Kávé A mindennapos koffein - a tudomány spektruma
Kávé: A mindennapi kábítószer-koffein
Munkahelyen, forgalomban vagy általában olyan helyzetekben, amelyek magas követelményeket támasztanak a figyelem és a reakciókészség szempontjából, az éberség egyet jelent a biztonsággal és a teljesítménnyel. Bizonyos hatóanyagokkal részben elsajátíthatja az ébrenlét és az alvás természetes ritmusát, bár gyakran előfordulnak mellékhatások.
A koffein nemcsak az egyik legrégebbi stimuláns, hanem az egyik leghatékonyabb és jól tolerálható. Legtöbben egy csésze kávé formájában reggelizünk minden nap, hogy lerázzuk a fáradtság utolsó darabjait és formába lendüljünk a napra.
A koffein miként fejti ki ezt az stimuláló hatást és más hatásokat, most élettani szinten tisztázásra került. Ennek megfelelően egy endogén anyaggal versenyez a dokkolási pontja miatt. Ha ragaszkodik hozzá, a következmények ellentétesek: gátlása helyett aktiváló hatást gyakorol a sejten belüli fontos jelre és reakciókaszádra.
A gyógyszerészeket is régóta érdekli a koffein. Időközben azt vizsgálják, hogy mennyire alkalmas a pszichostimulánsok összetevőjeként mindazon szakmai csoportok számára, akik számára az ébrenlét kiemelt fontosságú. A fő cél olyan alkalmazási forma megtalálása, amely garantálja a hatás hosszú időtartamát és elkerüli a nemkívánatos mellékhatásokat. A nagy dózisú koffein kellemetlen következményei közé tartozik mindenekelőtt a vizelési inger, de a szívdobogás, remegés és idegesség is. Időközben kifejlesztettek egy "lassan felszabaduló koffeint", amely optimalizálja a pozitív hatásokat, és nagyrészt kiküszöböli a negatív hatásokat.
Egy arábiai bab diadalmas előrenyomulása
A kávé felfedezését számos legenda övezi. Az egyik szerint egy jemeni pásztor észrevette, hogy juhai ismeretlen izgalmi állapotba kerültek, amint megették egy adott hegyi fa gyümölcsét. Megfigyeléséről beszámolt a szomszéd kolostor egyik szerzetesének, aki aztán elment a bogyókat gyűjteni, megszárította és infúziót készített belőlük, amelyet testvéreinek inni adott. Utána az éjszakai imákban sokkal kitartóbbak és buzgóbbak voltak.
Az első írásos bizonyítékot a kávéra a 9. és a 11. században találhatja két perzsa orvos: Rhazes (865–923) és Avicenna (980–1037). Mindketten egy Jemenből származó tonikot említenek. A kávé exportkikötője Al Mukha (a mai Mocha) volt. Innen a bab Jeddahon keresztül (a mai Szaúd-Arábiában) jutott el az egyiptomi Suezbe, ahol nagy hajókra vagy gályákra rakodták be őket. 150 kilogrammos bálákban aztán Kairóba vagy Damaszkuszba mentek a lakókocsi útvonalain.
Mekkában, az iszlám szent városában és a muszlim zarándokok célpontjában kezdődött a kávéértékesítés. Itt nyíltak meg az első kávéházak. Az ital Törökországba a 16. században, Velencébe pedig 1615-ben került. A görög, török és örmény kereskedők ezt követően Franciaországba hozták. Soliman Afga török nagykövet ajándékaként 1669-ben a kávé XIV Lajos udvarába került.
Az új divatital gyorsan elterjedt Európában; Minden nagyvárosban kávézók jöttek létre. Beethoven szintén egyike volt azoknak a szenvedélyes kávéivóknak. Rendkívül válogatós volt az elkészítéssel kapcsolatban: pontosan egy hatvan babot számolt egy csészéhez. 1734 körül Bach megírta "Kávé-kantátját"; Végül is az általa rendezett Collegium Musicum a lipcsei cafetier Gottfried Zimmermann helyiségeiben szokott fellépni. Balzac később akár harminc csészét ivott naponta, és átfogó értekezést szentelt a kávénak és annak hatásainak.
De voltak negatív hangok is. Nagy Frigyes porosz király 1777-ben kijelentette, hogy a kávéba áztatott katonák nem nyerhetnek csatát a sörivók ellen. A korabeli háborúban az enyhe mámor okozta eufória talán hasznosabb volt, mint a rendkívüli tisztaság és éberség; mert a gyalogosoknak rendületlenül kellett előre lépniük, függetlenül attól, hogy milyen veszély fenyegeti őket a következő röplabda.
Az első dolog, amit észrevettünk, a kávé azon képessége, hogy elűzze a fáradtságot. Ugyanakkor Dufour arról számolt be, hogy az ital "józan fogyasztása esetén epévé válik a gyomorban és megrágja azt. Ezért minden reggel a kávéházak kapujánál keksz és más cukrászdák sokasága látható." A kereskedő ugyanakkor azt is kijelentette, hogy "a kávé csodálatos módon támogatja az első emésztést. Az első emésztés a gyomorban lévő étel fehér, folyékony anyaggá történő átalakulása, amelyet chyle-nak vagy tejszerű nedvnek neveznek".
Az ébresztő molekula
Van-e a kávénak káros hatása az emésztésre vagy sem? És hogyan hosszabbítja meg az ébrenléti állapotot? Csak a modern tanulmányok adtak választ ezekre a kérdésekre. Különösen azt mutatták, hogy a kávé nagyon különböző összetevők keveréke, amelyek különböző módon befolyásolják a szervezetet. Ásványi sókat, szacharidokat (cukrot), fehérjéket, lipideket (zsíros anyagokat) és vitaminokat tartalmaz. De a legaktívabb összetevő a koffein.
1819. október 3-án a "fiatal vegyész, Runge" ellátogatott Goethébe Jenába. A növényekben előforduló mérgekről folytatott beszélgetések után Friedlieb Ferdinand Runge (1794-1867) később felidézi: "ő (Goethe) átnyújtott nekem egy doboz kávébabot, amelyet egy görög nagyon jó dologként küldött neki." Ezt is hozzáadhatja a magához Vizsgálatokra szorul! ‹Mondta Goethe. Igaza volt, mert hamarosan felfedeztem benne a koffeint, amely annyira híressé vált a magas nitrogéntartalma miatt". A vízben és alkoholban oldódó színtelen anyag, amelyet a Runge lepárlások sorozatával nyert, alkaloid - a természetes növényi anyagok osztályának tagja, amely magában foglalja a dohányban lévő nikotint, a kakaóban lévő teobromint és a teofillint is. teába tartoznak.
Goethe idejében a kávé még mindig olyan luxuscikk volt, amelyet csak a gazdagok engedhettek meg maguknak, mára mindennapos ital lett. Naponta egymilliárd csészét fogyasztanak el világszerte. Mindegyik körülbelül száz milligramm koffeint tartalmaz - viszonylag állandó adagot, függetlenül attól, hogy eszpresszót vagy szűrőkávét iszol-e. Az élelmiszeripar is használja a serkentőt. Így adják hozzá a kólaitalokat és az "energiaitalokat": Az egy liter koffeintartalma megegyezik egy csésze kávééval. Az anyag megtalálható csokoládéban is; ennek körülbelül ötöde van egy csésze kávéban. Egyébként számos gyógyszer tartalmaz koffeint is. Ez különösen igaz a migrén, a fájdalom és a láz kezelésére. Az ilyen tabletta maximális mennyisége egy csésze kávé tartalmának felel meg.
A "rejtett" koffein nem okoz problémát a gyermekek számára. Három doboz kóla és három csokoládé tartalmaz két csésze kávénak megfelelő mennyiséget. A harminc kilogramm súlyú gyermek így hét milligramm koffeint képes elérni testtömeg-kilogrammonként. Hasonlóan magas szinthez egy felnőttnek négy-hat csésze kávéra van szüksége. Tehát nem csoda, ha egy ilyen gyermeknek gondjai vannak az alvással.
Közbenső állomás vérkeringése
A koffein felszívódása részben a gyomorban, de főleg a belekben történik. A vér ezután elviszi az anyagot a különféle szervekbe. Az, hogy a koffein milyen gyorsan felszívódik a szervezetben, nagyban függ a gyomor tartalmától. A jelentős étkezés több órát vesz igénybe, hogy megemésztődjön és továbbhaladjon a belekben. Ez növeli azt az időt is, amikor a kávé a gyomorban marad, és a koffein lassabban szívódik fel. Ugyanez a hatás, bár kisebb mértékben, a tej hozzáadása; mert a tej lúgos és gazdag fehérjékben, galaktózban és zsírokban, ami szintén lassítja a gyomor kiürülését. Hasonló okokból a molekula késik, ha szénsavas italokkal fogyasztják tea vagy kávé helyett.
A vénákba jutva a koffein kevesebb, mint öt perc alatt eljut a szervekhez és az idegrendszerhez. A vérplazma mennyiségének körülbelül egyharmada azonban fehérjékhez, például albuminhoz kötődik, és inaktív marad. Idősebb embereknél a vér kevesebb fehérjét tartalmaz, mert fehérje-anyagcseréjük lelassult: a máj már nem hoz annyi fehérjét, és a vesék többet engednek át. Ezért ezeknek az embereknek a vérében a szabad koffein százalékos aránya magasabb, és a stimuláló hatás ennek megfelelően erősebb.
A gyógyszer hatékonysága attól is függ, hogy milyen gyorsan lebomlik. A lebontás a májban történik, ahol az enzimek eltávolítják a metilcsoportokat a molekulából, amelyek aktivitását adják neki. Általában a vérben lévő koffein mennyisége körülbelül négy óra múlva a felére csökken.
A lebontó enzimek aktivitása a májban személyenként változó, és függ a különféle környezeti tényezőktől is. A cigarettafüstben lévő policiklusos szénhidrogének növelik. A dohányosok ezért gyorsabban választják ki a koffeint. Bizonyos gyógyszerek olyan anyagokat is tartalmaznak, amelyek stimulálják a májenzimeket, és ezáltal felgyorsítják a gyógyszer lebontását.
Ezzel szemben bizonyos hormonok, például az ösztradiol, amelyek a fogamzásgátló tablettában találhatók, viselkednek: Csökkentik az enzimek aktivitását. Ezek az enzimek is lebontják őket, így elfoglalják annak egy részét, amely akkor már nem áll rendelkezésre a koffein számára. Ez tehát tovább marad a vérben. Ugyanezen okból egyetlen csésze kávé néha egy egész nap működhet a terhes nőknél. Ezenkívül a koffein, amely nagyon könnyen diffundál az összes szövetbe, ugyanolyan koncentrációjú az anya és a magzat vérében. Csak azt tanácsolhatjuk a terhes nőknek, hogy minél inkább kerüljék a kávéivást.
Mielőtt most részletesebben leírnám a koffein hatásait, szeretnék röviden áttekinteni egy látszólagos negatív hatást, amelyet időnként tulajdonítanak neki, és amelyet Dufour a fenti idézetben is megemlített. Néha azt a benyomást kelti, hogy a túl sok kávé napközben befolyásolja az emésztést és gyomorégést okoz. Ezt azonban nem lehet a koffeinnel hibáztatni; mert ugyanazok a tünetek jelentkeznek a koffeinmentes kávénál is. A kávé több száz anyag összetett keveréke, amelyek közül néhány az emésztőrendszerre hat. Különösen az epehólyag összehúzódását és a hasnyálmirigy-lé kiválasztódását, valamint az emésztőrendszeri kolecisztokinin és gasztrin koncentrációjának növekedését okozzák. Ez utóbbi serkenti a gyomorsav szekrécióját és aktiválja a gyomor-bél mozgását, ami savasodáshoz és refluxhoz vezethet a nyelőcsőben. A koffein nem vesz részt.
