Шишковидная железа (также известная как шишковидное тело , [1] конариум или эпифиз головного мозга ) — небольшая эндокринная железа в мозге большинства позвоночных . Шишковидная железа вырабатывает мелатонин , гормон серотонинового происхождения , который модулирует характер сна как в циркадных , так и в сезонных циклах . По форме железа напоминает сосновую шишку , что и дало ей название. [2] Шишковидная железа расположена в эпиталамусе , недалеко от центра мозга, между двумя полушариями , в бороздке, где соединяются две половины таламуса . [3] [4] Это один из нейроэндокринных секреторных околожелудочковых органов , капилляры которого наиболее проницаемы для растворенных веществ в крови. [5]
Шишковидная железа присутствует почти у всех позвоночных, но отсутствует у протохордовых , у которых есть простой гомолог шишковидной железы. Микса , считающаяся примитивным позвоночным, имеет рудиментарную структуру, считающуюся «шишковидным эквивалентом» дорсального промежуточного мозга . [6] У некоторых видов амфибий и рептилий железа связана со светочувствительным органом, который по-разному называется теменным глазом , шишковидным глазом или третьим глазом . [7] Реконструкция закономерностей биологической эволюции позволяет предположить, что шишковидная железа изначально была своего рода атрофированным фоторецептором , который развился в нейроэндокринный орган.
Древние греки первыми заметили шишковидную железу и считали ее клапаном, хранителем потока пневмы . Гален во II веке н. э. не мог найти какой-либо функциональной роли и рассматривал железу как структурную опору ткани мозга. Он дал название konario, что означает шишка или сосновая шишка, которое в эпоху Возрождения было переведено на латынь как pinealis. В 17 веке Рене Декарт возродил мистическую цель и описал железу как «главное место обитания души». В середине 20 века была установлена реальная биологическая роль нейроэндокринного органа. [8]
Слово шишковидная железа , от латинского pinea ( сосновая шишка ), обозначающего похожую форму железы, впервые было использовано в конце 17 века. [2]
Шишковидная железа представляет собой непарную срединную структуру мозга в форме сосновой шишки (отсюда и название). [2] [9] Он красновато-серого цвета и размером с рисовое зернышко (5–8 мм) у человека. Он является частью эпиталамуса . [1] Он прикреплен к остальной части мозга с помощью шишковидной ножки . [10] Вентральная пластинка стебля шишковидной железы продолжается с задней спайкой , а ее дорсальная пластинка с хабенулярной спайкой . [10]
Обычно он находится в углублении между двумя верхними холмиками . [10] Он расположен между латерально расположенными телами таламуса и позади хабенулярной спайки . Расположен в четверохолмной цистерне . [1] Он расположен позади третьего желудочка и окружает небольшое, заполненное спинномозговой жидкостью шишковидное углубление третьего желудочка, которое выступает в ножку железы. [11]
В отличие от большей части мозга млекопитающих, шишковидная железа не изолирована от тела системой гематоэнцефалического барьера ; [12] она имеет обильный кровоток, уступая только почкам , [ 13] кровоснабжается из хориоидальных ветвей задней мозговой артерии .
Шишковидная железа получает симпатические афференты от верхнего шейного ганглия [14] и парасимпатические афференты от крылонебных ганглиев и ушных ганглиев . [14] [15] Согласно исследованиям на животных, нейроны тройничного ганглия , которые участвуют в передаче сигналов нейропептида , активирующего аденилатциклазу гипофиза, проецируют железу. [16] [15]
Канонический нервный путь, регулирующий выработку мелатонина шишковидной железой, начинается в глазу со светочувствительных ганглиозных клеток сетчатки, которые проецируют ингибирующие ГАМКергические эфференты в паравентрикулярное ядро гипоталамуса через ретиногипоталамический тракт . Паравентрикулярное ядро, в свою очередь, проецируется в верхние шейные ганглии, которые, наконец, проецируются в шишковидную железу. Таким образом, темнота приводит к растормаживанию паравентрикулярного ядра, что приводит к активации выработки мелатонина шишковидной железой через верхние шейные ганглии. [17]
Шишковидное тело у человека состоит из дольковой паренхимы пинеалоцитов , окруженной соединительнотканными пространствами. Поверхность железы покрыта пиальной капсулой.
