Über das Koffeinmolekül-Chemische und physikalische Eigenschaften
Koffeinmolekül C8H10N4O2
Was ist in Kaffee?
Moleküle in Kaffeebohnen gefunden. Koffein ist eine Xanthinalkaloidverbindung, die beim Menschen als Stimulans wirkt. Koffein wird manchmal Guaranin genannt, wenn es in Guarana gefunden wird, Matein, wenn es in Mate gefunden wird, und Thein, wenn es in Tee gefunden wird. Es findet sich in den Blättern und Bohnen der Kaffeepflanze, in Tee, Yerba Mate und Guarana Beeren und in kleinen Mengen in Kakao, der Kolanuss und der Yaupon Holly., Insgesamt kommt Koffein in den Bohnen, Blättern und Früchten von über 60 Pflanzen vor, wo es als natürliches Pestizid wirkt, das bestimmte Insekten, die sich von ihnen ernähren, lähmt und tötet. Koffein ist ein Stimulans des zentralen Nervensystems (ZNS), das die Schläfrigkeit vorübergehend abwehrt und die Wachsamkeit wiederherstellt. Koffeinhaltige Getränke wie Kaffee, Tee, Softdrinks und Energy Drinks erfreuen sich großer Beliebtheit: Koffein ist die weltweit am häufigsten konsumierte psychoaktive Substanz. In Nordamerika konsumieren 90% der Erwachsenen täglich Koffein., Viele natürliche Koffeinquellen enthalten auch sehr unterschiedliche Mischungen anderer Xanthinalkaloide, einschließlich der Herzstimulanzien Theophyllin und Theobromin sowie anderer Substanzen wie Polyphenole, die mit Koffein unlösliche Komplexe bilden können..
Chemische und Physikalische Eigenschaften von Koffein
ALLGEMEIN
EIGENSCHAFTEN:
| Dichte und phase | 1.,2 g/cm³, solid |
| Solubility in water | Slightly soluble |
| Other solvents | Soluble in ethyl acetate, chloroform, pyrimidine, pyrrole, tetrahydrofuran solution; moderately soluble in alcohol, acetone; slightly soluble in petroleum ether, ether, benzene. |
| Melting Point | 237 °C |
| Boiling point | 178 °C (sublimes) |
| Acidity (pKa | 10.,4 (40 °C) |
P\GEFAHREN
| Hauptgefahr | Möglicherweise tödlich, wenn eingeatmet, Verschlucken oder durch die Haut absorbiert. |
Koffein ist ein Pflanzenalkaloid, das in zahlreichen Pflanzenarten vorkommt und als natürliches Pestizid wirkt, das bestimmte Insekten lähmt und tötet, die sich von ihnen ernähren., Die am häufigsten verwendeten koffeinhaltigen Pflanzen sind Kaffee, Tee und in gewissem Maße Kakao. Andere, weniger häufig verwendete Koffeinquellen sind die Yerba Mate-und guaranà ¡- Pflanzen, die manchmal bei der Zubereitung von Tees und Energy-Drinks verwendet werden. Zwei der alternativen Namen von Koffein, Matein und Guaranin, stammen aus den Namen dieser Pflanzen.
Die weltweit wichtigste Koffeinquelle ist die Kaffeebohne (der Samen der Kaffeepflanze), aus der Kaffee gebraut wird., Der Koffeingehalt im Kaffee variiert stark in Abhängigkeit von der Art der Kaffeebohne und der verwendeten Zubereitungsmethode; Sogar Bohnen innerhalb eines bestimmten Busches können Konzentrationsschwankungen aufweisen. Im Allgemeinen reicht eine Portion Kaffee von etwa 40 Milligramm für einen einzigen Schuss (30 Milliliter) Arabica-Espresso bis etwa 100 Milligramm für starken Tropfkaffee. Im Allgemeinen hat dunkel gerösteter Kaffee weniger Koffein als hellere Röstungen, da der Röstvorgang den Koffeingehalt der Bohne reduziert. Arabica-Kaffee enthält normalerweise weniger Koffein als die Robusta-Sorte., Kaffee enthält auch Spuren von Theophyllin, aber kein Theobromin.
