В большинстве цивилизованных стран вряд ли кто-то не слышал о кофеине. Название этого соединения неразрывно связано с кофе — одним из популярнейших в мире напитков. Как и кофе, кофеин таит в себе множество сюрпризов.
Coffeinum, или кофеин, — это пуриновый алкалоид растительного происхождения. Кофеин (из кофе), в зависимости от источника происхождения, также называют теином (чай), гуаранином (гуарана), матеином (мате). Конечно, это соединение можно получить и синтетическим путем.
Впервые кофеин был обнаружен в чае в 1827 году и был назван теином. Только позже, когда его обнаружили в кофейных зернах, он стал известен под своим нынешним названием.
Помимо его естественного содержания в вышеупомянутых растениях (и не только), он используется в качестве добавки в энергетических и других напитках, таких как популярная Cola. Это связано со стимулирующим действием кофеина. Следует отметить, однако, что длительное употребление вызывает явление тахифилаксии, то есть постепенное ослабление биологической реакции (ответа) организма на воздействие соединения. Это означает, что организм привыкает к данному веществу и вызываемые им эффекты ослабевают или исчезают.
Период полураспада кофеина
Помимо еще не до конца изученных особенностей разнонаправленного действия кофеина, стоит упомянуть интересные факты, связанные со временем «полураспада кофеина». Термин, заимствованный из ядерной физики, кажется, идеально подходит для этого случая.
Кофеин может пересекать плацентарный барьер и таким образом влиять на плод. Очень важно знать, что кофеин может перейти из крови матери и попасть в организм младенца через молоко. Когда это происходит, младенец испытывает беспокойство и нарушения сна. Время T1/2 кофеина в организме новорожденного ребенка очень велико, до 100 часов! В возрасте 8 месяцев это уже 4 часа.
Следует отметить курильщиков. У них очень короткий период T1/2 кофеина. Это обычно объясняет, почему они пьют больше кофе, чем некурящие. Интересно отметить, что когда курильщик отказывается от сигарет, он за короткое время становится более чувствительным к кофеину. Бывает, что ему приходится сокращать количество потребляемого кофе.
Смертельная доза
Само собой разумеется, что для снижения количества кофеина в крови требуется время. Как и все вещества в избытке, кофеин также может быть смертельно опасен. Смертельная доза кофеина составляет около 200 мг на килограмм веса тела. Средний мужчина весом 70 кг должен был бы за один раз употребить около 14 г алкалоида.
На этом этапе необходимо объяснить концепцию смертельной дозы. Это означает, что для конкретного вещества смертельная доза убьет 50% людей, которые его проглотят! Невозможно вызвать смерть при проглатывании общедоступных продуктов питания. Почему? Для получения смертельной дозы кофеина необходимо выпить:
- 140 чашек кофе,
- 200 чашек чая,
- 300 банок колы.
Поэтому таким образом невозможно потребить опасное для жизни количество кофеина. Однако человеческая изобретательность привела к тому, что в начале 1980-х годов в США некоторые компании по почтовым заказам стали продавать таблетки и капсулы с высоким содержанием кофеина. Наиболее распространенным было 500 мг (полграмма) на капсулу. Люди, занимающиеся незаконной торговлей наркотиками, закупали их в больших количествах, а затем раздавали школьникам и студентам. В течение года легальные кофеиносодержащие наркотики убили почти 20 человек.
Умеренное потребление кофе, по мнению большой группы исследователей кофе, может оказать наиболее желательный эффект. Конечно, при избыточном потреблении он вреден и может вызвать своего рода зависимость, хотя и не в том же смысле, что никотин, наркотики или алкоголь.
Химия и физиология
Кофеин фактически является 1,3,7-триметилксантином, а точнее 3,7-дигидро-1,3,7-триметил-1H-пурин-2,6-дионом, с общей формулой суммы: C8H10O2N4H2O. При комнатной температуре он принимает форму белого порошка. Он легко растворяется в горячей воде. При охлаждении выпадают кристаллы. Кофеин не имеет запаха. Он имеет горький вкус.
В 1981 году впервые стимулирующее действие кофеина было объяснено на молекулярном уровне. Это было сделано командой Соломона Снайдера из Медицинской школы Джона Хопкинса.
Очень важным здесь оказался тот факт, что молекула кофеина напоминает форму другой молекулы, называемой аденозином. Это довольно простое соединение, содержащее в своей структуре азот. Было обнаружено, что в организме человека присутствует несколько типов аденозиновых рецепторов. Их соотношение в разных тканях различно. Оказалось, что кофеин способен взаимодействовать с каждым из типов. Это объясняет, почему он оказывает такое сильное воздействие на многочисленные системы организма.
Однако самым важным открытием стало то, что кофеин блокирует действие аденозина. Последний является расслабляющим веществом. Он также ослабляет импульсы в нервных клетках. Поэтому вывод был очевиден. Блокирование расслабляющего эффекта аденозина приводит к возбужденному состоянию.
Аденозин присоединяется к специфическим рецепторам в клетках, активируя механизм, который изменяет определенные процессы. Таким образом, если кофеин связывается с аденозиновым рецептором, он блокирует способность активировать эти процессы. Можно сказать, что он ведет себя как неработающий или неактивный аденозин. Другими словами, он связывается с рецептором, но не активирует процессы, связанные с расслаблением.
В какой-то степени эффект привыкания (в определенном смысле) кофеина можно объяснить этим механизмом. Согласно одной из теорий, высокий уровень кофеина в крови вызывает специфическую реакцию в организме. Она заключается в выработке дополнительных аденозиновых рецепторов в кровеносных сосудах, косвенной задачей которых является удаление кофеина из крови, что приводит к освобождению ранее занятых аденозиновых рецепторов.
Когда суточная доза кофеина снижается, все дополнительно созданные рецепторы занимаются аденозином. Это приводит к внезапному расширению кровеносных сосудов, в том числе в головном мозге, что часто приводит к головным болям. Конечно, это очень сокращенная версия механизма, предлагаемого теорией.
Интересно отметить, что последние исследования влияния кофеина на организм человека показали гораздо более быстрое действие этого соединения, чем считалось ранее. Хотя для достижения максимальной концентрации кофеина в крови после приема внутрь требуется 30-45 минут, его действие начинается уже примерно спустя 10 минут после употребления. Также было показано, что эффект больше проявляется у мужчин.
Стоит помнить, что употребление кофе и кофеиносодержащих напитков в умеренных количествах, как показывают исследования, не имеет негативных побочных эффектов. Более того, умеренность и качество потребляемых кофеиносодержащих продуктов могут даже обладать лечебными свойствами.
