Все про кофеин

Кофеин – главный действующий элемент чая и кофе, является наиболее распространенным психоактивным веществом среди человечества. Обороты продуктов с кофеином по объему продаж сопоставимы с нефтью и газом (чай, кофе), кофеин содержится во многих газированных напитках (например, Coca-Cola), чае, кофе, энергетиках и лекарствах. Люди давно употребляют напитки с кофеином, и нет никаких признаков, что будут делать это реже. Поэтому и количество исследований, посвященных этой теме, тоже неуклонно растет. Вместе с тем растут и мифы, связанные с кофеином. Можно легко найти мнения, что кофеин вызывает хроническое повышение артериального давления, вреден для сердца и даже вызывает зависимость, схожую с той, что существует при употреблении некоторых наркотиков.

Мы попросили химика Сергея Бесараба, автора канала LAB-66 и психиатра Владимира Пикиреню рассказать как можно доступнее и подробнее, чем же на самом деле является кофеин, как он влияет на организм человека, в чем может помочь, а в чем – представляет опасность.

Часть текста мы выделили курсивом для вашего удобства, так как считаем, что это информация из «раздела статьи со звездочкой» — она будет интересна тем, кто действительно хочет погрузиться вглубь вопроса. Остальные могут эту часть пропустить.

Ученый Сергей Бесараб: почему мы любим пить кофе и чай? Механизм действия с точки зрения химии.

Кофеин тесно связан с основным энергетическим процессом нашего организма – метаболизмом АТФ. В результате этого процесса «карманные» электростанции наших клеток – митохондрии, через процессы гликолиза, окислительного фосфорилирования и цикла Кребса, производят и используют молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). Эти молекулы – наш «термояд», основной источник энергии, химическая «батарейка», на которой работают наши клетки.

Метаболизм АТФ происходит всю нашу жизнь: он расщепляется, высвобождая энергию, которая используется для различных клеточных процессов – роста, движения и мышления. В процессе расщепления «батарейки» образуется метаболит аденозин. Чем интенсивнее и длительнее работает мозг, тем выше концентрация аденозина. Высокая концентрация аденозина сообщает мозгу, что он устал.

Что происходит при высокой концентрации аденозина?

Нейроны гиперполяризуются (накапливают избыточный отрицательный заряд на мембране клетки, подобно тому, как акриловый свитер накапливает электростатику). Из-за этого мыслительные процессы замедляются, снижается внимание, человек становится вялым, тело само просится в кровать. Во время сна концентрация аденозина плавно падает, и с утра мозг опять понимает, что тело бодро и готово к работе.

Если концентрация метаболита была очень высокой, то обычной 8-часовой длительности сна может не хватить, чтобы рецепторы полностью высвободились от аденозина, и человек будет вялым с утра. Можно считать, что аденозин - это естественный защитный механизм, эндогенный успокаивающий препарат («валерьяночка») для нашего тела.

Но сон «крадет» у человечества драгоценные моменты жизни. Хочется быть бодрым, поэтому мы стали использовать стимуляторы – вещества, которые по своей молекулярной структуре похожи на аденозин, а значит, могут временно блокировать аденозиновые рецепторы и «обманывать» мозг. Лучше всего на эту роль подошли ксантины из растений (кофе, чай, какао, кола, гуарана) – кофеин, теобромин, теофиллин. Кофеин и его «сотоварищи» «выключают» способность организма чувствовать усталость. Расслабление подавляется, внимание и скорость реакций увеличиваются. Попутно стимулируются и допаминовые рецепторы (допамин – «гормон удовольствия»), чтобы было веселее.

‍

‍

Вроде все хорошо. Но, как говорил Ломоносов, «если где–то что–то прибыло, значит, что где–то что–то убыло». Забрав у организма естественный защитный механизм, мы стимулируем работу его на износ. Регулярное употребление больших доз стимуляторов – это условный эквивалент депривации сна – состояния, при котором человек испытывает недостаток сна или полностью лишен его на определенное время.

В итоге нервная система истощается. Высокие дозы кофеина могут повышать тревожность, вызывать депрессию и другие нарушения, ведь организм не отдыхает.

Помимо этого, происходит еще один интересный процесс: блокирование аденозиновых рецепторов – белков на поверхности клеток, которые взаимодействуют с аденозином, регулируя многие физиологические процессы, включая сон, бодрствование, расширение сосудов и противовоспалительные реакции.