Шишковидная железа состоит в основном из пинеалоцитов , но были идентифицированы еще четыре типа клеток . Поскольку оно достаточно клеточное (по отношению к коре и белому веществу), его можно принять за новообразование . [18]
Шишковидная железа человека увеличивается в размерах примерно до 1–2 лет, после чего остается стабильной, [19] [20] , хотя ее вес постепенно увеличивается с момента полового созревания. [21] [22] Считается, что высокий уровень мелатонина у детей тормозит половое развитие, а опухоли шишковидной железы связаны с преждевременным половым созреванием . Когда наступает половое созревание, выработка мелатонина снижается. [23]
У рыбок данио шишковидная железа не пересекает среднюю линию, а смещена влево. У человека функциональное доминирование головного мозга сопровождается тонкой анатомической асимметрией. [24] [25] [26]
Одной из функций шишковидной железы является выработка мелатонина . Мелатонин выполняет различные функции в центральной нервной системе , наиболее важной из которых является модуляция режима сна. Производство мелатонина стимулируется темнотой и подавляется светом. [27] [28] Светочувствительные нервные клетки сетчатки обнаруживают свет и посылают этот сигнал в супрахиазматическое ядро (SCN), синхронизируя SCN с циклом день-ночь. Затем нервные волокна передают информацию о дневном свете от SCN к паравентрикулярным ядрам (PVN), затем в спинной мозг и через симпатическую систему в верхние шейные ганглии (SCG), а оттуда в шишковидную железу.
Утверждается также , что соединение пинолин вырабатывается в шишковидной железе; это один из бета-карболинов . [29] Это утверждение является предметом некоторых споров. [ нужна цитата ]
Исследования на грызунах показывают, что шишковидная железа влияет на секрецию гипофизом половых гормонов, фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) и лютеинизирующего гормона (ЛГ). Пинеалэктомия , выполненная на грызунах, не привела к изменению веса гипофиза, но вызвала увеличение концентрации ФСГ и ЛГ в железе. [30] Введение мелатонина не вернуло концентрацию ФСГ к нормальному уровню, что позволяет предположить, что шишковидная железа влияет на секрецию ФСГ и ЛГ гипофизом через неописанную передающую молекулу. [30]
Шишковидная железа содержит рецепторы регуляторного нейропептида эндотелина-1 , [31] который при инъекции в пикомолярных количествах в боковой желудочек головного мозга вызывает кальций -опосредованное увеличение метаболизма глюкозы в шишковидной железе . [32]
Исследования на мышах показывают, что мелатонин, полученный из шишковидной железы, регулирует отложение новой кости. Мелатонин, полученный из шишковидной железы, опосредует свое действие на костные клетки через рецепторы МТ2. Этот путь может стать потенциально новой мишенью для лечения остеопороза, поскольку исследование показывает лечебный эффект перорального лечения мелатонином на мышиной модели остеопороза в постменопаузе. [33]
Кальцификация шишковидной железы типична для молодых людей и наблюдается у детей в возрасте от двух лет. [34] Известно, что внутренние выделения шишковидной железы тормозят развитие репродуктивных желез, поскольку при их серьезном повреждении у детей ускоряется развитие половых органов и скелета. [35] Кальцификация шишковидной железы отрицательно влияет на ее способность синтезировать мелатонин [36] [37], и в научной литературе представлены неубедительные данные о том, вызывает ли она проблемы со сном. [38] [39]
Кальцифицированная железа часто видна на рентгеновских снимках черепа . [34] Уровень кальцификации сильно различается в зависимости от страны и коррелирует с увеличением возраста: кальцификация встречается примерно у 40% американцев к семнадцати годам. [34] Кальцификация шишковидной железы связана с аренатными телами , также известными как «мозговой песок».
