Cafeaua Cofeina de zi cu zi - spectrul științei

Cafea: cofeina de zi cu zi

La locul de muncă, în trafic sau în general în situații care solicită atenție și capacitatea de a reacționa, vigilența este sinonimă cu siguranța și performanța. Cu anumite ingrediente active, se poate stăpâni parțial ritmul natural de trezire și somn, deși apar adesea efecte secundare.

Cofeina nu este doar unul dintre cei mai vechi stimulanți, ci și unul dintre cei mai eficienți și bine tolerați. Cei mai mulți dintre noi o luăm sub formă de ceașcă de cafea la micul dejun în fiecare zi pentru a scutura ultimele bucăți de oboseală și pentru a ne forma în fiecare zi.

Modul în care cofeina exercită acest efect stimulant și alte efecte a fost clarificat acum la nivel fiziologic. În consecință, concurează cu o substanță endogenă pentru punctul său de andocare. Dacă se agață de el, totuși, consecințele sunt opuse: în loc să o inhibe, are un efect de activare asupra unui semnal important și a unei cascade de reacție în interiorul celulei.

Farmacologii sunt interesați și de cofeină de mult timp. Între timp, se examinează în ce măsură este adecvat ca o componentă a psiho-stimulanților pentru toate acele grupuri profesionale pentru care a fi treaz este o prioritate absolută. Scopul principal este de a găsi o formă de administrare care să garanteze o durată lungă de acțiune și să evite efectele secundare nedorite. Consecințele neplăcute ale cofeinei în doze mari includ, mai ales, dorința de a urina, dar și palpitații, tremurături și nervozitate. Între timp, a fost dezvoltată o „cofeină cu eliberare lentă” care optimizează efectele pozitive și elimină în mare măsură cele negative.

Avans triumfător al unei fasole din Arabia

Există multe legende în jurul descoperirii cafelei. Potrivit unuia, un cioban din Yemen a observat că oile sale au intrat într-o stare de emoție neobișnuită imediat ce au mâncat fructul unui anumit copac de munte. El și-a raportat observația unui călugăr de la mănăstirea vecină, care apoi a mers să culeagă boabele, le-a uscat și le-a făcut o infuzie, pe care a dat-o să bea băieții săi. Ulterior, în rugăciunile nocturne, erau mult mai persistenți și mai zeloși.

Primele dovezi scrise despre cafea pot fi găsite în secolele IX și XI de către doi medici persani: Rhazes (865-923) și Avicenna (980-1037). Ambele menționează un tonic originar din Yemen. Portul de export pentru cafea a fost Al Mukha (Mocha de astăzi). De acolo, fasolea a ajuns în Suez în Egipt prin Jeddah (în Arabia Saudită de astăzi), unde au fost încărcate pe nave mari sau galere. În baloți de 150 de kilograme au luat apoi rutele caravanei către Cairo sau Damasc.

Vânzările de cafea au început în Mecca, orașul sfânt al Islamului și o destinație pentru pelerinii musulmani. Aici s-au deschis primele cafenele. Băutura a venit în Turcia în secolul al XVI-lea și Veneția în 1615. Negustorii greci, turci și armeni l-au adus apoi în Franța. Ca dar al ambasadorului turc Soliman Afga, cafeaua și-a găsit drumul în curtea lui Ludovic al XIV-lea în 1669.

Noua băutură de modă s-a răspândit rapid în toată Europa; În fiecare oraș mare au apărut cafenele. Beethoven a fost, de asemenea, unul dintre acei băutori pasionați de cafea. Era extrem de pretențios la preparat: număra exact șaizeci de fasole pentru o ceașcă. În jurul anului 1734 Bach și-a scris „Coffee Cantate”; La urma urmei, Collegium Musicum, pe care l-a regizat, obișnuia să cânte în incinta cafetierului din Leipzig, Gottfried Zimmermann. Mai târziu, Balzac a băut până la treizeci de căni pe zi și a dedicat un tratat extins cafelei și efectelor sale.

