beeinflußt also die Melatoninsynthese, indem es die Noradrenalinausschütung in der Zirbeldrüse steuert. Licht wirkt insgesamt inhibitorisch auf die Melatoninsynthese. Die Melatoninkonzentration ist nachts viel höher als am Tage. Sie erreicht ihr Maximum um etwa zwei Uhr nachts und nimmt danach kontinuierlich ab.

Bei älteren Menschen ist die Melatoninkonzentration im Blut im Vergleich zu jungen Erwachsenen niedriger. Wie viele andere Hormone hat das Melatonin eine relativ kurze Halbwertszeit. Bei i. V.-Injektion liegt sie zwischen 30 s und 5 min. Die orale Bioverfügbarkeit des Melatonins ist sehr gut, was ein großer Vorteil bei eventuellen klinischen Anwendungen ist. Die Halbwertszeit bei oraler Gabe beträgt 30-40 min.

 

Der Schlaf-Wach-Zyklus

Die wichtigste Eigenschaft des Melatonins ist zweifellos seine Fähigkeit, die zirkadianen Rhythmen zu beeinflussen. Circadian kommt von dem lateinischen Ausdruck circa diem. Viele physiologische Prozesse laufen nach einem zirkadianen Rhythmus ab. Die zirkadianen Rhythmen werden von inneren und äußeren Faktoren kontrolliert. Der zentrale innere Zeitgeber ist im Nucleus suprachiasmaticus lokalisiert. Wie bereits erwähnt, steuert dieser Nucleus die Melatoninsekretion in der Zirbeldrüse. Andererseits wird auch der Nucleus suprachiasmaticus von der Melatoninsekretion beeinflußt.
Melatonin dient als Synchronisator der zirkadianen Rhythmen und ermöglicht ihre Anpassung an die herrschenden Umweltbedingungen. Somit ist die Zirbeldrüse das Bindeglied zwischen inneren und äußeren Zeitgebern (z. B. Licht). Die vom inneren Zeitgeber vorgegebene Dauer der zirkadianen Rhythmen beträgt etwa 25 Stunden. Durch die Wirkung des Melatonins kann sie an die jeweiligen Lichtverhältnisse angepaßt werden.

Die Sekretion verschiedener Hormone, die Körpertemperatur und sogar der Blutdruck folgen einem zirkadianen Rhythmus. Das bekannteste Beispiel ist aber der Schlaf-Wach-Zyklus. Hier wird auch die Rolle des Melatonins für zirkadiane Rhythmen besonders deutlich.

 

Gesunder Schlaf ist wichtig

Melatonin spielt eine wichtige Rolle bei der Schlafregulation. Vor allem beschleunigt Melatonin das Einschlafen. Der Effekt auf die Schlafdauer und die Häufigkeit des Aufwachens ist vorhanden, aber nicht so stark ausgeprägt.
Es ist noch nicht bekannt, auf welche Art und Weise der Schlaf durch Melatonin beeinflußt wird. Manche Forscher vermuten, daß es primär auf die internen Zeitgeber wirkt, während andere den postulierten Abfall der Körpertemperatur nach Melatoningabe dafür verantwortlich machen.

 

Wozu brauchen wir Schlaf?

 

Human Growth Hormone (HGH)

Der Körper schüttet große Mengen an Wachstumshormonen aus, die dafür sorgen, dass sich Knochen, Muskeln und Organe erneuern können.

HGH ist eine Abkürzung für Human Growth Hormone. Es kommt bei Menschen als Wachstumshormon im Körper vor. HGH ist unter vielen Namen wie Somatotropes Hormon (kurz: STH), Somatropin bzw. INN-Somatropin oder auch nur als Wachstumshormon (kurz: WH) bekannt. Da dieses Hormon auch im tierischen Organismus zu finden ist, wird es darüber hinaus auch nur als GH (Growth Hormone) bezeichnet. Es sorgt u a. für den Aufbau von Muskeln und wirkt stimulierend auf das Knochenwachstum.

Das HGH sorgt bei Kindern tatsächlich über Nacht dafür, dass diese wachsen, da das Hormon während des Tiefschlafes von der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) ausgeschüttet wird. Für Kinder und Jugendliche ist ausreichender Schlaf deshalb besonders wichtig. Aber das Wachstumshormon ist auch noch für Erwachsene von Bedeutung.

 

Das Immunsystem

Auch das Immunsystem arbeitet im Schlaf: So findet man im Schlaf vermehrt Abwehrzellen im Blut.

Der Erfolg einer hämatopoetischen Stammzelltherapie kann davon abhängen, ob der Spender bei der Entnahme seiner Stammzellen ausgeschlafen ist. Wenn die Spender ausgeschlafen waren, hatten zwölf Stunden nach der Infusion bereits 3,3 Prozent der Stammzellen den Weg ins Knochenmark gefunden. Bei Übermüdung waren es nur 1,7 Prozent.

 

Das Gedächtnis braucht den Schlaf, um sich zu regenerieren und neu zu sortieren.

Melatonin beeinflusst die Neurogenese, indem es die circadiane Störung, die Aβ-Bildung sowie die Tau-Hyperphosphorylierung abschwächt.

Das autobiografische Gedächtnis ist der Ort unserer mentalen Gesundheit. Neuroneogenese und Neuroplastizität sind typisch für den Hippocampus, er ist ein Teil des limbischen Systems und befindet sich am Boden des Unterhorns des Seitenventrikels. Er macht den Hauptanteil des Archikortex aus und ist funktionell vor allem an der Bildung und Aufrechterhaltung von Gedächtnisinhalten sowie an Lernprozessen beteiligt.

Die adulte Neurogenese zeigt sich als Indexneuronen-Produktion. Indexneurone verbinden den Archikortex (Hippocampi) mit dem Neocortex und sind unser individuelles Gedächtnis, das im Schlaf Gedächtnisinhalte aus dem Hippocampus über Indexneurone in das Neuhirn verschiebt, um Platz zumachen für aktuelle Gedächtnis/Lerninhalte,

Chronisch toxischer Stress hemmt die Indexneuronen-Produktion im Hippocampus und das gleichzeitig erhöhte Cortisol aus der überaktiven HPA-Achse wirkt neurozytotoxisch auf die Indexneurone, Die Folge ist, dass die Hippocampi schrumpfen!

 

Chronisch toxischer Stress bei Ademetionin-Mangel

Stress beeinträchtigt häufig den Schlaf. Beim chronischen Stress mit hyperaktiver HPA-Achse bleibt der Spiegel des Stresshormons Cortisol auch abends hoch und verhindert somit den erholsamen Schlaf. Gegen Abend nimmt der Cortisol-Spiegel normalerweise ab und zugleich steigt der Melatonin– Spiegel an. Wichtig ist für den erholsamen Schlaf, dass der Melatonin-Spiegel im Blut vor Mitternacht langsam ansteigt und gegen zwei und drei Uhr früh seinen Höhepunkt erreicht. In den frühen Morgenstunden fällt der Spiegel dann wieder ab, und ungefähr drei Stunden vor dem Aufwachen steigt der Cortisol-Spiegel wieder an, um den Körper auf die Anforderungen des Tages vorzubereiten. Bei chronischem Stress mit überaktiver HPA-Achse ist dieser hormonelle Regelkreis gestört.

Melatonin-Mangel durch MAO  A -Überexpression: MAO A baut vorwiegend Serotonin und die neuronalen Katecholamine Noradrenalin, Adrenalin und auch  Melatonin ab.

Eine überaktive HPA-Achse fördert die Monoaminoxidasen-Expression und die Monoaminoxidasen- Aktivität verstärket wiederum den chronischen Stress und steigert die Aktivität der HPA-Achse über eine erhöhte Cortisol-Bereitstellung.

