Удар на кофеин - ефект во човечкиот мозок
Ефект во човечкиот мозок
Кофеинот е најшироко користената психоактивна супстанција во светот. Се наоѓа како активна состојка во пијалоците како што се кафе, чај и таканаречени енергетски пијалоци. Кофеинот може да ја зголеми будноста и будноста, да ја намали поспаноста и да ги зголеми когнитивните перформанси. Неговите невробиолошки ефекти се припишуваат на антагонизирање на церебралните рецептори на аденозин. Само неодамна стана можно со помош на молекуларни слични методи да се испитаат активните места на кофеин директно во живиот човечки мозок.
За главниот производител на кофеин, растението за кафе, тоа е заштитен токсин од инсекти. Според легендата, сточарите на кози во кралството Кафа, во денешна Етиопија, први забележале дека кофеинот има попријатен ефект врз другите организми. Откако уживале во црвените плодови од грмушката од кафе, нивните животни биле толку живи што пастирите самите ги пробале плодовите, а потоа ноќта ја претвориле во ден. Во 17 век, зрната кафе - печено, мелено и преработено во вкусен пијалок - го започна својот триумфален марш кон Европа и целиот свет познат во тоа време. Кофеинот е најшироко користената психоактивна супстанција денес во светот. Како и да е, само делумно е јасно зошто кофеинот има стимулирачки ефект и каде
го создава овој ефект во мозокот. Со употреба на современи постапки за молекуларно снимање, доаѓа
одговорите на овие прашања сега се поблиску.
Кофеинот ги блокира рецепторите на аденозин
Кога опишувате како работи кофеинот, фокусот е најмногу на акутните стимулативни ефекти. Како неселективен антагонист, кофеинот се врзува за церебралните рецептори на аденозин. Рецепторите на аденозин (A1, A2A, A2B, A3) споени со G-протеини го модулираат a.o. ефикасноста на рецепторите на бројни невротрансмитери - на пр. Б. со промена на спроводливоста за каналите K + и Ca 2+ - како и метаболизмот на клетките со влијание врз активноста на аденилат циклазата и фосфолипазата Ц. Аденозин затоа не треба да се класифицира како невротрансмитер, туку како невромодулатор, чија концентрација се менува во зависност од енергетскиот статус на клетките. Колку е поголема потрошувачката на енергија, толку повеќе се зголемува концентрацијата на аденозин, што е исто така производ на распаѓање на АТП (аденозин трифосфат), важен снабдувач на енергија за нервните и глијалните клетки.
Кофеинот го блокира сигналот за спиење
Друг ефект на аденозин може да биде поврзан со овој механизам за повратни информации: За време на нефизиолошки долги периоди на будност, концентрацијата на аденозин во мозокот постепено се зголемува и потоа повторно се намалува преку мирен сон. Ова набудување доведе до хипотеза дека аденозин може да биде клучна супстанца за потребата од сон. Неговиот ефект на поттикнување во голема мера се посредува преку подвидот А1 рецептори на аденозин, кој секаде се појавува, но не е хомогено изразен во мозокот. Кофеинот може ефикасно да го инхибира овој механизам и со тоа привремено да ја намали потребата од сон. Ова не само што одговара на личната перцепција на многу алкохоличари, туку може да се демонстрира и врз основа на типични промени во мозочните бранови во електроенцефалографијата (ЕЕГ).
Популацијата на холинергични неврони во основниот мозок е од особено значење за регулирање на заспивањето. Клетките проектираат во големи области на неокортексот и контролираат таму, меѓу другото. влезната чувствителност на кортекалните неврони. Аденозин рецепторите од типот А1 се наоѓаат на невроните на холинергичната проекција, кои значително се регулираат по подолги периоди на будност или по лишување од сон. Можевме да ги потврдиме овие податоци добиени во студии на животни за луѓе со употреба на методи на молекуларна слика. Интересно, сепак, беше откриено дека рецепторот Аденозин кај луѓето исто така е значително зголемен во другите, особено неокортикалните, делови на мозокот по лишување од сон. Аденозин се чини дека е вклучен во регулирањето на регулацијата на хомеостатскиот сон, т.е. Х. во зависност од нервната активност и метаболизмот на енергијата што треба да бидат вклучени. Како резултат, кофеинот влијае на релевантните за спиење А1 рецептори и во основниот мозок и во неокортексот и со тоа го одложува сигналот за спиење.
Анатомија на врзувањето за кофеин
Сл. 1 Томиограф на емисии на позитрон (ПЕТ) во Истражувачкиот центар во Јулих.
Сл. 2 лева магнетна резонанца (МРИ) на страничниот поглед на главата на испитното лице. Средните рецептори на аденозин (светло портокалово), местата на врзување за кофеин се дистрибуираат низ целиот мозок, особено во малиот мозок - овде се прави видлива со специфичната маркантна супстанција [18F] CPFPX и PET. Веднаш По администрацијата на кофеин (овде 4,1 мг на кг телесна тежина) рецепторите на аденозин повеќе не се видливи со ПЕТ, бидејќи кофеинот ја помести означувачката супстанција од рецепторите. VT е мерка на маркер супстанцијата.