Tee ist eine weitere häufige Koffeinquelle. Tee enthält normalerweise etwa halb so viel Koffein pro Portion wie Kaffee, abhängig von der Stärke des Gebräus. Bestimmte Teesorten wie Schwarz und Oolong enthalten etwas mehr Koffein als die meisten anderen Teesorten. Tee enthält geringe Mengen Theobromin und etwas höhere Theophyllinspiegel als Kaffee. Die Zubereitung hat einen erheblichen Einfluss auf den Tee, und die Farbe ist ein sehr schlechter Indikator für den Koffeingehalt., Tees wie der grüne japanische Gyokuro zum Beispiel enthalten viel mehr Koffein als viel dunklere Tees wie Lapsang Souchong, die sehr wenig haben.— Schokolade aus Kakao enthält eine kleine Menge Koffein. Schokolade ist ein schwaches Stimulans, das hauptsächlich auf den Gehalt an Theobromin und Theophyllin zurückzuführen ist. Es enthält zu wenig dieser Verbindungen für eine vernünftige Portion, um beim Menschen Wirkungen zu erzielen, die mit Kaffee vergleichbar sind. Eine typische 28-Gramm-Portion eines Milchschokoladenriegels enthält etwa so viel Koffein wie eine Tasse entkoffeinierten Kaffee.,
Koffein ist auch ein häufiger Bestandteil von Erfrischungsgetränken wie Cola, die ursprünglich aus Kolanüssen hergestellt wurden. Softdrinks enthalten typischerweise etwa 10 bis 50 Milligramm Koffein pro Portion. Im Gegensatz dazu enthalten Energy-Drinks wie Red Bull bis zu 80 Milligramm Koffein pro Portion. Das Koffein in diesen Getränken stammt entweder aus den verwendeten Zutaten oder ist ein Zusatzstoff, der aus dem Produkt der Entkoffeinierung oder aus der chemischen Synthese stammt., Guarana, ein Hauptbestandteil von Energy Drinks, enthält große Mengen an Koffein mit geringen Mengen an Theobromin und Theophyllin in einem natürlich vorkommenden langsam freisetzenden Hilfsstoff.
Anwendungsgeschichte
Seit der Steinzeit konsumiert der Mensch Koffein. Frühe Völker fanden heraus, dass das Kauen der Samen, Rinde oder Blätter bestimmter Pflanzen Müdigkeit linderte, das Bewusstsein anregte und die Stimmung erhöhte. Erst viel später wurde festgestellt, dass die Wirkung von Koffein durch Einweichen solcher Pflanzen in heißes Wasser erhöht wurde., Viele Kulturen haben Legenden, die die Entdeckung solcher Pflanzen den Menschen zuschreiben, die vor vielen Tausenden von Jahren lebten.
Nach einer populären mongolischen Legende entdeckte der Kaiser von China Shennong, der angeblich etwa 3.000 v. Chr. regiert hatte, versehentlich, dass, als einige Blätter in kochendes Wasser fielen,ein duftendes und stärkendes Getränk entstand. Shennong wird auch in Lu Yus Cha Jing erwähnt, einem berühmten frühen Werk zum Thema Tee.
Die frühe Geschichte des Kaffees ist unklar, aber ein populärer Mythos führt seine Entdeckung nach Äthiopien, wo Coffea arabica seinen Ursprung hat., Nach diesem Mythos beobachtete ein Ziegenbock namens Kaldi Ziegen, die nachts nach dem Stöbern auf Kaffeesträuchern begeistert und schlaflos wurden und beim Probieren der Beeren, die die Ziegen gegessen hatten, die gleiche Vitalität erlebten. Die früheste literarische Erwähnung von Kaffee kann ein Hinweis auf Bunchum in den Werken des 9.Jahrhunderts persischen Arzt al-Razi sein. 1587 verfasste Malaye Jaziri ein Werk mit dem Titel „Umdat al safwa fi hill al-qahwa“, das die Geschichte und die rechtlichen Kontroversen des Kaffees nachzeichnet., In dieser Arbeit nahm Jaziri auf,dass ein Scheich, Jamal-al-Din al-Dhabhani, Mufti von Aden, 1454 als erster Kaffee konsumierte und dass die Sufis des Jemen im 15.Jahrhunderts wurde die Verwendung von Kaffee von einem in Ägypten ansässigen Europäer aufgezeichnet, und ungefähr zu dieser Zeit wurde er im Nahen Osten allgemein verwendet. Die Wertschätzung von Kaffee als Getränk in Europa, wo er zuerst als „arabischer Wein“ bekannt war, stammt aus dem 17., Während dieser Zeit wurden“ Kaffeehäuser “ gegründet, die ersten in Konstantinopel und Venedig eröffnet. In Großbritannien wurden 1652 in der St. Michael ‚ s Alley in Cornhill die ersten Kaffeehäuser in London eröffnet. Sie wurden bald in ganz Westeuropa populär und spielten im 17.und 18.