Dar au existat și voci negative. Regele prusac Frederic cel Mare a declarat în 1777 că soldații înmuiați în cafea nu puteau câștiga lupte împotriva băutorilor de bere. În războiul din acea vreme, euforia cauzată de o ușoară intoxicație a fost poate mai utilă decât claritatea și vigilența extreme; căci infanteriștii trebuiau să avanseze în continuare, indiferent de pericolul de a fi tundut de următoarea voleu.

Primul lucru observat a fost capacitatea cafelei de a alunga oboseala. În același timp, Dufour a raportat că băutura, "când este consumată sobră, se transformă în bilă în stomac și o roade. Prin urmare, în fiecare dimineață vedeți o mulțime de biscuiți și alți vânzători de patiserie la porțile cafenelelor" Comerciantul a mai afirmat, totuși, că "cafeaua susține prima digestie într-un mod minunat. Prima digestie este transformarea alimentelor din stomac într-o substanță albă, lichidă numită chyle sau suc lăptos".

Molecula trezirii

Cafeaua are sau nu un efect nociv asupra digestiei? Și cum prelungește starea de veghe? Doar studiile moderne au oferit răspunsuri la aceste întrebări. În special, au descoperit că cafeaua este un amestec de componente foarte diferite care influențează organismul în moduri diferite. Conține săruri minerale, zaharide (zahăr), proteine, lipide (substanțe grase) și vitamine. Dar cel mai activ ingredient este cofeina.

La 3 octombrie 1819, „tânărul chimist Runge” l-a vizitat pe Goethe la Jena. După discuții despre otrăvurile din plante, Friedlieb Ferdinand Runge (1794-1867) își amintește mai târziu, „el (Goethe) mi-a înmânat o cutie cu boabe de cafea pe care un grec i-a trimis-o ca fiind ceva foarte excelent.› Puteți adăuga și aceasta la a voastră Investigațiile au nevoie! ”, A spus Goethe. A avut dreptate, pentru că la scurt timp după aceea am descoperit cofeina din ea, care a devenit atât de renumită pentru conținutul său ridicat de azot”. Substanța incoloră, solubilă în apă și alcool, pe care Runge a obținut-o printr-o serie de distilări, este un alcaloid - un membru al clasei de substanțe vegetale naturale, care include și nicotină în tutun, teobromină în cacao și teofilină aparțin ceaiului.

Pe vremea lui Goethe, cafeaua era încă un obiect de lux pe care numai cei bogați și-l puteau permite, astăzi a devenit o băutură de zi cu zi. În fiecare zi se consumă un miliard de cupe în întreaga lume. Fiecare dintre ele conține aproximativ o sută de miligrame de cofeină - o doză relativ constantă, indiferent dacă beți espresso sau cafea de filtru. De asemenea, industria alimentară folosește stimulentul. Așa se adaugă băuturile cola și „băuturile energizante”: Conținutul de cofeină de un litru corespunde cu cel al unei cești de cafea. Substanța se găsește și în batoanele de ciocolată; sunt cam o cincime din asta într-o ceașcă de cafea. De altfel, numeroase medicamente conțin și cofeină. Acest lucru este valabil mai ales pentru remedii pentru migrene, durere și febră. Cantitatea maximă într-o astfel de tabletă corespunde conținutului unei căni de cafea.

Cofeina „ascunsă” nu este lipsită de probleme pentru copii. Trei cutii de cola și trei batoane de ciocolată conțin echivalentul a două căni de cafea. Un copil care cântărește treizeci de kilograme atinge astfel o concentrație de șapte miligrame de cofeină pe kilogram de greutate corporală. Pentru niveluri la fel de ridicate, un adult are nevoie de patru până la șase căni de cafea. Așadar, nu este de mirare când un astfel de copil are probleme cu somnul.

