Kofein: Vše, co byste měli vědět.

Kofein je přírodní stimulant, který patří do skupiny zvané methylxantiny. Mezi další zástupce této skupiny patří theofylin a theobromin. Tyto sloučeniny mají psychostimulační účinky a snadno se vstřebávají v trávicím traktu.[1]

Po konzumaci se kofein rychle vstřebává do krevního oběhu a dostává se do různých částí těla, včetně mozku, kde působí na adenosinové receptory. Jeho přítomnost vyvolá odpověď organismu, například dojde k uvolnění neurotransmiterů – dopaminu a noradrenalinu. Právě díky této kaskádě událostí můžeme pociťovat zlepšení kognice, nálady a fyzické výkonnosti.

Získává se z kávových zrn, čajových lístků, nebo kakaa, a jeho zpracované formy můžeme najít v energetických nápojích, doplňcích stravy, náplních elektronických cigaret nebo v některých lécích.

Obr.1: Kávová zrna. Photo by Nathan Dumlao on Unsplash

Jako maximální denní dávka pro dospělého člověka se uvádí 400 miligramů, tedy 4 – 5 šálků kávy za den, najednou se doporučuje maximální dávka 200 mg – asi 2 šálky po 125 ml.[3] Ovšem, někteří lidé jsou díky své genetické výbavě na kofein více citliví než ostatní a mohou pociťovat vedlejší účinky i po jedné kávě. Těhotné a kojící ženy by měly omezit množství kofeinu pod 200 mg/den, teeenageři by neměli konzumovat více než 100 mg[1] a děti by jej neměly konzumovat vůbec.

Pro fajnšmekry:

Z chemického hlediska je kofein purinový alkaloid = dusíkatá organická sloučenina rostlinného původu, která má fyziologické účinky na člověka a zvířata[2] a působí jako stimulant centrálního nervového systému (CNS).

Metabolismus kofeinu neboli ADME

Absorpce

Po požití dochází k jeho rychlému vstřebání v tenkém střevě a během 30 až 120 min dosáhne vrcholné koncentrace v plazmě.[4,5]

Distribuce

Kofein je schopen proniknout hematoencefalickou bariérou do mozku, což mu umožňuje působit na centrální nervový systém a další orgány. 

Prostoupí také placentou a několik studií dokonce zjistilo přítomnost kofeinu u předčasně narozených dětí, jejichž matky konzumovaly kávu ve větším množství během těhotenství.[6,7] Dostává se také do mateřského mléka, ale v nižší koncentraci.

Metabolismus a vylučování

Po vstřebání podléhá kofein metabolizaci v játrech, především působením enzymového systému cytochromu P450. Gen CYP1A2 je zodpovědný za metabolizaci až 90% kofeinu.[5,13] 

Vzniklé metabolity – paraxanthin, teofylin, teobromin[14] – jsou rozpustné ve vodě a snadno se vylučují močí. 

Obecně se uvádí poločas rozpadu kofeinu na 6-8 hodin – pokud si dáte kávu ve 12:00, tak ještě v 18:00 máte polovinu původní dávky stále v těle. U kuřáků bylo pozorováno zkrácení poločasu, naopak u těhotných žen prodloužení – až na 15 hod v posledním trimestru.[3,8,15]

Bylo pozorováno, že u žen ve luteální fázi menstruačního cyklu se eliminace kofeinu prodlužuje o 25 % ve srovnání s ženami ve folikulární fázi[9,10], avšak jiná studie podobně výrazný efekt nepozorovala[11], a je tedy potřeba sledovat další výzkumy. Užívání hormonální antikoncepce může dobu eliminace prodloužit až dvojnásobně.[12]

Mechanismus účinku

Hlavním mechanismem účinku je schopnost kofeinu antagonizovat adenosinové receptory A1 a A2. 

Jednoduše řečeno, kofein soupeří s adenosinem, a váže se na jeho receptory místo něj, protože má podobnou strukturu.

Adenosin je neurotransmiter, který podporuje relaxaci a ospalost, a jeho inhibice kofeinem vede ke zvýšení bdělosti a snížení vnímání únavy. 

V důsledku blokády adenosinových receptorů dochází ke zvýšení uvolňování neurotransmiterů, jako je dopamin a noradrenalin. Dopamin je spojený s potěšením, odměnou a motivací. Noradrenalin se podílí na reakci „fight or flight“, bdělosti a vzrušení. 

Jakmile kofein opět uvolní receptory, veškerý adenosin, který se nahromadil se chce navázat, což pociťujeme, jak propad energie a řešením je často další šálek kávy.