Дозата е важна
Во експериментот, на учесниците во студијата им биле дадени различни дози на кофеин интравенски. Овие одговараа на вообичаените количини на кофеин содржани во две до четири шолји кафе. За подобра контрола на експериментот, кофеинот не се пие, туку се администрира интравенски, што исто така дозволува прилагодување на тежината на испитаниците и прецизно прилагодување на концентрацијата на кофеин во крвта.
Испитувањата на ПЕТ покажаа дека кофеинот стигнува до мозокот без никакво временско одложување, каде што ја дислоцира молекулата на радиоактивниот маркер од рецепторите на аденозин и дека е неверојатно ефикасен. Количината на кофеин од просечната дневна потрошувачка на кафе (четири до пет шолји) е доволна за блокирање на околу 50% од рецепторите на аденозин (слика 3). Затоа може да се претпостави дека поголеми количини кафе првенствено ги активираат или интензивираат несаканите ефекти како што се забрзување на срцевиот ритам, зголемување на крвниот притисок или треперење, но не се во можност дополнително да ги зголемат когнитивните перформанси.
Сепак, ова се однесува само на акутно зголемување на количината на кофеин. Бидејќи постои ефект на навика:
Оние кои пијат многу кафе често го менуваат капацитетот на врзување на рецепторите и затоа им е потребна поголема доза на кофеин со цел да ги одржат стимулативните ефекти константни на долг рок.
Сл. 3 Однос помеѓу концентрацијата на кофеин во крвта и зафатеноста на А1 рецепторите за аденозин во мозокот. Кофеинот во четири шолји кафе може да биде доволен за блокирање на половина од сите места за врзување во мозокот.
Истата постапка од година во година?
Ова слабеење на дејството на кофеинот се интензивира со фактот дека бројот на рецептори на аденозин се намалува во текот на животот. Во студија со 36 тест лица на возраст од 22 до 74 години, ја испитавме концентрацијата на рецептори за аденозин во различни региони на мозокот. Откриено е дека во многу региони на мозокот з. Понекогаш имаше значително намалување (до 34%) кај рецепторите што може да се забележат. Просечната загуба е 23%, што одговара на околу 5% по деценија од животот (слика 4). Двете феномени, промена на чувствителноста и намалување на концентрацијата на рецептори на аденозин, придонесуваат за фактот дека ефектите на кофеинот кај многу луѓе се менуваат во текот на животот. Стимулативните ефекти и забавување на сонот се исцрпуваат, а понекогаш ефектите може дури и да се вратат.
Сл. 4 Кофеинот се врзува за рецепторите на аденозин во мозокот, особено за квантитативно преовладувачкиот под-тип А1. Неговата концентрација се намалува за приближно 5% по деценија од животот, што го ослабува дејството на кофеинот.
Зависност од кофеин?
Стимулирачки, во високи дози, дури и стимулирачки ефект обично се бара, но премногу кофеин може да има и штетни ефекти. Овие вклучуваат особено проблеми со спиењето кои произлегуваат од нарушувања во регулацијата на спиењето и будењето. За некои луѓе, хроничното консумирање кафе доведува до зависност што може да предизвика дури и симптоми на повлекување кога ќе се запре „зависната супстанца“. Може да се претпостави дека овие ефекти првенствено се посредуваат преку подвидот А2А, кој е директно поврзан со допаминергичниот систем на наградување на мозокот. Како и да е, зачудувачки е што кофеинот има релативно низок потенцијал за зависност, иако позитивно искусните и директно предизвикани ефекти треба теоретски да го промовираат развојот на зависност. Разјаснувањето на механизмите што лежат во основата на оваа специфично „бенигна“ форма на зависност од кофеин може да даде важен придонес во истражувањето на зависноста.
Наскоро кафе на рецепт?
Здружениот кортекс, како главно место на дејство на кофеинот, е исто така дел од малиот мозок во кој е особено забележлив страшниот процес на распаѓање на мозокот: Алцхајмерова болест. Неодамнешните епидемиолошки студии покажуваат дека долгорочното и редовно консумирање кафе може да бидат заштитнички против невродегенеративните болести. Сепак, евентуалното невропротективно дејство на кофеинот не мора да биде посредувано преку невронски рецептори. Церебралните садови исто така имаат рецептори на аденозин кои з. Б. намалете ја нервната активност под исхемични услови и истовремено да го подобрите снабдувањето со крв во погоденото ткиво. Васкуларна компонента веќе долго време се дискутира за генезата на Алцхајмеровата болест. Се чини дека тука започнува ново поглавје во милениумската историја на кофеин.
Емисионна томографија (PET)
Со ПЕТ, слики на молекули и метаболички процеси во организмот, на пр. Б. во мозокот, прикажано и снимено квантитативно. За таа цел, слабо радиоактивно обележани супстанции се инјектираат во крвотокот како молекуларни сонди, кои можат да претставуваат одредени протеини или метаболички процеси. Радиоактивниот сигнал се прави видлив со ПЕТ-уред и се моделира со комплексни методи на анализа, така што е можно квантитативно одредување на целните структури.
Литература:
[1] Elmenhorst, D. et al. (2012) J.Nucl. Мед. 53, 1723-1729
[2] Мејер, ПТ и сор. [2006] Неуробиол. Стареење. 28, 1914-1924 година