Кофеин — это метилксантин , он гидрофобен. Структура кофеина позволяет молекуле свободно проходить через биологические мембраны, включая гематоэнцефалический барьер . Абсорбция в желудочно-кишечном тракте почти достигает 99% всего за 45 минут. Период полувыведения кофеина для большинства взрослых составляет от 2,5 до 4,5 часов, если потребление ограничено до менее 10 мг / кг. Однако во время неонатального развития период полувыведения плода значительно дольше и экспоненциально уменьшается после рождения, достигая нормального уровня примерно через 6 месяцев. Цитохром P-450 , гемепротеин , действует в микросомах печени, метаболизируя кофеин в диметилксантины, монометилксантины, диметилмочевую кислоту, монометилмочевую кислоту, триметилаллантоин, диметилаллантоин и производные урацила . Большая часть кофеина метаболизируется путем 3-метилдеметилирования, образуя метаболит параксантина . Многие метаболиты, помимо кофеина, действуют в организме и частично отвечают за физиологический ответ на кофеин.
Кофеин по-разному действует на мозг и на остальные части тела. Однако из — за концентрации кофеина требуется, антагонизм по аденозиновым рецепторам является основным способом действия. Следующие механизмы представляют собой способы, которыми кофеин может действовать в организме, но в зависимости от необходимой концентрации кофеина и других факторов могут не быть ответственными за клинические эффекты вещества.
В очень высоких концентрациях, около 1-2 мМ , кофеин снижает порог возбудимости мышечных клеток, что приводит к длительному сокращению. Введение таких высоких доз кофеина позволяет кальцию легче проникать в мышечную клетку через плазматическую мембрану и саркоплазматический ретикулум . Для притока кальция через мембраны в мышечные клетки требуется не менее 250 мкМ кофеина. Обычно другие токсические эффекты кофеина начинают проявляться при концентрациях более 200 мкМ, однако среднее потребление приводит к концентрациям менее 100 мкМ. Это означает, что приток и мобилизация кальция, скорее всего, не являются причиной воздействия кофеина на центральную нервную систему и, следовательно, не являются причиной тревожного расстройства, вызванного кофеином.
Метилксантины, такие как кофеин, подавляют действие циклической нуклеотидной фосфодиэстеразы , которая обычно расщепляет цАМФ . Циклический аденозинмонофосфат, или цАМФ, является вторым посредником, важным во многих клеточных процессах, и является критическим фактором в передаче сигнала . Ингибирование фосфодиэстеразы привело бы к накоплению цАМФ, увеличивая активность второго мессенджера по всей клетке. Хотя этот механизм возможен, он возникает только после того, как уровни кофеина достигли токсичного уровня, и поэтому маловероятно, чтобы объяснить механизм кофеина в головном мозге.
В организме есть четыре хорошо известных рецептора аденозина: A 1 , A 2A , A 2B и A 3 . Эндогенным агонистом этих рецепторов является аденозин , пуриновый нуклеозид, который важен для таких процессов, как передача энергии в форме аденозинтрифосфата (АТФ) и аденозинмонофосфата (АМФ) и передача сигнала в форме циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). ). Рецепторам A 2B и A 3 требуются концентрации кофеина, которые не встречаются при нормальных физиологических уровнях или при нормальных уровнях потребления кофеина, чтобы противодействовать им, и поэтому они не будут рассматриваться как возможный механизм вызываемой кофеином тревоги.
Кофеин действует как антагонист аденозиновых рецепторов A 1 и A 2A . Аденозин является нормальным нейромодулятором, который активирует рецепторы, связанные с аденозиновым g-белком . Действия рецепторов A 1 и A 2A противоположны друг другу, но оба подавляются кофеином из-за его функции антагониста.
A 2A рецепторы соединены типа G сек белков , которые активируют аденилатциклаз и некоторое напряжение стробирования Ca 2+ каналы . Рецепторы A 2A расположены в богатых дофамином областях мозга. 2A — рецептора мРНК был обнаружен в одних и тех же нейронах как рецептор допамина D 2 в дорсальном стриатуме , прилежащем ядре и бугорка olfactorium . A 2A рецепторы не обнаружены в нейронах , которые выражают дофамин рецептор D 1 рецепторы и Вещество P . В полосатом теле, части базальных ганглиев, активация рецепторов A 2A аденозином увеличивает высвобождение ГАМК , тормозящего нейромедиатора. Когда кофеин связывается с рецептором, высвобождается менее тормозящий нейротрансмиттер, что поддерживает роль кофеина как стимулятора центральной нервной системы.
Рецепторы A 1 спарены с G-белками G i-1 , G i-2 , G i-3 , G o1 и G o2 . G-протеины 1 рецепторы продолжают ингибировать аденилатциклаз , некоторое напряжение стробирования Са 2+ каналов и активировать некоторые K + каналы , и фосфолипазы C и D . Рецепторы A 1 в основном расположены в гиппокампе , коре головного мозга и мозжечка и, в частности, в ядрах таламуса . Аденозин действует на рецепторы A 1, уменьшая открытие каналов Ca 2+ N-типа в некоторых нейронах гиппокампа и, следовательно, снижая скорость возбуждения, поскольку Ca 2+ необходим для высвобождения нейромедиатора. Таким образом , антагонистическое действие кофеина на рецептор A 1 снижает действие аденозина, позволяя увеличить проникновение Ca 2+ через каналы N-типа и повысить скорость высвобождения нейромедиатора.
Хотя антагонизм аденозиновых рецепторов является основным механизмом действия кофеина, введение метилксантина в организм также увеличивает скорость высвобождения и рециркуляции некоторых моноаминовых нейромедиаторов, таких как норадреналин и дофамин . Кофеин также оказывает возбуждающее действие на мезокортикальные холинергические нейроны , действуя как антагонист аденозиновых рецепторов, которые обычно ингибируют нейрон.
Хотя многие факторы влияют на индивидуальные различия в реакции человека на кофеин, такие как экологические и демографические факторы (например, возраст, употребление наркотиков, циркадные факторы и т. Д.), Генетика играет важную роль в индивидуальной изменчивости. Эта несогласованность в ответах на кофеин может иметь место либо на метаболическом уровне, либо на уровне рецепторов лекарства. Воздействие генетических факторов может происходить либо напрямую, изменяя острые или хронические реакции на препарат, либо косвенно, изменяя другие психологические или физиологические процессы.
Некоторые из этих процессов включают бодрствование, стимуляцию, улучшение настроения и познания. Низкие дозы могут привести к психологическим эффектам «легкой эйфории, настороженности и улучшения когнитивных функций»; более высокие дозы вызывают физиологические побочные эффекты, такие как тошнота, беспокойство, дрожь и нервозность.
Есть люди, которые предрасположены к анксиогенным эффектам кофеина, в то время как другие восприимчивы к его вызванным кофеином нарушениям сна и бессоннице . Исследования с близнецами показали, что генетика влияет на индивидуальные различия в реакции на кофеин. Было обнаружено, что гомозиготные близнецы более последовательно реагируют на кофеин, чем гетерозиготные близнецы.
Широкая популярность кофеина обусловлена, прежде всего, его мягкими психостимулирующими свойствами, которые повышают бдительность и когнитивное возбуждение, а также уменьшают утомляемость. Кофеин также вызывает широкий спектр других симптомов, включая активацию сердечно-сосудистой системы, усиление глобальной когнитивной обработки и улучшение физического функционирования. Сердечно-сосудистые эффекты могут варьироваться от учащенного сердцебиения и реактивности до тяжелой сердечной аритмии. Когнитивные эффекты кофеина включают улучшение памяти, внимания и чтения текста. Физические эффекты кофеина включают снижение болевых ощущений, уменьшение воспринимаемых усилий и увеличение мышечной силы и выносливости. Однако при дозах выше
400 мг когнитивные и физические способности начинают ухудшаться, а симптомы тревоги усиливаются. Эти тревожные симптомы включают постоянную бессонницу, нервозность и колебания настроения.
При стрессе организм активирует общесистемный механизм реакции, известный как ось HPA. Этот сигнал стресса начинается на уровне гипоталамуса в головном мозге и затем усиливается по всему телу. Эта система повышает уровень гормонов стресса в крови, что приводит к отключению вторичных процессов организма и повышению активности, чтобы лучше подготовиться к реакции на предполагаемую угрозу. Исследования показывают, что активация этого пути коррелирует с тревожным поведением, включая панику, посттравматический стресс и генерализованные тревожные расстройства, а также депрессию. Исследования на грызунах показывают, что потребление кофеина в подростковом возрасте приводит к нарушению регуляции функции оси HPA, а также реакции центральной нервной системы, что ухудшает реакцию организма на стрессовые стимулы.
Исследования показывают, что в случаях длительного употребления избыточного количества кофеина у людей наблюдается сниженная реакция на активацию оси HPA гормоном АКТГ и общее повышение базальных уровней гормона стресса кортикостерона. Исследователи пришли к выводу, что чувствительность надпочечников к АКТГ снижается при употреблении кофеина. Люди с диагнозом паническое расстройство проявляют меньшую активность HPA после стрессовых стимулов, чем их здоровые сверстники из контрольной группы.
Кофеин по-разному влияет на тревожность в разных группах населения. К группам населения, наиболее восприимчивым к тревожному расстройству, вызванному кофеином, относятся люди, у которых уже диагностировано тревожное расстройство, и подростки. Подростки особенно подвержены повышенному риску развития тревожных расстройств и симптомов, связанных с тревогой. Хотя для изучения этой связи было проведено мало исследований на людях, многие исследования на грызунах показывают корреляцию между потреблением кофеина в подростковом возрасте и повышенной тревожностью. Эти исследования показали, что у грызунов-подростков, подвергшихся воздействию кофеина, нарушалась работа серотониновой системы, что приводило к повышенной тревожности; поведение, связанное с тревогой, было выше, чем у взрослых крыс, подвергшихся воздействию того же количества кофеина; и поведение, связанное с поиском вознаграждения, а также колебания настроения усиливались по мере взросления грызунов.
При умеренном употреблении кофеин может иметь множество полезных эффектов. Однако в течение нескольких лет хроническое употребление кофеина может вызывать у людей различные долгосрочные нарушения здоровья. Среди них исследования на грызунах показали, что потребление кофеина может навсегда изменить возбудимость мозга. Как указывалось ранее, долгосрочные эффекты чаще всего наблюдаются у подростков, которые регулярно потребляют избыточное количество кофеина. Это может повлиять на их нейроэндокринные функции и увеличить риск развития тревожного расстройства .
Для людей, которым прописаны успокаивающие лекарства, такие как альпразолам (ксанакс), кофеин может вызвать дополнительные проблемы, увеличивая цитотоксичность и гибель клеток из-за некроза . Это приводит к тому, что эти лекарства по существу исключаются из числа эффективных средств лечения тревожности, вызванной кофеином. Из-за негативного взаимодействия кофеина с успокаивающими лекарствами, такими как бензодиазепины , лечение тревожного расстройства, вызванного кофеином, как правило, сосредоточено на воздержании от употребления кофеина или снижении его потребления и поведенческой терапии . Некоторые врачи могут рекомендовать продолжить употребление кофеина, но с условием, что пациент активно отмечает физиологические изменения, которые происходят после приема кофеина. Цель этого подхода — помочь пациентам лучше понять влияние кофеина на организм и отличить угрожающие симптомы от нормальных реакций.
Источник