Кофеїн. Частина 1: База

Люблю тебе, кавусю, але давай розберемося, що ти таке

Я — київська жіночка. У Києві народилася, виросла й жила, із невеликою перервою на Львів, до 32 років. Аж доки не опинилася в Нью-Йорку. Хто бував у столиці свободи, у славному Києві себто, той знає, що там усе як треба із кавою. Перед переїздом у Штати я жила на Подолі, який відомий своєю максимальною концентрацією осередків чудової кави на одиницю міського простору. А от у НЙ, де я приземлилася, як я швидко з’ясувала, було зовсім не так. То я пізніше дізналася, що хорошу каву тут треба знати, де шукати. Мене жахало те, що Америка п’є й називає кавою. Я не те, щоби анти-старбакс, але їхнє “американо” температури гірської лави я собі до рота підносити не збиралася. Тому вирішила: якщо кава тут таке лайно, значить, просто не питиму ту каву, і дійсно не пила її кілька місяців. Аж доки не познайомилася зі своїм тоді ще майбутнім чоловіком.

Пітер на той момент нещодавно переїхав на Східне узбережжя із Сан-Франсиско, і привіз із собою мої любимі — хіпстерські, у хорошому сенсі цього слова, стандарти кави: у нього вдома були кавомолка, кемекс, фільтри й підписка на хорошу свіжепосмажену каву. Так у моєму американському житті знову з’явилася кава київських стандартів. І це було прекрасно!

Бо кава — це кайф. Я її обожнюю. Люблю все, що стосується кавових ритуалів: процес приготування ранкового пуровера для мене — чиста медитація. Але при цьому кава — не просто зафарбована водичка, це носій потужної речовини під назвою “кофеїн”, яка викликає звикання й має, окрім інших ефектів, безпосередній вплив на кількість та якість сну. А з цим у мене були серйозні проблеми. Тому споживання кави потребувало комплексного переосмислення, яким я хочу із вами також поділитися.

Я точно не закликатиму вас тут покинути каву, не знаю, чи готова сама від неї повністю відмовитися так, як колись відмовилася від алкоголю (рожеве вино я також дуже любила, але позитивних ефектів алкоголю на здоров’я так і не знайшлося). Проте точно хочу, аби ви мали достатньо перевіреної та підкріпленої якісними дослідженнями інформації, щоби побудувати свої, безперечно, — ніжні стосунки із цим, мабуть, найпоширенішим і найнедоосмисленішим збудливим засобом. Розкажу про те, що дізналася із наукової літератури, із посиланнями, як завжди, і поділюся власним досвідом. Поїхали.

Де живе кофеїн

Колись давно арабський пастух Калді, який жив на півдні Аравійського півострова, побачив, що його кози підозріло радісно скачуть навколо темно-зеленого листя куща із яскраво-червоними ягодами. Калді незабаром визначив, що саме ці ягідки були джерелом незвичної козячої ейфорії, і, видно хотів і собі того настрою трохи, тож спробував їх і таким робом дізнався про їх потужний ефект на власному досвіді. Стимулюючий ефект цих ягід потім використали монахи місцевого монастиря, щоб не спати під час тривалої молитви, і розповсюдили його в інших монастирях по всьому світу. Це, звісно, легенда — масимально не перевірена й максимально романтична історія народження кави. Докази вказують на те, що історія кавових зерен бере свій початок на плато центральної Ефіопії, звідки їх якимось чином привезли до Ємену, де каву культивували із 6 століття [1]. Але ми всі вільні обирати свої улюблені історії, на те вони й історії. Тому я відтепер думатиму, що кофеїн нам, людям, показали кози. І, чесне слово, це, на мій погляд, — серйозна наративна конкруренція змієві, що показав Єві яблуко.

Отже, кофеїн! він же 58-08-2, він же гуаранін, він же 1,3,7-триметилксантин, він же метилтеобромін (“кофеїн” направду найпривабливіше словосполучення в цьому синонімічному ряду)) — це психотропна речовина, яка має здатність потужно стимулювати центральну нервову систему. Його природніми джерелами є кавові зерна, какао-боби, горіхи кола, ягоди гуарани та листя чаю, у тому числі мате. Часто його також додають до деяких енергетичних та безалкогольних напоїв (наприклад, кока-коли) [2]. Крім того, кофеїн доступний у вигляді очищеного порошку, який входить до складу деяких дієтичних добавок, що зазвичай обіцяють втрату ваги або підвищення енергіі [3]. На додачу, 1,3,7-триметилксантин (непопулярна назва кофеїну) міститься в деяких безрецептурних знеболювальних, наприлад, парацетамол, ібупрофен і аспірин [4], а також у ліках, які відпускаються за рецептом і використовуються для лікування респіраторних проблем у передчасно народжених немовлят [5].