Obr.2. Latte art. Photo by Nathan Dumlao on Unsplash

Faktory ovlivňující metabolismus kofeinu

Fyziologické účinky kofeinu jsou velmi rozsáhlé, ale mohou se mezi jednotlivci lišit na základě těchto faktorů[3,16,17]]: 

• věk
• genetika
• přítomnost onemocnění jater
• hormonální hladiny
• úroveň fyzické aktivity
• souběžné trávení potravin, např. brokolice a kapustová zelenina mohou zvyšovat rychlost, s jakou je kofein odstraňován z těla (clearance)
• konzumace alkoholu – konzumace 50 g alkoholu denně významně prodlužuje poločas kofeinu a snižuje jeho odbourávání (clearance)
• léky – hormonální antikoncepce, antibiotika, antidepresiva

Účinky kofeinu

Zatímco mírná konzumace kofeinu je spojena s pozitivními účinky na kognici, nadměrná konzumace může vést k nežádoucím účinkům. 

Spánek je téma samo o sobě, ale ve zkratce – kofein prodlužuje dobu bdění[18] a zkracuje dobu slow-wave spánku (důležitá část hluboké fáze spánku).[19]

Kofein může také snižovat kvalitu spánku, narušovat jednotlivé fáze spánku a vést k jeho fragmentaci.[20] Účinky kofeinu na spánek jsou závislé na dávce a načasování jeho konzumace. 

Představte si kofein jako hlasitý zvuk, který vám ruší spánek. Stejně jako vám hluk může bránit usnout nebo způsobit, že se během noci často budíte, může kofein narušit vstup do hlubokého a klidného spánku a zůstat v něm.

Tabulka: Výhody a nevýhody kofeinu.

Genetika (pro fajnšmekry)

S metabolismem kofeinu je často spojována varianta rs762551 v genu CYP1A2. Lidé, kteří nesou alelu C, metabolizují kofein pomaleji než ti, kteří mají alelu A (ta je spojena s rychlejším metabolismem kofeinu). V důsledku toho se u nich mohou projevit prodloužené stimulační účinky, zvýšená citlivost na kofein a riziko nežádoucích účinků, jako je nespavost a nervozita.[21,22]

S metabolismem kofeinu a mírou konzumace kávy jsou dále spojovány geny CYP1A2, AHR a ADORA2A.[23]

Každý člověk má dvě kopie každého genu, jednu od matky a jednu od otce. Tyto dvě kopie mohou být identické (homozygotní) nebo různé (heterozygotní). Varianta genu, také nazývaná alela, je jednou z možných forem nebo verzí konkrétního genu.

A co čaj?

Množství kofeinu se v čaji nebo kávě výrazně liší i v závislosti na původu, druhu a přípravě nápoje. Čaje, které se louhují déle a ve více horké vodě, proto obsahují i více kofeinu.

Čaj navíc obsahuje L-theanin, který má uvolňující účinky a může zmírňovat stimulační efekty kofeinu.[24] Vstřebávání kofeinu je navíc ve srovnání s kávou často pomalejší kvůli přítomnosti polyfenolů.

Praktické tipy

• Snažte se vypít poslední kávu 8-10 hodin před plánovaným spánkem.
• Ráno se zkuste jít nejprve trošku projít na denní světlo – pomáhá to probudit.
• Zkuste bezkofeinové varianty káv nebo čaje. 
• Nekonzumujte energy drinky a nekupujte je dětem a teenagerům.

Zdroje

[1] Lunsford‐Avery JR, Kollins SH, Kansagra S, Wang KW, Engelhard MM. Impact of daily caffeine intake and timing on electroencephalogram-measured sleep in adolescents. Journal of Clinical Sleep Medicine. 2022;18(3):877-884. doi:10.5664/jcsm.9736

[2] The Editors of Encyclopaedia Britannica. Alkaloid | Definition, Structure, & Classification. Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/alkaloid. Published January 5, 2024.

[3] Nehlig A. Interindividual differences in caffeine metabolism and factors driving caffeine consumption. Pharmacological Reviews. 2018;70(2):384-411. doi:10.1124/pr.117.014407

[4] Blanchard J, Sawers SJA. The absolute bioavailability of caffeine in man. European Journal of Clinical Pharmacology. 1983;24(1):93-98. doi:10.1007/bf00613933

[5] Products EP on D. Scientific Opinion on the safety of caffeine. EFSA Journal. 2015;13(5). doi:10.2903/j.efsa.2015.4102

[6] Khanna NN, Somani SM. Maternal coffee drinking and unusually high concentrations of caffeine in the newborn. Journal of Toxicology. 1984;22(5):473-483. doi:10.3109/15563658408992578

[7] Lakin H, Sheehan P, Soti V. Maternal caffeine consumption and its impact on the fetus: a review. Cureus. November 2023. doi:10.7759/cureus.48266

[8] Arnaud M. Metabolism of caffeine and other components of coffee. ResearchGate. January 1993. https://www.researchgate.net/publication/311253694_Metabolism_of_caffeine_and_other_components_of_coffee. 

