Właściwości biologiczne kofeiny

Poniżej opisany został wpływ kofeiny na ludzki organizm, jako izolowanego związku chemicznego. Właściwości te wielokrotnie nie pokrywają się z działaniem napojów zawierających ten związek (kawy, herbaty etc.). Należy bowiem pamiętać, że posiadają one jednocześnie różne alkaloidy purynowe, jak również zupełnie inne substancje (metabolity kofeiny, polifenole), które wywierają własne działanie biologiczne, a także mogą niwelować poszczególne właściwości kofeiny.

Do właściwości samej kofeiny należy dodać wpływ działania jej metabolitów. Paraksantyna zwiększa lipolizę prowadząc do wzrostu stężenia glicerolu i wolnych kwasów tłuszczowych we krwi, które spalane są dalej przez mięśnie. Teobromina rozszerza naczynia krwionośne, zwiększając ukrwienie i dotlenienie tkanek oraz przepływ krwi przez nerki, a co za tym idzie zwiększa wielkość diurezy. Teofilina jest związkiem zwiotczającym. Rozkurcza mięśnie gładkie naczyń krwionośnych i oskrzeli.

Należy zawsze pamiętać, że każdy człowiek posiada indywidualną, genetycznie uwarunkowaną wrażliwość na działanie kofeiny, związaną z tempem jej metabolizmu oraz wpływem na docelowe komórki tkanek obwodowych.

Właściwości biologiczne kofeiny

Układ nerwowy

Kofeina pobudza przede wszystkim wyższe ośrodki nerwowe, takie jak kora mózgowa. W bardzo dużych dawkach może wpływać także na rdzeń kręgowy. Działanie kofeiny na komórki nerwowe polega na zwiększaniu wydzielania neuroprzekaźników, takich jak: dopamina, noradrenalina, adrenalina, acetylocholina i serotonina.

Wpływ kofeiny na układ nerwowy:
- pobudzenie ośrodkowego układu nerwowego (blokowanie receptorów adenozynowych),
- wzrost koncentracji i uwagi,
- wzrost sprawności myślenia i nauki,
- poprawa koordynacji ruchowej,
- przyspieszenie toku myślowego,
- zmniejszeniu uczucia zmęczenia psychicznego i fizycznego,
- poprawienie nastroju i odczuwanie przyjemności (poprzez wydzielanie dopaminy),
- pobudza ośrodki wegetatywne układu oddechowego i naczynioruchowego,
- pobudza nerw błędny.

Działanie na układ krążenia

Kofeina wpływa na układ sercowo-naczyniowy, poprzez wpływ na ciśnienie tętnicze krwi oraz częstość rytmu serca. Wbrew powszechnie panującej opinii kofeina nie podnosi, a nawet obniża ciśnienie tętnicze krwi dzięki zmniejszeniu napięcia mięśni gładkich naczyń krwionośnych. Jednocześnie poprzez wydzielanie adrenaliny zwiększa częstość uderzeń serca na minutę, co może wywoływać uczucie pobudzenia. Przyjmowanie kofeiny nie ma znaczenia u osób z nadciśnieniem. Sama kofeina nie wpływa również na gospodarkę lipidową organizmu, czyli jeden z głównych czynników ryzyka chorób sercowo-naczyniowych. Działanie to zależy od rodzaju i sposobu produkcji samej kawy i wynika z właściwości innych związków w niej zawartych.

Wpływ na tkankę tłuszczową

Kofeina przyspiesza przemianę materii, działa termogenicznie oraz pobudza spalanie tkanki tłuszczowej, co wykorzystywane jest w różnych preparatach wspomagających odchudzanie. Kofeina zwiększa uwalnianie hormonu stresu – kortyzolu, który ma właściwości kataboliczne.

Przewód pokarmowy

Kofeina posiada działanie przeczyszczające poprzez pobudzanie perystaltyki jelit. Jest jednocześnie przeciwwskazana u osób cierpiących na wrzody żołądka i dwunastnicy, ponieważ zwiększa wydzielanie kwasu solnego przez komórki okładzinowe żołądka.

Kofeina a procesy nowotworowe

Kofeina nie jest czynnikiem rozwoju żadnego typu nowotworu i nie wpływa na przebieg już istniejącej choroby.

