Caffeine

Caffeine or 1,3,7-trimethylxanthine is a purine alkaloid belonging to the group od methylxanthines. It influences the function of the cardiovascular, respiratory, renal and nervous systems. It has several mechanisms of action. Caffeine is among the most widespread and used stimulants in the world. The sources of caffeine are coffee and cocoa beans, tea tree leaves or guarana berries, glossy kola (or real kola), Paraguayan holly and several other plants.

Chemical properties

 * General formula: C8H10N4O2
 * Molar mass: 194,19 g/mol
 * Melting point: 235-238 °C
 * Density: 1,2 g/cm3
 * UV maximum: 275 nm
 * Biological half-life (in plasma): 3-7 hours
 * Total plasma clearance: 0,078 L/h/kg
 * Properties: white crystal or powder, odorless, slightly bitter taste..

Caffeine metabolism
About 99% is absorbed during digestion in the first 45 minutes. If it enters the body in the fluidal form, absorption takes place in the GIT (stomach and small intestine) and is distributed using body fluids. In the case of chewing various plant leaves, absorption is faster and already takes place in the area of the oral mucosa. It can reversibly bind to plasma proteins (approximately 10-30%). Caffeine is resorbed in the renal tubules, but most is filtrated by the glomerulus and only a small percentage is excreted unchanged in the urine.

Caffeine metabolism itself takes place in the liver. Many enzymatic systems are involved, especially cytochrome P450 enzymes (in the form N-demethylation), N-acetyltransferase (NAT), xanthine oxidase (XO), etc. Demethylation and oxidation produce the three most important metabolites of caffeine:


 * paraxanthine is a metabolic product of roughly 80-85% of the total volume of caffeine; it causes increase of lipolysis, which leads to an icrease in plasma concentrations of glycerol and free fatty acids;
 * teobromine: about 12% of the total volume of caffeine; it dilates blood vessels and increases urine volume;
 * teophylline: arounnd 4% of the total volume of caffeine and it leads to relaxation of the smooth muscle in the bronchus

Mechanism of action
Several metabolic pathways through which coffeine acts have been described. However two are most important: inhibition of phosphodiesterase and antagonism of adenosine receptors. It also includes the release of calcium from intracellular resources or antagonism of benzodiazepine receptors.


 * 1) Inhibition of phosInhibice fosfodiesterázy: Kofein inhibuje fosfodiesterázu (enzym, který katalyzuje hydrolýzu cAMP), což vede ke zvýšení koncentrace cAMP. Tím kofein nepřímo ovlivňuje regulaci cAMP-dependentních proteinových kináz, které jsou zodpovědné za regulaci glykogenu, cukrů a metabolismu lipidů. Aktivací hormon-citlivých lipáz dochází ke zvýšené lipolýze, která se projeví zvýšením plazmatických hladin volných mastných kyselin a glycerolu. Dochází rovněž ke zvýšenému uvolňování katecholaminů.
 * 2) Antagonismus adenosinových receptorů: Velký vliv na behaviorální a kognitivní funkce. Kofein se nespecificky váže na adenosinové receptory. Buňky jsou pak vůči adenosinu "slepé". Pokud se naváže adenosin na své receptory, působí jako inhibitor nervových signálů, což vede k ospalosti, malátnosti a zapříčiňuje usínání. Dále adenosin dilatuje krevní cévy mozku. Navázáním kofeinu a paraxantinu na adenosinové receptory dochází k opačným reakcím: zrychlení nervových signálů, pocit bdělosti a konstrikce mozkových cév.

Účinky

 * Zrychlení psychomotoriky
 * Zmírnění únavy
 * Palpitace
 * Zlepšení koncentrace a paměti
 * Větší využití tuků jako zdroje energie
 * Diuretický účinek

Při vyšších dávkách se může objevit tachykardie, hypertenze, nauzea, úzkost, neschopnost se soustředit, tremor, či mimovolní svalové záškuby.

Závislost
Kofein patří mezi nejméně návykové drogy, přesto jeho nadužívání může způsobit závislost. Jeho užívání je však poměrně bezpečné, neboť letální dávka se u zdravého jedince pohybuje okolo 10 gramů (asi 100 šálků kávy). V případě snížení příjmu kofeinu nebo jeho vysazení po dlouhodobém pravidelném užívání vyšších dávek může dojít k abstinenčním příznakům. Ty nebývají silné, patří mezi ně podrážděnost, únava, dysforie. V průběhu 2–3 dnů odeznívají. Za relativně bezpečnou dávku se považuje asi 300 mg kofeinu (3 šálky kávy).

Related articles

 * Addictive substances
 * Substance abuse