Melatonin ist ein Hormon, das vorwiegend von den Pinealozyten in der Zirbeldrüse (Epiphyse) – einem Teil des Zwischenhirns – aus Serotonin produziert wird und den Tag-Nacht-Rhythmus des menschlichen Körpers steuert und schlaffördernd wirkt. Es handelt sich um eine chemische Verbindung aus der Stoffgruppe der Tryptamine mit 5-Methoxyindol als Strukturelement.
Physiologie Allgemeines Melatonin ist ein Metabolit des Tryptophanstoffwechsels. Seine hauptsächliche Bildung im Gehirn, namentlich der Zirbeldrüse (Epiphyse), wird durch den circadianen Schrittmacher im suprachiasmatischen Kern tagesrhythmisch gesteuert und durch Licht gehemmt. Bei Dunkelheit in der biologischen Nacht wird diese Hemmung aufgehoben, die Produktion steigt an und mit ihr auch die Sekretion des Melatonins. Andere Produktionsorte im Körper sind der Darm und die Netzhaut des Auges. Die Melatoninkonzentration steigt im Laufe der Nacht um den Faktor drei (bei älteren Menschen) bis zwölf (bei jungen Menschen) an, das Maximum wird gegen drei Uhr morgens erreicht – mit einer jahreszeitlich wechselnden Rhythmik. Die Sekretion wird (über die photosensitiven retinalen Ganglienzellen) durch Tageslicht gebremst. Die Bedeutung des Melatonins bei Jetlag und Schichtarbeit ist allgemein anerkannt, doch ist eine Anwendung von Melatonin in diesem Zusammenhang umstritten. Durch Koordinierung der circadian-rhythmischen Vorgänge im Körper entfaltet es seine Wirkung als Zeitgeber. Zusammen mit Adenosin, einem weiteren körpereigenen Müdemacher, steuert Melatonin nach dem Schlafmodell von Borbély den Schlaf. Die melatonininduzierte Tiefschlafphase stimuliert die Ausschüttung des Wachstumshormons Somatropin. Entsprechende chronische Störungen führen zur vorzeitigen Somatopause. Weitere wichtige Melatonineffekte liegen in seiner Wirkung als Antioxidans. Wichtig ist auch die antigonadotrope Wirkung (Verkleinerung der Geschlechtsdrüsen) sowie das Herunterregeln vieler biologischer und oxidativer Prozesse, worauf insbesondere bei der Einnahme von Melatonin zu achten ist. Eine Verringerung (aber auch eine Erhöhung) des Melatoninspiegels im Blut bewirkt Schlafstörungen bzw. Störungen des Schlaf-Wach-Rhythmus.
Biosynthese Die Biosynthese erfolgt aus Serotonin, das aus der Aminosäure Tryptophan erhalten wird, in zwei Schritten: zunächst wird Serotonin mit Acetyl-Coenzym A N-acetyliert, als Katalysator wirkt das Enzym Serotonin-N-Acetyltransferase (AANAT). Dann wird das Produkt N-Acetylserotonin mit S-Adenosylmethionin mittels der Acetylserotonin-O-Methyltransferase methyliert. Der erste Schritt ist geschwindigkeitsbestimmend, und die Aktivität seines Enzyms wird indirekt vom Tageslicht reguliert.
Abbau 90 % des Melatonins werden nach der Leberpassage durch Biotransformation mittels Cytochrom P450-Monooxygenasen zu 6-OH-Melatonin metabolisiert und in Form von sulfatierten (60–70 %) oder glucuronidierten (20–30 %) Derivaten über den Urin ausgeschieden.
Mitochondrien Melatonin wird aus dem Zytoplasma durch PEPT1/2-Oligopeptid- und Glut/SLC2A-Transporter ins Innere von Mitochondrien transportiert. Zum Teil wird es auch in Mitochondrien synthetisiert. Es vermindert die Bildung freier Sauerstoffradikale (ROS) und freier Stickstoffradikale (RNS). Es schützt die ATP-Synthese der Mitochondrien. Melatonin bindet an die Melatoninrezeptoren MT1 und MT2. Durch die Rezeptorbindung wird eine pro-apoptotische Proteinbiosynthese gehemmt, also die Apoptose verhindert. Ferner schützt es die Mitochondrien-DNA und verhindert die Öffnung der mitochondrialen Permeabilitätsporen (Englisch: mitochondrial permeability transition pore, mPTP).
Melatoninmangel Für Melatonin ist bisher nicht geklärt, wann ein Mangel vorliegt. Dennoch wird es in großem Umfang therapeutisch verwendet (s. u.). Richtwerte, anhand derer man feststellen kann, ob eine Gabe von Hormonen notwendig ist und die für andere Hormone existieren, fehlen für Melatonin.
Aufgrund der Verschiedenheit von Menschen erschwert gerade auch die von der circadianen Rhythmik und vom Grad der Dunkelheit abhängige Synthese des Melatonins eine Festlegung von genormten Laborwerten.
Ein hoher Grad an Verkalkung der Zirbeldrüse kann als Hinweis für einen Melatoninmangel gesehen werden. Erste Belege hierfür finden sich bei beobachteten Zusammenhängen zwischen einem erhöhten Anteil an verkalktem Gewebe und Symptomen wie verminderter Schlafqualität oder mangelnder Stabilität des circadianen Rhythmus. (PDF) Klinik für Schlafmedizin im St. Hedwig Krankenhaus, 2009.
Als erwiesen gilt ein Mangel an Melatonin bei Kindern mit bestimmten neurologischen Entwicklungsstörungen. Einige Kinder mit Angelman-Syndrom haben beispielsweise einen abnormal niedrigen Melatoninspiegel während der Nacht. Beim Smith-Magenis-Syndrom (SMS) ist der Melatoninspiegel tagsüber erhöht, während er nachts verringert ist. Für Kinder mit Autismus-Spektrum-Störung (ASS) wurde zum Teil eine verringerte Melatoninproduktion sowie eine Korrelation mit Schlafstörungen und autistischem Verhalten gezeigt.
Wirkungen und medizinische Anwendungen mini|Video: Melatoninausschüttung und Körper-Rhythmus Winterdepressionen Im Winter, wenn das Tageslicht nur wenige Stunden dauert, kann sich die Tagesrhythmik der Melatoninproduktion verschieben und verlängern. Als Folge davon können Müdigkeit, Schlafstörungen und Winterdepressionen auftreten. Als Gegenmaßnahme wird empfohlen, die kurze Phase von Tageslicht für Spaziergänge zu nutzen. Alternativ kommt auch eine Lichttherapie in Frage.
Schlafprobleme und Gedächtnis Ein zu niedriger Melatoninspiegel kann mit Schlafstörungen einhergehen. Mit zunehmendem Alter produziert der Körper weniger Melatonin, die durchschnittliche Schlafdauer nimmt ab und Schlafprobleme treten gehäuft auf. Auch bei Schichtarbeit und bei Fernreisen (Jetlag) kann der Melatoninhaushalt durch die Zeitumstellung gestört werden.
Erholsamer Schlaf ist wichtig für ein funktionierendes Gedächtnis. Einer der Gründe dafür könnte der Einfluss von Melatonin auf den Hippocampus sein. Diese Region im Gehirn ist wichtig für das Lernen und Erinnern. Durch die Wirkung von Melatonin ist die neurophysiologische Grundlage von Lernen und Gedächtnis, die synaptische Plastizität, einem deutlichen Tag-Nacht-Rhythmus unterworfen. Eine ähnliche Wirkung wie Melatonin zeigt Hopfen.
Schlafprobleme bei neurologischen Entwicklungsstörungen
Schlafstörungen sind eine häufige Begleiterscheinung bei Kindern mit neurologischen Entwicklungsstörungen, z. B. beim Rett-Syndrom, beim Angelman-Syndrom, beim Smith-Magenis-Syndrom oder bei einer Autismus-Spektrum-Störung. Oftmals gehen die Erkrankungen mit einer unphysiologischen Melatoninsekretion einher. In Verbindung mit schlafhygienischen Maßnahmen sowie verhaltenstherapeutischer Begleitung kann Melatonin hier teilweise therapeutisch eingesetzt werden – bei Kindern im Autismus-Spektrum kann z. B. eine Verkürzung der Einschlafzeit und eine Verbesserung der Gesamtschlafzeit erreicht werden.
Antioxidative Wirkung von Melatonin Neben seiner Funktion zur Synchronisierung der biologischen Uhr ist Melatonin ein leistungsfähiger Radikalfänger und ein Antioxidationsmittel mit breitem Wirkungsspektrum.Tan DX, Chen LD, Poeggeler B, Manchester LC, Reiter RJ (1993): Melatonin: a potent, endogenous hydroxyl radical scavenger, Endocrine J. 1: 57–60, abgerufen am 29. April 2017. Bei vielen niedrig entwickelten Lebewesen ist dies die einzige bekannte Funktion von Melatonin. Melatonin ist ein Antioxidans, welches leicht Zellmembranen und die Blut-Hirn-Schranke durchdringen kann.
