Kofeina

Klasyfikacja podstawowa

Metka substancji

hyperreal.info

Tripraporty na NeuroGroove: http://neurogroove.info/tagi/chemia/kofeina

Dyskusja na forum Talk: https://hyperreal.info/talk/kofeina-tek-ogolny-t406.html

Wzór chemiczny

CN1C=NC2=C1C(=O)N(C(=O)N2C)C

Inne nazwy substancji

teina, mateina, guaranina, 1,3,7-trimetylo-1H-puryno-2,6(3H,7H)-dion, 1,3,7-trimetyloksantyna, 1-metyloteobromina , Coffeinum

Odmiany nazwy substancji

kofeiny, kofeinę, kofeiną, kofeinie, mateinę, mateinie, mateiną, mateiny, teiny, teinę, teiną, teinie, guaraninę, guaraninie, guaraniną, guaraniny

Wikipedia

Na polskiej Wikipedii substancji poświęcona jest strona: https://pl.wikipedia.org/wiki/kofeina

Informacje ogólne

Kofeina to środek psychoaktywny z rodziny 'stymulantów. Stosuje się ją jako dodatek do niektórych produktów, bardzo często pojawia się w napojach energetycznych, w większości są to napoje gazowane. W kofeinie występuje zjawisko tolerancji, co skutkuje przyjmowaniem większych dawek, aby działanie miało miejsce takie, jak wcześniej (przed czasem, kiedy jeszcze jej nie używaliśmy, lub używaliśmy mniej).

Najbardziej rozpowszechnionymi źródłami kofeiny są kawa, herbata i w mniejszym stopniu kakao.

Opracowania naukowe

Siwek R., et al., Kofeina w lekach i suplementach diety – znaczenie w lecznictwie, Farmacja Polska (2013) [1]

"Kofeina jako czynnik psychoaktywny: efekty behawioralne, molekularne i neurobiologiczne" - artykuł opisujący wpływ kofeiny na układ nerwowy człowieka. Link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4462609/

"Właściwości farmakologiczne kofeiny i jej wpływ na organizm człowieka" - przegląd badań naukowych dotyczących fizjologicznych efektów kofeiny na organizm człowieka. Link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30095475/

"Kofeina a zdrowie: przegląd badań epidemiologicznych" - artykuł analizujący wyniki różnych badań epidemiologicznych dotyczących wpływu spożycia kofeiny na zdrowie człowieka. Link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24534385/

"Metabolizm kofeiny: wpływ na farmakokinetykę i efekt działania" - opracowanie naukowe przedstawiające proces metabolizmu kofeiny w organizmie człowieka oraz jego wpływ na czas działania substancji. Link: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12519715/

Autorskie zdjęcia i filmy związane z substancją

Otrzymywanie / pozyskiwanie

Wyodrębnianie z liści herbaty

Umieszczenie oryginalnej preparatyki: Heroine2, 7 maja 2009

Redakcja preparatyki: Czeslaw, 2 stycznia 2017

Odczynniki

Liście herbaty
Alkohol etylowy
Tlenek magnezu
Kwas siarkowy 10%
Chloroform
Wodorotlenek sodu roztwór 10%
Węgiel aktywny

Sprzęt

Blender
Aparat Soxhleta
Kolba kulista 500 ml
Łaźnia elektryczna
Chłodnica zwrotna
Łaźnia wodna
Parownica porcelanowa
3 kolby stożkowe 2 l, 1 l i 100 ml
Zestaw do destylacji (do oddestylowania rozpuszczalników oraz zagęszczania roztworów pod zmniejszonym ciśnieniem)
Łaźnia chłodząca (niekoniecznie)
Rozdzielacz 1 l
Krystalizator

