Кава Повсякденний наркотик кофеїн - спектр науки
Кава: щоденний наркотик кофеїн
На роботі, в дорожньому русі або взагалі в ситуаціях, що ставлять високі вимоги до уваги та здатності реагувати, пильність є синонімом безпеки та ефективності. За допомогою певних активних інгредієнтів можна частково оволодіти природним ритмом неспання та сну, хоча часто виникають побічні ефекти.
Кофеїн є не тільки одним із найдавніших стимуляторів, але і одним з найефективніших і добре переносимих. Більшість з нас приймає його у вигляді чашки кави на сніданок щодня, щоб стряхнути останні шматочки втоми і прийти у форму протягом дня.
Як кофеїн надає цю стимулюючу дію та інші ефекти, тепер з’ясовано на фізіологічному рівні. Відповідно, він конкурує з ендогенною речовиною за свою стикувальну точку. Однак якщо воно чіпляється за нього, наслідки протилежні: замість того, щоб гальмувати, він надає активуючий ефект на важливий каскад сигналів та реакцій всередині клітини.
Також фармакологи вже давно цікавляться кофеїном. Тим часом вивчається, наскільки він підходить як компонент психостимуляторів для всіх тих професійних груп, для яких неспання є головним пріоритетом. Основною метою є пошук форми введення, яка гарантує тривалий час дії та дозволяє уникнути небажаних побічних ефектів. Неприємні наслідки кофеїну у високих дозах включають, перш за все, позиви до сечовипускання, а також серцебиття, тремор і нервозність. Тим часом був розроблений "кофеїн із повільним вивільненням", який оптимізує позитивні ефекти та значною мірою усуває негативні.
Тріумфальне просування квасолі з Аравії
Існує багато легенд навколо відкриття кави. За однією з них, вівчар в Ємені помітив, що його вівці потрапляють у незвичний стан збудження, як тільки вони їдять плоди конкретного гірського дерева. Про свої спостереження він повідомив ченця із сусіднього монастиря, який потім пішов збирати ягоди, сушив їх і робив із них настій, який давав пити своїм побратимам. Згодом у нічних молитвах вони були набагато наполегливішими та завзятішими.
Перші письмові свідчення про каву можна знайти в 9-11 століттях двома перськими лікарями: Разесом (865-923) та Авіценною (980-1037). В обох згадується тонік, що виник в Ємені. Експортним портом для кави була Аль Муха (сьогоднішня Мокка). Звідти квасоля через Джидду (в сучасній Саудівській Аравії) дісталася до Суецу, Єгипет, де їх завантажували на великі кораблі або галери. Потім в тюках по 150 кілограмів вони проїхали караванними маршрутами до Каїру чи Дамаску.
Розпродаж кави розпочався у Мецці, священному місті Ісламу та місці призначення для паломників-мусульман. Тут відкрилися перші кав'ярні. Напій потрапив до Туреччини в 16 столітті та Венеції в 1615 році. Потім грецькі, турецькі та вірменські торговці привезли його до Франції. У подарунок від турецького посла Соліман Афга кава потрапила у двір Людовика XIV у 1669 році.
Новий модний напій швидко поширився по Європі; Кав'ярні виникали в кожному великому місті. Бетховен також був одним із тих пристрасних любителів кави. Він був надзвичайно вимогливий до приготування: на чашку налічив рівно шістдесят зерен. Близько 1734 р. Бах написав свою "Каву Cantate"; Зрештою, колегіум музикум, який він керував, колись виступав у приміщенні кафе Лейпцига кафе Готфрід Ціммерманн. Пізніше Бальзак випивав до тридцяти чашок на день і присвятив обширний трактат каві та її ефектам.
Але були й негативні голоси. Прусський король Фрідріх Великий заявив у 1777 р., Що просочені кавою солдати не можуть виграти битви проти пивців. Під час війни того часу ейфорія, спричинена легким сп’янінням, була, можливо, кориснішою за надзвичайну ясність та настороженість; адже піхотинці мусили просуватися непохитно, незалежно від небезпеки бути скошеними наступним залпом.
Перше, на що звернули увагу, - це здатність кави відганяти втому. У той же час Дюфур повідомив, що напій, "споживаний тверезо, перетворюється на жовч у шлунку і гризе його. Тому щоранку біля воріт кав'ярень можна побачити безліч продавців бісквітів та інших кондитерських виробів". Однак торговець також заявив, що "кава чудово підтримує перше травлення. Перше травлення - це перетворення їжі в шлунку в білу рідку речовину, що називається чиле або молочний сік".
