Черная бодрость

Понедельник - день тяжёлый, и единственный способ превратить утро во что-либо приемлемое – это употребить кофе. Перефразируя Сергея Довлатова – если с утра не выпить кофе, то стоит ли вообще просыпаться. Кофе, пожалуй, является одним из самых распространённых и легальных тонизирующих средств. Практически все знают, что этот ароматный напиток повышает давление и бодрит ум. Однако в действительности, всё совсем не так, как на самом деле, и физиологические эффекты кофе, которые ещё несколько лет назад описывались в учебниках по фармакологии, современные исследования, скажем так, ставят под сомнение. Давайте попробуем разобраться, что же это за субстанция, и так ли она вредна или, наоборот, полезна, как о ней говорят.

Плоды кофейного дерева, давно и хорошо известны человечеству (Рис. 1). Родиной этого чудесного напитка считают Эфиопию, и в настоящее время насчитывается с дюжину легенд о его возникновении. Какая из них соответствует истине – сказать сложно, тем не менее известно, что первыми, кто ввёл это растение в свой рацион, стали представители племени Оромо. В культуру других народов этого региона кофе проник только в IX веке нашей эры. Но особенно глубоко кофе вошёл в культуру арабских стран. В медицинских трактатах знаменитый врач Муххамад ибн Закария (известный в Европе под псевдонимом Разес) называет кофе «банчум» и рекомендует его как средство от разных недугов.

Однако к XVI веку отношение арабов к кофе меняется. На соборе законоведов в Мекке в 1511 году кофе проклинают как «одурманивающее зелье дьявола» и кофеманов начинают подвергать жестоким преследованиям (в лучшем случае отрезают язык, а в худшем – сбрасывают с утёса в море в мешке с кофейными зернами). Тут-то флаг ценителей бодрящего напитка и подхватывают европейцы. Так первое описание кофейного напитка составил падуанский врач Просперо Альпини в 1591 году, когда сопровождал венецианское посольство в Египте (Рис. 2). А первым европейцем, который привёз традицию употребления кофе, стал папский нунций делла Валле, который полюбил этот напиток во время своего пребывания в Иране. Произошло это только в 1626 году. Уже через 20 лет после этого события в Венеции открылась первая кофейня (интересно, существует ли она сейчас? Во всяком случае книжный магазин аналогичного возраста ещё работает). После чего похожие заведения открылись в Марселе, откуда и началось триумфальное шествие кофейного зерна по европейским странам.

Первоначально отношение к кофе со стороны просвещённых слоёв населения (в первую очередь медиков) – было настороженным, а духовенство и вовсе называло напиток – «чёрной кровью турок», которая призвана одурманить добропорядочных христиан. Тем не менее могучее лобби кофеманов, среди которых находились как богатые купцы, так и августейшие монархи, быстро привёло к массовому распространению напитка среди широких слоёв населения.

Однако таким, каким мы знаем кофе – он стал не сразу. Изначально для получения тонизирующего эффекта в пищу употреблялись непосредственно плоды кофейного дерева, только спустя некоторое время, в Йемене, стали готовить отвар из высушенной мякоти плодов (Рис. 3). Такой напиток под названием гешир или белый кофе и сейчас можно попробовать в городах Йемена (Рис. 4). Но человек не был бы собой, если бы не придумал способ усилить эффект продукта (вставиться минимальной дозой), и примерно в начале XIII века в Турции зёрна начали обжаривать перед употреблением.

Тут-то, по сути, и начинается история изучения фармакологических эффектов кофе. Но на пути любителей и профессионалов было одно мало преодолимое препятствие. Дело в том, что в результате обжарки, а если быть точным, то в результате протекания реакции Майяра или карамелизации, в кофейных зёрнах образуется более 1500 (!!!) различных соединений. И их фармакологические эффекты и результаты взаимодействий до настоящего времени не исследованы.

Однако, с некоторой долей упрощения можно утверждать, что основных веществ в кофе три – то которое обуславливает запах, то, которое отвечает за характерный вкус, и то, которое тонизирует.

Основным веществом, отвечающим за характерный запах, является фурфурил тиол, но за всю богатую гамму ароматов, которые придают индивидуальность разным сортам, отвечают более 800 (!!!) различных соединений.