Cortisol aktiviert die MaoA- und MaoB-Gen – Expression, die als Enzyme für den Abbau der monoaminergen Gehirnbotenstoffe (Dopamin, Serotonin, Adrenalin, Noradrenalin) zuständig sind. Die bei der oxidativen Desaminierung gebildeten toxischen Stoffwechselprodukte führen zu mitochondrialer Dysfunktion bis zum Verlust des Mitochondriums und zum Zelltod. Bei Nerven- und Gliazellen zeigt die progressive toxische Neurodegeneration und Astrogliose das Bild der Zerstörung im Gehirn.

S-Adenosylmethionin (Ademetionin) verhindert durch die Methylierung der MaoA- und MaoB-Genorte die excessive Expression von MaoA- und MaoB. Der ROS (reaktive oxidative Spezies)-Boost, der die Mitochondrien- und Zell-Zerstörung zur Folge hat, ist verhindert.

Da die körpereigene Biosynthese von S-Adenosylmethionin (Ademetionin) ab dem frühen Erwachsenenalter abnimmt, ist eine S-Adenosylmethionin (Ademetionin)-Supplemention notwendig, um den Benefit von S-Adenosylmethionin (Ademetionin) bereitzustellen.

 

Nitrosative Stress durch Spermidin- Mangel

Auf Zellebene kommt noch eine weiteres Stressmoment zu seiner Wirkung, der nitrosative Stress, der durch Spermidin– Mangel verursacht ist.

Spermidin hemmt die Stickoxidsynthase (NOS).

Spermidinmangel fördert die Stickoxid-(NO)-Synthese und verursacht nitrosativen Stress.

Auch auf das Schlafverhalten hat Soja-Spermidin einen Einfluss. Menschen die keine ausreichende Menge Spermidin zu sich nehmen, haben einen verlängerten circadianen Rhythmus.

Durch die Zufuhr von Soja-Spermidin kann die Schlafarchitektur verbessert werden.

 

Das glymphatische System

1. Täglich entsorgt unser Gehirn etwa sieben Gramm verbrauchte Proteine und ersetzt sie durch neu produzierte.
2. Das Gehirn verfügt nicht über Lymphgefäße wie der übrige Körper. Jetzt entdeckten Forscher ein ähnliches Kanalsystem, das Abfallstoffe vorwiegend während des Schlafs aus den Hirnzellen auswäscht.
3. Das “glymphatische System” kann somit auf die Progression von Alzheimer oder Parkinson Einfluß nehmen, bei denen schädliche Proteine nicht ausreichend entsorgt werden und sich daher im Gehirn anhäufen.

Im Jahr 2013 entdeckten Wissenschaftler um Maiken Nedergaard ein effektives Drainagesystem im Gehirn. Im gesamten Gehirn werden die Blutgefäße von feinen Kanälen begleitet. Dieses Kanalsystem transportiert die aus dem Interstitium filtrierten Abfallstoffe ab. Die Innenwände der Kanäle bestehen v. a. aus Endothelzellen und glatten Muskelzellen. Die Außenwände werden von den flächigen Ausstülpungen (Endfüßchen) der Astrozyten gebildet, die Wasserkanäle enthalten Aquaporin 4. Die Astrozyten machen die größte Gruppe der Gliazellen aus. Durch die Ähnlichkeit zum Lymphsystem des Körpers tauften die Forscher das neu entdeckte System „glymphatisches System“ – zusammengesetzt aus „Glia“ und „Lymphe“.

Das glymphatische System entsorgt gemeinsam mit dem lymphatischen System die Metabolite des ZNS. Die Hauptaktivitätszeit ist nachts. 90–95% der Entsorgung finden während der Tiefschlafphasen statt. Außerdem ist der Fluss nachts schneller, vermutlich auch dadurch bedingt, dass die Zellen nachts schrumpfen und somit bis zu 60–65% mehr Platz zum Durchspülen (Bulkflow) gegeben ist. Der Fluss dringt auch tiefer ins Gehirn ein, statt nur an der Oberfläche wie im Wachzustand zu fließen.

 

Ihr

Eduard Rappold

 

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