Káva Každodenný drogový kofeín - spektrum vedy
Káva: Každodenná droga kofeín
V práci, v premávke alebo všeobecne v situáciách, ktoré kladú vysoké nároky na pozornosť a schopnosť reagovať, je bdelosť synonymom bezpečnosti a výkonu. S určitými účinnými látkami možno čiastočne zvládnuť prirodzený rytmus bdenia a spánku, aj keď sa často vyskytujú vedľajšie účinky.
Kofeín je nielen jedným z najstarších stimulantov, ale aj jedným z najúčinnejších a dobre znášaných. Väčšina z nás to každý deň vezme vo forme šálky kávy na raňajky, aby zo seba vytriasla posledné kúsky únavy a dostala sa do formy na celý deň.
Ako kofeín vykonáva tento stimulačný účinok a ďalšie účinky, bolo teraz objasnené na fyziologickej úrovni. Preto súťaží s endogénnou látkou o miesto ukotvenia. Ak sa ho však drží, dôsledky sú opačné: namiesto toho, aby ho inhiboval, má aktivačný účinok na dôležitý signál a reakčnú kaskádu v bunke.
Farmakológovia sa tiež dlhodobo zaujímajú o kofeín. Medzitým sa skúma, do akej miery je vhodný ako zložka psychostimulantov pre všetky profesijné skupiny, pre ktoré je bdelosť najvyššou prioritou. Hlavným cieľom je nájsť formu podania, ktorá zaručí dlhodobé pôsobenie a zabráni nežiaducim vedľajším účinkom. Medzi nepríjemné následky vysokých dávok kofeínu patrí predovšetkým nutkanie na močenie, ale aj búšenie srdca, chvenie a nervozita. Medzitým bol vyvinutý „kofeín s pomalým uvoľňovaním“, ktorý optimalizuje pozitívne účinky a do značnej miery eliminuje tie negatívne.
Víťazný postup fazule z Arábie
O objavení kávy existuje veľa legiend. Podľa jedného z nich si pastier v Jemene všimol, že jeho ovce sa dostali do neznámeho vzrušenia, akonáhle zjedli plody konkrétneho horského stromu. Svoje pozorovanie ohlásil mníchovi zo susedného kláštora, ktorý potom išiel zbierať bobule, sušil ich a urobil z nich infúziu, ktorú dal piť svojim spolubratom. Potom boli v nočných modlitbách oveľa vytrvalejší a horlivejší.
Prvý písomný dôkaz o káve možno nájsť v 9. a 11. storočí od dvoch perzských lekárov: Rhazes (865-923) a Avicenna (980-1037). Obaja spomínajú tonikum, ktoré má pôvod v Jemene. Exportným portom pre kávu bola Al Mukha (dnešná Mocha). Odtiaľ sa fazuľa dostala do egyptského Suezu cez Džiddu (v dnešnej Saudskej Arábii), kde sa nakladala na veľké lode alebo na lodné kuchyne. V balíkoch s hmotnosťou 150 kilogramov potom podnikli cesty karavanov do Káhiry alebo Damasku.
Predaj kávy sa začal v Mekke, posvätnom meste islamu a cieľovej destinácii moslimských pútnikov. Tu sa otvorili prvé kaviarne. Nápoj si cestu do Turecka našiel v 16. storočí a do Benátok v roku 1615. Grécki, tureckí a arménski obchodníci ho potom priniesli do Francúzska. Ako dar od tureckého veľvyslanca Solimana Afgu sa káva dostala na dvor Ľudovíta XIV. V roku 1669.
Nový módny nápoj sa rýchlo rozšíril po celej Európe; Kaviarne vznikli v každom veľkomeste. Beethoven bol tiež jedným z tých vášnivých konzumentov kávy. Na prípravu bol mimoriadne prieberčivý: za pohár napočítal presne šesťdesiat fazule. Okolo roku 1734 Bach napísal „Coffee Cantate“; Koniec koncov, Collegium Musicum, ktoré režíroval, kedysi účinkovalo v priestoroch lipského kaviarníka Gottfrieda Zimmermanna. Balzac neskôr vypil až tridsať šálok denne a venoval káve a jej účinkom rozsiahle pojednanie.
Ale ozvali sa aj negatívne hlasy. Pruský kráľ Fridrich Veľký vyhlásil v roku 1777, že vojaci nasiaknutí kávou nemôžu vyhrávať boje proti pijanom piva. Vo vojne tej doby bola eufória spôsobená miernym opojením možno užitočnejšia ako extrémna jasnosť a bdelosť; pretože pešiaci museli neustále napredovať bez ohľadu na nebezpečenstvo, že ich ďalšia salva pokosí.
Prvá vec, ktorú si všimli, bola schopnosť kávy zahnať únavu. Dufour zároveň informoval, že nápoj „keď je konzumovaný triezvo, premení sa na žlč v žalúdku a hryzie ho. Preto každé ráno uvidíte pred bránami kaviarní množstvo predavačov sušienok a iného pečiva.“ “ Obchodník však tiež uviedol, že „káva podporuje prvé trávenie úžasným spôsobom. Prvým trávením je premena potravy v žalúdku na bielu tekutú látku nazývanú chyle alebo mliečna šťava“.
Molekula prebudenia
Má káva škodlivý vplyv na trávenie alebo nie? A ako predlžuje bdelý stav? Odpovede na tieto otázky priniesli iba moderné štúdie. Ukázali najmä, že káva je zmesou veľmi odlišných zložiek, ktoré na organizmus pôsobia rôznymi spôsobmi. Obsahuje minerálne soli, sacharidy (cukor), bielkoviny, lipidy (mastné látky) a vitamíny. Ale najaktívnejšou zložkou je kofeín.
3. októbra 1819 navštívil Goethe v Jene „mladý chemik Runge“. Po diskusiách o jedoch v rastlinách Friedlieb Ferdinand Runge (1794-1867) neskôr spomína, „on (Goethe) mi podal škatuľu kávových zŕn, ktorú mu poslal Grék ako niečo veľmi vynikajúce.› Toto si môžeš pridať aj ty Potrebujete vyšetrenia! ‹Povedal Goethe. Mal pravdu, krátko nato som v ňom objavil kofeín, ktorý sa stal známym vďaka vysokému obsahu dusíka.“ Bezfarebná látka rozpustná vo vode a alkohole, ktorú Runge získava sériou destilácií, je alkaloid - člen triedy prírodných rastlinných látok, ktorý zahŕňa aj nikotín v tabaku, teobromín v kakau a teofylín. patrí do čaju.
V Goetheho dobe bola káva stále luxusným tovarom, ktorý si mohli dovoliť iba majetní ľudia, dnes sa z nej stal nápoj každý deň. Po celom svete sa každý deň spotrebuje jedna miliarda pohárov. Každý z nich obsahuje okolo sto miligramov kofeínu - čo je relatívne konštantná dávka, či už pijete espresso alebo filtrovanú kávu. Stimulant používa aj potravinársky priemysel. Takto sa pridávajú kolové nápoje a „energetické nápoje“: Obsah kofeínu v jednom litri zodpovedá obsahu v šálke kávy. Látka sa nachádza aj v čokoládových tyčinkách; z toho sú asi pätina v šálke kávy. Mnohé lieky mimochodom obsahujú aj kofeín. To platí najmä pre lieky na migrény, bolesti a horúčku. Maximálne množstvo v takejto tablete zodpovedá obsahu jednej šálky kávy.
„Skrytý“ kofeín nie je pre deti bez problémov. Tri plechovky od koly a tri čokoládové tyčinky obsahujú ekvivalent dvoch šálok kávy. Dieťa s hmotnosťou tridsať kilogramov tak dosahuje koncentráciu sedem miligramov kofeínu na kilogram telesnej hmotnosti. Pre rovnako vysoké hladiny potrebuje dospelý človek štyri až šesť šálok kávy. Takže niet divu, keď má také dieťa problémy so spánkom.
Krvný obeh medzi stanicami
K absorpcii kofeínu dochádza čiastočne v žalúdku, ale hlavne v čreve. Krv potom prenáša látku do rôznych orgánov. To, ako rýchlo je kofeín v tele absorbovaný, závisí vo veľkej miere od obsahu žalúdka. Podstatné jedlo trvá niekoľko hodín, kým sa strávi a presunie do čriev. To tiež predlžuje čas, ktorý káva zostane v žalúdku, a kofeín sa vstrebáva pomalšie. Rovnakým účinkom, aj keď v menšej miere, je pridanie mlieka; pretože mlieko je zásadité a bohaté na bielkoviny, galaktózu a tuky, čo tiež spomaľuje vyprázdňovanie žalúdka. Z podobných dôvodov sa molekula oneskorí, keď ju miesto čaju alebo kávy požívajú sýtené nápoje.
Keď sa kofeín dostane do žíl, dostane sa do orgánov a nervového systému za menej ako päť minút. Asi tretina množstva v krvnej plazme sa však viaže na bielkoviny, ako je albumín, a zostáva neaktívna. Starší ľudia majú v krvi menej bielkovín, pretože ich metabolizmus bielkovín je pomalší: pečeň už nevytvára toľko bielkovín a obličky ich nechajú prejsť viac. Preto je percento voľného kofeínu v krvi týchto ľudí vyššie a stimulačný účinok je zodpovedajúcim spôsobom silnejší.
To, ako silná droga účinkuje, závisí aj od toho, ako rýchlo sa opäť rozloží. K rozkladu dochádza v pečeni, kde enzýmy odstraňujú metylové skupiny z molekuly, ktoré jej dodávajú aktivitu. Spravidla sa množstvo kofeínu v krvi zníži asi o štyri hodiny na polovicu.
Aktivita degradačných enzýmov v pečeni sa líši od človeka k človeku a tiež závisí od rôznych faktorov prostredia. Zvyšujú ju polycyklické uhľovodíky obsiahnuté v cigaretovom dyme. Fajčiari preto vylučujú kofeín rýchlejšie. Niektoré lieky obsahujú aj látky, ktoré stimulujú pečeňové enzýmy, a tým urýchľujú odbúravanie lieku.
Naopak, niektoré hormóny ako estradiol, ktoré sú obsiahnuté v antikoncepčných tabletkách, sa správajú takto: Znižujú aktivitu enzýmov. Tieto enzýmy ich tiež štiepia, takže obsadzujú časť z nej, ktorá už pre kofeín nie je k dispozícii. Toto teda zostáva v krvi dlhšie. Z rovnakého dôvodu môže niekedy jediná šálka kávy u tehotných žien fungovať aj celý deň. Okrem toho má kofeín, ktorý veľmi ľahko difunduje do všetkých tkanív, rovnakú koncentráciu v krvi matky i plodu. Jeden môže iba poradiť tehotným ženám, aby sa čo najviac vyhýbali pitiu kávy.
Predtým, ako teraz podrobnejšie opíšem účinky kofeínu, rád by som sa v krátkosti pozrel na zjavný negatívny účinok, ktorý sa mu občas pripisuje a ktorý Dufour spomenul aj vo vyššie uvedenom citáte. Niekedy máte dojem, že príliš veľa kávy počas dňa ovplyvňuje trávenie a spôsobuje pálenie záhy. To však nemožno viniť z kofeínu; pretože rovnaké príznaky sa vyskytujú aj pri káve bez kofeínu. Káva je komplexná zmes stoviek látok, z ktorých niektoré pôsobia na tráviaci systém. Spôsobujú najmä kontrakciu žlčníka a vylučovanie pankreatickej šťavy a zvýšenie koncentrácie tráviacich hormónov cholecystokinínu a gastrínu. Posledne menovaný stimuluje sekréciu žalúdočnej kyseliny a aktivuje gastrointestinálny pohyb, ktorý môže viesť k okysleniu a refluxu v pažeráku. Kofeín nie je zahrnutý.
Zásah do kaskády centrálneho signálu
Aké sú však skutočné účinky kofeínu a ako ich spôsobuje? Existuje jeden hlavný mechanizmus, ktorým liek ovplyvňuje všetky druhy orgánov a tkanív: Pripája sa k miestam dokovania adenozínu. Táto malá v tele všadeprítomná molekula sa tvorí všade, kde sa spotrebuje bunkový vnútorný nosič energie adenozíntrifosfát (ATP), ktorého produktom rozkladu je. Keď sa adenozín dostane na svoje receptory, inhibuje enzým adenylátcyklázu. Ak sa kofeín namiesto toho viaže na rovnaké receptory, má to opačný účinok: aktivuje sa adenylátcykláza. Vo výsledku spúšťa tvorbu chemickej posolskej látky cAMP (cyklický adenozínmonofosfát), ktorá zasa aktivuje takzvané proteínkinázy.
Táto signálna kaskáda má rôzne následky v rôznych tkanivách. Vo svaloch ovplyvňujú proteínkinázy kontrakciu vlákien. Typ účinku však závisí od typu dotyčného svalu. Svalové vlákna v stenách krvných ciev sú stiahnuté. To zvyšuje krvný tlak. Na druhej strane sa rozširujú svaly v stenách bronchiálnych ciev; táto bronchodilatácia uľahčuje proces dýchania.
Kofeín tiež zvyšuje metabolizmus tukov. CAMP, ktorého syntéza sa uvádza do pohybu väzbou na adenozínové receptory, konkrétne stimuluje lipázy, teda enzýmy, ktoré štiepia tuk. Tieto ich transformujú na energeticky bohaté metabolické produkty, čo je ďalšou možnosťou výroby energie - okrem spotreby cukru a odbúravania glykogénu, cukrovej rezervy organizmu.
Vďaka tomu má kofeín aj „dopingové“ vlastnosti. Dôkaz poskytli experimenty, pri ktorých boli sediace testované osoby požiadané, aby držali váhu pripevnenú k členku vo vzduchu s vystretými nohami. Čas, ktorý sa im podarilo urobiť, bol o dobrých 15 percent dlhší, ak vypili tri až štyri šálky kávy o hodinu skôr.
Z tohto dôvodu športovci tiež považujú kofeín za dopingový prostriedok, ktorý zvyšuje dýchaciu kapacitu a vytrvalosť. Aby ste sa však chytili za ruky, musíte vypiť viac ako päť šálok kávy za deň. Tím holandského triatlonistu a cyklistu Askera Jeukendrupa, ktorý vyučuje fyziológiu a výživu pre športovcov na univerzite v Birminghamu, určil výhody rôznych opatrení na trati pre virtuálne bicykle v dĺžke štyridsať kilometrov. Podľa jeho počítačovej simulácie je cvičenie stále najefektívnejšie: zlepšuje čas o jednu až sedem minút. Niekoľko minút možno získať aj s aerodynamicky priaznivou polohou. Ale aj kofeín v miernych dávkach stále prináša 55 až 84 sekúnd, zatiaľ čo dlhší pobyt v nadmorskej výške trvá ako príprava iba asi 30 sekúnd.
Zúžením krvných ciev kofeín tiež znižuje prietok krvi do mozgu a tým aj jeho prísun glukózy. Mozog je mimoriadne citlivý na hypoglykémiu, teda pokles hladiny cukru v krvi pod normálne hodnoty. Dávno predtým, ako si svaly všimnú tento energetický deficit, sa objavia bolesti hlavy, potenie, závraty alebo dokonca mdloby. Kofeín zvyšuje účinky hypoglykémie na mozog, takže výstražné signály sa aktivujú skoro. Preto sa odporúča, aby ľudia s rizikom hypoglykémie užívali liek v miernych dávkach - najmä tí, ktorí užívajú antidiabetiká.
Čo spôsobuje močopudné účinky kofeínu? V konečnom dôsledku ide o nepriamy účinok založený na kontrakcii stien ciev. V reakcii na zvýšený krvný tlak obličky zvyšujú rýchlosť filtrácie, a tým znižujú objem krvi. Pri troch šálkach kávy za dve hodiny stúpa množstvo moču o tridsať percent.
Teraz však prichádzame k najdôležitejšej vlastnosti kofeínu: k jeho schopnosti bdieť. Tento účinok je tiež založený na jeho väzbe na adenozínový receptor. Jeho úloha v spánku bola skúmaná už viac ako storočie. V roku 1912 fyziológovia René Legendre a Henri Piéron nechali psy niekoľko dní umelo bdieť. Potom im odobrali mozgovomiechový mok (likér cerebro-spinalis) a vstrekli ho do mozgu práve prebudených zvierat. Okamžite opäť zaspali. Podľa toho sa v mozgu prebúdzajú látky, ktoré sú v bdelom stave a hrajú akoby „sandmanov“. Od 70. rokov 20. storočia pribúdajú dôkazy o tom, že jednou z týchto látok je adenozín.
Regulácia potreby spánku
Dôkaz o tom poskytla v roku 1997 Tarja Porkka-Heiskanen a jej kolegovia z helsinskej univerzity. Nechali mačky nepretržite hrať celé hodiny a bránili im tak v zaspávaní. Zároveň zmerali koncentráciu adenozínu v mozgu pomocou sond, ktoré zasunuli cez lebku. To sa neustále zvyšovalo, zatiaľ čo mačky v umelej bdelosti boli z hodiny na hodinu čoraz unavenejšie. Len čo zvieratá zaspali, opäť sa potopilo.
Čím dlhšie je človek hore, tým viac adenozínu sa hromadí v mozgu: vytvára akýsi „signál únavy“. Stále väčšou saturáciou svojich receptorov čoraz viac inhibuje adenylátcyklázu, takže produkcia cAMP neustále klesá. Rôzne molekulárne kaskády potom spôsobujú kritické zmeny v centrách bdenia a spánku a prevracajú rovnováhu medzi bdením a spánkom.
Adenozín je preto vysoko efektívnym regulátorom potreby spánku. Pretože sa hromadí v mozgu, keď sme bdelí, tým dlhšie nebudeme bdieť, tým viac sa unavíme. Potom sa uvoľní a znova sa spotrebuje počas spánku. Pretože kofeín pôsobí ako antagonista adenozínu, možno ho považovať za prostriedok proti únave. Keď sa viaže na adenozínové receptory, aktivuje adenylátcyklázu, čím spúšťa molekulárne kaskády, ktoré predlžujú bdelosť. Tým pôsobí ako stimulant.
Piloti sú niekedy v službe dlho - napríklad na diaľkových letoch, ktoré trvajú 10 až 15 hodín a ktorým predchádzajú rozsiahle prípravné časy. Musia mať neustále čistú hlavu. Vo výskumnom projekte s Didierom Lagardeom a Mauriceom Beaumontom z vojenského zdravotníctva v Brétigny-sur-Orge a Françoise Chauffardovou z výskumného centra Nestlé v Lausanne sme preto skúmali správanie pilotov počas dlhých bdelých čias a skúmali sme účinky kofeínu. Chceli sme zistiť, ako využiť pozitívne účinky bez toho, aby sme boli vystavení negatívnym účinkom, ktoré sa občas vyskytujú, najmä pri vysokých dávkach. Ako bolo spomenuté na začiatku, medzi tieto nežiaduce vedľajšie účinky konzumácie kávy patria okrem diuretického účinku aj všetky javy, ako sú búšenie srdca, triaška a nervozita.
V našom projekte sme testovali rôzne spôsoby podávania kofeínu. Pozreli sme sa teda na „kofeín s pomalým uvoľňovaním“. 300 miligramov čistej látky je balených v želatínových tobolkách a spojivo zaisťuje, že účinná látka sa do čreva a krvi uvoľňuje iba postupne. Koncentrácia kofeínu je tak rovnomerne rozložená na dlhšie časové obdobia. To znamená, že zostáva nad prahovou hodnotou účinnosti oveľa dlhšie. To je hodnota, ktorá v priemere udržuje stav bdelosti. Zároveň sa zabráni vedľajším účinkom, ktoré sú výsledkom hlavne prudkého zvýšenia koncentrácie.