Prokognitywne właściwości kofeiny – efekty i mechanizmy działania 

Kofeina jest nie tylko najpopularniejszą używką na świecie, ale też pierwszym wypróbowanym „nootropem” dla większości z nas. Kawa, jako jej najpopularniejsze źródło, jest napojem mocno zakorzenionym w naszej kulturze. Towarzyszy rytuałom rozpoczęcia dnia, jest standardowym elementem spotkań towarzyskich, a nawet najczęstszym pretekstem do ich zainicjowania. Poniżej zrobimy sobie mały przegląd najważniejszych informacji o kofeinie, również w kontekście jej wpływu na mózg.

Czym jest kofeina?

Kofeina (1,3,7-trimetyloksantyna) to roślinny alkaloid purynowy z grupy metyloksantyn. Znana jest głównie z kawy, jednak występuje w ponad 60 różnych roślinach, w których pełni rolę pestycydu. Jest najpopularniejszym na świecie stymulantem, nie tylko wśród użytkowników, ale i naukowców, ponieważ istnieją setki wyników badań z jej udziałem. W czystej formie jest gorzkim, białym proszkiem. W organizmie metabolizowana jest do trzech dimetyloksantyn: w ponad 80% do paraksantyny, a reszta do teobrominy i teofiliny. Ulega łatwej dystrybucji po tkankach, efektywnie dostając się również do mózgu. U ludzi kofeina przyswajana jest prawie w całości po około 45 minutach od spożycia doustnego. Podanie przez śluzówkę, np. z pomocą zawierających kofeinę gum do żucia skutkuje szybszą absorpcją.

Mechanizm działania kofeiny

Kofeina to stymulant, a jej działanie biologiczne jest dość złożone. Zaczniemy jednak od najbardziej doniosłego mechanizmu, czyli interakcji z układem adenozyny.

Hamowanie receptorów adenozyny

Czym jest adenozyna? Otóż jest to nukleozyd, który pełni funkcję neuroprzekaźnika hamującego pracę mózgu. Tak się składa, że struktura cząsteczki kofeiny jest bardzo podobna do adenozyny. Podobieństwo jest na tyle wyraźne, że kofeina może przyłączać się do receptorów adenozyny zamiast niej. Nie wywołuje jednak takiego samego działania jak adenozyna, a wręcz przeciwnie. Kofeina nie aktywuje tych receptorów, a tylko wchodzi w paradę adenozynie. Ta nie może się przyłączyć do receptorów i wywołać odpowiedniego działania i właśnie z tego wynika hamujące zmęczenie działanie kofeiny. Kofeina największe powinowactwo wykazuje w stosunku do podtypu receptorów A1, sporo mniejsze do A2.

Jest to główny mechanizm działania kofeiny, ponieważ znaczący stopień nasilenia efektów pojawia się przy mniejszych stężeniach niż przy kolejnych wymienionych mechanizmach. To działanie daje też najbardziej odczuwalne efekty w praktyce.

Inhibicja fosfodiesteraz

Kofeina jest też nieselektywnym inhibitorem fosfodiesteraz w komórkach. Są to enzymy, które rozbijają cykliczne nukleotydy, takie jak cAMP. W ten sposób kofeina powoduje wzrost stężenia cAMP wewnątrz komórek. CAMP jest przekaźnikiem wtórnym, który przesyła sygnał wewnątrz komórek i jest wykorzystywany do transferu informacji przez wiele hormonów i substancji, które przyłączają się tylko do receptora błonowego komórki i nie wnikają do jej wnętrza. Przez podnoszenie cAMP kofeina nasila działanie katecholamin (m.in. adrenaliny). W ten sposób też kofeina może potencjalnie przyspieszać spalanie tłuszczu.

Przepływ wapnia

Wapń jest elektrolitem, który uczestniczy w przekazywaniu sygnałów pomiędzy komórkami. Początkowo odkryto, że kofeina (i inne metyloksantyny) zwiększa przepływ wapnia do komórek mięśniowych przez błony komórkowe i siateczki sarkoplazmatyczne. Kofeina zwiększa też wrażliwość aparatu skurczowego na stężenia wapnia. W ten sposób kofeina sprzyja uzyskaniu mocniejszych skurczy mięśniowych, co może pomagać podczas aktywności fizycznej. W połączeniach synaptycznych ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego kofeina również wpływa na funkcjonowanie kanałów wapniowych, nasilając przepływ wapnia z i do komórek. Takie ruchy wapnia są elementem uczestniczącym w przekazywaniu sygnału przez niektóre neurotransmitery.