С характерным горьковатым вкусом тоже не всё просто. Считается, что его основой являются два вещества: хлорогеновая кислота и, непосредственно, кофеин. Но исследования показывают, что дополнительные оттенки горечи кофе придают более 500 различных сложных веществ. Но остановимся подробней на хлорогеновой кислоте. По своей природе – это сложный эфир кофейной и хинной кислот. У живого растения это соединение выполняет роль одного из компонентов иммунной системы, который отвечает за борьбу с патогенными грибками и вирусами. Но по мере обжарки хлорогеновая кислота распадается на вещества, которые обладают более горьким вкусом, поэтому чем сильнее обжарены зёрна – тем горче будет напиток.

Вторым веществом, которое отвечает за горечь является, собственно, кофеин (Рис. 6). Однако, в кофейном отваре он представлен не в виде одиночной молекулы, а в виде гидрата кофеина или его димер. Гидрат и димер содержатся в растворе в, приблизительно, равном количестве. Однако эти соединения отличаются по степени горечи друг от друга – гидрат кофеина более горький. Но это равновесие можно нарушить – для этого нужно просто добавить в кофе сахар. Эка невидаль?! – может сказать читатель, и будет неправ. Поскольку в данном случае процесс гораздо сложнее, чем простая маскировка горечи – сладким. Дело в том, что добавление к раствору кофеина углеводов (сахаров) приводит к смещению равновесия в системе «гидрат – димер» в сторону димера и вкус напитка становится более мягким. Вероятно, на этом же эффекте основано изменение вкуса при добавлении молока – содержащийся в нём молочный сахар – лактоза – тоже может увеличивать концентрацию димера кофеина.

Строго говоря, весь дальнейший разговор про эффекты кофе будет основываться не столько на самом напитке, сколько на кофеине, который содержится в нём.

Впервые это вещество в чистом виде выделили в 1819 году, сделал это немецкий химик Фердинанд Рунге, а вот строение молекулы установили почти сто лет спустя (Рис. 5). Честь этого открытия принадлежит Эмилю Герману Фишеру (Рис. 7). И в 1902 году за это открытие он получит Нобелевский приз.

Читателя может удивить такой выбор при присуждении премии, но именно установление структуры молекулы кофеина позволило понять за счёт чего он действует на человеческий организм.

Итак, по своей структуре молекула кофеина как две капли воды похожа на молекулу аденозина – одного из важнейших медиаторов в ЦНС (Рис. 8). Небольшое отступление по физиологии.

Аденозиновые рецепторы являются одним из типов рецепторов, ассоциированных с G-белком (они же семиспиральные или серпантинные рецепторы). Если конкретно – то это рецепторы класса Е или рецепторы цАМФ. Все аденозиновые рецепторы разделяются на четыре типа, в зависимости от того, подавляют они или стимулируют активность фермента аденилатциклазы, которая, собственно, и приводит к образованию циклической (ц) АМФ. Это процесс (превращение цАМФ в АМФ и обратно) необходим для того, чтобы запустить каскад реакций, итогом которых станет работа ионных каналов в мембране (Рис. 9). Если, например, произошло открытие ионных каналов, то в клетку начинает выходить калий, а из клетки устремляется - натрий, а это приводит к изменению эклектического заряда мембраны и генерации т.н. потенциала действия, т.е. появлению нервного импульса.

Такими «фокусами» занимается, в частности, аденозиновый рецептор типа А1. На него-то ориентировано действие кофеина. Молекула кофеина имеет большее сродство к аденозиновому рецептору типа А1, и в ситуации наличия и аденозина, и кофеина, кофеин прикрепится к большему числу рецепторов этого типа.

Фишка в том, что аденозиновые рецепторы выполняют функцию гиперполяризации мембраны нейронов, т.е. их работа направлена на замедление проведения нервного импульса, иными словами, они тормозные. Но кофеин, в результате того, что имеет несколько иное строение молекулы чем аденозин, не вызывает такого эффекта. Торможение вроде как должно быть, но его нет. Что в этой ситуации предпринимает организм? Правильно – повышает концентрацию аденозина. Получается, что кофеин, работает, как своего рода плотина – сдерживает собой «напор» аденозина, сам, в то же время, не оказывая соответствующего физиологического эффекта. Но, к счастью, контакт кофеина с аденозиновым рецептором относительно не прочный, и через несколько часов кофеин покидает организм и бурный поток аденозина захлёстывает клетку. С этим и связан тонизирующий эффект кофеина – по сути он не «разгоняет» ЦНС, а не даёт ей «тормозить». Но за это следует расплата – после того, как большая часть рецепторов освобождается – повышенный уровень аденозина практически выключает деятельность коры, и тот человек, который ещё несколько минут назад фонтанировал идеями, превращается в раздавленного жука, который держит веки открытыми лишь за счет мускульной силы пальцев. Если же он повторит «фокус» с кофе, то к нему опять вернуться силы, но этот период будет короче, а расплата ещё суровей.