Als Antioxidans ist Melatonin ein direkter Radikalfänger für Sauerstoff- und Stickstoffverbindungen wie OH, O2 und NO. Melatonin bewirkt zusammen mit anderen Antioxidantien auch eine Verbesserung der Wirksamkeit dieser anderen Antioxidantien. Es ist belegt, dass die antioxidative Wirkung von Melatonin doppelt so hoch wie jene von Vitamin E ist, und es wird davon ausgegangen, dass Melatonin das wirksamste lipophile Antioxidans ist. Ein wichtiges Merkmal von Melatonin, das es von anderen klassischen Radikalfängern unterscheidet, ist, dass seine Metaboliten ebenfalls Radikalfänger sind, was als Kaskadenreaktion bezeichnet wird. Melatonin unterscheidet sich von anderen klassischen Antioxidantien wie Vitamin C und Vitamin E auch dadurch, dass es amphiphile Eigenschaften hat. Im Vergleich zu synthetischen Antioxidantien mit Wirkung auf das Mitochondrium (MitoQ und MitoE) erwies sich Melatonin als vergleichbarer Schutz gegen mitochondrialen oxidativen Stress. Neben der Wirkung als Radikalfänger in den Mitochondrien fördert Melatonin über die Signalübertragung durch Melatoninrezeptoren und Genexpression die Bildung körpereigener antioxidativer Enzyme wie Superoxiddismutase, Glutathionperoxidase, Glutathionreduktase und Katalase.
Studien zur Wirkung von Melatonin bei Krebs Der systematische Review mit einer Meta-Analyse von randomisiert kontrollierten Studien zur Behandlung solider Tumoren mit Melatonin, welcher im November 2005 im Journal of Pineal Research veröffentlicht wurde, hatte reduzierte Sterberaten als Ergebnis. Melatonin reduzierte das Todesrisiko innerhalb eines Jahres auf 66 % im Vergleich zur Behandlung ohne Melatonin. Die Wirkung von Melatonin war dabei bei verschiedenen Dosierungen und auch bei verschiedenen Krebsarten gleich. Es wurden dabei keine schwerwiegenden unerwünschten Nebenwirkungen festgestellt. Die deutliche Verringerung des Sterberisikos, die geringe Rate unerwünschter Nebenwirkungen und die geringen Kosten einer Krebsbehandlung mit Melatonin lassen ein großes Potenzial für den Einsatz von Melatonin bei Krebspatienten erwarten. Zur Absicherung der Wirksamkeit und Sicherheit von Melatonin bei der Krebsbehandlung ist jedoch die Bestätigung durch weitere unabhängige randomisiert kontrollierte Studien (RCT) erforderlich.
Klinische Studien (Review vom National Cancer Institute vom Mai 2013) bei Nieren-, Brust-, Dickdarm-, Lungen- und Gehirnkrebs deuten darauf hin, dass Melatonin eine Anti-Krebs-Wirkung in Verbindung mit einer Chemotherapie und Strahlentherapie hat; die Studienergebnisse sind jedoch nicht ganz eindeutig., PMID 26389506
Melatonin bei Fibromyalgie Zu den Symptomen der Fibromyalgie gehören langfristige und weit verbreitete Schmerzen in Muskeln, Sehnen und Bindegewebe ohne spezifische Ursache. In einer Studie fand man, dass Patienten deutlich verringerte Symptome hatten, wenn sie Melatonin allein oder in Verbindung mit dem Antidepressivum Fluoxetin (Handelsname Prozac) einnahmen.
Unerwünschte Wirkungen Kurzzeitig – über einen Zeitraum von maximal zwei bis drei Monaten – weist Melatonin kaum Nebenwirkungen auf. Gelegentlich traten folgende Nebenwirkungen auf:Fachinformation Circadin, Stand Juli 2015.
Schläfrigkeit und Unkonzentriertheit Reizbarkeit, Nervosität Schmerzen in Brust, Bauch und Extremitäten, Kopfschmerzen Schwindel Übelkeit Hautausschläge, Juckreiz
Während der Schwangerschaft und der Stillzeit sowie bei schweren Allergien sollte aus Sicherheitsgründen auf die Einnahme von Melatonin verzichtet werden.Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR): Melatoninhaltige Nahrungsergänzungsmittel: BfR weist auf mögliche Gesundheitsrisiken hin (Stellungnahme Nr. 038/2024). 8. August 2024, S. 8, 11. PDF.
Wird Melatonin gemeinsam mit Antiepileptika, Antidepressiva (SSRIs) und Antithrombosemitteln eingenommen, kann es möglicherweise zu Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Medikamenten kommen.
Beobachtungen einer Langzeitanwendung von Melatonin bei Kindern zeigten auch nach drei bis vier Jahren eine größtenteils bleibende Effektivität sowie keine gravierenden Nebenwirkungen.
Melatonin in Lebensmitteln