Neuroprzekaźniki

Kofeina nie przechodzi obojętnie obok kluczowych dla samopoczucia i kognicji neuroprzekaźników. Mowa głównie o dopaminie i noradrenalinie. Co prawda kofeina raczej nie podnosi znacząco stężenia noradrenaliny w szczelinach synaptycznych, ale za to wpływa na tempo jej obrotu, zwiększając szybkość syntezy i aktywność elektryczną neuronów zależnych od noradrenaliny. W odniesieniu do dopaminy są już notowane lekkie wzrosty stężeń w reakcji na kofeinę. Receptory adenozyny i dopaminy w wielu miejscach współwystępują i są od siebie zależne, co też wpływa w pewnym stopniu na działanie dopaminergiczne. Badacze wskazują, że wpływ na katecholaminy jest istotnym czynnikiem wywołującym działanie psychoaktywne, jednak nie najważniejszym. W badaniach eksperymentalnych (in vitro i in vivo na gryzoniach) zauważano też lekki wpływ na serotoninę, jednak u ludzi w praktyce ma to marginalne znaczenie.

Chronicznie przyjmowana kofeina wywołuje też pewne zmiany adaptacyjne w gęstości różnych receptorów w mózgu, czasem też zmieniając ich wrażliwość. Na pewno wzrasta gęstość receptorów adenozyny A1, o czym więcej przeczytasz niżej, w dziale o budowaniu tolerancji. Wzrasta też ilość korowych receptorów serotoniny 5-HT1 i 5-HT2. Według niektórych badaczy wzrasta znacznie ilość miejsc wiązania w receptorach benzodiazepinowych oraz gęstość korowych receptorów cholinergicznych (muskarynowych i niktynowych). Zmniejsza się za to gęstość korowych receptorów β1 i móżdżkowych receptorów β2 adrenergicznych. Nie ma dużego wpływu na ilość receptorów dopaminowych.

Wpływ kofeiny na mózg u ludzi

Działanie energetyzujące oraz wzrost aktywności i czujności udokumentowany jest w licznych badaniach, z użyciem przeróżnych dawek i w różnych sytuacjach – trening fizyczny, aktywność umysłowa, późna pora, czy też zwyczajny dzień. Badania EEG u ludzi po spożyciu kofeiny pokazują wzrost fal beta i spadek fal alfa, co potwierdza wzrost aktywności mózgu. Kofeina osłabia też lekko krążenie mózgowe, co wykorzystywane jest czasem, by zmniejszać ból głowy, natomiast usprawnia krążenie obwodowe.

Poprawa zdolności poznawczych następuje głównie w wyniku działania stymulującego, wszak najsilniejsze leki prokognitywne to właśnie stymulanty. Zasada jest prosta – więcej energii i motywacji, to chętniejsze podejmowanie pracy i nauki. Oczywiście o ile nie przesadzimy z dawkami, ponieważ duże dawki kofeiny nasilają lęki, co pogarsza kognicję.

Fascynująca jest różnica we wpływie na pamięć w zależności od… typu osobowości! Otóż kofeina poprawia pamięć roboczą, ale tylko u ekstrawertyków. U introwertyków takiego działania nie zanotowano. Są to wyniki badania na 128 osobach, którym losowo podawano albo zwykłą kawę, albo kawę bezkofeinową, po czym przeprowadzano pakiet testów pamięciowych. Jednak jeśli chodzi o czas prostej reakcji i szybkość kodowania informacji, to osobowość nie miała znaczenia i korzyści były porównywalne.

Chroniczne spożywanie kofeiny, jak dowodzi badanie „Women’s Health Initiative Memory Study” na starszych kobietach (65+), zmniejsza ryzyko rozwoju demencji starczej i zaburzeń kognicji. Podczas 10-letniej obserwacji i aktualizacją informacji co rok, zauważono, że kobiety spożywające kofeinę w ilości powyżej średniej (>261 mg) rzadziej dostawały diagnozę demencji lub zaburzeń poznawczych, niż badane spożywające kofeiną w ilościach poniżej średniej.

Metabolizm i czas działania kofeiny

Normalnie, u młodego i zdrowego człowieka, odczuwalny czas działania kofeiny to przynajmniej 4 godziny. Są jednak od tego odstępstwa, i to całkiem sporo. Po pierwsze, metabolizm się zmienia, gdy posiadasz polimorfizm genetyczny zmieniający aktywność enzymów metabolizujących kofeinę – CYP1A2 i 1A1. Czas działania kofeiny mogą zmieniać też inne leki i substancje, które wpływają na aktywność tych enzymów, a najczęściej wymieniane są leki antykoncepcyjne. Metabolizm kofeiny zmienia się też w specyficznych stanach organizmu – np. w ciąży kofeina dużo dłużej utrzymuje się w krwiobiegu, nawet ponad dwukrotnie. Podobnie jest w przypadku niewydolności wątroby lub nerek. Zdolność do metabolizowania kofeiny zmienia się z wiekiem. Palenie papierosów natomiast przyspiesza metabolizm kofeiny, osłabiając jej działanie.

Czym się różni kofeina z kawy od teiny z herbaty?

W działaniu? Niczym, jest to identyczna substancja. Różnicowanie nazw wprowadzono jedynie ze względu na pochodzenie, jednak i kofeina, i teina są określeniami dotyczącymi tej samej substancji – 1,3,7- trimetyloksantyny. Można ten temat rozciągnąć jeszcze na dalsze określenia jak mateina z yerba mate, guaranina z guarany i kilka podobnych przypadków.

Czysta kofeina czy lepiej kawka?

Zazwyczaj lepsza powinna być kawka. Dlaczego? Poza kofeiną ma też wiele innych substancji, które dają nam korzyści, jak chociażby kwas chlorogenowy. Z negatywów wiemy między innymi, że czysta kofeina może odrobinę pogarszać wrażliwość insulinową, gdy kawa ją poprawia. Tak więc działanie stymulujące będzie praktycznie to samo, ale kawa jako napój przynosi szersze spektrum korzyści dla zdrowia.

Niekiedy jednak preferowaną opcją będzie kofeina w formie czystej. Tak się np. w przypadku, gdy kawa powoduje różnego rodzaju dolegliwości gastryczne. Kawa może drażnić śluzówkę żołądka, szczególnie gdy jest wypijana na gorąco. Niektórym też nasila refluks lub wywołuje biegunkę. W takich przypadkach kofeina bezwodna z suplementu diety bywa dużo lepiej tolerowana. Aczkolwiek sama kofeina też nasila produkcję kwasów żołądkowych, więc jest możliwe, że gdy występują objawy związane z żołądkiem, to zmiana kawy na kofeinę nie zawsze będzie pomocna, choć jest to warte wypróbowania.

Czy kofeina uzależnia?

Kofeina ma to do siebie, że lubimy jej nadużywać. Gdy jest stosowana ciągle, niezależnie czy z kapsułki, czy z kawy, dość szybko możemy zanotować spadek odczuwalnego działania. W ten sposób z czasem stopniowo zwiększamy dawki albo częstotliwość ich przyjmowania. Stosowanie dużych dawek przez bardzo długi czas może spowodować, że przyzwyczaimy się do niej także fizjologicznie, a po zaprzestaniu stosowania odczuwać będziemy szereg uciążliwych objawów, jak ból głowy, nadmierną senność i zmęczenie, gorszą zdolność do skupienia uwagi itp. Na szczęście mijają one po kilku dniach, jednak sam fakt ich występowania świadczy, że obecność kofeiny poniekąd została zaadaptowana do naszego stanu homeostazy, a odcięcie jej źródła spowoduje zachwianie. Tak więc śmiało można uznać, że kofeina jest uzależniająca.

Tolerancja na kofeinę

Chyba każdy kawosz i amator kofeiny zauważył, że regularne przyjmowanie tej substancji sprawia, że z czasem odczuwalne działania słabną i nie czujemy już tak wyraźnego pobudzenia, jak na początku. Po pewnym czasie spada m.in. wrażliwość na hamowanie fosfodiesteraz, więc zaawansowani użytkownicy kofeiny tego efektu nie będą szczególnie doświadczać. Problemem jest też adaptacja układu adenozyny – gdy chronicznie blokujemy jej receptory, organizm się adaptuje i po prostu produkuje większą ich ilość oraz zwiększa ich czułość na adenozynę, by przyjmowana przez nas kofeina nie zaburzała naturalnych rytmów. W końcu trzeba przyznać, że spożywając substancję hamującą zmęczenie, trochę naginamy zasady.