[9] Lane JD, Steege JF, Rupp SL, Kuhn CM. Menstrual cycle effects on caffeine elimination in the human female. European Journal of Clinical Pharmacology. 1992;43(5):543-546. doi:10.1007/bf02285099

[10] [Elimination of caffeine and metamizole in the menstrual cycle of the fertile female]. PubMed. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3687278/. Published 1987.

[11] Kamimori GH, Joubert A, Otterstetter R, Santaromana M, Eddington ND. The effect of the menstrual cycle on the pharmacokinetics of caffeine in normal, healthy eumenorrheic females. European Journal of Clinical Pharmacology. 1999;55(6):445-449. doi:10.1007/s002280050654

[12] Patwardhan RV, Desmond PV, Johnson RF, Schenker S. Impaired elimination of caffeine by oral contraceptive steroids. J Lab Clin Med. 1980;95(4):603-608.

[13] Berthou F, Flinois JP, Ratanasavanh D, Beaune P, Riche C, Guillouzo A. Evidence for the involvement of several cytochromes P-450 in the first steps of caffeine metabolism by human liver microsomes. Drug Metab Dispos. 1991;19(3):561-567.

[14] Grzegorzewski J, Bartsch F, Köller A, König M. Pharmacokinetics of Caffeine: A Systematic Analysis of Reported Data for Application in Metabolic Phenotyping and Liver Function Testing. Front Pharmacol. 2022;12:752826. Published 2022 Feb 25. doi:10.3389/fphar.2021.752826

[15] Yu T, Campbell SC, Stockmann C, et al. Pregnancy-induced changes in the pharmacokinetics of caffeine and its metabolites. J Clin Pharmacol. 2016;56(5):590-596. doi:10.1002/jcph.632

[16] Lampe JW, King IB, Li S, et al. Brassica vegetables increase and apiaceous vegetables decrease cytochrome P450 1A2 activity in humans: changes in caffeine metabolite ratios in response to controlled vegetable diets. Carcinogenesis. 2000;21(6):1157-1162.

[17] George J, Murphy T, Roberts R, Cooksley WG, Halliday JW, Powell LW. Influence of alcohol and caffeine consumption on caffeine elimination. Clin Exp Pharmacol Physiol. 1986;13(10):731-736. doi:10.1111/j.1440-1681.1986.tb02414.x

[18] Clark ID, Landolt H. Coffee, caffeine, and sleep: A systematic review of epidemiological studies and randomized controlled trials. Sleep Medicine Reviews. 2017;31:70-78. doi:10.1016/j.smrv.2016.01.006

[19] Carrier J, Fernández-Bolaños M, Robillard R, et al. Effects of Caffeine are more Marked on Daytime Recovery Sleep than on Nocturnal Sleep. Neuropsychopharmacology. 2006;32(4):964-972. doi:10.1038/sj.npp.1301198

[20] Gardiner C, Weakley J, Burke LM, et al. The effect of caffeine on subsequent sleep: A systematic review and meta-analysis. Sleep Medicine Reviews. 2023;69:101764. doi:10.1016/j.smrv.2023.101764

[21] Robertson TM, Clifford MN, Penson S, Williams P, Robertson MD. Postprandial glycaemic and lipaemic responses to chronic coffee consumption may be modulated by CYP1A2 polymorphisms. Br J Nutr. 2018;119(7):792-800. doi:10.1017/S0007114518000260

[22] https://www.snpedia.com/index.php/Rs762551  

[23] Fulton JL, Dinas PC, Carrillo AE, Edsall JR, Ryan EJ, Ryan EJ. Impact of Genetic Variability on Physiological Responses to Caffeine in Humans: A Systematic Review. Nutrients. 2018;10(10):1373. Published 2018 Sep 25. doi:10.3390/nu10101373

[24] Giles GE, Mahoney CR, Brunyé TT, Taylor HA, Kanarek RB. Caffeine and theanine exert opposite effects on attention under emotional arousal. Can J Physiol Pharmacol. 2017;95(1):93-100. doi:10.1139/cjpp-2016-0498

Photo by BRUNO CERVERA on Unsplash