Circulația sângelui stației intermediare

Absorbția cofeinei are loc parțial în stomac, dar în principal în intestin. Sângele transportă apoi substanța către diferitele organe. Cât de repede cofeina este absorbită de organism depinde în mare măsură de conținutul stomacului. O masă substanțială durează câteva ore pentru a digera și a trece la intestine. Acest lucru mărește, de asemenea, timpul în care cafeaua rămâne în stomac, iar cofeina este absorbită mai lent. Adăugarea de lapte are același efect, deși într-o măsură mai mică; deoarece laptele este alcalin și bogat în proteine, galactoză și grăsimi, ceea ce încetinește și golirea stomacului. Din motive similare, molecula este întârziată atunci când este ingerată cu băuturi carbogazoase în loc de ceai sau cafea.

Odată ajuns în vene, cofeina ajunge la organe și la sistemul nervos în mai puțin de cinci minute. Cu toate acestea, aproximativ o treime din cantitatea din plasma sanguină este legată de proteine precum albumina și rămâne inactivă. Persoanele în vârstă au mai puține proteine în sânge, deoarece metabolismul acestora este mai lent: ficatul nu mai produce atât de multe proteine, iar rinichii lasă să treacă mai multe dintre ele. Prin urmare, proporția de cofeină liberă din sângele acestor persoane este mai mare și efectul stimulator este în mod corespunzător mai puternic.

Cât de puternic funcționează medicamentul depinde și de cât de repede este descompus din nou. Defalcarea are loc în ficat, unde enzimele îndepărtează grupările metil din molecula care îi conferă activitatea. În general, cantitatea de cofeină din sânge se va înjumătăți după aproximativ patru ore.

Activitatea enzimelor degradante din ficat variază de la persoană la persoană și depinde, de asemenea, de diverși factori de mediu. Este crescută de hidrocarburile policiclice conținute în fumul de țigară. Prin urmare, fumătorii elimină mai repede cofeina. Anumite medicamente conțin, de asemenea, substanțe care stimulează enzimele hepatice și astfel accelerează descompunerea medicamentului.

În schimb, anumiți hormoni, cum ar fi estradiolul, care sunt conținuți în pastilele anticoncepționale, se comportă: reduc activitatea enzimelor. De asemenea, acestea sunt descompuse de aceste enzime, astfel încât acestea să ocupe o parte din ea care nu mai este disponibilă pentru cofeină. Prin urmare, aceasta rămâne în sânge mai mult timp. Din același motiv, o singură ceașcă de cafea poate funcționa uneori o zi întreagă la femeile însărcinate. În plus, cofeina, care se difuzează foarte ușor în toate țesuturile, are aceeași concentrație în sângele mamei și al fătului. Se poate sfătui doar femeile însărcinate să evite cât mai mult să bea cafea.

Înainte de a descrie acum mai detaliat efectele cofeinei, aș dori să analizez pe scurt un efect negativ aparent care i se atribuie ocazional și pe care Dufour l-a menționat și în citatul de mai sus. Uneori ai impresia că prea multă cafea în timpul zilei afectează digestia și provoacă arsuri la stomac. Cu toate acestea, acest lucru nu poate fi pus pe seama cofeinei; deoarece aceleași simptome apar și cu cafeaua decofeinizată. Cafeaua este un amestec complex de sute de substanțe, dintre care unele acționează asupra sistemului digestiv. În special, acestea provoacă o contracție a vezicii biliare, excreția sucului pancreatic și o creștere a concentrației hormonilor digestivi colecistokinina și gastrina. Acesta din urmă stimulează secreția de acid gastric și activează mișcarea gastro-intestinală, care poate duce la acidifiere și reflux în esofag. Cofeina nu este implicată.

Intervenție într-o cascadă de semnal central

Dar care sunt efectele reale ale cofeinei și cum le provoacă? Există un mecanism principal prin care medicamentul afectează tot felul de organe și țesuturi: se atașează la locurile de andocare pentru adenozină. Această mică moleculă, omniprezentă în organism, se formează oriunde se folosește purtătorul de energie intern al celulei adenozin trifosfat (ATP), din care este produsul de descompunere. Când adenozina se atasează pe receptorii săi, aceasta inhibă enzima adenilat ciclază. Dacă cofeina se atașează la aceiași receptori în schimb, are efectul opus: se activează adenilat ciclaza. Ca urmare, declanșează formarea substanței chimice mesagere AMPc (adenozin monofosfat ciclic), care la rândul său activează așa-numitele proteine kinaze.

Această cascadă de semnal are consecințe diferite în diferite țesuturi. La mușchi, protein kinazele influențează contracția fibrelor. Cu toate acestea, tipul de efect depinde de tipul de mușchi în cauză. Fibrele musculare din pereții vaselor de sânge sunt contractate. Aceasta crește tensiunea arterială. Pe de altă parte, mușchii din pereții vaselor bronșice se extind; această bronhodilatație ușurează respirația.

Cofeina stimulează, de asemenea, metabolismul grăsimilor. AMPc, a cărui sinteză se pune în mișcare prin legarea de receptorii adenozinici, și anume stimulează lipazele, adică enzimele care descompun grăsimile. Acestea îl transformă în produse metabolice bogate în energie, ceea ce reprezintă o posibilitate suplimentară pentru producerea de energie - în afară de consumul de zahăr și descompunerea glicogenului, rezerva de zahăr a organismului.

Ca urmare, cofeina are și proprietăți de „dopaj”. Dovezile au fost furnizate prin experimente în care subiecților testați așezați li s-a cerut să țină o greutate atașată la gleznă în aer, cu picioarele întinse. Timpul în care au reușit să facă acest lucru a fost cu 15 la sută mai lung dacă ar fi băut trei-patru căni de cafea cu o oră mai devreme.

Din acest motiv, sportivii consideră, de asemenea, cofeina un agent dopant care crește capacitatea de respirație și rezistența. Cu toate acestea, pentru a fi prins în flagrant, trebuie să bei mai mult de cinci căni de cafea într-o zi. Echipa triatletului și ciclistului olandez Asker Jeukendrup, care predă fiziologia exercițiilor fizice și nutriția sportivilor de la Universitatea din Birmingham, a determinat beneficiile diferitelor măsuri pe un curs virtual de biciclete de peste patruzeci de kilometri. Potrivit simulării sale pe computer, exercițiul este în continuare cel mai eficient: îmbunătățește timpul cu unu până la șapte minute. Câteva minute pot fi obținute și cu o poziție favorabilă aerodinamic. Dar chiar și cofeina în doze moderate aduce 55 până la 84 de secunde, în timp ce o ședere mai lungă la altitudine durează doar 30 de secunde ca pregătire.

Prin restrângerea vaselor de sânge, cofeina reduce, de asemenea, fluxul de sânge către creier și, astfel, furnizarea acestuia de glucoză. Creierul este extrem de sensibil la hipoglicemie, adică scăderea nivelului zahărului din sânge sub valorile normale. Cu mult înainte ca mușchii să observe acest deficit de energie, apar dureri de cap, transpirații și amețeli sau chiar leșin. Cofeina crește efectele hipoglicemiei asupra creierului, astfel încât semnalele de alarmă să se stabilească devreme. Prin urmare, se recomandă ca persoanele cu risc de hipoglicemie să ia medicamentul în doze moderate - în special cele care iau medicamente antidiabetice.

Ce cauzează efectele diuretice ale cafeinei? În cele din urmă, este un efect indirect bazat pe contracția pereților navei. Ca răspuns la creșterea tensiunii arteriale, rinichii cresc rata de filtrare, reducând astfel volumul de sânge. Cu trei căni de cafea în două ore, cantitatea de urină crește cu treizeci la sută.

Dar acum ajungem la cea mai importantă proprietate a cofeinei: capacitatea sa de a vă menține treaz. Acest efect se bazează, de asemenea, pe legarea sa de receptorul de adenozină. Rolul său în somn a fost explorat de peste un secol. În 1912, fiziologii René Legendre și Henri Piéron au ținut câinii treji artificial timp de câteva zile. Au luat apoi lichid cefalorahidian (lichior cerebro-spinalis) de la ei și l-au injectat în creierul animalelor care tocmai fuseseră trezite. Au adormit imediat din nou. Potrivit acestui fapt, substanțele se acumulează în creier atunci când sunt treji, care joacă parcă „bărbați de nisip”. Începând cu anii 1970, există dovezi din ce în ce mai mari că una dintre aceste substanțe este adenozina.

Reglarea nevoii de somn

Dovada acestui lucru a fost furnizată în 1997 de Tarja Porkka-Heiskanen și colegii ei de la Universitatea din Helsinki. Lasă pisicile să se joace continuu ore întregi, împiedicându-le să adoarmă. În același timp, au măsurat concentrația de adenozină din creier folosind sonde pe care le-au introdus prin craniu. Acest lucru a crescut constant, în timp ce pisicile în veghe artificială au devenit din ce în ce mai obosite din oră în oră. Totuși, de îndată ce animalele au adormit, s-a scufundat din nou.

Cu cât este mai treaz, cu atât se acumulează mai mult adenozină în creier: formează un fel de „semnal de oboseală”. Prin saturarea tot mai mare a receptorilor săi, inhibă adenilat ciclaza din ce în ce mai mult, astfel încât producția de AMPc scade constant. Diverse cascade moleculare provoacă apoi schimbări critice în centrele de veghe și somn și răstoarnă echilibrul de la veghe la somn.

Prin urmare, adenozina este un regulator extrem de eficient al nevoii de somn. Deoarece se acumulează în creier când suntem treji, cu cât rămânem treji mai mult cu atât obosim. Apoi este eliberat și consumat din nou în timpul somnului. Deoarece cofeina acționează ca un antagonist al adenozinei, poate fi privită ca un agent anti-oboseală. Când se leagă de receptorii adenozinici, activează adenilat ciclaza, declanșând cascade moleculare care prelungesc starea de veghe. Prin urmare, acționează ca un stimulent.

Uneori, piloții sunt de serviciu pentru o lungă perioadă de timp - de exemplu, pe zborurile de lungă distanță care durează 10 până la 15 ore și care sunt precedate de timpi de pregătire extinse. Trebuie să aibă tot timpul capul limpede. Într-un proiect de cercetare cu Didier Lagarde și Maurice Beaumont de la serviciul militar de sănătate din Brétigny-sur-Orge și Françoise Chauffard de la Centrul de cercetare Nestlé din Lausanne, am investigat, prin urmare, comportamentul piloților în perioadele de veghe îndelungate și am cercetat efectele cofeinei. Am vrut să aflăm cum să beneficiem de efectele pozitive fără a fi expuși la cele negative care apar ocazional, în special cu doze mari. După cum sa menționat la început, astfel de efecte secundare nedorite ale consumului de cafea includ, pe lângă efectul diuretic, mai presus de toate fenomenele precum palpitații, tremurături și nervozitate.

În proiectul nostru am testat diferite moduri de administrare a cofeinei. Așa că ne-am uitat la o „cofeină cu eliberare lentă”. 300 de miligrame de substanță pură sunt ambalate în capsule de gelatină, iar un agent de legare asigură faptul că ingredientul activ este eliberat doar treptat în intestin și sânge. Concentrația de cofeină este astfel distribuită mai uniform pe perioade mai lungi de timp. Aceasta înseamnă că rămâne peste pragul de eficiență mult mai mult timp. Aceasta este valoarea care, în medie, menține starea de treaz. În același timp, sunt evitate efectele secundare care rezultă în principal dintr-o creștere bruscă a concentrației.