Obecnie z badań wiemy, że nawet pomimo spadku właściwości energetyzujących, kofeina ma komponenty działania, które nie ulegają osłabieniu nawet przy długotrwałym stosowaniu, część z nich jest oporna na wzrost tolerancji. Przykładem jest wpływ na kondycję sportową – kofeina pozytywnie działa na osiągi sportowe, nawet gdy jest przyjmowana długotrwale, a Ty już nieszczególnie odczuwasz działanie pobudzające, co może wynikać z wpływu na mobilizację jonów wapnia. Tolerancji nie ulega też wpływ na działanie acetylocholiny, więc pewien wpływ na pamięć i kognicję również pozostaje dłużej, niż odczuwalne pobudzenie.

Zazwyczaj jednak właśnie o tę energię najbardziej nam chodzi. By uchronić się przed spadkiem wrażliwości, dobrym pomysłem jest stosowanie cykliczne lub tylko doraźne, przed treningiem lub aktywnością umysłową.

Jakie dawki kofeiny należy stosować?

Standardowa filiżanka kawy ma około 80-100 mg kofeiny, 500 ml puszka napoju Monster Energy 160 mg, a kapsułka z kofeiną zazwyczaj 200 mg. Jakie dawkowanie kofeiny jest najlepsze? Należy spróbować różnych i ocenić samemu 😉 Jak wyżej wspomniałem, pomiędzy różnymi osobami występują znaczne różnice w zdolności do metabolizowania kofeiny, więc należy znaleźć schemat najbardziej odpowiedni dla siebie. Na początek najlepszą dawką jest około 100 mg, by ocenić swoją wrażliwość i zapoznać się z charakterystyką kofeiny. Docelowa dawka dla większości osób, nawet tych regularnie przyjmujących kofeinę, to około 200 mg. Takie dawki są często zawarte w kapsułkach z kofeiną oraz w spalaczach tłuszczu i przedtreningówkach, chociaż mocniejsze preparaty mają nawet do 400 mg kofeiny na porcję, i to w towarzystwie innych stymulantów. W badaniach oceniających wpływ kofeiny na kondycję sportową stosowano dawki 4-6 mg na kg masy ciała.

Jak poprawić działanie kofeiny?

Jest sporo substancji, które fajnie się łączy z kofeiną lub z kawą. Absolutnie pierwsze miejsce wśród takich substancji zajmuje aminokwas – l-teanina. Połączenie kofeiny i teaniny ma reputację szalenie skutecznego i bezpiecznego stacku nootropowego, który jest rewelacyjny na początek przygody ze środkami prokognitywnymi. Naturalnie takie połączenie występuje w zielonej herbacie i Matcha. Poza teaniną często używa się też adaptogenów, takich jak Rhodiola Rosea, Brahmi, czy grzyb Lion’s Mane.

Kofeina w ciąży

Za bezpieczny limit spożycia kofeiny przez kobiety w ciąży uznaje się 200 mg, licząc sumę kofeiny z wszystkich źródeł. A więc nie tylko kawa, ale czekolada, kakao, herbata i coca-cola też się liczą. Przyjmuje się, że 1-2 filiżanki kawy dziennie nie powinny powodować żadnych problemów.

Nadużywanie kofeiny w czasie ciąży może jednak dziecku szkodzić, dlatego koniecznie należy kontrolować spożycie i trzymać się limitu. Kofeina przenika przez łożysko, a płód niestety nie metabolizuje kofeiny tak dobrze jak dorosły człowiek, przez co jej działanie jest wielokrotnie mocniejsze. Nadmiar kofeiny zwiększa ryzyko niskiej masy urodzeniowej dziecka oraz defektów rozwojowych, a nawet może doprowadzić do utraty ciąży.

Źródła kofeiny

W naturze jest sporo naturalnych źródeł kofeiny, z czego kawa oczywiście wiedzie prym, jednak obecnie mamy dostęp również do wielu komercyjnych produktów, wzbogacanych kofeiną. Poniżej kilka przykładowych źródeł kofeiny wraz z informacją o średnim stężeniu.

• Kawa – przeciętna kawa zawiera około 80-100 mg kofeiny na 180 ml filiżankę. W niewielkich ilościach zawarta jest również w kawach „bezkofeinowych”, gdzie stężenie wynosi około 5 mg na 180 ml.
• Zielona herbata – ok. 35 mg kofeiny na 180 ml
• Czarna herbata – zazwyczaj mniej niż 50 mg na 180 ml, ale mocna czarna herbata może mieć nawet do 70 mg kofeiny
• Guarana – około 5% kofeiny w zmielonym proszku, co daje 50 mg kofeiny na 1 g guarany
• Yerba mate – 25 g suszu może mieć więcej niż 160 mg kofeiny
• Coca-cola – ok. 40 mg na 330 ml puszkę
• Mountain Dew – 13 mg kofeiny na 100 ml, więc 43 mg w puszce 330 ml
• Energy Drink – standardowo 32 mg na 100 ml napoju. Klasyczne, małe puszki po 250 ml mają 80 mg kofeiny, a większe, jak Monster Energy 500 ml zawierają 160 mg kofeiny. Na rynku istnieją jednak energy drinki dla sportowców, które mają zwiększone ilości kofeiny, więc zawsze trzeba sprawdzić informację od producenta
• Kakao – ok. 230 mg kofeiny na 100 g kakao

Skutki uboczne kofeiny

Kofeina ma na pewno działanie anksjogenne – osoby predysponowane mogą odczuwać nasilenie lęków (dodanie do niej teaniny neutralizuje to działanie). Działa też diuretycznie, choć nie zawsze jest to skutek uboczny, ponieważ bywa stosowana także konkretnie w tym celu.

Kofeina wzmaga produkcję kwasu żołądkowego, co może być dokuczliwe w przypadku wrzodów żołądka lub refluksu.

Ze względu na hamowanie senności i stymulację, oczywiście może powodować bezsenność, szczególnie gdy jest przyjmowana zbyt późno. Sprawdź, jak wieczorne przyjmowanie kofeiny wypada względem ekspozycji na jasne światło, w kontekście wpływu na produkcję melatoniny – KLIK.

Dawki śmiertelne kofeiny szacowane są na przekraczające 10 g, natomiast od 1000 mg jednorazowo notowane są już poważne skutki uboczne, w postaci konwulsji i wymiotów, które zazwyczaj słabną po około 6 godzinach.

Co zamiast kofeiny?

Jeśli z jakichś względów poszukujesz innych alternatyw, to takie oczywiście istnieją 😉 Z substancji o bardzo podobnym działaniu wymieniłbym te dwie:

• Teakryna
• Metyloliberyna

Podsumowanie

Kofeina jest skutecznym stymulantem z relatywnie niskim ryzykiem skutków ubocznych. Jest bardzo dobrze poznana pod każdym kątem, brała udział w licznych badaniach i eksperymentach naukowych. Jej działanie ergogenicze i prokognitywne jest praktycznie niepodważalne.

Podsumowanie działań kofeiny:

• hamuje zmęczenie fizyczne i psychiczne;
• dodaje energii i redukuje senność;
• zwiększa wydatek energetyczny;
• poprawia czas reakcji;
• poprawia koncentrację;
• zwiększa motywację.

Obecnie pomimo tego, że znamy setki nowszych środków nootropowych, według mojej osobistej klasyfikacji kofeina nadal jest w czołówce. Jest tania, łatwo dostępna, działa wielopoziomowo, a jej efekty są notowane szybko i są faktycznie zadowalające dla większości osób, o ile jest stosowana poprawnie.

Źródła:

• Nehlig A, Daval JL, Debry G „Caffeine and the central nervous system: mechanisms of action, biochemical, metabolic and psychostimulant effects.” Brain Res Brain Res Rev. 1992 May-Aug;17(2):139-70.
• „Caffeine for the Sustainment of Mental Task Performance: Formulations for Military Operations.” Institute of Medicine (US) Committee on Military Nutrition Research.
  Washington (DC): National Academies Press (US); 2001.
• Dan Shi et al. „Chronic Caffeine Alters the Density of Adenosine, Adrenergic, Cholinergic, GABA, and Serotonin Receptors and Calcium Channels in Mouse Brain” Cell Mol Neurobiol. 1993 Jun; 13(3): 247–261.
• Andrew P Smith „Caffeine, extraversion and working memory” Journal of Psychopharmacology 27(1), September 2012
• Ira Driscoll et al. „Relationships Between Caffeine Intake and Risk for Probable Dementia or Global Cognitive Impairment: The Women’s Health Initiative Memory Study” J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2016 Dec; 71(12): 1596–1602.
• https://americanpregnancy.org/pregnancy-health/caffeine-intake-during-pregnancy/