Działanie na układ oddechowy

Kofeina rozkurcza mięśnie gładkie również w układzie oddechowym rozszerzając oskrzela. Zwiększa także częstotliwość oddychania.

Wpływ na układ moczowy

Kofeina zwiększa przepływ krwi przez nerki i przez to działa moczopędnie. Działanie to jest nieswoiste, tzn. wydalany jest mocz o prawidłowym składzie proporcjonalnie do wielkości diurezy. Wzrost wydalania jonów takich jak wapń, potas, czy magnez jest proporcjonalny do wzrostu wydalonego moczu. Przy umiarkowanym piciu kawy (2 filiżanki dziennie) nie zauważa się wpływu na gospodarkę jonową, ani na budowę tkanki kostnej. Pijąc napoje zawierające kofeinę nie musimy bać się o prawidłowe uwapnienie kości. Należy jednak pilnować prawidłowego nawodnienia, ponieważ wydalamy więcej wody niż przyjmujemy z danym napojem.

Mechanizm działania kofeiny

Kofeina jako antagonista receptorów adenozynowych

Kofeina pełni rolę inhibitora kompetencyjnego w stosunku do receptorów adenozynowych. Jej cząsteczka jest bardzo podobna do endogennej adenozyny, dzięki czemu łączy się z jej receptorami i w ten sposób blokuje receptor uniemożliwiając jego połączenie z adenozyną. Kofeina łatwo przekracza barierę krew-mózg.

Receptory adenozynowe obecne są w całym układzie nerwowym i podzielone są na kilka klas. Grupa receptorów A1 znajduje się powszechnie w neurocytach. Receptory A2A znajdują się w ośrodkowym układzie nerwowym, szczególnie w jądrach podstawy (uczestniczących w mechanizmie nagradzania) oraz w ścianach tętnic i błonach komórkowych erytrocytów.

Adenozyna jest substancją powszechnie występującą w organizmie. Uznaje się ją za „sygnał zmęczenia” – zarówno biologicznego, jak i psychicznego. Jej stężenie zwiększa się w komórkach i w szczelinie synaptycznej w odpowiedzi na stres metaboliczny – niedotlenienie i niedokrwienie, a także po wzmożonym wysiłku psychicznym. Przypuszcza się, że adenozyna odpowiada za uczucie zmęczenia i senności oraz reguluje cykl snu i czuwania (prawdopodobnie za pomocą receptorów A2A). Uwalnianie adenozyny i gromadzenie się jej w komórkach jest sygnałem do zmniejszenia aktywności neuronów i przejścia w stan snu i odpoczynku.

Prawdopodobnie dlatego kofeina, działając przeciwstawnie do adenozyny, posiada właściwości pobudzające układ nerwowy, niweluje uczucie zmęczenia i senność, przedłuża wydolność umysłową i psychiczną oraz podtrzymuje stan czuwania.

Hamowanie działania receptorów adenozynowych przez kofeinę powoduje skurcz naczyń krwionośnych w mózgu, co wykorzystywane jest przy leczeniu bólu w migrenach o etiologii naczyniowej.

Kofeina jako inhibitor kompetencyjny cAMP-fosfodiesterazy

Zadaniem cyklicznej AMP-fosfodiesterazy jest przemiana cyklicznego AMP do formy niecyklicznej, co umożliwia ścisłą kontrolę jego stężenia oraz jego działania. Kofeina blokując działanie tego enzymu niejako zwielokrotnia działanie samej cAMP. Inhibicja fosfodiesterazy prowadzi do zwiększenia stężenia wielu neuroprzekaźników, takich jak: dopamina, noradrenalina, adrenalina, acetylocholina i serotonina. Za pomocą zwiększenia stężenia cAMP w komórkach okładzinowych kofeina pobudza ich czynność i wytwarzanie kwasu żołądkowego. Do innych działań cAMP zaliczamy zwiększenie częstotliwości skurczów serca.

Bezpieczne i szkodliwe dawki kofeiny

Bezpieczne dawki kofeiny

Uważa się, że bez szkód dla organizmu można spożywać do 600 mg kofeiny na dobę (co jest równoważne z 2-3 filiżankami kawy). U kobiet w ciąży podaje się wartość graniczną 300 mg na dobę. Wśród dzieci ilości te są proporcjonalnie niższe i nie powinny przekraczać 5,3 mg na kilogram masy ciała.