Но это в ЦНС, а аденозиновые рецепторы есть практически во всех тканях. Так, например, париетальные клетки желудка после присоединения кофеинапродолжают секретировать соляную кислоту, что может привести сначала к воспалению слизистой (гиперацидному гастриту), а в некоторых случаях, и к язве желудка.

В тоже время, в тех концентрациях, в которых кофеин находится в кофе (а в зависимости от сорта, урожая, обжарки и способа приготовления эта концентрация может различаться на три порядка) он не оказывает значимого влияния на сердечно-сосудистую систему. Так, некоторые исследования показывают, что у людей с пониженным артериальным давлением кофеин повышает его до средних по популяции значений. Но в то же время на нормотоников и гипертоников – он такого влияния не оказывает.

Более того, в ряде исследований показано кардиопротективное влияние кофеина за счёт стабилизации мембран кардиомиоцитов. Но эти исследования ещё требуют дополнительной проверки. Тем не менее, достоверно известно, что кофеин снижает чувствительность тканей миокарда к кислороду, что в условиях хронической или острой гипоксии может приводить к негативным последствиям – происходит гибель отдельных мышечных волокон и замещение их соединительной тканью – кардиосклероз. Следствием кардиосклероза становится хроническая сердечная недостаточность. По одной из версий именно так свёл себя в могилу великий французский писатель Оноре де Бельзак, который выпивал в день до 50 (!!!) чашек крепкого кофе. А в последние годы жизни он, и вовсе, просто жевал обжаренные кофейные зёрна.

В таком случае возникает закономерный вопрос – какова же безопасная «дозировка» кофеина для человека. Современные исследования показывают, что здоровый человек может без вреда для себя употреблять до 500 мг кофеина в сутки. В пересчёте на стандартные чашки кофе это даёт от одной до трёх в день (считается, что в одной чашке – 150 мл - содержится 200 мг кофеина). Но даже если человек однократно получит даже 1500 мг кофеина – особого вреда не будет. Кофеин – вещество с довольно широким терапевтическим «окном» т.е. разницей между действующей и токсической дозами. Так подсчитано, что летальная доза для человека составляет около 200 мг/кг веса. Т.е. для человека средней массой в 70 кг – это около 70 чашек. Таким образом за сутки необходимо выпить 10,5 литров (!!!) кофе.

Более того, ВОЗ даже не возбраняет кофе для беременных женщин – разрешённая суточная доза для этой группы населения составляет 200 мг (1 чашка некрепкого кофе).

Так что можно смело наслаждаться чёрной бодростью, если, конечно, не следовать примеру Бальзака. Впрочем, мало кто сейчас пишет «Человеческую комедию» - можно не переживать.

Список использованной литературы:

1. Биология Campbell в трёх томах, том 2. Механизмы эволюции. Эволюция и боразнообразие. Растительные формы жизни. Пер. с англ. – СПб: «Диалектика», 2023

2. Лужников Е.А. Клиническая токсикология: Учебник. – 3-е изд., перераб . и доп. – М.: Медицина. 1999

3. Тортора, Джерард. Анатомия и физиология : фундаментальные основы : [перевод с английского] / Джерард Тортора, Брайан Дерриксон. – 15-е издание. – М.: Эксмо, 2023

4. Физиология человека с основами патофизиологии : в 2 Т. Т. 1 – 2/ под ред. Р.В. Шмидта, Ф. Ланга, М. Хекмана ; пер. с нем. Под ред. М.А, Каменской и др. – 2-е изд., испр. – М.: Лаборатория знаний, 2021

5. Холл, Дж. Э. Медицинская физиология по Гайтону и Холлу / Дж. Э. Холл / Пер. с англ.; Под ред. В.И. Кобрина, М.М. Галагузы, А.Е. Умрюхина. 2-е изд., испр. и доп. – М.: Логосфера, 2018

Текст:

Редактура:

Источник: vk.com

Комментарии: