Koffein rúgás - hatás az emberi agyban
Hatás az emberi agyban
A koffein a legszélesebb körben alkalmazott pszichoaktív anyag a világon. Hatóanyagként megtalálható olyan italokban, mint a kávé, tea és az úgynevezett energiaitalok. A koffein növelheti az éberséget és az éberséget, csökkentheti az álmosságot és növelheti a kognitív teljesítményt. Neurobiológiai hatásai az agyi adenozin receptorok antagonizálásának tulajdoníthatók. Csak a közelmúltban vált lehetővé molekuláris képalkotó módszerek segítségével a koffein aktív helyeinek vizsgálata közvetlenül az élő emberi agyban.
A koffein fő termelője, a kávéüzem számára a rovarok elleni védőméreg. A legenda szerint a kecskepásztorok Kaffa királyságában, a mai Etiópia területén vették észre először, hogy a koffein kellemesebben hat más szervezetekre. Miután élvezték a kávécserje piros gyümölcseit, állataik olyan élénkek voltak, hogy a pásztorok maguk is kipróbálták a gyümölcsöket, majd éjszakát nappalivá változtatták. A 17. században a kávébab - pörkölt, őrölt és nagyszerű ízű ital alakult belőle - megkezdte diadalmenetét Európában és az akkor ismert világban. A koffein a világon a legszélesebb körben alkalmazott pszichoaktív anyag. Ennek ellenére csak részben világos, hogy a koffein miért és miért stimuláló hatású
az agyban létrehozza ezt a hatást. A modern molekuláris képalkotó eljárások használatával jön létre
közelebb áll a kérdések megválaszolásához.
A koffein blokkolja az adenozin receptorokat
A koffein működésének ismertetésekor a hangsúly főleg az akut stimuláló hatásokra helyezi a hangsúlyt. Nem szelektív antagonistaként a koffein kötődik az agyi adenozin receptorokhoz. Az adenozin (A1, A2A, A2B, A3) G-fehérjéhez kapcsolt receptorai a.o. számos neurotranszmitter receptorának hatékonysága - pl. B. a K + és Ca 2+ csatornák vezetőképességének változásával - valamint a sejtek anyagcseréjével az adenilát-cikláz és a foszfolipáz C aktivitásának befolyásolásával. Az adenozint ezért nem neurotranszmitterként, hanem neuromodulátorként kell besorolni, amelynek koncentrációja a sejtek energiaállapotától függően változik. Minél nagyobb az energiafogyasztás, annál inkább nő az adenozin koncentrációja, amely szintén az ideg- és gliasejtek fontos energiaszolgáltatója, az ATP (adenozin-trifoszfát) bomlásterméke.
A koffein blokkolja az alvás jelét
Az adenozin másik hatása kapcsolódhat ehhez a visszacsatolási mechanizmushoz: Fiziológiailag hosszú ébrenléti időszakokban az agyban az adenozin koncentráció fokozatosan emelkedik, majd a nyugodt alvás révén ismét csökken. Ez a megfigyelés ahhoz a hipotézishez vezetett, hogy az adenozin kulcsfontosságú anyag lehet az alvásigény szempontjából. Alvást kiváltó hatását nagyrészt az adenozin receptorok A1 altípusa közvetíti, amely mindenütt jelen van, de nem homogén módon fejeződik ki az agyban. A koffein hatékonyan gátolhatja ezt a mechanizmust, és így ideiglenesen csökkentheti az alvásigényt. Ez nem csak a sok kávéfogyasztó személyes megítélésének felel meg, hanem az agyhullámok tipikus változásai alapján az elektroencefalográfiában (EEG) is kimutatható.
Az elülső agy agyi kolinerg neuronjainak populációja különösen fontos az elalvás szabályozásában. A sejtek a neocortex nagy területeire vetülnek ki, és ott ellenőrzik többek között. a kortikális neuronok bemeneti érzékenysége. Az A1 típusú adenozin-receptorok a kolinerg projekciós neuronokon helyezkednek el, amelyek hosszabb ébrenlét vagy alváshiány után jelentősen felújulnak. Megerősíteni tudtuk ezeket az állatkísérletekben kapott adatokat molekuláris képalkotó módszerekkel. Érdekes módon azt tapasztalták, hogy az emberekben az A1 adenozin receptor az alváshiány után az agy más, különösen neokortikális részein is jelentősen megnőtt. Úgy tűnik tehát, hogy az adenozin részt vesz a homeosztatikus alvásszabályozás szabályozásában, azaz H. idegaktivitástól és az érintett energia-anyagcserétől függően. Ennek eredményeként a koffein befolyásolja az alvás szempontjából releváns A1 receptorokat mind a bazális előagyban, mind a neocortexben, és így késlelteti az alvásjelet.
A koffeinkötés anatómiája
1. ábra Pozitronemissziós tomográf (PET) a Jülich Kutatóközpontban.
A 2. ábra baloldali mágneses rezonancia képalkotás (MRI) a vizsgált személy fejének oldalnézetéből. A középső adenozin receptorok (világos narancssárga), a koffein kötődési helyei az egész agyban eloszlanak, különösen az agyban - itt láthatóvá teszik a specifikus marker anyaggal [18F] CPFPX és PET. A koffein (itt 4,1 mg/testtömeg-kg) beadása után az adenozin-receptorok már nem láthatók a PET-nél, mivel a koffein kiszorította a marker anyagot a receptorokból. A VT a marker anyag mértéke.