Опухоли шишковидной железы называются пинеаломами . Эти опухоли встречаются редко, и от 50% до 70% представляют собой герминомы , возникающие из секвестрированных эмбриональных половых клеток . Гистологически они сходны с семиномами яичек и дисгерминомами яичников . [40]
Опухоль шишковидной железы может сдавливать верхние холмы и претектальную область дорсальной части среднего мозга , вызывая синдром Парино . Опухоли шишковидной железы также могут вызвать сдавление водопровода головного мозга , что приводит к несообщающейся гидроцефалии . Другие проявления являются следствием их давления и включают нарушения зрения, головную боль , ухудшение умственных способностей и иногда поведение, подобное деменции. [41]
Эти новообразования делят на три категории: пинеобластомы, пинеоцитомы и смешанные опухоли в зависимости от уровня их дифференцировки, который, в свою очередь, коррелирует с их неопластической агрессивностью. [42] Клиническое течение больных пинеоцитомами длительное, составляя в среднем до нескольких лет. [43] Положение этих опухолей затрудняет их хирургическое удаление.
Морфология шишковидной железы заметно различается при разных патологических состояниях. Например, известно, что его объем снижается как у пациентов с ожирением , так и у пациентов с первичной бессонницей . [44]
Почти все виды позвоночных обладают шишковидной железой. Самым важным исключением является примитивное позвоночное животное миксина . Однако даже у миксины в дорсальном промежуточном мозге может существовать «эквивалент шишковидной железы» . [6] Некоторые более сложные позвоночные в ходе эволюции утратили шишковидную железу. [45] Однако у миноги ( еще одного примитивного позвоночного) он есть. [46] Ланцетник Branchiostoma lanceolatum , ранний хордовый, близкий родственник позвоночных, также не имеет узнаваемой шишковидной железы. [46] Протохордаты в целом не имеют четкой структуры органа, но у них есть масса фоторецепторных клеток, называемая пластинчатым телом , которая считается гомологом шишковидной железы. [47] [48]
Результаты различных научных исследований в области эволюционной биологии, сравнительной нейроанатомии и нейрофизиологии объяснили историю эволюции ( филогенез ) шишковидной железы у разных видов позвоночных. С точки зрения биологической эволюции шишковидная железа представляет собой своего рода атрофированный фоторецептор . В эпиталамусе некоторых видов земноводных и рептилий он связан со светочувствительным органом, известным как теменный глаз , который также называют шишковидным глазом или третьим глазом. [7] Вполне вероятно, что общий предок всех позвоночных имел пару фотосенсорных органов на макушке головы, аналогичных их расположению у современных миног . [49] У многих низших позвоночных (таких как виды рыб, амфибий и ящериц) шишковидная железа связана с теменным или шишковидным глазом . У этих животных теменный глаз действует как фоторецептор и, следовательно, также известен как третий глаз, и у некоторых видов его можно увидеть на макушке головы. [50] Некоторые вымершие девонские рыбы имеют два теменных отверстия в черепе, [51] [52] что указывает на наследственную двусторонность теменных глаз. Теменной глаз и шишковидная железа современных четвероногих , вероятно, являются потомками левой и правой частей этого органа соответственно. [53]
В ходе эмбрионального развития теменной глаз и шишковидный орган современных ящериц [54] и туатар [55] формируются вместе из кармана, образующегося в эктодерме мозга . Утрата теменных глаз у многих современных четвероногих подтверждается формированием в процессе развития парной структуры, которая впоследствии сливается в единую шишковидную железу у развивающихся эмбрионов черепах, змей, птиц и млекопитающих. [56]
Шишковидные органы млекопитающих по форме делятся на три категории. У грызунов более сложная структура шишковидной железы, чем у других млекопитающих. [57]
Крокодилы и некоторые тропические линии млекопитающих (некоторые ксенартраны ( ленивцы ), панголины , сирени ( ламантины и дюгони ) и некоторые сумчатые ( сахарные планеры )) утратили как теменной глаз, так и шишковидный орган. [58] [59] [57] Полярные млекопитающие, такие как моржи и некоторые тюлени, обладают необычно большими шишковидными железами. [58]
У всех земноводных есть шишковидный орган, но у некоторых лягушек и жаб имеется также так называемый «лобный орган», который по сути представляет собой теменный глаз. [60]
Пинеалоциты у многих позвоночных немлекопитающих имеют сильное сходство с фоторецепторными клетками глаза . Данные морфологии и биологии развития позволяют предположить, что клетки шишковидной железы имеют общего эволюционного предка с клетками сетчатки. [61]
Цитоструктура шишковидной железы , по-видимому, имеет эволюционное сходство с клетками сетчатки боковых глаз. [61] Современные птицы и рептилии экспрессируют фототрансдуцирующий пигмент меланопсин в шишковидной железе. Считается , что шишковидные железы птиц действуют как супрахиазматическое ядро млекопитающих . [62] Строение шишковидной железы современных ящериц и туатары аналогично роговице, хрусталику и сетчатке боковых глаз позвоночных животных. [56]
У большинства позвоночных воздействие света запускает цепную реакцию ферментативных событий в шишковидной железе, которая регулирует циркадные ритмы . [63] У людей и других млекопитающих световые сигналы, необходимые для установления циркадных ритмов, передаются из глаза через ретиногипоталамусную систему в супрахиазматические ядра (SCN) и шишковидную железу.
Окаменелые черепа многих вымерших позвоночных животных имеют шишковидное отверстие (отверстие), которое в некоторых случаях больше, чем у любого современного позвоночного. [64] Хотя окаменелости редко сохраняют глубокую мягкую анатомию мозга, в мозге русской ископаемой птицы Cerebavis cenomanica из Меловатки, возрастом около 90 миллионов лет, обнаруживаются относительно большие теменные глаза и шишковидная железа. [65]
Секреторная деятельность шишковидной железы изучена лишь частично. Его расположение глубоко в мозгу на протяжении всей истории подсказывало философам, что оно имеет особое значение. Эта комбинация привела к тому, что ее стали рассматривать как «таинственную» железу с мистическими , метафизическими и оккультными теориями, окружающими ее предполагаемые функции. Самое раннее зарегистрированное описание шишковидной железы принадлежит греческому врачу Галену во 2 веке нашей эры [66]. По словам Галена, Герофил (325–280 до н.э.) уже рассматривал эту структуру как своего рода клапан, разделяющий камеры мозга, особенно для потока жизненных духов ( пневма ). [67] В частности, древние греки считали, что структура поддерживает движение жизненных духов из среднего (ныне отождествляемого с третьим ) желудочка к тому, что находится в парэнцефалисе ( четвертый желудочек ). [68] [69]
Гален описал шишковидную железу в книгах De usu partium corporis humani, libri VII ( «О полезности частей тела», часть 8 ) и De anatomicis Administrationibus , libri IX ( «Об анатомических процедурах», часть 9 ). [70] Он ввел название κωνάριο ( konario, часто латинизированное как conarium ), что означает шишку, как в сосновой шишке, [71] в De usu partium corporis humani. Он правильно определил, что железа находится непосредственно за третьим желудочком. Он выступал против преобладающей концепции клапана по двум основным причинам: он расположен вне мозговой ткани и не двигается сам по себе. [66]
Вместо этого Гален идентифицировал клапан как червеобразную структуру в мозжечке (позже названном червеобразным эпифизом, известном сегодня как червь мозжечка или червь мозжечка ). [72] Изучая кровеносные сосуды, окружающие шишковидную железу, он обнаружил большую вену мозжечка, позже названную веной Галена . [71] [73] Он не смог установить какую-либо функциональную роль шишковидной железы и рассматривал ее как структурную опору мозговых вен. [74]
Философ и ученый семнадцатого века Рене Декарт обсуждал шишковидную железу как в своей первой книге « Трактат о человеке » (написанной до 1637 года, но опубликованной только посмертно в 1662/1664 году), так и в своей последней книге « Страсти души» (1649). и он считал его «главным местом пребывания души и местом, в котором формируются все наши мысли». [75] В «Трактате о человеке» он описал концептуальные модели человека, а именно существ, созданных Богом, которые состоят из двух ингредиентов: тела и души. [75] [76] В « Страстях» он разделил человека на тело и душу и подчеркнул, что душа соединена со всем телом «некоей очень маленькой железой, расположенной в середине вещества мозга и подвешенной над телом». проход, через который духи в передних полостях мозга общаются с духами в задних полостях». Декарт придавал большое значение этой структуре, поскольку это был единственный непарный компонент мозга. [75]
Латинское название pinealis стало популярным в 17 веке. Например, английский врач Томас Уиллис описал шишковидную железу в книге Cerebri anatome cui accessit nervorum descriptio et usus (1664) . Уиллис раскритиковал концепцию Декарта, отметив: «Мы едва можем поверить, что это местопребывание Души или ее главных способностей, возникающих из нее; потому что Животные, которые кажутся почти полностью лишенными Воображения, Памяти и другие высшие Силы Души имеют эту Гландулу или Ядро достаточно большим и светлым». [74]