Beavatkozás egy központi jel kaszkádban
De mi a koffein valódi hatása és hogyan váltja ki őket? Van egy fő mechanizmus, amellyel a gyógyszer mindenféle szervre és szövetre hatással van: Az adenozin dokkolóhelyeihez kötődik. Ez a kis molekula, amely mindenütt jelen van a szervezetben, ott keletkezik, ahol a sejt-belső energiahordozó adenozin-trifoszfát (ATP) felhasználásra kerül, amelynek bomlásterméke ez. Amikor az adenozin dokkolja a receptoraira, gátolja az adenilát-cikláz enzimet. Ha a koffein ugyanahhoz a receptorhoz kapcsolódik, akkor ennek ellenkező hatása van: az adenilát-cikláz aktiválódik. Ennek eredményeként kiváltja a kémiai hírvivő anyag cAMP (ciklikus adenozin-monofoszfát) képződését, amely viszont aktiválja az úgynevezett protein-kinázokat.
Ennek a jelkaszkádnak különböző következményei vannak a különböző szövetekben. Az izmokban a protein-kinázok befolyásolják a rostok összehúzódását. A hatás típusa azonban a kérdéses izom típusától függ. Az erek falának izomrostjai összehúzódásra késztetik. Ez növeli a vérnyomást. Másrészt a hörgőerek falainak izmai megnőnek; ez a hörgőtágulás megkönnyíti a légzési folyamatot.
A koffein fokozza a zsíranyagcserét is. A cAMP, amelynek szintézisét az adenozin receptorokhoz kötődve indítja el, nevezetesen stimulálja a lipázokat, vagyis a zsír lebontó enzimeket. Ezek energiadús anyagcseretermékekké alakítják, ami további lehetőséget jelent az energiatermelésre - a cukor fogyasztásán és a glikogén lebontásán kívül a szervezet cukortartaléka.
Ennek eredményeként a koffein "dopping" tulajdonságokkal is rendelkezik. Bizonyítékokat olyan kísérletek szolgáltattak, amelyek során az ülő tesztalanyokat arra kérték, hogy a bokájukhoz erősített súlyt tartsák a levegőben kinyújtott lábbal. Ez az idő jó 15 százalékkal hosszabb volt, ha egy órával korábban három-négy csésze kávét ittak.
Emiatt a sportolók a koffeint doppingszernek is tekintik, amely növeli a légzési kapacitást és az állóképességet. Ahhoz azonban, hogy elkapja a kezét, több mint öt csésze kávét kell meginni egy nap alatt. Asker Jeukendrup holland triatlonista és kerékpáros csapata, aki a fiziológiát és a táplálkozást oktatja a sportolóknak a Birminghami Egyetemen, negyven kilométeres virtuális kerékpáros pályán meghatározta a különféle intézkedések előnyeit. Számítógépes szimulációja szerint a testmozgás továbbra is a leghatékonyabb: egy-hét perccel javítja az időt. Néhány perc aerodinamikailag kedvező pozícióval is megszerezhető. De még a mérsékelt dózisú koffein is 55–84 másodpercet hoz, míg a hosszabb tartózkodás csak 30 másodpercet vesz igénybe.
Az erek összehúzódásával a koffein csökkenti az agy véráramlását és ezáltal a glükózellátását. Az agy rendkívül érzékeny a hipoglikémiára, vagyis a vércukorszint normál érték alatti csökkenésére. Már jóval azelőtt, hogy az izmok észrevennék ezt az energiahiányt, fejfájás, izzadás és szédülés vagy akár ájulás is jelentkezik. A koffein fokozza a hipoglikémia agyra gyakorolt hatását, így a riasztási jelek korán beindulnak. Ezért ajánlott, hogy a hipoglikémia kockázatának kitett emberek mérsékelt dózisban vegyék be a gyógyszert - különösen azok, akik cukorbetegség elleni gyógyszereket szednek.
Mi okozza a koffein vizelethajtó hatását? Végső soron közvetett hatás, amely az érfal összehúzódásán alapul. A megnövekedett vérnyomásra reagálva a vesék növelik a szűrés sebességét, ezáltal csökkentve a vér térfogatát. Két óra alatt három csésze kávéval a vizelet mennyisége harminc százalékkal nő.