Spożywanie większych ilości może być przyczyną wystąpienia działań niepożądanych (czytaj niżej). Należy jednak pamiętać, że ograniczanie snu i odpoczynku zarówno fizycznego, jak i psychicznego jest zawsze kredytem zaciąganym od naszego organizmu, który kiedyś trzeba będzie spłacić. Mogą pojawić się różne objawy, jak np. pogorszenie czasu reakcji i refleksu, nie będące sensu stricte działaniem szkodliwym kofeiny, a odpowiedzią układu nerwowego na niemożność regeneracji.

Reakcje niepożądane

Kofeina może być przyczyną wystąpienia zaburzeń neurologicznych takich jak: pobudzenie, niepokój i lęk (działanie anksjogenne), nerwowość, zaburzenia snu, gonitwa myśli. Jednocześnie pomimo zwiększenia koncentracji i uwagi, hamuje neurogenezę w hipokampie co osłabia pamięć długotrwałą i utrudnia tworzenie szlaków pamięciowych. Pobudzenie układu adrenergicznego powoduje drżenie rąk, niepokój ruchowy, kołatanie serca. Pojawić się mnogą zaburzenia przewodu pokarmowego oraz bóle głowy.

Preparatów kofeinowych nie powinni przyjmować cukrzycy ponieważ czysta kofeina zwiększa insulinooporność. Efektu takiego nie obserwuje się podczas spożywania kawy, ponieważ zostaje on zniwelowany przez inne związki w niej zawarte.

Przedawkowanie

Za przedawkowanie kofeiny uważa się przyjęcie ponad 0,6 g substancji. Dawka śmiertelna dla zdrowego dorosłego człowieka wynosi ok. 10 g lub 150 mg na kg masy ciała. Śmierć wywołana jest przeważnie ciężkimi zaburzeniami rytmu serca (migotaniem komór). Rzadziej dochodzi do wystąpienia silnych drgawek i porażenia ośrodka oddechowego.

Przeważnie głównymi objawami przedawkowania jest agresywności i skrajne pobudzenie psychoruchowe, tachykardia i niemiarowość serca, nasilona diureza, bezsenność, drżenia mięśniowe, tachypnoe (przyspieszenie oddechu) oraz nasilone zaburzenia układu pokarmowego (nudności, wymioty).

Pierwszym objawem przeważnie jest znaczne osłabienie i pogorszenie pamięci. Utrzymywanie organizmu w stanie pobudzenia i intensywnej aktywności psychicznej prowadzi do załamania się jego funkcjonowania, niejako wymuszenia sny i odpoczynku, które przejawiają się nagłym spadkiem formy po szczycie działania kofeiny, apatią i zmęczeniem.

Tolerancja i uzależnienie

Regularne przyjmowanie kofeiny powoduje wytworzenie się tolerancji na jej działanie i z czasem uzyskanie tego samego efektu pobudzającego wymaga zażywania coraz większych dawek.

Kofeina uzależnia fizycznie i psychicznie, co wyrażone jest występowaniem zespołu abstynencyjnego pod postacią takich objawów jak: bóle głowy, apatia, zmęczenie, osłabienie, zmniejszenie koncentracji i uwagi, spadek nastroju. Co ciekawe uzależnienie od kofeiny jest bardzo słabe i posiada jedyną w swoim rodzaju cechę samoistnego ograniczania jej spożycia. W świecie uzależnień obecność objawów abstynencyjnych albo niepożądanych nie zniechęca do przyjmowania substancji psychoaktywnej. Tutaj natomiast nieprzyjemne odczucia związane z wypiciem piątej filiżanki kawy realnie zniechęcają do sięgnięcia po następną (co zostało potwierdzone wieloma badaniami). Dlatego kofeiny nie uważa się za środek szkodliwy społecznie ze względu na niskie ryzyko jej nadużywania.

Obecność kofeiny w produktach spożywczych musi być szczegółowo opisana na ich etykietach, jeżeli jej ilość w owym produkcie przekracza 150mg/l oraz nie są to produkty, w których naturalnie występuje kofeina (herbata, kawa).