Az adag számít
A kísérlet során a vizsgálat résztvevői intravénásan különböző dózisú koffeint kaptak. Ezek megfeleltek a szokásos koffeinmennyiségnek, amelyet két-négy csésze kávé tartalmazott. A kísérlet jobb kontrollálhatósága érdekében a koffeint nem itatták, hanem intravénásán adták be, ami lehetővé tette a tesztalanyok súlyához való alkalmazkodást és a vér koffein-koncentrációjának pontos beállítását is.
A PET-vizsgálatok azt mutatták, hogy a koffein késedelem nélkül eljut az agyba, és kiszorítja a radioaktív marker molekulát az adenozin-receptorokról, és elképesztően hatékony. Az átlagos napi kávéfogyasztásból származó koffeinmennyiség (négy-öt csésze) elegendő az adenozin-receptorok körülbelül 50% -ának blokkolásához (3. ábra). Ezért feltételezhető, hogy a nagyobb mennyiségű kávé elsősorban kiváltja vagy fokozza azokat a mellékhatásokat, mint a pulzus felgyorsulása, a vérnyomás emelkedése vagy a remegés, de nem képesek tovább növelni a kognitív teljesítményt.
Ez azonban csak a koffein mennyiségének hirtelen növekedésére vonatkozik. Mivel van egy megszokási hatás:
Azok, akik sok kávét isznak, gyakran megváltoztatják a receptorok megkötő képességét, ezért nagyobb adag koffeinre van szükségük annak érdekében, hogy a stimuláló hatásokat hosszú távon állandóan tartsák.
3. ábra Kapcsolat a koffein koncentrációja a vérben és az A1 adenozin receptorok foglaltsága között az agyban. A négy csésze kávéban lévő koffein elegendő lehet az agy összes kötőhelyének felének elzárásához.
Évről évre ugyanaz az eljárás?
A koffein hatásának ezt a gyengülését fokozza, hogy az élet folyamán csökken az adenozin receptorok száma. Egy 36, 22 és 74 év közötti tesztelővel végzett vizsgálatban megvizsgáltuk az adenozin receptorok koncentrációját az agy különböző régióiban. Megállapították, hogy az agy számos régiójában z. Néha a detektálható receptorokban jelentős csökkenés volt tapasztalható (akár 34%). Az átlagos veszteség 23% volt, ami kb. 5% az élet évtizedében (4. ábra). Mindkét jelenség, az érzékenység változása és az adenozin-receptorok koncentrációjának csökkenése hozzájárul ahhoz, hogy a koffein hatása sok embernél megváltozik az élet folyamán. A stimuláló és az alvást késleltető hatások elhasználódnak, és néha akár meg is fordíthatók.
A 4. ábra a koffein kötődik az agy adenozin-receptoraihoz, különösen a mennyiségileg túlsúlyban lévő A1 altípushoz. Koncentrációja az élet évtizede alatt körülbelül 5% -kal csökken, ami gyengíti a koffein hatását.
Addicting koffein?
A stimuláló, nagy dózisokban akár stimuláló hatásra is szükség van, de a túl sok koffein káros hatásokkal is járhat. Ide tartoznak különösen az alvás-ébrenlét szabályozásának megzavarásából eredő alvási problémák. Néhány ember számára a krónikus kávéfogyasztás függőséghez vezet, amely akár elvonási tüneteket is okozhat, ha az „addiktív anyag” leáll. Feltételezhető, hogy ezeket a hatásokat elsősorban az A2A altípus közvetíti, amely közvetlenül kapcsolódik az agy dopaminerg jutalomrendszeréhez. Mindazonáltal megdöbbentő, hogy a koffein viszonylag alacsony függőség-potenciállal rendelkezik, bár a pozitívan tapasztalt és közvetlenül indukálható hatásoknak elméletileg ösztönözniük kell a függőség kialakulását. A koffein-függőség ezen "jóindulatú" formájának hátterében álló mechanizmusok tisztázása jelentősen hozzájárulhat a függőség-kutatáshoz.
Hamarosan kapható kávé?
Az asszociációs kéreg, mint a koffein fő cselekvési helye, egyben az agyi rész is, amelyben különösen észrevehető az agy rettegett szétesési folyamata: Alzheimer-kór. A legújabb epidemiológiai vizsgálatok szerint a hosszú távú és rendszeres kávéfogyasztás védelmet nyújthat a neurodegeneratív betegségek ellen. A koffein lehetséges neuroprotektív hatását azonban nem feltétlenül kell neuronreceptorokon keresztül közvetíteni. Az agyi erekben adenozin-receptorok is vannak, amelyek z. B. csökkenti az idegsejtek aktivitását iszkémiás körülmények között, és egyúttal javítja az érintett szövet vérellátását. Az Alzheimer-kór kialakulásához régóta vitattak vaszkuláris komponenst. Úgy tűnik, hogy itt kezdődik az ezeréves koffeintörténet új fejezete.
Pozitronemissziós tomográfia (PET)
A PET-rel a molekulák képei és a szervezet anyagcsere folyamatai, pl. B. az agyban, mennyiségileg ábrázolva és rögzítve. Erre a célra gyengén radioaktívan jelölt anyagokat juttatnak molekuláris próbaként a véráramba, amelyek képviselhetnek bizonyos fehérjéket vagy anyagcsere folyamatokat. A radioaktív jelet PET-eszközzel teszik láthatóvá, és komplex elemzési módszerekkel modellezik, hogy lehetséges legyen a célstruktúrák kvantitatív meghatározása.
Irodalom:
[1] Elmenhorst, D. és mtsai. (2012) J. Nucl. Med. 53, 1723-1729
[2] Meyer, PT és mtsai. [2006] Neurobiol. Öregedés. 1914-1924