De most elérkeztünk a koffein legfontosabb tulajdonságához: az a képessége, hogy ébren tartsa. Ez a hatás az adenozin receptorhoz való kötődésén is alapul. Az alvásban betöltött szerepét több mint egy évszázadon át kutatták. 1912-ben René Legendre és Henri Piéron fiziológusok több napig mesterségesen ébren tartották a kutyákat. Ezután cerebrospinális folyadékot (liquor cerebro-spinalis) vettek tőlük, és befecskendezték az imént felébredt állatok agyába. Azonnal újra elaludtak. Eszerint ébrenlétükkor az agyban felhalmozódnak olyan anyagok, amelyek mintha "homokembereket" játszanának. Az 1970-es évek óta egyre több bizonyíték áll rendelkezésre arról, hogy ezen anyagok egyike adenozin.
Az alvásigény szabályozása
Ennek bizonyítékát 1997-ben Tarja Porkka-Heiskanen és munkatársai adták a Helsinki Egyetemen. Órákon át hagyták folyamatosan játszani a macskákat, megakadályozva az elalvást. Ugyanakkor a koponyán keresztül behelyezett szondákkal mérték az agy adenozin-koncentrációját. Ez folyamatosan növekedett, miközben a macskák mesterséges ébrenlétükben óráról órára egyre fáradtabbak voltak. Amint azonban az állatok elaludtak, az ismét elsüllyedt.
Minél tovább ébren van, annál több adenozin halmozódik fel az agyban: egyfajta "fáradtságjelet" képez. Receptorainak egyre telítődésével egyre jobban gátolja az adenilát-ciklázt, így a cAMP termelése folyamatosan csökken. A különféle molekuláris kaszkádok ezután kritikus változásokat okoznak az ébrenléti és alvási központokban, és felborítják az egyensúlyt az ébrenléttől az alvásig.
Az adenozin tehát az alvásigény rendkívül hatékony szabályozója. Mivel ébren vagyunk, felépül az agyban, minél tovább ébren maradunk, annál fáradtabbak leszünk. Ezután elengedik és újra elfogyasztják alvás közben. Mivel a koffein az adenozin antagonistájaként működik, fáradtsággátló szerként tekinthetünk rá. Amikor az adenozin receptorokhoz kötődik, aktiválja az adenilát-ciklázt és ezáltal molekuláris kaszkádokat vált ki, amelyek meghosszabbítják az ébrenlét állapotát. Ezáltal stimulánsként hat.
Előfordul, hogy a pilóták hosszú ideig szolgálatban vannak - például hosszú távú járatokon, amelyek 10–15 órán át tartanak, és amelyeket kiterjedt felkészülési idő előz meg. Mindig tiszta fejjel kell rendelkezniük. Egy kutatási projektben Didier Lagarde és Maurice Beaumont részvételével a brétigny-sur-orge-i katonai egészségügyi szolgálattól és Françoise Chauffard-tól a lausanne-i Nestlé kutatóközpontból ezért megvizsgáltuk a pilóták viselkedését hosszú ébrenlét idején, és a koffein hatásait kutattuk. Meg akartuk tudni, hogyan lehet kihasználni a pozitív hatásokat anélkül, hogy ki lennénk téve az esetenként előforduló negatív hatásoknak, különösen nagy dózisok esetén. Mint az elején említettük, a kávéfogyasztás ilyen nemkívánatos mellékhatásai a vízhajtó hatás mellett mindenekelőtt olyan jelenségeket tartalmaznak, mint a szívdobogás, remegés és idegesség.
Projektünkben a koffein beadásának különböző módjait teszteltük. Megnéztük tehát a "lassan felszabaduló koffeint". 300 mg tiszta anyagot zselatin kapszulákba csomagolnak, és egy kötőanyag biztosítja, hogy a hatóanyag csak fokozatosan szabaduljon fel a belekbe és a vérbe. A koffein koncentrációja egyenletesebben oszlik el hosszabb ideig. Ez azt jelenti, hogy sokkal hosszabb ideig marad a hatékonysági küszöb felett. Ez az az érték, amely átlagosan fenntartja az ébrenlét állapotát. Ugyanakkor elkerülik azokat a mellékhatásokat, amelyek elsősorban a koncentráció hirtelen növekedéséből fakadnak.