Кофеїновий удар - ефект у мозку людини
Вплив на мозок людини
Кофеїн - найпоширеніша психоактивна речовина у світі. Він міститься як активний інгредієнт таких напоїв, як кава, чай та так звані енергетичні напої. Кофеїн може підвищити пильність і настороженість, зменшити сонливість і підвищити когнітивні показники. Його нейробіологічний ефект пояснюється антагонізуючими церебральними аденозиновими рецепторами. Лише недавно за допомогою методів молекулярної візуалізації стало можливим дослідити активні ділянки кофеїну безпосередньо в живому мозку людини.
Для основного виробника кофеїну, кавової рослини, він є захисним токсином проти комах. Згідно з легендою, пастухи козлів у королівстві Каффа, що на території теперішньої Ефіопії, вперше помітили, що кофеїн має більш приємний вплив на інші організми. Насолодившись червоними плодами кавового куща, їхні тварини були настільки жвавими, що вівчарі самі пробували фрукти, а потім перетворювали ніч на день. У 17 столітті кавове зерно - обсмажене, подрібнене та перероблене у чудовий дегустаційний напій - розпочало своє тріумфальне похід до Європи та всього відомого на той час світу. Кофеїн - найпоширеніша психоактивна речовина у світі сьогодні. Тим не менше, лише частково ясно, чому кофеїн має стимулюючий ефект і де
це створює цей ефект у мозку. З використанням сучасних процедур молекулярної візуалізації приходить
відповіді на ці запитання тепер ближчі.
Кофеїн блокує аденозинові рецептори
Описуючи, як діє кофеїн, основна увага приділяється гострим стимулюючим ефектам. Як неселективний антагоніст, кофеїн зв’язується з церебральними аденозиновими рецепторами. G-білкові рецептори аденозину (А1, А2А, А2В, А3) модулюють а.о. ефективність рецепторів численних нейромедіаторів - напр. B. шляхом зміни провідності для каналів K + і Ca 2+ - а також метаболізму клітин, впливаючи на активність аденілатциклази та фосфоліпази C. Тому аденозин слід класифікувати не як нейромедіатор, а як нейромодулятор, концентрація якого змінюється залежно від енергетичного стану клітин. Чим вище споживання енергії, тим більше збільшується концентрація аденозину, який також є продуктом розпаду АТФ (аденозинтрифосфату), важливого постачальника енергії до нервових та гліальних клітин.
Кофеїн блокує сигнал до сну
Інший ефект аденозину може бути пов’язаний із цим механізмом зворотного зв’язку: під час нефізіологічно тривалих періодів неспання концентрація аденозину в мозку поступово зростає, а потім знову зменшується за допомогою спокійного сну. Це спостереження призвело до гіпотези, що аденозин може бути ключовою речовиною для потреби у сні. Його ефект, що викликає сон, значною мірою опосередкований через підтип А1 рецепторів аденозину, який повсюдно, але не однорідно експресується в мозку. Кофеїн може ефективно пригнічувати цей механізм і тимчасово зменшувати потребу у сні. Це не тільки відповідає особистому сприйняттю багатьох любителів кави, але й може бути продемонстровано на основі типових змін мозкових хвиль в електроенцефалографії (ЕЕГ).
Популяція холінергічних нейронів в базальному передньому мозку має особливе значення для регуляції засинання. Клітини проектуються на великі ділянки неокортексу і, серед іншого, контролюють там. вхідна чутливість кортикальних нейронів. Аденозинові рецептори типу А1 розташовані на холінергічних проекційних нейронах, які значно збільшуються після тривалого періоду неспання або після недосипу. Нам вдалося підтвердити ці дані, отримані в ході досліджень на тваринах для людей, використовуючи методи молекулярної візуалізації. Цікаво, однак, було встановлено, що рецептор аденозину А1 у людини також був значно підвищений в інших, особливо неокортикальних, відділах мозку після недосипання. Таким чином, аденозин бере участь у регуляції гомеостатичного регулювання сну, тобто H. залежно від нервової активності та енергетичного обміну. Як результат, кофеїн впливає на відповідні для сну рецептори А1 як в базальному передньому мозку, так і в неокортексі і, таким чином, затримує сигнал сну.
Анатомія зв'язування кофеїну
Рис. 1 Позитронно-емісійний томограф (ПЕТ) у Дослідницькому центрі Юліха.
2. Ліва магнітно-резонансна томографія (МРТ) вигляду збоку голови досліджуваного. Середні аденозинові рецептори (світло-помаранчеві), місця зв'язування кофеїну розподіляються по всьому мозку, особливо у великому мозку, - це стає видимим тут за допомогою специфічної речовини-маркера [18F] CPFPX та PET. Відразу після введення кофеїну (тут 4,1 мг на кг ваги) рецептори аденозину більше не видно з ПЕТ, оскільки кофеїн витіснив маркерну речовину з рецепторів. VT - міра речовини-маркера.