А ще — дивіться, який кофеїн красивий :)

Хімічна структура кофеїну C8H10N4O2

А тепер — початок справжньої саги. Не так просто розібратися, скільки саме кофеїну міститься у різних продуктах. Його концентрація суттєво відрізняється в різних напоях, хоча зрозуміло, що лідирує у цьому плані кава, яка, як правило, має найвищий вміст кофеїну:

Вміст кофеїну (у мг на 240мл (8 унцій)) у різних напоях [2]

Мало хто, я сподіваюся, вживає еспресо в кількості 240мл, тож від стандартної дози цього методу вживання кави (30мл) можна очікувати десь у районі 75мг. Проте потрібно пам’ятати, що це все приблизні показники. Уміст кофеїну буде змінюватися залежно від сорту рослини, умов навколишнього середовища, методу заварювання кави та ще якоїсь безлічі інших факторів [6]. Загалом вважається, що стандартна чашка кави (240 мл) містить — у середньому — 100 мг кофеїну; однак у дослідженні, яке проаналізувало вміст кофеїну в 20 різних сортах кави, придбаних у кав’ярнях Сполучених Штатів, було виявлено, що кількість кофеїну в звареній каві коливається від 76 до 112 мг/8 унцій (вони ж ~240мл у системі вимірювання здорової людини та науки) [6]. Крім того, було виявлено, що вміст кофеїну в каві одного типу, придбаної в одному магазині (вгадайте, якому, гг) 6 разів поспіль, але в різні дні, коливався від 130 до 282 мг/240мл [6]:

Недарма я жахалася тому, що наливають у старбаксі. 480мл кави на сніданок у моєму світі — це ну надто багато, навіть якщо ти не сильно плануєш розбиратися із тим, скільки саме кофеїну може столерувати твоє тіло, яке завжди має конкретний вік, стан і статус здоров’я. І найбільше мене жахає, що тут із тими відрами із самого раночку ходять 13-річні діти. У тому відрі, звісно, на каву ще зазвичай насипано сиропів різних, молока та інших приколясів, але це ж ніяк не відміняє присутністьу напої кофеїну. Молочна кава дійсно може відчуватися (і на смак і за своєю дією) як більш м’яка, а чорна кава дійсно “штирить” сильніше. Проте механізм цієї кавової м’якості, скоріше за все, пов’язаний із тим, що молочні жири та білки можуть уповільнити всмоктування кофеїну в кров, роблячи вивільнення кофеїну більш поступовим порівняно з чорною кавою. Це загалом може призвести до менш інтенсивного, але більш тривалого ефекту кофеїну. Однак загальний вміст кофеїну залишається незмінним, тому загальний вплив у часі подібний.

Крім того, і це також було показано в дослідженні вмісту кофеїну в різних кавових продуктах, будьмо уважні із декафом. Уміст кофеїну у каві “без кофеїну” — значно менший, ніж у відрі американо зі старбаксу, але він рідко коли нуль. “Не впирає” декаф через дуже малу, але все ж присутню дозу кофеїну. Вищезгадане дослідження фіксувало, наприклад, до ≤17,7 мг кофеїну в різних видах декафу на порцію [6].

При цьому кофеїн лишається досить малорегульованим інгредієнтом на більшості державних рівнів. Так, тобі не потрібно, наприклад, отримувати ліцензію на продаж кофеїну, хоча із алкоголем таке в більшості країн світу не прокатить. Хоча, заради справедливості, варто вказати, що різні державні органи світу таки встановили максимальний рівень кофеїну, дозволений, зокрема, у газованих напоях. Управління з питань харчових продуктів і медикаментів США (FDA 2006) обмежує кількість кофеїну в газованих напоях максимум до 0,02%. Тобто найбільша дозволена кількість кофеїну в 355 мл пляшці безалкогольного напою становить близько 72 мг. Подібним чином Канада обмежує кофеїн у напоях типу коли на рівні приблизно 71 мг/355мл (Міністерство юстиції Канади 2007). В Австралії максимальний рівень кофеїну в напоях типу коли не повинен перевищувати приблизно 51 мг/355мл, тоді як у Новій Зеландії рівень кофеїну обмежений до приблизно 71 мг/355мл (FSANZ 2000) [7]. Що стосується українських норм, відповідно до Наказу N 496 від 30.12.2009 “У маркуванні функціональних напоїв, у яких вміст кофеїну перевищує 150 мг/куб.дм, потрібно зазначати: "Підвищений уміст кофеїну".”

Не знаю, чи вам легшає від наявності таких регулювань, мені — ні. Бо все, принаймні поки, на нашій із вами відповідальності. У тому числі в плані доцільності дозволяти пити колу своїм дітям. Я от, хоч убий, вважаю, що рішення про вживання кофеїну має бути свідомим і кожен має право знати, скільки (хоча би приблизно) його вживає та дає вживати дітям. Концентрація кофеїну в стакані коли — це, фактично, половинка еспресо. Важко повірити, що починати пити еспресо, навіть половинку, корисно із 5 років.

Було би, звісно, славно, бачити вміст кофеїну на упаковці кави, яку ти купуєш, а ще краще на стаканчику із чорним зіллям, яке от-от заллєш собі в горлянку, але на ділі не все так просто. Тому поки регуляторні механізми підтягнуться, ми із вами самі, я так вважаю, маємо бути на сторожі того, скільки кофеїну потрапляє до нас в організм. Для того, щоби нам у цьому допомогти існують ресурси типу Caffeine Informer та Caffeine chart. Користуймося ними.

Чого я так упорююсь із приводу кофеїну? Справедливе питання, відповідь на нього криється у механізмі дії молекули кофеїну на наш організм.

Як працює кофеїн

Люблю хорошу науку за те, що вона принаймні намагається не брехати. Станом на сьогодні, механізми дії кофеїну вичерпно не вивчені (та чи можна взагалі щось вивчити вичерпно), але наведені нижче механізми, ймовірно, працюють як команда, коли кофеїн потрапляє в організм (його дію вивчали як на тваринних, так і на людських моделях) [8].

Кофеїн має щонайменше три відомих нам на сьогодні механізми дії на ЦНС, завдяки яким виникає психостимулюючий ефект.

1) Перший механізм дії кофеїну полягає в тому, що він стимулює антагонізм на рівні рецепторів аденозину [9]. Простими словами, уявіть собі дитячу гру в стільці, коли стоїть якась кількість стільців і довкола під музику бігає якась (більша, ніж стільців) кількість людей. Коли музика зупиняється, потрібно різко сісти на стілець. Оскільки стільців менше — виникає конкуренція, тобто антагонізм. Так от стілець — це такий собі рецептор, на який може сісти хтось один; у нашому випадку — або кофеїн, або аденозин. У мозку аденозин і рецептори аденозину відіграють важливу роль у регуляції сну, збудження, пізнання, пам’яті та навчання [9]. Важливою фічею аденозину є те, що він сприяє потягові до сну. Вважається, зокрема, що глибокий сон або повільний сон подовжується за рахунок аденозину [10]. Тобто якби аденозин сів на той стілець першим, він би нам прошепотів: “Всьо, пора спати, ми втомилися, давай ляжем”. Але він не може, бо там уже сидить кофеїн, який кричить: “Вуху, куди й дівся той сон, можу ще вчитися, працювати, їхати, (ваш варіант)”. Тобто блокуючи рецептори аденозину, кофеїн, опосередковано спричиняє вивільнення нейромедіаторів, таких як норадреналін, дофамін, ацетилхолін, серотонін, глутамат і гамма-амінобутерова кислота (ГАБК або англійською GABA). Приплив цих нейромедіаторів змінює наш настрій, пам’ять, пильність і когнітивні функції [9]. Як кажуть у народі: “Нас штирить”. Скоріше за все, саме через цей механізм я провела свою першу й, на жаль, далеко не єдину безсонну ніч за книжками в університеті. Кажу “на жаль”, бо той випадок, коли здала й забула: короткостроковий ефект, отриманий за завичоку ціну. Але што ш уже, було що було.

2) Другий механізм дії кофеїну пов’язаний із його роллю в процесі транспортування кальцію у клітинах. Зокрема, кофеїн може мати прямий ефект на транспорт кальцію в м’язових клітинах [9] і, отже, може напряму впливати на скоротливу силу м’язів, що пояснює його ефект у підвищенні фізичної продуктивності, наприклад, у спортзалі [11]. Зокрема, серед пунктів позиції Міжнародного товариства спортивного харчування (ISSN) щодо споживання кофеїну є такий: у багатьох, хоча й не у всіх дослідженнях було показано, що прийом добавок кофеїну різко покращує різні аспекти, пов’язані із виконанням вправ. Серед невеликих та помірних переваг вживання кофеїну — м’язова витривалість, швидкість руху та м’язова сила, спринтерські показниками, стриби та метаннями, а також широкий спектр аеробних та анаеробних дій, специфічних для конкретних видів спорту [11]. Але то я вже трошки забігаю наперед у хороші новини про кофеїн, а у нас ще один механізм дії кофеїну не описаний.

3) І зрештою третій, і, як ми вже визначили, не вичерпний, бо дослідження тривають, механізм дії кофеїну й той, що, до слова, найбільше протребує додаткових досліджень та можливий лише за наявності високих, токсичних для людини концентрацій кофеїну, — стосується здатності кофеїну пригнічувати спеціальні ферменти (фосфодіестерази), що в результаті стимулює вивільнення таких гормонів, як дофамін, адреналін і норепінефрин, які регулюють наш настрій, пам’ять, пильність та когнітивні функції. Однак цей спосіб дії не такий імовірний, як антагоністичний ефект щодо аденозину (із прикладу зі стільчиками), у тому числі через дозування [9]. Проте тепер ми знаємо, що як із аденозином не вийшло, то є ще один спосіб підлити собі адреналіну з дофаміном, хоча нерекомендований.

Подякувати за цей матеріал

Продовжити читати кавову сагу:

Кофеїн: хороші новини

Кофеїн: кепські новини та інструкція

Джерела:

1 — Griffin M. 2006. “Coffee history.” Coffee Research Institute. Available from: http://www.coffeeresearch.org/coffee/history.htm. Accessed 2024 Jan 8.

2 — Heckman MA, Weil J, Gonzalez de Mejia E. Caffeine (1, 3, 7-trimethylxanthine) in foods: a comprehensive review on consumption, functionality, safety, and regulatory matters. J Food Sci. 2010 Apr;75(3):R77-87. doi: 10.1111/j.1750-3841.2010.01561.x. PMID: 20492310.

3 — Planning Committee for a Workshop on Potential Health Hazards Associated with Consumption of Caffeine in Food and Dietary Supplements; Food and Nutrition Board; Board on Health Sciences Policy; Institute of Medicine. Caffeine in Food and Dietary Supplements: Examining Safety: Workshop Summary. Washington (DC): National Academies Press (US); 2014 Apr 23. PMID: 24872990.

4 — Derry CJ, Derry S, Moore RA. Caffeine as an analgesic adjuvant for acute pain in adults. Cochrane Database Syst Rev. 2014 Dec 11;2014(12):CD009281. doi: 10.1002/14651858.CD009281.pub3. PMID: 25502052; PMCID: PMC6485702.

5 — Bruschettini M, Brattström P, Russo C, Onland W, Davis PG, Soll R. Caffeine dosing regimens in preterm infants with or at risk for apnea of prematurity. Cochrane Database Syst Rev. 2023 Apr 11;4(4):CD013873. doi: 10.1002/14651858.CD013873.pub2. PMID: 37040532; PMCID: PMC10089673.

6 — McCusker RR, Goldberger BA, Cone EJ. Caffeine content of specialty coffees. J Anal Toxicol. 2003 Oct;27(7):520-2. doi: 10.1093/jat/27.7.520. PMID: 14607010.

7 — L. N. Bell and K. H, Chou, Caffeine Content of Prepackaged National-Brand and Private-Label Carbonated Beverages, J. Food Sci., 72(6) 337-342 (2007). https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2007.00414.x

8 — Caffeine, researched by Thomas Solomon, PhD, Fact-checked by Nick Milazzo, MSc, MPH; https://examine.com/supplements/caffeine/

9 — Fiani B, Zhu L, Musch BL, Briceno S, Andel R, Sadeq N, Ansari AZ. The Neurophysiology of Caffeine as a Central Nervous System Stimulant and the Resultant Effects on Cognitive Function. Cureus. 2021 May 14;13(5):e15032. doi: 10.7759/cureus.15032. PMID: 34150383; PMCID: PMC8202818.

10 — Adenosine and Sleep: Understanding Your Sleep Drive. Written by Lucy Bryan, Fact-Checked by Dr. Pranshu Adavadkar // https://www.sleepfoundation.org/how-sleep-works/adenosine-and-sleep

11 — Guest NS, VanDusseldorp TA, Nelson MT, Grgic J, Schoenfeld BJ, Jenkins NDM, Arent SM, Antonio J, Stout JR, Trexler ET, Smith-Ryan AE, Goldstein ER, Kalman DS, Campbell BI. International society of sports nutrition position stand: caffeine and exercise performance. J Int Soc Sports Nutr. 2021 Jan 2;18(1):1. doi: 10.1186/s12970-020-00383-4. PMID: 33388079; PMCID: PMC7777221.