А дальше качели начинают «раскачиваться». Если рецепторы долго блокировать, возникает механизм receptor upregulation – организм увеличивает количество аденозиновых рецепторов (в основном A1). ОК, нейроны стали более чувствительны к эндогенному аденозину. Теперь, если мы не пьем кофе – начинается rebound-эффект, гиперактивность аденозиновой системы (нормальные уровни аденозина теперь воспринимает увеличенное количество рецепторов, «контакты» начинают «звенеть»). Выражается это в так называемом «кофейно-абстинентном синдроме»: усталость, снижение когнитивных функций и даже сонливость.

‍

‍

Аденозиновые рецепторы есть не только в мозге, но и в миокарде сердца. И вот здесь проявляется второй важный краткосрочный эффект. Аденозин используется в больницах для лечения тяжелой тахикардии (учащенное сердцебиение), так как он замедляет работу сердца, воздействуя на все четыре типа аденозиновых рецепторов в тканях сердца. Производные ксантина (кофеин, теобромин, теофиллин) оказывают противоположный эффект, вызывая учащенное сердцебиение. При употреблении кофеина (более 300 мг) как минимум можно получить гипертонию, удлинение интервала QT и учащенное сердцебиение.

Также кофеин в организме распадается на три метаболита – параксантина (84%), теобромина (12%) и теофиллина (4%). Каждый из них обладает своим эффектом. Параксантин – усиливает липолиз (распад жиров). Теобромин – расширяет кровеносные сосуды и увеличивает объем мочи. Теофиллин – расслабляет гладкую мускулатуру бронхов.

Неожиданно: почему шоколад может быть опасен для собак?

Здесь еще хотелось бы отметить, что теобромин – это не только компонент метаболизма кофеина в человеческом организме и важная составная часть шоколада (основной алкалоид какао-бобов), но и вещество, содержащееся в листьях чайного дерева, орехах кола (их экстракт изначально входил в первоначальный состав Coca-Cola) и листьях падуба (который в Южной Америке служит источником сырья для такого напитка как мате).

Есть предположение, что шоколад может быть опасен для собак и других домашних животных, и это связано именно с теобромином. Организм животных в отличие от человеческого с теобромином справляется плохо. А теобромин, циркулирующий в кровеносной системе, ингибирует аденозиновые рецепторы, вызывая расслабление гладкой мускулатуры (рецепторный эквивалент лекарственного препарата теофиллина или даже дротаверина-ношпы). В результате все это может привести к эпилептическим припадкам, сердечным приступам, внутренним кровотечениям и, в конечном итоге, летальному исходу для домашнего питомца.

Запах кофе – тоже важен

Вас бодрит запах кофе? Интересно, почему? Любые приятные запахи влияют на эмоциональное состояние человека и, более того, изменяют интенсивность мозговых ритмов (что можно даже самостоятельно определить, если у вас есть пусть даже не профессиональный ЭЭГ, а хотя бы игрушка вроде Kernel от «нестарейшества» Брайана Джонсона).

Правда, здесь есть один нюанс: на восприятие запаха очень сильно влияет возраст, пол и состояние здоровья человека. Также многое зависит от предыдущего опыта контакта с определенным запахом (связь с определенным событием или эмоцией), от когнитивных установок о том, каким должен быть запах, даже от особенностей культуры разных стран. Запах будет восприниматься по-разному при различных способах доставки и времени воздействия.

‍

‍

Пока нет способов унифицировать влияние всех запахов, и нет даже единой их классификации. Поэтому все, что может на этот счет посоветовать наука, – это вдыхать аромат кофе в теплой компании близких друзей в максимально уютной атмосфере.

Психиатр Владимир Пикиреня: какая доза кофеина не вредит здоровью?

Основной механизм действия кофеина – блокировка аденозиновых рецепторов. Кроме этого, есть еще несколько механизмов, которые выражены слабее. С учетом того, что кофеин употребляется долго, даже небольшие эффекты могут иметь значение. Что мы сейчас знаем о таких эффектах?

Во-первых, дозы. Разные напитки содержат разное количество кофеина. Посчитать количество употребляемого кофеина можно по таблице ниже (Дозы кофеина в 100 мл (на основании обзора, информация по мате):

‍

‍

Относительно безопасными считаются следующие дозы кофеина в сутки (на основании систематического обзора потенциального влияния на здоровье):

‍

‍

Возможные негативные последствия

Кофеин может повышать вероятность развития изжоги и усиливать гастроэзофагеальный рефлюкс.

Выпивание более двух чашек кофе или четырех чашек чая повышает риск переломов за счет снижения плотности костей (уменьшения уровня кальция), особенно это значимо для женщин в постменопаузальный период,  но это может быть скомпенсировано увеличением потребления кальция.

Может ли кофеин быть полезным?

Мы, наконец, подошли к самой приятной части нашего обзора – скажем несколько слов в защиту кофеина. Его употребление в безопасных дозах приводит к следующим эффектам:

Сердечно-сосудистые заболевания. Накопилось достаточно много данных, как по чаю, так и по кофе. Мета-анализ когортных исследований употребления кофе с 314 тыс. участников не показал влияния кофе на риск развития сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), а обзор влияния чая на смертность с 2 млн участников показал, что при употреблении более 1,5 чашек в день такой риск снижается.

По энергетическим напиткам таких крупных исследований не проводилось, однако известно, что вещества из газированных напитков усваиваются быстрее. Кроме того, эти напитки обычно холодные и могут выпиваться за более короткое время. Это может способствовать более выраженным перепадам в концентрации кофеина и создавать риски. А вот про Колу и другие напитки мы хорошо знаем, что они повышают риск сердечно-сосудистых заболеваний, но происходит это не из-за кофеина, а вследствие большого содержания сахара и, как следствие, повышения веса, а также развития метаболического синдрома.

Крупный обзор, опубликованный в 2014 году, показал, что каждая дополнительная чашка кофе в день снижает риск развития сахарного диабета 2 типа приблизительно на 8%, и этот эффект сохраняется до 6 чашек. Но если эти чашки без сахара!

Крупный обзор (в него было включено 47 систематических обзоров) факторов риска развития болезни Паркинсона показал, что как кофе, так и чай снижают вероятность появления этого заболевания. Более того, кофеин (кофе и чай) замедляет прогрессирование болезни Паркинсона, если она уже развилась.

Употребление чая и кофе также оказалось связано со снижением риска депрессии, и даже суицида.

‍

‍

И, наконец, употребление кофе способно снижать вероятность развития неалкогольной жировой болезни печени и уменьшать вероятность фиброза, если эта болезнь уже развилась.

Таким образом, если не превышать безопасный порог, то употребление чая и кофе обладает довольно большим количеством положительных эффектов для нашего здоровья. Лично у меня кофе частенько вызывает изжогу, поэтому я пью чай. Но если давать какую-то общую рекомендацию, то 1 чашка кофе + 2-3 чашки чая в день имеют гораздо больше доказательств пользы, чем популярная сейчас вода с лимоном.

О кофеине в медицине

Широкий спектр эффектов кофеина закономерно привел к его использованию в медицине.

Кофеин оказался безопаснее других стимуляторов дыхания (и при этом эффективным) для лечения апноэ у младенцев, родившихся преждевременно. Американская академия педиатрии указывает, что кофеин является в таких случаях средством выбора, потому что он имеет более высокий терапевтический индекс и действует дольше, чем теофиллин. Кроме того, он приводит к снижению бронхопульмональной дисплазии и сокращению длительности искусственной вентиляции легких (ИВЛ) у новорожденных с выраженным дефицитом веса. Есть даже вероятность, что кофеин улучшает нейрокогнитивное развитие у таких детей (Рекомендации Американской педиатрической академии по апноэ у родившихся преждевременно, и интересная дискуссия авторов отчета с другими специалистами по поводу доз и показаний к назначению кофеина).

Кофеин также рекомендован в свежих австралийских (пересмотрены в августе 2022) рекомендациях по апноэ, Калифорнийском неонатологическом консорциуме и других.

‍

‍

Кофеин входит в состав многих препаратов для лечения мигрени и головной боли, а обзор, опубликованный в профильном журнале Pain and Therapy (подразделение Nature), подтверждает эффективность таких средств и указывает на их возможное преимущество над монотерапией нестероидными противовоспалительными средствами (НПВС) при острой боли. В то же время есть предположения, что головные боли и мигрень могут быть спровоцированы синдромом отмены кофеина, если употреблять его в значительных количествах .

Кофеин также усиливает обезболивающий эффект других препаратов, что показано в Кокрейновском обзоре. В ряде случаев это помогает снизить дозу основного анальгетика, а значит, уменьшить возможные риски.

Были предположения, что, как и некоторые другие стимуляторы, кофеин может быть полезен для людей с СДВГ или депрессивными расстройствами. Но систематический обзор, опубликованный в 2023 году, не подтвердил пользы при СДВГ, так же как нет данных, подтверждающих эффективность кофеина для лечения депрессии.

Раньше кофеин также применялся как средство для лечения передозировок опиоидами или барбитуратами (сейчас для лечения передозировок опиоидами используется налоксон, а барбитураты практически не применяются для анестезии). Его также использовали как альтернативу теофилину для бронходилатации при астме, но он в 10 раз слабее теофилина. Но сейчас это уже не актуально - есть более эффективные средства.