Важлива доза
В експерименті учасникам дослідження внутрішньовенно вводили різні дози кофеїну. Вони відповідали звичайній кількості кофеїну, що міститься у двох-чотирьох чашках кави. Для кращої керованості експерименту кофеїн не пили, а вводили внутрішньовенно, що також дозволило пристосуватись до ваги досліджуваних і точно регулювати концентрацію кофеїну в крові.
ПЕТ-обстеження показали, що кофеїн потрапляє до мозку без будь-якої затримки, і там витісняє молекулу радіоактивного маркера з аденозинових рецепторів і що він надзвичайно ефективний. Кількість кофеїну від середнього щоденного споживання кави (чотири-п’ять склянок) достатньо для блокування близько 50% аденозинових рецепторів (рис. 3). Тому можна припустити, що більша кількість кави головним чином викликає або посилює побічні ефекти, такі як прискорення частоти серцевих скорочень, підвищення артеріального тиску або тремтіння, але вони не можуть додатково збільшити когнітивні показники.
Однак це стосується лише різкого збільшення кількості кофеїну. Оскільки існує ефект звикання:
Ті, хто п'є багато кави, часто змінюють зв'язуючу здатність рецепторів і тому потребують більшої дози кофеїну, щоб підтримувати стимулюючі ефекти постійними протягом довгого періоду.
Рис. 3 Зв'язок між концентрацією кофеїну в крові та зайнятістю рецепторів аденозину А1 у мозку. Кофеїну в чотирьох чашках кави може бути достатньо, щоб перекрити половину всіх місць зв’язку в мозку.
Така сама процедура з року в рік?
Це послаблення ефекту кофеїну посилюється тим, що кількість аденозинових рецепторів зменшується протягом життя. У дослідженні, в якому взяли участь 36 досліджуваних у віці від 22 до 74 років, ми вивчили концентрацію аденозинових рецепторів у різних регіонах мозку. Було встановлено, що у багатьох регіонах мозку z. Іноді спостерігалося значне зниження (до 34%) виявлених рецепторів. Середня втрата становила 23%, що відповідає приблизно 5% на десятиліття життя (рис. 4). Обидва явища, зміна чутливості та зменшення концентрації аденозинових рецепторів, сприяють тому, що вплив кофеїну у багатьох людей змінюється протягом життя. Ефекти стимулювання та уповільнення сну стираються, і іноді ефекти можуть бути навіть зміненими.
Рис. 4 Кофеїн зв’язується з аденозиновими рецепторами мозку, особливо кількісно переважаючим підтипом А1. Його концентрація зменшується приблизно на 5% за десятиліття життя, що послаблює дію кофеїну.
Вживання кофеїну?
Зазвичай передбачається стимулюючий ефект, який у великих дозах може навіть стимулювати, але занадто велика кількість кофеїну може також мати шкідливий вплив. Сюди, зокрема, належать проблеми зі сном, які виникають внаслідок порушення регуляції сну і неспання. Для деяких людей хронічне споживання кави призводить до залежності, яка навіть може спричинити симптоми абстиненції, коли “речовина, що викликає звикання”, припиняється. Можна припустити, що ці ефекти в основному опосередковуються через підтип A2A, який безпосередньо пов'язаний з дофамінергічною системою винагороди мозку. Тим не менш, вражає той факт, що кофеїн має відносно низький потенціал до звикання, хоча позитивно пережиті та безпосередньо індуковані ефекти теоретично повинні стимулювати розвиток звикання. З'ясування механізмів, що лежать в основі цієї специфічно "доброякісної" форми кофеїнової залежності, може зробити важливий внесок у дослідження наркоманії.
Кава незабаром за рецептом?
Кора асоціації, як основне місце дії кофеїну, є також тією частиною головного мозку, в якій особливо помітний страшний процес розпаду мозку: хвороба Альцгеймера. Нещодавні епідеміологічні дослідження показують, що тривале та регулярне вживання кави може захистити від нейродегенеративних захворювань. Однак можливий нейропротекторний ефект кофеїну не обов'язково повинен опосередковуватися за допомогою нейрональних рецепторів. Судини головного мозку також мають аденозинові рецептори, які z. Б. знижують активність нейронів в ішемічних умовах і одночасно покращують кровопостачання ураженої тканини. Судинний компонент вже давно обговорювали для генезу хвороби Альцгеймера. Тут, здається, починається новий розділ у тисячолітній історії кофеїну.
Позитронно-емісійна томографія (ПЕТ)
За допомогою ПЕТ зображення молекул та обмінні процеси в організмі, напр. Б. в мозку, відображається і реєструється кількісно. Для цього в кров вводять слабко радіоактивно мічені речовини у вигляді молекулярних зондів, які можуть представляти певні білки або метаболічні процеси. Радіоактивний сигнал робиться видимим за допомогою ПЕТ-пристрою та моделюється за допомогою складних методів аналізу, щоб можна було кількісно визначати цільові структури.
Література:
[1] Ельменхорст, Д. та ін. (2012) Дж. Нукл. Med. 53, 1723-1729
[2] Meyer, PT et al. [2006] Нейробіол. Старіння. 28, 1914-1924