Молекула пробудження
Кава згубно впливає на травлення чи ні? І як він продовжує стан неспання? Тільки сучасні дослідження дали відповіді на ці питання. Зокрема, вони показали, що кава - це суміш дуже різних компонентів, які по-різному впливають на організм. Він містить мінеральні солі, сахариди (цукор), білки, ліпіди (жирні речовини) та вітаміни. Але найактивнішим інгредієнтом є кофеїн.
3 жовтня 1819 р. "Молодий хімік Рунге" відвідав Гете в Єні. Після обговорень щодо отрут у рослинах, Фрідліб Фердинанд Рунге (1794-1867) згодом згадує: "Він (Гете) передав мені коробку кавових зерен, яку грек надіслав йому як щось дуже відмінне.› Ви також можете додати це до свого Потрібні розслідування! ‹Сказав Гете. Він мав рацію, бо незабаром після цього я виявив у ньому кофеїн, який прославився високим вмістом азоту". Безбарвна речовина, розчинна у воді та спирті, яку Рунге отримує низкою дистиляцій, є алкалоїдом - представником класу природних рослинних речовин, до складу якого також входить нікотин у тютюні, теобромін у какао та теофілін. належать до чаю.
За часів etете кава все ще була предметом розкоші, який могли дозволити собі лише заможні, сьогодні вона стала повсякденним напоєм. Щодня по всьому світу споживається мільярд чашок. Кожен з них містить близько ста міліграмів кофеїну - відносно постійна доза, незалежно від того, п’єте ви еспресо чи фільтруючу каву. Харчова промисловість також використовує стимулятор. Ось як додаються напої кола та «енергетичні напої»: вміст кофеїну в одному літрі відповідає вмісту в чашці кави. Речовина міститься також у шоколадних плитках; вони складають приблизно п’яту частину цього в чашці кави. До речі, численні ліки також містять кофеїн. Особливо це стосується засобів проти мігрені, болю та лихоманки. Максимальна кількість у такій таблетці відповідає вмісту однієї чашки кави.
«Прихований» кофеїн не позбавлений проблем і для дітей. Три банки кола і три плитки шоколаду містять еквівалент двох чашок кави. Дитина вагою тридцять кілограмів таким чином досягає концентрації семи міліграмів кофеїну на кілограм ваги. Для такого ж високого рівня дорослій людині потрібно від чотирьох до шести чашок кави. Тож не дивно, коли така дитина має проблеми зі сном.
Циркуляція проміжної станції крові
Всмоктування кофеїну відбувається частково в шлунку, але переважно в кишечнику. Потім кров розносить речовину до різних органів. Наскільки швидко кофеїн засвоюється організмом, багато в чому залежить від вмісту шлунку. Значна їжа займає кілька годин, щоб переварити і перейти в кишечник. Це також збільшує час перебування кави в шлунку, а кофеїн засвоюється повільніше. Таким же ефектом, хоча і в меншій мірі, є додавання молока; оскільки молоко лужне і багате білками, галактозою та жирами, що також уповільнює спорожнення шлунка. З подібних причин молекула затримується, коли вона потрапляє разом з газованими напоями замість чаю або кави.
Потрапляючи у вени, кофеїн досягає органів та нервової системи менш ніж за п’ять хвилин. Однак приблизно третина кількості плазми крові зв’язується з білками, такими як альбумін, і залишається неактивною. У людей похилого віку в крові менше білків, оскільки білковий обмін у них повільніший: печінка більше не виробляє стільки білків, а нирки пропускають через них більше. Тому відсоток вільного кофеїну в крові цих людей вищий, а стимулюючий ефект відповідно сильніший.
Наскільки сильно діє препарат, залежить також від того, як швидко він знову розщеплюється. Розпад відбувається в печінці, де ферменти виводять з молекули метильні групи, які надають їй активність. Як правило, кількість кофеїну в крові зменшиться вдвічі приблизно через чотири години.
Активність ферментів, що розкладають в печінці, залежить від людини і залежить також від різних факторів навколишнього середовища. Він збільшується за рахунок поліциклічних вуглеводнів, що містяться в сигаретному димі. Тому курці виводять кофеїн швидше. Деякі ліки також містять речовини, які стимулюють ферменти печінки і тим самим прискорюють розпад препарату.
І навпаки, деякі гормони, такі як естрадіол, які містяться в протизаплідних таблетках, поводяться: вони знижують активність ферментів. Вони також розщеплюються цими ферментами, так що вони займають ту частину, яка згодом стає недоступною для кофеїну. Тому він довше залишається в крові. З тієї ж причини одна чашка кави іноді може спрацювати на цілий день у вагітних. Крім того, кофеїн, який дуже легко дифундує у всі тканини, має однакову концентрацію в крові матері та плоду. Можна лише порадити вагітним жінкам якомога більше уникати вживання кави.
Перш ніж описувати ефекти кофеїну більш докладно, я хотів би коротко зупинитися на очевидному негативному впливі, який йому іноді приписують і який Дюфур також згадав у вищезазначеній цитаті. Іноді складається враження, що занадто багато кави протягом дня впливає на травлення і викликає печію. Однак у цьому не можна звинувачувати кофеїн; оскільки ті ж симптоми виникають і з кавою без кофеїну. Кава - це складна суміш сотень речовин, деякі з яких діють на травну систему. Зокрема, вони спричиняють скорочення жовчного міхура, виведення підшлункового соку та збільшення концентрації травних гормонів холецистокініну та гастрину. Останній стимулює секрецію шлункової кислоти та активізує шлунково-кишкові рухи, що може призвести до закислення та рефлюксу в стравоході. Кофеїн не бере участь.
Втручання в центральний каскад сигналів
Але які справжні наслідки кофеїну і як він їх викликає? Існує один основний механізм, за допомогою якого препарат впливає на всі види органів і тканин: він прикріплюється до місць стикування аденозину. Ця невелика молекула, всюдисуща в організмі, утворюється скрізь, де використовується внутрішній клітинний носій енергії аденозинтрифосфат (АТФ), який є продуктом розпаду. Коли аденозин стикується з його рецепторами, він пригнічує фермент аденилатциклазу. Якщо замість цього кофеїн приєднується до тих самих рецепторів, це має протилежний ефект: активується аденилатциклаза. Як результат, це запускає утворення хімічної речовини-речовини cAMP (циклічний аденозинмонофосфат), який, у свою чергу, активує так звані протеїнкінази.
Цей каскад сигналів має різні наслідки в різних тканинах. У м’язах протеїнкінази впливають на скорочення волокон. Однак тип ефекту залежить від конкретного типу м’язів. М’язові волокна в стінках судин змушені стискатися. Це підвищує кров'яний тиск. З іншого боку, м’язи стінок бронхіальних судин розширюються; це бронходилатація полегшує процес дихання.
Кофеїн також посилює метаболізм жирів. ЦАМФ, синтез якого він запускає, зв'язуючись з аденозиновими рецепторами, а саме стимулює ліпази, тобто ферменти, що розщеплюють жир. Вони перетворюють його на багаті енергією продукти обміну речовин, що представляє додаткову можливість для виробництва енергії - крім споживання цукру та розщеплення глікогену, запас цукру в організмі.
Як результат, кофеїн також має «допінгові» властивості. Докази були надані експериментами, в яких випробовуваних, що сиділи, просили потримати на повітрі тягар, прикріплений до щиколотки, витягнувши ноги. Часу, коли їм це вдалося, було на добрі 15 відсотків довше, якщо вони випили три-чотири чашки кави годиною раніше.
З цієї причини спортсмени також вважають кофеїн допінгом, який збільшує дихальну здатність та витривалість. Однак, щоб потрапити на руки, потрібно випивати більше п’яти чашок кави на день. Команда голландського триатлоніста та велосипедиста Аскер Джекендруп, який викладає фізіологічні вправи та харчування для спортсменів у Бірмінгемському університеті, визначила переваги різних заходів на віртуальному велосипедному курсі довжиною понад сорок кілометрів. За його комп’ютерним моделюванням, вправи все ще є найефективнішими: вони зменшують час на одну-сім хвилин. Кілька хвилин також можна отримати за аеродинамічно вигідного положення. Але навіть кофеїн у помірних дозах приносить від 55 до 84 секунд, тоді як тривале перебування на висоті займає лише близько 30 секунд для підготовки.
Звужуючи кровоносні судини, кофеїн також зменшує приплив крові до мозку і, отже, його надходження глюкози. Мозок надзвичайно чутливий до гіпоглікемії, тобто зниження рівня цукру в крові нижче норми. Задовго до того, як м'язи помітять цей дефіцит енергії, виникають головні болі, піт, запаморочення або навіть непритомність. Кофеїн посилює вплив гіпоглікемії на мозок, завдяки чому сигнали тривоги стають рано. Тому рекомендується людям, яким загрожує гіпоглікемія, приймати препарат у помірних дозах - особливо тим, хто приймає протидіабетичні препарати.
Що спричиняє діуретичну дію кофеїну? Зрештою, це опосередкований ефект, заснований на скороченні стінок посудини. У відповідь на підвищення артеріального тиску нирки збільшують швидкість фільтрації, тим самим зменшуючи об’єм крові. При трьох чашках кави за дві години кількість сечі збільшується на тридцять відсотків.
Але тепер ми підійшли до найважливішої властивості кофеїну: його здатності не давати вам спати. Цей ефект також заснований на його зв'язуванні з аденозиновим рецептором. Його роль у сні вивчається більше століття. У 1912 році фізіологи Рене Лежандр та Анрі П'єрон кілька днів тримали собак штучно не сплячими. Потім вони взяли спинномозкову рідину (liquor cerebro-spinalis) і ввели її в мозок щойно пробуджених тварин. Вони одразу ж знову заснули. Згідно з цим, речовини накопичуються в мозку, коли вони не сплять, які як би грають у "пісочників". З 1970-х років стає все більше доказів того, що однією з цих речовин є аденозин.
Регулювання потреби у сні
Доказом цього стали 1997 року Тар’я Поркка-Хейсканен та її колеги з Гельсінського університету. Вони дозволяють кішкам безперервно гратися годинами, не даючи їм заснути. Одночасно вони вимірювали концентрацію аденозину в мозку за допомогою зондів, які вони ввели через череп. Це неухильно зростало, тоді як коти у своєму штучному неспанні з години в годину ставали дедалі втомленішими. Однак, як тільки тварини заснули, воно знову потонуло.
Чим довше людина не спить, тим більше аденозину накопичується в мозку: він утворює своєрідний «сигнал втоми». Дедалі більше насичуючи свої рецептори, він дедалі більше пригнічує аденилатциклазу, завдяки чому продукція цАМФ стабільно зменшується. Потім різні молекулярні каскади викликають критичні зміни в центрах неспання та сну і перекидають рівновагу з неспання на сон.
Тому аденозин є високоефективним регулятором потреби у сні. Оскільки воно накопичується в мозку, коли ми не спимо, чим довше ми не спимо, тим більше втомлюємось. Потім він виділяється і споживається знову під час сну. Оскільки кофеїн діє як антагоніст аденозину, його можна розглядати як засіб проти втоми. Коли він зв’язується з аденозиновими рецепторами, він активує аденилатциклазу, запускаючи молекулярні каскади, що продовжують неспання. Тим самим він діє як стимулятор.
Іноді пілоти чергують протягом тривалого часу - наприклад, на далеких рейсах, які тривають від 10 до 15 годин і яким передує великий час підготовки. Вони повинні постійно мати ясну голову. У дослідницькому проекті з Дідьє Лагардом та Морісом Бомоном з військової служби охорони здоров’я у Бретіньї-сюр-Орже та Франсуазою Шаффар з дослідницького центру Нестле в Лозанні ми, таким чином, досліджували поведінку пілотів протягом довгого часу неспання та досліджували вплив кофеїну. Ми хотіли з’ясувати, як отримати користь від позитивних ефектів, не піддаючись негативним, які іноді виникають, особливо при високих дозах. Як згадувалося на початку, такі небажані побічні ефекти споживання кави включають, крім діуретичного ефекту, перш за все такі явища, як серцебиття, тремор і нервозність.
У нашому проекті ми випробували різні способи введення кофеїну. Тож ми розглянули "кофеїн із повільним вивільненням". 300 міліграмів чистої речовини упаковано в желатинові капсули, а зв’язуючий агент гарантує, що діюча речовина лише поступово викидається в кишечник і кров. Таким чином, концентрація кофеїну розподіляється більш рівномірно протягом довших періодів часу. Це означає, що він залишається вище порогу ефективності набагато довше. Це значення, яке в середньому підтримує стан неспання. У той же час уникаються побічні ефекти, які в основному виникають внаслідок різкого збільшення концентрації.