Уолтер Болдуин Спенсер из Оксфордского университета дал первое описание шишковидной железы у ящериц. В 1886 году он описал глазоподобную структуру, которую назвал шишковидным глазом или теменным глазом, которая была связана с теменным отверстием и ножкой шишковидной железы. [77] Основное шишковидное тело было обнаружено уже немецким зоологом Францем Лейдигом в 1872 году у европейских ящериц. Лейдиг назвал их лобным органом (нем. stirnorgan ). [78] [79] В 1918 году шведский зоолог Нильс Хольмгрен описал теменной глаз у лягушек и собак. [80] Он обнаружил, что теменные глаза состоят из сенсорных клеток, подобных колбочкам сетчатки , [74] и предположил, что это примитивный светочувствительный орган ( фоторецептор ). [80]
Первоначально считалось, что шишковидная железа является « рудиментарным остатком» более крупного органа. В 1917 году было известно, что экстракт коровьих шишковидных желез осветляет кожу лягушки. Профессор дерматологии Аарон Б. Лернер и его коллеги из Йельского университета , надеясь, что вещество из шишковидной железы может быть полезно при лечении кожных заболеваний, выделили и назвали гормон мелатонин в 1958 году . [81] Это вещество не оказалось полезным, как предполагалось. но его открытие помогло раскрыть несколько загадок, например, почему удаление шишковидной железы у крыс ускоряет рост яичников, почему содержание крыс при постоянном освещении уменьшает вес их шишковидных желез и почему пинеалэктомия и постоянный свет влияют на рост яичников в одинаковой степени; эти знания дали толчок развитию новой тогда области хронобиологии . [82] Из эндокринных органов последней была обнаружена функция шишковидной железы. [83]
Понятие «шишковидного глаза» занимает центральное место в философии французского писателя Жоржа Батая , которая подробно анализируется литературоведом Дени Холлиером в его исследовании «Против архитектуры ». В этой работе Холлиер обсуждает, как Батай использует концепцию «шишковидного глаза» как ссылку на слепое пятно в западной рациональности и на орган излишества и бреда. [84] Этот концептуальный прием явно выражен в его сюрреалистических текстах « Иезув» и «Шишковидная железа» . [85]
В конце 19-го века мадам Блаватская , основательница теософии , отождествляла шишковидную железу с индуистской концепцией третьего глаза , или Аджна-чакры . Эта ассоциация популярна и сегодня. [75] Шишковидная железа также фигурирует в других религиозных контекстах, например, в Principia Discordia , где утверждается, что ее можно использовать для контакта с богиней раздора Эридой . [86]
В рассказе Лавкрафта « Из-за пределов » учёный создает электронное устройство, излучающее резонансную волну, которая стимулирует шишковидную железу пострадавшего человека, тем самым позволяя ему воспринимать планы существования за пределами принятой реальности , полупрозрачное, чуждая среда, которая перекрывает нашу признанную реальность. Он был адаптирован как одноименный фильм в 1986 году . Этот рассказ создан под сильным влиянием фильма ужасов 2013 года «Глава Банши» . В 6-й серии 16-го сезона сериала «Американский папаша» Стив пытается осуществить «астральную проекцию», используя свою шишковидную железу, чтобы помочь ему понять смысл жизни. Эпизод называется «Чудесный кабинет».
На этих изображениях обозначено шишковидное тело.
Экзогенный мелатонин оказывает острое вызывающее сонливость и снижающее температуру действие в «биологическое дневное время», а при правильном выборе времени (он наиболее эффективен в сумерках и на рассвете) он смещает фазу циркадных часов человека (сон, эндогенный мелатонин). , кортизол) в более раннее (опережающий фазовый сдвиг) или более позднее (замедленный фазовый сдвиг) времена.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )