Kofeina
Ogólne informacje
Nomenklatura systematyczna ( IUPAC ):
1,3,7-trimetylo-1H-puryno-2,6(3H,7H)-dion
Inne nazwy	kofeina 1,3,7-trimetyloksantyna
Wzór sumaryczny	C8H10N4O2
SMILES	C[n]1cnc2N(C)C(=O)N(C)C(=O)c12
Masa molowa	194,19 g / mol
Wygląd	bezwonne białe igiełki lub proszek
Identyfikacja
Numer CAS	58-08-2
PubChem	2519[1]
DrugBank	DB00201[2]
Właściwości Gęstość i stan skupienia 1,23 g/cm3 ; ciało stałe Rozpuszczalność w wodzie 2,17 g/100 ml (25 °C) 18,0 g/100 ml (80 °C) 67,0 g/100 ml (100 °C) Temperatura topnienia 234 °C Temperatura wrzenia 178 °C Kwasowość (pKa) −0,13–1,22[3]
Budowa Moment dipolowy 3,64 D
Niebezpieczeństwa
MSDS	Zewnętrzne dane MSDS
Zagrożenia wg  Dyrektywy 67/548/EWG , zał. I[4]
Szkodliwy Szkodliwy (Xn)
NFPA 704	1 2 0
Zwroty ryzyka	R22
Zwroty bezpieczeństwa	S2
Numer RTECS	EV6475000
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków standardowych (25 °C, 1000 hPa)
Klasyfikacja
ATC	N 06 BC 01

Kofeina (Coffeinum, znana również jako teina, gdy źródłem jest herbata , guaranina (z guarany ), mateina (z yerba mate )) — organiczny związek chemiczny , alkaloid purynowy znajdujący się w surowcach roślinnych. Może również być otrzymywana syntetycznie. Została odkryta przez niemieckiego chemika Friedricha Ferdinanda Rungego w 1819 roku.

Kofeina jest środkiem psychoaktywnym z grupy stymulantów . Jest stosowana jako dodatek do niektórych produktów, w tym napojów energetyzujących tzw. " energy drinków " a także do innych napojów, przede wszystkim gazowanych, takich jak Coca-Cola . Po dłuższym okresie regularnego przyjmowania kofeiny występuje zjawisko tachyfilaksji (tolerancji), czyli stopniowego osłabienia odpowiedzi biologicznej ustroju.

Występowanie

Palone ziarna kawy, najważniejsze światowe źródło kofeiny

Kofeinę wykrywa się u wielu gatunków roślin , które wykorzystują ją jako naturalny pestycyd . Szczególnie duże stężenia zanotowano w siewkach rozwijających liście, które nie mają ochrony mechanicznej^[5]; kofeina działa paraliżująco i nawet zabójczo na owady , które żerują na takich roślinach. Podwyższony poziom kofeiny zanotowano również w glebie otaczającej sadzonki kawowca ^[6].

Najbardziej rozpowszechnionymi źródłami kofeiny są kawa , herbata i w mniejszym stopniu kakao ^[7]. Rzadziej używa się w tym celu liści ostrokrzewu paragwajskiego ( yerba mate ) i nasion guarany ^[8], stosowanych do przyrządzania herbat i napojów energetyzujących . Dwie z alternatywnych nazw omawianego związku, mateina i guaranina, odnoszą się bezpośrednio do odpowiednich roślin^[9][10]. Niektórzy miłośnicy yerby mate zapewniają, że mateina jest stereoizomerem kofeiny^[8], co czyniłoby je dwoma różnymi środkami. Takie twierdzenia są fałszywe, gdyż kofeina jest cząsteczką achiralną , z definicji niemogącą posiadać żadnych izomerów optycznych – w tym enancjomerów . Rozbieżność w doświadczanych doznaniach czy skutkach działania kofeiny różnego pochodzenia może być związana z faktem, iż oprócz kofeiny surowce roślinne zawierają szeroki zakres innych alkaloidów purynowych ( ksantyn ), w tym działające stymulująco na akcję serca teofilinę i teobrominę oraz zupełnie odrębne substancje (np. polifenole ), mogące tworzyć z kofeiną nierozpuszczalne kompleksy ^[11].

Najważniejsze światowe źródło kofeiny stanowią ziarna kawowe (będące nasionami roślin z rodzaju kawowiec ), z których przygotowuje się kawę . Zawartość kofeiny w kawie zmienia się zależnie od gatunku kawowca, z którego pochodzą nasiona, sposobu przygotowywania nasion do spożycia oraz przyrządzania napoju^[14]; nawet nasiona z pojedynczej rośliny mogą wykazywać wahania jej stężenia. Generalnie, mocno spiekane ziarna są w nią uboższe niż krócej palone, ponieważ palenie prowadzi do zmniejszenia zawartości kofeiny^[15][16]. Kawa Arabica zwykle zawiera mniej kofeiny niż odmiana Robusta^[14]. W kawie występują również śladowe ilości teofiliny; nie stwierdzono zaś obecności teobrominy.

Herbata to inne popularne źródło kofeiny. Jej zawartość w suszu jest większa niż w przypadku ziaren kawy, jednak do gotowego napoju przechodzi w znacznie mniejszej ilości z powodu mało intensywnego parzenia. Oprócz mocy naparu, na jej ostateczne stężenie wpływają warunki uprawy, technika przerobu itp. – sama intensywność barwy nie ma większego znaczenia^[17]. Przykład może stanowić japońska zielona herbata gyokuro, posiadająca znacznie większą zawartość kofeiny niż ciemniejsze odmiany takie jak lapsang souchong .

Kofeina jest również powszechnym składnikiem napojów typu cola , pierwotnie przygotowywanych z ziaren drzewa koli . Jedna porcja zawiera zwykle 10 do 50 miligramów kofeiny. Dla odmiany, napoje energetyczne w rodzaju Red Bulla posiadają najczęściej powyżej 80mg w pojedynczym opakowaniu. Do takich celów można stosować kofeinę zawartą naturalnie w używanych składnikach jak również będącą produktem procesu dekofeinacji lub typowej syntezy chemicznej . Guarana , kluczowy składnik wielu napojów energetycznych, zawiera duże ilości kofeiny oraz mniejsze teobrominy i teofiliny wraz z naturalnymi środkami opóźniającymi ich uwalnianie^[18].

Czekolada jako produkt otrzymywany z ziaren kakaowca posiada niską zawartość kofeiny. Słaby efekt pobudzający tego przysmaku może wynikać zarówno z działania kofeiny jak i teobrominy czy teofiliny^[19]. Pojedyncza porcja zawiera zbyt małą ich ilość, aby móc wywołać efekty porównywalne z działaniem kawy. Kostka mlecznej czekolady o masie 28 gram ma tyle samo kofeiny, co filiżanka kawy bezkofeinowej.

W ostatnich latach niektórzy producenci zaczęli dodawać kofeinę do środków czystości takich jak szampony czy mydła , twierdząc, że może być ona wchłaniana poprzez skórę^[20]. Skuteczność takich produktów nie została potwierdzona; nie mogą one zauważalnie wpływać na ośrodkowy układ nerwowy , ponieważ kofeina nie jest skutecznie absorbowana na takiej drodze^[21].

Różni producenci oferują kofeinę w postaci tabletek , jako środek farmaceutyczny mający poprawić sprawność umysłową. Takie zastosowanie jest rezultatem badań naukowych wskazujących, że przyjmowanie kofeiny (w postaci tabletek lub innej) skutkuje zmniejszonym odczuwaniem zmęczenia i podwyższonym stopniem uwagi^[22]. Głównymi odbiorcami są studenci intensywnie uczący się podczas sesji, a także kierowcy kursujący na długich trasach^[23].

Historia

Kawiarnia w Palestynie, około roku 1900

Ludzie spożywali kofeinę od czasów epoki kamiennej ^[24]. Wpierw zauważono, że żucie nasion, kory lub liści pewnych roślin powoduje zniesienie uczucia zmęczenia, pobudza świadomość i poprawia samopoczucie. Znacznie później człowiek zorientował się, że może zwiększyć skuteczność takiego specyfiku zanurzając składniki w gorącej wodzie. W wielu kulturach zachowały się legendy przypisujące odkrycie takich roślin osobom żyjącym przed tysiącami lat.

Zgodnie z popularnym podaniem chińskim, cesarz Shennong , mający panować około 3000 p.n.e., przypadkowo odkrył właściwości herbaty, gdy kilka liści pobliskiego drzewa spadło do gotującego się wrzątku, dając w efekcie orzeźwiający i pokrzepiający napój^[25]. Shennong jest również wspomniany w słynnym dziele Cha Jing autorstwa Lu Yu, będącym traktatem poświęconym w całości herbacie^[26].

Historia kawy ma swoje początki w IX wieku n.e. W tym czasie ziarna kawy były dostępne tylko w ich pierwotnym miejscu występowania – na terenie Etiopii . Rozpowszechniona legenda przypisuje jej odkrycie pasterzowi Kaldiemu, który zauważył, że kozy, które pasły się wśród zarośli, stały się pobudzone i odporne na sen. Spróbowawszy sam owoców pochodzących z rosnących tam krzewów, doświadczył podobnego przypływu sił.

Najwcześniejszą pisemną wzmianką o kawie może być uwaga o Bunchumie w pracach IX-wiecznego medyka perskiego al-Raziego . W 1587, Malaye Jarizi stworzył pracę przytaczającą historię oraz kontrowersje prawne narosłe wokół kawy, zatytułowaną Undat al safwa fi hill al-qahwa. W dziele tym Jarizi podaje szejka Jamala-al-Dina al-Dhabhaniego, muftiego Adenu , jako pierwszą osobę, która rozpoczęła stosowanie kawy w 1454 roku. W XV wieku sufici z Jemenu zwyczajowo używali kawy do podtrzymania skupienia podczas modlitw.

Pod koniec XVI wieku ukazuje się pierwsza wzmianka o kawie autorstwa Europejczyka osiadłego w Egipcie , która w tym okresie powoli rozpowszechnia się na całym obszarze Bliskiego Wschodu . Docenienie roli kawy jako napoju w Europie , gdzie była wpierw znana pod nazwą "wina Arabskiego", ma początek już w wieku XVII. W tym okresie rozpoczęły działalność pierwsze " kawiarnie ", położone wpierw w Konstantynopolu i Wenecji . W Wielkiej Brytanii pierwszy tego rodzaju przybytek został otwarty w Londynie w 1652 roku na St. Michael's Alley (okręg Cornhill). Kawiarnie szybko zdobyły popularność w całej Europie Zachodniej (do Polski moda ta dotarła w 1724 roku), odgrywając poważną rolę w kształtowaniu stosunków społecznych na przestrzeni XVII i XVIII wieku^[27].

Wykorzystanie orzechów koli , tak jak wcześniej wspomnianych używek, zdaje się mieć początki już w zamierzchłych czasach. Były one żute przez członków wielu zachodnioafrykańskich kultur, na osobności lub gromadnie, w celu odzyskania sprawności i złagodzenia dolegliwości na tle głodowym. Ogólnoświatowa kariera tego produktu rozpoczęła się w 1886 roku, kiedy aptekarz z Atlanty John Pemberton stworzył recepturę napoju na bazie ekstraktu z koli i koki , ochrzczonego " Coca-colą "^[28]. W 1911 stał się on powodem ogromnego poruszenia opinii publicznej, kiedy rząd amerykański skonfiskował 40 beczek i 20 beczułek syropu Coca-coli w Chattanooga (Tennessee) , zarzucając, że sztucznie dodawana kofeina w napoju jest szkodliwa dla zdrowia^[29]. 13 marca 1911 roku rozpoczął się proces sądowy The United States v. Forty Barrels and Twenty Kegs of Coca-Cola, mający zmusić firmę do usunięcia kofeiny z formuły flagowego produktu. Końcowy wyrok Sądu Najwyższego zapadł na korzyść producenta, nie powstrzymując jednak Izby Reprezentantów przed wprowadzaniem dwóch poprawek do Pure Food and Drug Act ( Ustawy o czystości żywności i leków ), nakazujących dodanie kofeiny do spisu substancji potencjalnie szkodliwych, które muszą być zawsze wyszczególniane na opakowaniu.

Ziarna kakaowca były wykorzystywane przez Majów już 600 lat p.n.e., o czym świadczą osady w zachowanych naczyniach. W Nowym Świecie czekolada była spożywana w formie gorzkiego i ostrego napoju zwanego xocoatl, często zaprawianego wanilią , papryką chili i achiote . Wierzono, że xocoatl pomaga zwalczać zmęczenie, co prawdopodobnie wynikało z zawartej w nim teobrominy i kofeiny. Czekolada w prekolumbijskiej Mezoameryce stanowiła towar luksusowy, a nasiona kakao często używano jako środka płatniczego .

Xocoatl przywieźli do Europy Hiszpanie , gdzie stał się popularnym napojem ok. roku 1700. Zapoczątkowali również uprawy kakaowca w Indiach Zachodnich oraz na Filipinach . W alchemii kakao wykorzystywano pod nazwą Czarnych Nasion. W 1689 uznany lekarz i poborca podatkowy Hans Sloane , przebywając na Jamajce , wynalazł słodką, mleczną wersję tego napoju. Był on pierwotnie przygotowywany przez lokalnych aptekarzy, aż do 1897 roku, kiedy prawa do jego wyrobu nabyli bracia Cadbury^[30]. Czekoladę w formie tabliczek zaczęto wyrabiać dopiero w okresie rewolucji przemysłowej ; przyczyniły się do tego usprawnienia technologiczne wprowadzone przez holenderską rodzinę van Houtenów^[31].

Liście i łodygi ostrokrzewu Ilex vomitoria były stosowane przez Indian Północnej Ameryki do parzenia herbaty zwanej Asi lub Czarnym Wywarem już w starożytności, być może od epoki archaicznej. W Ameryce Południowej porównywalne znaczenie osiągnął napój sporządzany z odmiany Ilex paraguariensis zwany yerba mate . Historia jego popularności sięga połowy XVII wieku, kiedy to do dorzeczy Parany przybyli misjonarze jezuiccy . Doceniwszy zalety napoju przyrządzonego ze sproszkowanych liści i pędów, rozpropagowali go w Europie jako alternatywę sprowadzanej z Azji herbaty^[23].

Miano systematyczne guarany (Paullinia cupana) pochodzi od jej pierwotnego odkrywcy, niemieckiego botanika C.F.Pauliniego^[32], żyjącego na początku XVIII wieku. Nasiona guarany, zwanej tak od indiańskiego plemiona Guarani , były przez wieki używane przez mieszkańców dorzecza Amazonii do przywracania utraconych sił; o ich cudownych właściwościach krążyły nieprawdopodobne pogłoski. Zastosowania komercyjne surowca roślinnego zaczęły upowszechniać się po 1958, od kiedy to stał się nieodzownym składnikiem wielu napojów gazowanych zarówno w Brazylii jak i Stanach Zjednoczonych^[23].

Otrzymywanie i właściwości

Bezwodna kofeina

W 1819 niemiecki chemik Friedrich Ferdinand Runge wyizolował po raz pierwszy względnie czystą postać kofeiny. Według własnych słów, miał zrobić to na życzenie samego Johanna Wolfganga von Goethego ^[33]. W 1827 Oudry'emu udało się uzyskać z herbaty "teinę", która okazała się tą samą substancją (Jobat, 1840)^[33]. Struktura cząsteczki została wyjaśniona pod koniec XIXw. przez Hermanna Emila Fischera , który również po raz pierwszy zsyntezował ją od podstaw. Między innymi za tę pracę Fischer został wyróżniony w 1902 Nagrodą Nobla ^[34].

Atomy azotu są w cząsteczce kofeiny położone w jednej płaszczyźnie z pierścieniem węglowym ( hybrydyzacja sp₂), przez co całość ma charakter aromatyczny . Będąc szeroko dostępna jako produkt dekofeinacji , kofeina nie jest zazwyczaj otrzymywana na drodze syntezy chemicznej ^[35]. Istnieje jednakże możliwość wytworzenia jej z dimetylomocznika lub kwasu malonowego ^[36].

Farmakologia

Światowe spożycie kofeiny szacuje się na poziom około 120 000 ton rocznie^[37], dzięki czemu jest ona najbardziej popularnie stosowaną substancją o działaniu psychoaktywnym . Taka liczba odpowiada średnio jednej filiżance kawy spożywanej przez każdego człowieka na planecie raz dziennie. Kofeina stymuluje działanie ośrodkowego układu nerwowego oraz zwiększa metabolizm ^[38] i jako taka jest używana zarówno w celach konsumpcyjnych oraz leczniczych. Zmniejsza odczucie zmęczenia fizycznego i przywraca ostrość umysłu w warunkach słabości lub sennego nastroju. Kofeinę i inne pochodne metyloksantyny stosuje się do leczenia bezdechu u noworodków oraz regulacji rytmu serca. Kofeina wpływa głównie na wyższy szczebel układu nerwowego, działając pobudzająco, zwiększając koncentrację i uwagę, ułatwiając formułowanie myśli i ogólną koordynację ciała. Dopiero w większych dawkach wywiera efekt również na poziomie rdzenia kręgowego ^[22]. Będąc przyswojona przez organizm, przechodzi przez złożone procesy chemiczne, zgodnie z kilkoma różnymi mechanizmami, co opisano poniżej.

Metabolizm i okres półtrwania

Kofeina jest przetwarzana w wątrobie na trzy produkty: paraksantynę (84%), teobrominę (12%) oraz teofilinę (4%)

Kofeina z popularnych napojów jest wchłaniana w żołądku i jelicie cienkim w 45 minut po spożyciu, będąc w tym czasie rozprowadzana po całym organizmie^[39]. Jest z niego usuwana zgodnie z kinetyką I rzędu ^[40] . Może być również absorbowana przez odbyt , co potwierdza skuteczność czopków złożonych z octanu ergotaminy i kofeiny (działających przeciwmigrenowo )^[41] i z chlorobutanolu i kofeiny (w celu leczenia niepowściągliwych wymiotów u ciężarnych )^[42].

Okres półtrwania kofeiny – czas potrzebny do usunięcia z organizmu połowy całkowitej dawki substancji – jest osobniczo zmienny, ze względu na takie czynniki jak wiek, stan wątroby , okres ciąży u kobiet, jednoczesne przyjmowanie kilku leków, oraz aktualny poziom enzymów wątrobowych potrzebnych do przetworzenia kofeiny. U zdrowych dorosłych przyjmuje wartość około 4,9 godzin. U kobiet przyjmujących doustne środki antykoncepcyjne zwiększa się do 5-10^[43], a u ciężarnych trwa 9-11 godzin^[44]. U pacjentów z chorobami wątroby o ostrym przebiegu kofeina może gromadzić się w organiźmie, zwiększając omawianą wartość nawet do 96 godzin^[45] . U niemowląt i dzieci okres półtrwania jest dłuższy niż w wypadku dorosłych; u noworodków może dochodzić do 30 godzin. Z drugiej strony istnieją czynniki skracające czas potrzebny na jej metabolizm, np. palenie papierosów^[46].

Kofeina jest metabolizowana w wątrobie przez system oksydazy cytochromowej P450 (izozym 1A2) do trzech pochodnych dimetyloksantyn^[47], każdej posiadającej swój własny wpływ na funkcjonowanie organizmu:

• Paraksantyna (84%): Zwiększa lipolizę , prowadzi do podniesienia poziomu glicerolu i wolnych kwasów tłuszczowych we krwi .
• Teobromina (12%): Rozszerza naczynia krwionośne i zwiększa objętość moczu . Teobromina jest głównym alkaloidem zawartym w kakao , a przez to również w czekoladzie .
• Teofilina (4%): Rozkurcza mięśniówkę gładką oskrzeli , używana do leczenia astmy . Dawka terapeutyczna jednakże wielokrotnie przewyższa wartość otrzymaną przez rozkład kofeiny.

Każdy z tych trzech metabolitów jest następnie dalej przetwarzany i wydalany razem z moczem.

Mechanizm działania

Kofeina działa głównie jako antagonista receptorów adenozynowych w mózgu

Kofeina łatwo przekracza barierę krew-mózg . Po dotarciu do mózgu, działania głównie jako antagonista receptorów adenozynowych^[48]. Przez podobieństwo strukturalne do cząsteczki adenozyny , wiąże się łatwo z jej receptorami występującymi na powierzchni komórek bez ich aktywacji. Z tego względu gra rolę inhibitora kompetycyjnego .

Adenozynę wykrywa się w każdej części ciała ze względu na rolę w podstawowym metabolizmie energetycznym związanym z ATP , jednak wewnątrz mózgu posiada jeszcze odrębną funkcję. Istnieje wiele dowodów, że stężenie adenozyny w mózgu jest zwiększane przez różnego rodzaju stres metaboliczny, w tym niedotlenienie i niedokrwienie . Dowody wskazują, iż adenozyna ochrania mózg ograniczając aktywność neuronów i zwiększając przepływ krwi^[49]. Z tego względu kofeina, przeciwdziałając wpływowi adenozyny, ma ogólnie działanie odhamowujące na mózg. Nie wykazano mimo to bezpośrednio, jak te zjawisko przekłada się na pobudzenie i zwiększenie koncentracji.

Adenozyna jest wyzwalana według złożonego mechanizmu^[49] . Istnieją wskazania, że pełni w pewnych przypadkach funkcję uwalnianego synaptycznie neurotransmitera , ale adenozyna związana ze stanami stresowymi zdaje się być produktem pozakomórkowego metabolizmu ATP. Nie wydaje się możliwe, aby była zasadniczym neurotransmiterem dla jakiejkolwiek grupy neuronów, lecz raczej jest wyzwalana łącznie z innymi transmiterami przez część komórek nerwowych. W przeciwieństwie do większości neurotransmiterów, adenozyna prawdopodobnie nie jest składowana w pęcherzykach wyzwalanych przez zmianę napięcia, jednak i tego mechanizmu nie da się całkowicie wykluczyć.

Dotychczas opisano kilka klas receptorów adenozynowych, rozmieszczonych anatomicznie w zróżnicowany sposób. Receptory A₁ są szeroko spotykane i przeciwdziałają poborowi jonów wapniowych . Receptory A_2A są gęsto skupione w jądrach podstawnych , wzdłuż obszaru pełniącego kluczową funkcję w kontroli zachowania, lecz można je znaleźć również w innych częściach mózgu, w większym rozproszeniu. Uzyskano dowody, że receptory A_2A wchodzą w interakcję z układem dopaminowym , zaangażowanym w mechanizmy nagrody i pobudzenia (A2A można znaleźć też na ścianach tętnic i błonach komórkowych krwinek).

Poza ogólną rolą ochronną dla układu nerwowego, istnieją przesłanki, aby wierzyć, że adenozyna może być bardziej specyficznie zaangażowana w sprawowanie kontroli cyklu sen-czuwanie . Robert McCarley ze współpracownikami wykazał, że nagromadzenie adenozyny może być pierwotną przyczyną uczucia senności następującej po wzmożonym wysiłku umysłowym, a efekt ten może być wywierany zarówno przez hamowanie neuronów pobudzających przez receptory A₁ jak i aktywację neuronów odpowiadających za sen przez wywieranie pośredniego wpływu na receptory A_2A^[50]. Ostatnie badania dostarczają dodatkowych argumentów na rzecz roli receptorów A_2A, pomijając struktury A₁^[51].

Część wtórnych efektów spożycia kofeiny jest spowodowana zjawiskami niezwiązanymi z adenozyną. Kofeina jest znana jak inhibitor kompetencyjny cAMP-fosfodiesterazy (cAMP-PDE), która zmienia cykliczny AMP (cAMP) w komórkach do formy niecyklicznej, pozwalając na jego ponowne użycie. Cykliczny AMP uczestniczy w aktywacji np. kinazy proteinowej A (PKA) w celu rozpoczęcia fosforylacji pewnych enzymów w syntezie glukozy . Blokując proces rozpadu cAMP, kofeina zwiększa i przedłuża działanie (a nawet wywołuje efekty działania^[52]) takich hormonów jak adrenalina (oraz podobne do niej amfetamina , metamfetamina czy metylofenidat ) i inne działające na komórki przez układ cyklazy adenylanowej (a więc np. CRH , FSH , LH , LPH, PTH , hCG , ACTH , TSH , MSH , kalcytonina , glukagon czy wazopresyna ^[53]). Zwiększone stężenie cAMP w komórkach okładzinowych powoduje wzmożoną aktywację PKA, która z kolei pobudza czynność pompy protonowej H⁺/K⁺, skutkując zwiększonym wydzielaniem kwasu żołądkowego . Cykliczny AMP zwiększa również aktywność prądu jonowego If odpowiadającego bezpośrednio za zwiększenie częstotliwości skurczu serca^[54].

Podobny efekt związany z uwalnianiem jonów wapnia (choć bez zauważalnego udziału cAMP-fosfodiesterazy) pod wpływem kofeiny zaobserwowano również u organizmów jednokomórkowych, takich jak euglena . W badaniach laboratoryjnych zarówno podawanie kofeiny, jak i dodatkowych jonów wapniowych, wywoływało metabolię , czyli gwałtowne skurcze komórki skutkujące wzmożoną ruchliwością (tzw. ruchy euglenoidalne). Zjawisko to blokowane było działaniem cyjanków i 2,4-dinitrofenolu ^[55].

Metabolity kofeiny również odpowiadają za jej końcowy wpływ. Paraksantyna odpowiada za wzrost lipolizy , uwalniającej glicerol i wolne kwasy tłuszczowe do krwi jako źródeł energii dla mięśni . Teobromina to wazodylatator zwiększający ilość tlenu i składników odżywczych dostarczanych do mózgu i mięśni. Teofilina działa jako środek zwiotczający – rozkurcza mięśnie gładkie, głównie w oskrzelikach , a także zwiększa częstość skurczów serca jak i ich efektywność.

Wpływ na organizm ludzki

Zdjęcie przedstawia dwie sieci: górna została zrobiona przez zwykłego pająka, natomiast dolna, przez pająka odurzonego kofeiną.

Działanie kofeiny jest wielokierunkowe i nadal nie do końca poznane. Kofeina jest zaliczana do środków stymulujących, ponieważ działając pobudzająco na ośrodkowy układ nerwowy usuwa zmęczenie, polepsza nastrój i koncentrację, ale z drugiej strony ma negatywny wpływ na pamięć długotrwałą, co jest głównie rezultatem hamującego wpływu na neurogenezę w hipokampie^[56][57][58]. Zwiększa też uczucie niepokoju i lęku, ponieważ ma właściwości anksjogenne ^[59][60]. Działa analeptycznie (czyli pobudza ośrodkowy układ nerwowy blokując receptory adenozynowe). Może działać nieco tymoleptycznie. Uczula receptory dopaminy na siebie. Posiada także właściwości pobudzające ośrodki wegetatywne: oddechowy, naczynioruchowy i nerwu błędnego. Pobudza korę mózgową . Przyspiesza procesy kataboliczne, zwiększając zapotrzebowanie na tlen . Zmniejsza napięcie mięśni gładkich naczyń krwionośnych . Pobudza wydzielanie soku żołądkowego. Wykazuje słabe działanie diuretyczne, przez co może korzystnie wpływać na pracę nerek. Wchłania się dobrze z przewodu pokarmowego i po zmetabolizowaniu wydala się z moczem . Stosowana w lecznictwie w postaci czystej lub w postaci rozpuszczalnych, równomolarnych mieszanin. Używana jako lek pomocniczy w silnym zatruciu alkoholem , atropiną , w zapaści w przebiegu chorób zakaźnych , niedociśnieniu , stanach wyczerpania fizycznego i umysłowego. Może być stosowana w astmie . Działa rozluźniająco na zwieracz wewnętrzny odbytu ^[61]. Stosowana w ilościach 100-300mg dziennie działa pozytywnie na wiele układów funkcjonalnych ludzkiego organizmu.

Kofeina powoduje uzależnienie fizyczne^[62], choć słabsze niż np. nikotyna^[63]. Zespół abstynencyjny przejawia się zmęczeniem, pogorszeniem nastroju i koncentracji uwagi, często także bólem głowy^[64]. Nierzadko występuje również uzależnienie psychiczne^[65]. Ryzyko nadużywania kofeiny jest jednak znikome^[66]. Przyjmowanie większych dawek nie powoduje przyjemniejszych doznań, a wręcz przeciwnie, zwiększa subiektywne odczucia negatywne, m.in. lęk, niepokój, zdenerwowanie i ogólne pogorszenie nastroju^[67]. W badaniach klinicznych zademonstrowano wręcz unikanie dużych dawek przez ochotników^[68]. Tak więc kofeina, mimo że jest środkiem psychoaktywnym i do pewnego stopnia uzależniającym, nie zagraża funkcjonowaniu społeczeństwa, ponieważ ograniczenie spożywania następuje tutaj niejako samoistnie.

Kofeiny nie powinni spożywać diabetycy i osoby z cukrzycą w wywiadzie rodzinnym, ponieważ kofeina zwiększa insulinooporność. Paradoksalnie zjawisko to nie występuje w przypadku spożywania kawy^[69]. Wydaje się więc, że za ten pozytywny efekt jest odpowiedzialna jakaś inna substancja występująca w kawie.

Kofeina zwiększa wydzielanie hormonów (neuroprzekaźników): dopaminy , noradrenaliny , adrenaliny , acetylocholiny , serotoniny .

Bezpieczne dawki kofeiny to^[70]:

• do 300 mg na dobę dla kobiet w ciąży
• do 600 mg na dobę dla pozostałych grup (z wyłączeniem diabetyków i osób z nadwrażliwością na działanie kofeiny)

Przedawkowanie

Przedawkowanie kofeiny niesie za sobą poważne konsekwencje: przy przedawkowaniu powyżej 0,5 g powoduje silne pobudzenie psychoruchowe, przyspieszenie i niemiarowość serca, bardzo silne zwiększenie diurezy , nudności, wymioty i osłabienie. W skrajnych przypadkach (w silnym zatruciu) występują drgawki i porażenie ośrodka oddechowego. Dawka śmiertelna kofeiny dla dorosłego zdrowego człowieka wynosi 10 gramów, śmierć następuje zazwyczaj w wyniku migotania komór serca.

Dawka śmiertelna kofeiny przy podaniu doustnym dla człowieka to około 150 mg na kilogram masy ciała.

Lecznictwo

Opakowanie kofeiny wykorzystywanej jako substancja w recepturze aptecznej

W lecznictwie polskim kofeina znajduje zastosowanie w postaci czystej i mieszanin:

• Coffeinum FP VI, syn. Coffeinum purum, Coffeinum anhydricum, kofeina czysta – subst. do receptury aptecznej . Wchodzi także w skład wielu gotowych, prostych i złożonych (np. środki przeciwbólowe ) preparatów leczniczych.
• Coffeinum Natrium benzoicum FP IV, syn. Coffeini et Natrii benzoas, Caffeine and Sodium benzoate, mieszanina kofeiny i benzoesanu sodu – substancja do receptury aptecznej. Dawniej także w Polsce były dostępny preparat w postaci tabletek a 200 mg oraz ampułek do iniekcji. Jest to mieszanina równomolowych części kofeiny i benzoesanu sodu. Benzoesan sodu pełni w tym połączeniu rolę substancji hydrotropowej , która zapewnia rozpuszczalność kofeiny w wodzie. Zawartość kofeiny wynosi ok. 50%.
• Coffeinum Natrium salicylicum FP II, syn. Coffeini et Natrii salicylas, Caffeine and Sodium salicylate, mieszanina kofeiny i salicylanu sodu – substancja do receptury aptecznej. Salicylan sodu pełni w tym preparacie rolę substancji hydrotropowej, która zapewnia rozpuszczalność kofeiny w wodzie. Zawartość kofeiny wynosi ok. 56%. Stosowany znacznie rzadziej od mieszaniny kofeiny i benzoesanu sodu.

Dekofeinacja

Ekstrakcja kofeiny z kawy w celu produkcji kawy bezkofeinowej oraz odzyskania kofeiny to ważny proces przemysłowy, który może być przeprowadzony z użyciem różnych rozpuszczalników . Benzen , chloroform , trichloroetylen i dichlorometan były przez lata używane w tym celu, jednakże z uwagi na względy bezpieczeństwa, wpływ na środowisko, koszty i smak produktu zostały wyparte przez następujące metody:

Ekstrakcja wodą

Ziarna kawy zanurza się w wodzie. Woda, zawierająca oprócz kofeiny wiele innych składników wpływających na smak napoju, jest następnie przepuszczana przez węgiel aktywny , który usuwa kofeinę. Woda może być potem ponownie wchłonięta przez ziarna i odparowana do sucha, dając kawę bezkofeinową zawierającą wymagane substancje aromatyczne^[71]. Wytwórcy kawy odzyskują kofeinę i odsprzedają ją na użytek napojów bezalkoholowych oraz dostępnych bez recepty tabletek z kofeiną.

Ekstrakcja dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym

Dwutlenek węgla w stanie nadkrytycznym jest wspaniałym niepolarnym rozpuszczalnikiem dla kofeiny, będąc również bezpieczniejszym niż używane alternatywnie rozpuszczalniki organiczne. Sposób ekstrakcji nie jest skomplikowany: CO₂ przepuszcza się przez zielone ziarna kawy w temperaturze powyżej 31,1 °C i pod ciśnieniem 73 atmosfer. W takich warunkach CO₂ osiąga stan nadkrytyczny: ma właściwości podobne do gazu, umożliwiające wnikanie do ziaren, ale też zachowuje się jak rozpuszczalnik, który wypłukuje 97-99% kofeiny. CO₂ z zawartą kofeiną jest następnie natryskiwany wodą pod wysokim ciśnieniem. Uwolniona kofeina może być oddzielona na węglu aktywnym lub przez destylację , rekrystalizację lub odwróconą osmozę ^[71].

Ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi

Rozpuszczalniki organiczne w rodzaju octanu etylu są znacznie bezpieczniejsze w użyciu i mniej szkodliwe niż wcześniej stosowane związki aromatyczne czy polichlorowane. Inne rozwiązanie polega na wykorzystaniu olejów triglicerydowych uzyskiwanych podczas mielenia ziaren.

Kwestie religijne

Członkowie Kościoła Jezusa Chrystusa Świętych w Dniach Ostatnich (Mormoni), Kościoła Adwentystów Dnia Siódmego , Stowarzyszenia Chrześcijańskiej Nauki ^[72] i niektórych kościołów restoracjonistycznych nie spożywają kofeiny. Wyznawcy tych religii wierzą, że Bóg sprzeciwia się używaniu wszelkich substancji psychoaktywnych poza celami medycznymi.

Kościół Jezusa Chrystusa Świętych w Dniach Ostatnich wyraża w tej kwestii następującą opinię: "W stosunku do napojów typu Cola, Kościół nigdy oficjalnie nie zajął osobnego stanowiska, jednak nasi przywódcy doradzali, jak i my teraz radzimy nie spożywać żadnych napojów zawierających szkodliwe substancje mogące stać się przyczyną uzależnienia." (Priesthood Bulletin, Feb. 1972, p. 4.). Porównaj: Słowo mądrości .

Hindusi wyznający gaudija wisznuizm również generalnie stronią od kofeiny jako substancji mającej zaciemniać umysł i zbytnio stymulować zmysły. Aby przejść inicjację pod nadzorem guru, osoba musi wstrzymywać się od spożycia kofeiny (tak jak alkoholu , nikotyny czy innych używek) co najmniej przez roczny okres.

W głównym nurcie islamu kofeina jest dozwolona, jednak i tutaj nie powinna być nadużywana. Odnośnie kofeiny zawartej w kawie, imam Shihab al-Din powiedział: "picie [jej] jest halal [dozwolone], ponieważ wszystkie rzeczy są halal, za wyjątkiem tych, które Bóg uczynił haram [zakazanymi]". Podstawą fatwy jest odpowiedni cytat z Koranu (6:145)^[73].

Przypisy