Die Kolanuss scheint wie die Kaffeebeere und das Teeblatt uralten Ursprungs zu sein. Es wird in vielen westafrikanischen Kulturen einzeln oder in einem sozialen Umfeld gekaut, um die Vitalität wiederherzustellen und den Hunger zu lindern., Im Jahr 1911 geriet Kola in den Fokus einer der frühesten dokumentierten Gesundheitsängste, als die US-Regierung 40 Fässer und 20 Fässer Coca-Cola-Sirup in Chattanooga, Tennessee, beschlagnahmte und behauptete, das Koffein in seinem Getränk sei“gesundheitsschädlich“. März 1911 initiierte die Regierung die United States vs., Vierzig Fässer und zwanzig Fässer Coca-Cola, in der Hoffnung, Coca-Cola zu zwingen, Koffein aus seiner Formel zu entfernen, indem übertriebene Behauptungen aufgestellt werden, wie der übermäßige Gebrauch von Coca-Cola an einer Mädchenschule führte zu „wilden nächtlichen Freaks, Verstößen gegen College-Regeln und weibliche Eigentumsverhältnisse, und sogar Unmoral.“Obwohl der Richter zugunsten von Coca-Cola entschied, wurden dem US-Repräsentantenhaus 1912 zwei Gesetzesvorlagen zur Änderung des Pure Food and Drug Act vorgelegt, in denen Koffein in die Liste der „gewohnheitsbildenden“ und „schädlichen“ Substanzen aufgenommen wurde, die auf dem Etikett eines Produkts aufgeführt sein müssen.,
Der früheste Beweis für den Kakaogebrauch stammt aus Rückständen, die in einem alten Maya-Topf aus dem Jahr 600 v. Chr. gefunden wurden. In der Neuen Welt wurde Schokolade in einem bitteren und würzigen Getränk namens Xocoatl konsumiert, das oft mit Vanille, Chilipfeffer und Achiote gewürzt wurde. Es wurde angenommen, dass Xocoatl Müdigkeit bekämpft, eine Überzeugung, die wahrscheinlich auf den Theobromin-und Koffeingehalt zurückzuführen ist. Schokolade war ein wichtiges Luxusgut im gesamten präkolumbianischen Mesoamerika, und Kakaobohnen wurden oft als Währung verwendet.
Schokolade wurde von den Spaniern nach Europa eingeführt und wurde um 1700 zu einem beliebten Getränk., Sie führten den Kakaobaum auch in Westindien und auf den Philippinen ein. Es wurde in alchemistischen Prozessen verwendet, wo es als Schwarze Bohne bekannt war.
Das erste Kaffeehaus in Europa wurde Paris in den 1800er Jahren von einem französisch-armenischen namens Pascal eröffnet. Armenische Kaufleute spielten eine Rolle in der moderneren Geschichte des Kaffees, und dies ist der Grund, warum die Kaffeeanbauregion in die armenische Region von Columbia.In 1819 isolierte der deutsche Chemiker Friedrich Ferdinand Runge erstmals relativ reines Koffein., Einer Legende zufolge Tat er dies auf Geheiß von Johann Wolfgang von Goethe.Heute wird der weltweite Konsum von Koffein auf 120.000 Tonnen pro Jahr geschätzt und ist damit die beliebteste psychoaktive Substanz der Welt. Diese Zahl entspricht einer Portion eines koffeinhaltigen Getränks für jede Person pro Tag. In Nordamerika konsumieren 90% der Erwachsenen täglich etwas Koffein.,
Pharmakologie
Koffein ist ein zentrales Nervensystem und metabolisches Stimulans und wird sowohl erholsam als auch medizinisch verwendet, um körperliche Müdigkeit zu reduzieren und die geistige Wachsamkeit wiederherzustellen, wenn ungewöhnliche Schwäche oder Schläfrigkeit auftritt. Koffein stimuliert das zentrale Nervensystem zuerst auf den höheren Ebenen, was zu erhöhter Wachsamkeit und Wachheit, schnellerem und klarerem Gedankenfluss, erhöhtem Fokus und besserer allgemeiner Körperkoordination und später auf Rückenmarksebene bei höheren Dosen führt., Sobald es sich im Körper befindet, hat es eine komplexe Chemie und wirkt durch mehrere Mechanismen, wie unten beschrieben.
Metabolismus
Koffein wird in der Leber in drei primäre Metaboliten metabolisiert: Paraxanthin (84%), Theobromin (12%) und Theophyllin (4%) Koffein wird innerhalb von 45 Minuten nach der Einnahme vollständig vom Magen und Dünndarm absorbiert. Nach der Einnahme wird es in allen Geweben des Körpers verteilt und durch Kinetik erster Ordnung eliminiert., Die Halbwertszeit von Koffein, die Zeit, die der Körper benötigt, um die Hälfte der zu einem bestimmten Zeitpunkt konsumierten Gesamtmenge an Koffein zu eliminieren, variiert je nach Alter, Leberfunktion, Schwangerschaft, einigen gleichzeitigen Medikamenten und dem Niveau der Enzyme in der Leber, die für den Koffeinstoffwechsel benötigt werden. Bei gesunden Erwachsenen beträgt die Halbwertszeit von Koffein etwa 3-4 Stunden. Bei Frauen, die orale Kontrazeptiva einnehmen, ist dies auf 5-10 Stunden erhöht, und bei Schwangeren beträgt die Halbwertszeit etwa 9-11 Stunden., Koffein kann sich bei Personen mit schwerer Lebererkrankung ansammeln, wenn seine Halbwertszeit auf 96 Stunden ansteigen kann. Bei Säuglingen und Kleinkindern kann die Halbwertszeit länger sein als bei Erwachsenen; Die Halbwertszeit bei einem Neugeborenen kann bis zu 30 Stunden betragen. Andere Faktoren wie Rauchen können die Halbwertszeit von Koffein verkürzen.,
Koffein wird in der Leber durch das Cytochrom P450-Oxidase-Enzymsystem (insbesondere das Isozym 1A2) in drei metabolische Dimethylxanthine metabolisiert, die jeweils ihre eigenen Auswirkungen auf den Körper haben:
- Paraxanthin (84%) Hat die Wirkung, die Lipolyse zu erhöhen, was zu erhöhten Glycerin-und freien Fettsäurespiegeln im Blutplasma führt.
- Theobromin (12%) Erweitert die Blutgefäße und erhöht das Urinvolumen. Theobromin ist auch das Hauptalkaloid in Kakao und daher Schokolade.,
- Theophyllin (4%) Entspannt die glatte Muskulatur der Bronchien und wird zur Behandlung von Asthma eingesetzt. Die therapeutische Dosis von Theophyllin ist jedoch um ein Vielfaches höher als die durch den Koffeinstoffwechsel erreichten Werte.
Jeder dieser Metaboliten wird weiter metabolisiert und dann im Urin ausgeschieden.
Wirkungsmechanismus von Koffein im Gehirn
Die Hauptwirkungsart von Koffein ist als Antagonist von Adenosinrezeptoren im Gehirn.,
Koffein wirkt durch mehrere Mechanismen, die sowohl die Wirkung auf Rezeptoren und Kanäle an der Zellmembran als auch die intrazelluläre Wirkung auf Calcium-und cAMP-Pfade betreffen. Aufgrund seiner Purinstruktur kann es auf einige der gleichen Ziele wie Adenosin-verwandte Nukleoside und Nukleotide einwirken, wie die Zelloberfläche P1 GPCRs für Adenosin, sowie den intrazellulären Ryanodinrezeptor, der das physiologische Ziel von cADPR (cyclische ADP-Ribose) und cAMP-Phosphodiesterase (cAMP-PDE) ist. Obwohl die Wirkung in einigen Fällen agonistisch ist, ist sie in anderen antagonistisch., Physiologisch ist jedoch eine Koffeinwirkung aufgrund einer erhöhten RyR-Öffnung unwahrscheinlich, da eine Plasmakonzentration über der letalen Dosierung erforderlich ist. Die Wirkung erfolgt höchstwahrscheinlich durch Adenosinrezeptoren.
Die Hauptwirkungsart von Koffein ist als Antagonist von Adenosinrezeptoren im Gehirn. Das Koffeinmolekül ist Adenosin strukturell ähnlich und bindet an Adenosinrezeptoren auf der Oberfläche von Zellen, ohne sie zu aktivieren (ein „Antagonist“ – Wirkungsmechanismus). Siehe Jsmol-Dateien des Koffeinmoleküls im Vergleich zu Adenosin. Daher wirkt Koffein als kompetitiver Inhibitor., Die Verringerung der Adenosinaktivität führt zu einer erhöhten Aktivität des Neurotransmitters Dopamin, was weitgehend die stimulierenden Wirkungen von Koffein ausmacht. Koffein kann auch den Adrenalin- / Adrenalinspiegel erhöhen, möglicherweise über einen anderen Mechanismus. Akuter Konsum von Koffein erhöht auch den Serotoninspiegel und verursacht positive Stimmungsschwankungen.
Die Hemmung von Adenosin kann in seinen harntreibenden Eigenschaften relevant sein., Da bekannt ist, dass Adenosin die afferenten Arteriolen des Glomerulus bevorzugt verengt, kann seine Hemmung eine Vasodilatation mit einem Anstieg des renalen Blutflusses (RBF) und der glomerulären Filtrationsrate (GFR) verursachen. Dieser als kompetitive Hemmung bezeichnete Effekt unterbricht einen Weg, der normalerweise zur Regulierung der Nervenleitung dient, indem er postsynaptische Potentiale unterdrückt. Das Ergebnis ist ein Anstieg der über die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-Achse freigesetzten Adrenalin-und Noradrenalinspiegel., Adrenalin, die natürliche endokrine Reaktion auf eine wahrgenommene Bedrohung, stimuliert das sympathische Nervensystem, was zu einer erhöhten Herzfrequenz, Blutdruck und Durchblutung der Muskeln, eine verminderte Durchblutung der Haut und inneren Organe und eine Freisetzung von Glukose durch die Leber.
Koffein ist auch ein bekannter kompetitiver Inhibitor des Enzyms cAMP-Phosphodiesterase (cAMP-PDE), das zyklisches AMP (cAMP) in Zellen in seine nichtzyklische Form umwandelt und cAMP den Aufbau in Zellen ermöglicht., Zyklisches AMP ist an der von Zellen als Reaktion auf die Stimulation durch Adrenalin produzierten Signalkaskade beteiligt, so dass Koffein durch Blockieren seiner Entfernung die Wirkung von Adrenalin und adrenalinähnlichen Arzneimitteln wie Amphetamin, Methamphetamin oder Methylphenidat verstärkt und verlängert. Erhöhte Konzentrationen von cAMP in Parietalzellen verursachen eine erhöhte Aktivierung der Proteinkinase A (PKA), die wiederum die Aktivierung der H+/K+ ATPase erhöht, was schließlich zu einer erhöhten Magensäuresekretion durch die Zelle führt.,
Koffein (und Theophyllin) kann frei in Zellen diffundieren und verursacht intrazelluläre Calciumfreisetzung (unabhängig von extrazellulärem Calcium) aus den Calciumspeichern im endoplasmatischen Retikulum(ER). Diese Freisetzung wird nur teilweise durch eine Ryanodinrezeptorblockade mit Ryanodin, Dantrolen, Rutheniumrot und Procain blockiert (daher kann es sich um einen Ryanodinrezeptor und wahrscheinlich um einige zusätzliche Calciumkanäle handeln), aber nach Calciumabbau vollständig abgeschafft von ER durch SERCA-Inhibitoren wie Thapsigargin (TG) oder Cyclopiazonsäure (CPA)., Die Wirkung von Koffein auf den Ryanodinrezeptor kann sowohl von den cytosolischen als auch von den luminalen ER-Konzentrationen von Ca2+abhängen. Bei niedriger millimolarer Koffeinkonzentration ist die RyR-Kanalöffnungswahrscheinlichkeit (Po) vor allem aufgrund einer Verkürzung der Lebensdauer des geschlossenen Zustands signifikant erhöht. Bei Konzentrationen >5 mM öffnet Koffein selbst bei pikomolarem zytosolischem Ca2+ RyRs und erhöht die Öffnungszeit des Kanals dramatisch, so dass die Calciumfreisetzung stärker ist, als selbst ein Aktionspotential erzeugen kann., Diese Wirkungsweise von Koffein beruht wahrscheinlich auf der Nachahmung der Wirkung des physiologischen Metaboliten von NAD namens cADPR (Cyclic ADP Ribose), der eine ähnliche potenzierende Wirkung auf Ryanodinrezeptoren hat.
Koffein kann auch verzögerte Gleichrichter-und A-Typ-K+ – Ströme direkt hemmen und den plasmalemmalen Ca2+ – Zustrom in bestimmten Wirbeltier-und wirbellosen Neuronen aktivieren.
Die Metaboliten von Koffein tragen zur Wirkung von Koffein bei. Theobromin ist ein Vasodilatator, der die Menge an Sauerstoff und Nährstofffluss zu Gehirn und Muskeln erhöht., Theophyllin, der zweite der drei primären Metaboliten, wirkt als glattes Muskelrelaxans, das hauptsächlich Bronchiolen beeinflusst und als Chronotrop und Inotrop wirkt, das die Herzfrequenz und Effizienz erhöht. Das dritte metabolische Derivat, Paraxanthin, ist verantwortlich für eine Zunahme des Lipolyseprozesses, der Glycerin und Fettsäuren in das Blut freisetzt, um von den Muskeln als Brennstoffquelle verwendet zu werden.,
Effekte in Maßen
Die genaue Menge an Koffein, die zur Erzeugung von Effekten erforderlich ist, variiert von Person zu Person, abhängig von der Körpergröße und dem Grad der Toleranz gegenüber Koffein. Es dauert weniger als eine Stunde, bis Koffein den Körper beeinflusst und eine milde Dosis in drei bis vier Stunden nachlässt. Der Konsum von Koffein beseitigt nicht die Notwendigkeit des Schlafes: Es reduziert nur vorübergehend das Gefühl, müde zu sein.
Mit diesen Effekten ist Koffein ergogen: Erhöhung der Kapazität für geistige oder körperliche Arbeit., Eine 1979 durchgeführte Studie zeigte bei Probanden, die Koffein konsumierten, einen Anstieg der über einen Zeitraum von zwei Stunden zurückgelegten Strecke um 7% im Vergleich zu Kontrolltests. Andere Studien erzielten viel dramatischere Ergebnisse; Eine bestimmte Studie an trainierten Läufern zeigte eine 44% ige Steigerung der“ Renntempo “ -Ausdauer sowie eine 51% ige Steigerung der Radausdauer nach einer Dosierung von 9 Milligramm Koffein pro Kilogramm Körpergewicht. Der umfangreiche Schub, der bei den Läufern gezeigt wird, ist kein Einzelfall; Zusätzliche Studien haben ähnliche Effekte berichtet. Eine andere Studie fand 5.,5 Milligramm Koffein pro Kilogramm Körpermasse führten dazu, dass Probanden bei hochintensiven Kreisläufen 29% länger radelten.
Atemprobleme bei Frühgeborenen, frühgeburtliche Apnoe, werden manchmal mit zitriertem Koffein behandelt, das in vielen Ländern nur auf Rezept erhältlich ist. Eine Verringerung der bronchopulmonalen Dysplasie wurde bei Frühgeborenen gezeigt, die mit Koffeincitrat-Therapien behandelt wurden. Es wird spekuliert, dass diese Verringerung der bronchopulmonalen Dysplasie mit einer Verringerung der Exposition gegenüber positivem Atemwegsdruck verbunden ist., Das einzige kurzfristige Risiko, das mit dieser Behandlung verbunden ist, ist eine vorübergehende Verringerung der Gewichtszunahme während der Therapie.
Obwohl Koffein für den Menschen relativ sicher ist, ist es für einige andere Tiere wie Hunde, Pferde und Papageien aufgrund einer viel schlechteren Fähigkeit, diese Verbindung zu metabolisieren, erheblich toxischer. Koffein hat zum Beispiel eine viel bedeutendere Wirkung auf Spinnen als die meisten anderen Medikamente.,ct common food and drugs
Da Koffein in erster Linie ein Antagonist der Rezeptoren des Zentralnervensystems für den Neurotransmitter Adenosin ist, passen sich die Körper von Personen, die regelmäßig Koffein konsumieren, der ständigen Anwesenheit des Arzneimittels an, indem sie die Anzahl der Adenosinrezeptoren im Zentralnervensystem erheblich erhöhen. Diese Zunahme der Anzahl der Adenosinrezeptoren macht den Körper viel empfindlicher gegenüber Adenosin, mit zwei primären Folgen., Erstens werden die stimulierenden Wirkungen von Koffein wesentlich reduziert, ein Phänomen, das als Toleranzanpassung bekannt ist. Zweitens, weil diese adaptiven Reaktionen auf Koffein Menschen viel empfindlicher auf Adenosin machen, wird eine Verringerung der Koffeinaufnahme effektiv die normalen physiologischen Wirkungen von Adenosin erhöhen, was zu unerwünschten Entzugserscheinungen bei toleranten Benutzern führt.,
Da Adenosin zum Teil dazu dient, den Blutdruck durch Vasodilatation zu regulieren, führen die erhöhten Wirkungen von Adenosin dazu, dass sich die Blutgefäße des Kopfes erweitern, was zu einem Blutüberschuss im Kopf führt und Kopfschmerzen und Übelkeit verursacht. Reduzierte Katecholaminaktivität kann Müdigkeit und Schläfrigkeit verursachen. Eine Verringerung des Serotoninspiegels, wenn der Koffeinkonsum gestoppt wird, kann zu Angstzuständen, Reizbarkeit, Konzentrationsunfähigkeit und verminderter Motivation führen, tägliche Aufgaben einzuleiten oder zu erledigen.in extremen Fällen kann es zu leichten Depressionen kommen.,
Entzugserscheinungen †“ möglicherweise einschließlich Kopfschmerzen, Reizbarkeit, Konzentrationsunfähigkeit und Magenschmerzen – können innerhalb von 12 bis 24 Stunden nach Absetzen der Koffeinaufnahme auftreten, erreichen ihren Höhepunkt bei etwa 48 Stunden und dauern normalerweise ein bis fünf Tage-was die Zeit darstellt, die erforderlich ist, damit die Anzahl der Adenosinrezeptoren im Gehirn auf „normale“ Spiegel zurückkehrt, die nicht durch den Koffeinkonsum beeinflusst werden. Koffein verursacht eine übermäßige Freisetzung von Magensäuren während der Einnahme.Beim Entzug nimmt der Magensäurespiegel erheblich ab und kann bei bestimmten Menschen Bauchschmerzen verursachen.,Die Schmerzen dauern normalerweise zwischen 24-48 Stunden und können mit Verstopfung verwechselt werden.Analgetika wie Aspirin können die Schmerzsymptome lindern, ebenso wie eine kleine Dosis Koffein. Am effektivsten ist eine Kombination aus einem Analgetikum und einer kleinen Menge Koffein.
Dies ist nicht der einzige Fall, in dem Koffein die Wirksamkeit eines Arzneimittels erhöht. Koffein macht Schmerzmittel 40% wirksamer bei der Linderung von Kopfschmerzen und hilft dem Körper, Kopfschmerzen Medikamente schneller zu absorbieren, schneller Erleichterung zu bringen. Aus diesem Grund enthalten viele rezeptfreie Kopfschmerzmittel Koffein in ihrer Formel., Es wird auch mit Ergotamin bei der Behandlung von Migräne und Clusterkopfschmerzen sowie zur Überwindung der durch Antihistaminika verursachten Schläfrigkeit
Übermäßiger Gebrauch
Koffein ist ein Medikament, das in großen Mengen, insbesondere über einen längeren Zeitraum, zu einem Zustand führen kann, der als „Koffeinismus“ bezeichnet wird.“Koffeinismus kombiniert normalerweise körperliche Sucht mit einer Vielzahl unangenehmer körperlicher und geistiger Zustände, einschließlich Nervosität, Reizbarkeit, Angstzuständen, Zittern, Muskelzuckungen (Hyperreflexie), Schlaflosigkeit und Herzklopfen., (Unter einer starren Definition von Sucht, was einen Prozess der eskalierenden Verwendung bedeutet, wäre“ Koffeinabhängigkeit “ ein beschreibender Begriff. Unter der weithin akzeptierten Definition“ chronisches Verhaltensmuster, das als schwer zu beenden empfunden wird “ kann jedoch gesagt werden, dass Koffein süchtig macht.) Da Koffein die Produktion von Magensäure erhöht, kann ein hoher Verbrauch im Laufe der Zeit zu Magengeschwüren, erosiver Ösophagitis und gastroösophagealer Refluxkrankheit führen., Da jedoch sowohl“ normaler “ als auch entkoffeinierter Kaffee nachweislich auch die Magenschleimhaut stimulieren und die Magensäuresekretion erhöhen, ist Koffein wahrscheinlich nicht der einzige Bestandteil von Kaffee verantwortlich.
Es gibt vier Koffein-induzierte psychiatrische Störungen, die im Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, vierte Ausgabe, anerkannt sind: Koffein-Intoxikation, Koffein-induzierte Angststörung, Koffein-induzierte Schlafstörung und Koffein-bedingte Störung, die nicht anders angegeben sind (NOS).,
Koffeinvergiftung
Eine akute Überdosis Koffein, normalerweise mehr als 250 Milligramm (mehr als 2-3 Tassen gebrühter Kaffee), kann zu einer Überstimulation des Zentralnervensystems führen, die als Koffeinvergiftung bezeichnet wird. Die Symptome einer Koffeinvergiftung können Unruhe, Nervosität, Erregung, Schlaflosigkeit, Gesichtsrötung, vermehrtes Wasserlassen, gastrointestinale Störungen, Muskelzuckungen, einen weitläufigen Gedanken-und Sprachfluss, unregelmäßigen oder schnellen Herzschlag und psychomotorische Erregung sein.
Bei extremer Überdosierung kann es zum Tod kommen., Die mittlere tödliche Dosis (LD50) von Koffein beträgt 192 Milligramm pro Kilogramm bei Ratten. Die LD50 von Koffein ist abhängig von Gewicht und individueller Empfindlichkeit und wird auf etwa 150 bis 200 Milligramm pro Kilogramm Körpermasse geschätzt, ungefähr 140 bis 180 Tassen Kaffee für einen durchschnittlichen Erwachsenen, der innerhalb eines begrenzten Zeitraums eingenommen wird, der von der Halbwertszeit abhängt. Obwohl das Erreichen einer tödlichen Dosis mit Koffein bei normalem Kaffee außergewöhnlich schwierig wäre, wurde über Todesfälle durch Überdosierung von Koffeinpillen berichtet.,
Die Behandlung einer schweren Koffeinvergiftung ist im Allgemeinen unterstützend und bietet die Behandlung der unmittelbaren Symptome, aber wenn der Patient sehr hohe Serumspiegel an Koffein hat, können Peritonealdialyse, Hämodialyse oder Hämofiltration erforderlich sein.
Angstzustände und Schlafstörungen
Ein langfristiger übermäßiger Konsum von Koffein kann eine Reihe psychiatrischer Störungen hervorrufen. Zwei solche von der APA anerkannten Störungen sind Koffein-induzierte Schlafstörungen und Koffein-induzierte Angststörungen.,Im Falle einer Koffein-induzierten Schlafstörung nimmt eine Person regelmäßig hohe Dosen von Koffein zu sich, die ausreichen, um eine signifikante Schlafstörung auszulösen, die ausreichend schwerwiegend ist, um die klinische Aufmerksamkeit zu rechtfertigen.
Bei einigen Personen können die großen Mengen an Koffein Angstzustände auslösen, die stark genug sind, um klinische Aufmerksamkeit zu erfordern. Diese Koffein-induzierte Angststörung kann viele Formen annehmen, von generalisierter Angst über Panikattacken bis hin zu Zwangssymptomen oder sogar phobischen Symptomen., Da dieser Zustand organische psychische Störungen nachahmen kann, wie Panikstörung, generalisierte Angststörung, bipolare Störung, oder sogar Schizophrenie, Eine Reihe von Medizinern glauben, dass Koffein-berauschte Menschen routinemäßig falsch diagnostiziert und unnötig behandelt werden, wenn die Behandlung für Koffein-induzierte Psychose einfach wäre, weiteres Koffein zurückzuhalten. Eine Studie im British Journal of Addiction kam zu dem Schluss, dass Koffeinismus, obwohl selten diagnostiziert, bis zu einer von zehn Personen der Bevölkerung befallen kann.,
Extraktion von reinem Koffein
Koffeinextraktion ist ein wichtiger industrieller Prozess und kann mit verschiedenen Lösungsmitteln durchgeführt werden. Benzol, Chloroform, Trichlorethylen und Dichlormethan wurden im Laufe der Jahre alle verwendet, aber aus Gründen der Sicherheit, der Umweltbelastung, der Kosten und des Geschmacks wurden sie durch die folgenden Hauptmethoden ersetzt:
Wasserextraktion
Kaffeebohnen werden in Wasser eingeweicht., Das Wasser, das nicht nur Koffein enthält, sondern auch viele andere Verbindungen, die zum Geschmack von Kaffee beitragen, wird dann durch Aktivkohle geleitet, die das Koffein entfernt. Das Wasser kann dann mit den Bohnen zurückgesetzt und trocken verdampft werden, so dass entkoffeinierter Kaffee einen guten Geschmack hat. Kaffeehersteller stellen das Koffein wieder her und verkaufen es für Erfrischungsgetränke und Medikamente weiter.,
Überkritische Kohlendioxidextraktion
Überkritisches Kohlendioxid ist ein ausgezeichnetes unpolares Lösungsmittel für Koffein (sowie viele andere organische Verbindungen) und ist sicherer als die organischen Lösungsmittel, die für die Koffeinextraktion verwendet werden. Der Extraktionsprozess ist einfach: CO2 wird bei Temperaturen über 31,1 °C und Drücken über 73 atm durch die grünen Kaffeebohnen gepresst. Unter diesen Bedingungen befindet sich CO2 in einem „überkritischen“ Zustand: Es hat gasähnliche Eigenschaften, die es erlauben, tief in die Bohnen einzudringen, aber auch flüssigkeitsähnliche Eigenschaften, die 97-99% des Koffeins auflösen., Das koffeinhaltige CO2 wird dann mit Hochdruckwasser besprüht, um das Koffein zu entfernen. Das Koffein kann dann durch Kohleadsorption (wie oben) oder durch Destillation, Rekristallisation oder Umkehrosmose isoliert werden.
Extraktion durch nicht gefährliche organische Lösungsmittel
Organische Lösungsmittel wie Ethylacetat stellen weitaus weniger Gesundheits-und Umweltgefahren dar als bisher verwendete chlorierte und aromatische Lösungsmittel. Die Hydrolyseprodukte von Ethylacetat sind Ethanol und Essigsäure, die beide in geringen Mengen ungefährlich sind., Eine andere Methode ist die Verwendung von Triglyceridölen, die aus verbrauchtem Kaffeesatz gewonnen werden.
Vorteile von Koffein bei Alzheimern und langsam einsetzender Demenz
Jüngste Studien haben gezeigt, dass Koffein und Kaffee den Ausbruch von Alzheimer verzögern können, auch bei Senioren, die bereits an einer leichten Demenz leiden. Es scheint, dass Koffein Arbeitetdurch Blockieren von Entzündungen im Gehirn, insbesondere Adenosinrezeptoren, die eine Kettenreaktion auslösen können, die den kognitiven Verfall des Geistes auslöst.
Kaffee kann sich auch bei Erwachsenen über 65 Jahren positiv auf Entzündungen im Gehirn auswirken., Es wurde festgestellt, dass Personen, die einen höheren Koffeinspiegel im Blut hatten, den Ausbruch von Alzheimer vermeiden oder verzögern..
“ Wir haben ein neuartiges Signal entdeckt, das die gehirnbasierte Entzündung aktiviert, die mit neurodegenerativen Erkrankungen einhergeht, und Koffein scheint seine Aktivität zu blockieren. Diese Entdeckung kann schließlich zu Medikamenten führen, die eine leichte kognitive Beeinträchtigung umkehren oder hemmen könnten“, sagte Gregory Freund, Professor am U of I ’s College of Medicine und Mitglied der U of I‘ s Division of Nutritional Sciences.siehe Referenz-57.