Preparatyka

W gilzie ekstraktora Soxhleta umieszcza się 100 g dokładnie sproszkowanych liści herbaty, ekstraktor łączy się z kolbą kulistą (poj. 500 ml) zawierającą 300 ml etanolu i chłodnicą zwrotną. Herbatę zwilża się dokładnie małymi porcjami etanolu (ok.100 ml), po czym ogrzewa zawartość kolby na łaźni elektrycznej w temperaturze wrzenia. Ekstrakcję prowadzi się tak długo, aż spływający wyciąg będzie bezbarwny (ok. 15 godz.)^[1]. Następnie przygotowuje się gęstą zawiesinę 50 g tlenku magnezowego w 300 ml wody, dodaje do niej porcjami, dokładnie mieszając, otrzymany wyciąg alkoholowy, po czym odparowuje do sucha na łaźni wodnej. Szarozieloną sypką pozostałość ekstrahuje się 3-krotnie wrzącą wodą (500, 2 x 250 ml). Do połączonych wyciągów wodnych dodaje się 50 ml 10% kwasu siarkowego i zagęszcza do ok. 1/3 objętości^[2]. Pozostałość, po ochłodzeniu do temperatury pokojowej, przenosi się do rozdzielacza i ekstrahuje 5-krotnie 30ml porcjami chloroformu. Połączone wyciągi chloroformowe przemywa się 5-10 ml 10% roztworu wodorotlenku sodowego, a następnie taką samą objętością wody i po dokładnym oddzieleniu odparowuje całkowicie rozpuszczalnik. Pozostałość (ok. 2.7 g), stanowiącą surową jasnożółtą kofeinę, oczyszcza się przez krystalizację z niewielkiej ilości wody (ok.8 ml) lub rozcieńczonego alkoholu (4 ml / 1 g)^[3]. Otrzymuje się 2 g czystej kofeiny o temperaturze topnienia 236-237 °C.

Uwagi

^[1] Podany czas wystarcza praktycznie do ilościowego wyekstrahowania kofeiny.
^[2] Ewentualnie wytrącony osad odsącza się z gorącego roztworu na lejku sitowym i po odparowaniu ekstraktu łączy z pozostałością.
^[3] Z powodu dobrej rozpuszczalności krystalizacja kofeiny z wody i rozcieńczonego alkoholu (1:1) jest dość trudna. Jeżeli wydajność po krystalizacji jest zbyt niska, przesącz należy zagęścić na łaźni wodnej do bardzo małej objętości.

Źródła

Gatterman L. Wieland H., Preparatyka chemiczna organiczna (tłum. pol); KTW, Kraków 1949; s. 404
Zofia Jerzmanowska, Preparatyka organicznych środków chemicznych; PZWL, 1972

Zastosowanie

Zastosowanie medyczne

Zmniejsza odczucie zmęczenia fizycznego i przywraca ostrość umysłu w warunkach słabości lub sennego nastroju. Kofeinę i inne pochodne metyloksantyny stosuje się do leczenia bezdechu u noworodków oraz regulacji rytmu serca. Kofeina wpływa głównie na wyższy szczebel układu nerwowego, działając pobudzająco, zwiększając koncentrację i uwagę, ułatwiając formułowanie myśli i ogólną koordynację ciała. Dopiero w większych dawkach wywiera efekt również na poziomie rdzenia kręgowego. Kofeina syntetyczna: Kofeina znajduje zastosowanie w leczeniu bólu; zwłaszcza głowy, niedomogów krążenia sercowo-naczyniowego, oraz jako lek pobudzający czynność mózgu.Kofeina wykorzystywana jest także do przygotowywania leków recepturowych. Służy również do sporządzania mieszanek o działaniu przeciwbólowym. W recepturze aptecznej często stosowana jest w formie kofeino-benzoesanu sodowego (Coffeinum Natrium Benzoicum). W Polsce zarejestrowanych jest 25 preparatów zawierających w swoim składzie kofeinę. Dominują wśród nich połączenia kofeiny z paracetamolem i NLPZ. Wymienione leki zawierają w jednej dawce od 25-100mg kofeiny. Wszystkie preparaty kofeinowe dostępne w Polsce z wyjątkiem leków przeciwmigrenowych (zawierających ergotaminę) są dostępne bez recepty lekarskiej (kategoria dostępności OTC)

Zastosowanie rekreacyjne

Spożywana w umiarkowanych ilościach usuwa zmęczenie, polepsza nastrój i koncentrację, zwiększa wydolność fizyczną organizmu, wyostrza uwagę zwiększając funkcje kognitywne, np. pamięć roboczą.

Inne zastosowania

Sposoby przyjmowania, dawkowanie i zagrożenia

Dawkowanie na kg masy ciała przy podaniu doustnym:

Progowa 0.15mg/kg

Lekka 0.25-0.65mg/kg

Normalna 0.65-2mg/kg

Mocna 2-6.65mg/kg

Bardzo Mocna 6.65mg/kg +

Dawkowanie na kg masy ciała przy podaniu śluzakowym (wciąganie proszku, spray do nosa)

Progowa 0.035mg/kg

Lekka 0.15-0.35mg/kg

Normalna 0.35-0.6mg/kg

Mocna 0.6-1.2mg/kg

Bardzo mocna 1.2mg/kg +

International Society of Sports Nutrition wskazuje, że ergogeniczne korzyści stosowania kofeiny w sporcie obserwowane są w dawkach 3–6 mg/kg na 60 min (a nawet już 15–30 min) przed rozpoczęciem wysiłku fizycznego. Dawka kofeiny uznawana za toksyczną wynosi 20–40 mg/kg masy ciała. Badania(Carrillo J.A., Benitez J., Clinically significant pharmacokinetic interactions between dietary caffeine and medications, "Clin Pharmacokinet." 2000.) pokazują, że dawka 250 mg kofeiny lub większa może wpłynąć na zwiększenie ciśnienia tętniczego krwi, jednak codzienne spożywanie kawy nie wydaje się zwiększać ryzyka rozwoju nadciśnienia. Szacuje się, że śmiertelna dawka kofeiny wynosi 150–200 mg/kg masy ciała. Przedawkowanie jest możliwe w przypadku stosowania kofeiny bezwodnej jako suplementu diety.

Funkcjonowanie na rynku lub w podziemiu

Dostępna legalnie w aptece i sklepach z odżywkami dla sportowców pod postacią kofeiny bezwodnej oraz w sklepach spożywczych pod postacią ziaren kawy, herbat i napoi energetycznych.

Chemia i farmakologia substancji

Światowe spożycie kofeiny szacuje się na poziom około 120 000 ton rocznie, dzięki czemu jest ona najbardziej popularnie stosowaną substancją o działaniu psychoaktywnym. Taka liczba odpowiada średnio jednej filiżance kawy spożywanej przez każdego człowieka na planecie raz dziennie. Kofeina stymuluje działanie ośrodkowego układu nerwowego oraz zwiększa metabolizm i jako taka jest używana zarówno w celach konsumpcyjnych oraz leczniczych.

Główny mechanizm działania kofeiny opiera się na nieselektywnym antagonizmie receptorów adenozynowych A1 oraz A2A. Podczas czuwania poziom adenozyny w organizmie stopniowo rośnie, prowadząc do uczucia zmęczenia. Cząsteczka kofeiny jest strukturalnie zbliżona do adenozyny, wiążąc się z receptorami adenozynowymi na powierzchni komórek blokuje je bez pobudzania ich, działając tym samym jako konkurencyjny inhibitor.

Oprócz tego kofeina wpływa również na większość innych głównych neuroprzekaźników, w tym dopaminę, acetylocholinę, serotoninę, a także w dużych dawkach na noradrenalinę, a w niewielkim stopniu adrenalinę, glutaminian i kortyzol. Przy wysokich dawkach, przekraczających 500 miligramów, kofeina hamuje neurotransmisję GABA. Obniżenie GABA wyjaśnia, dlaczego kofeina w dużych dawkach zwiększa poziom lęku, powoduje bezsenność oraz przyspieszenie akcji serca i oddechu.

Uzależnienie i sposoby jego leczenia

Kofeina powoduje uzależnienie fizyczne, choć słabsze niż np. nikotyna. Zespół abstynencyjny przejawia się zmęczeniem, pogorszeniem nastroju i koncentracji uwagi, często także bólem głowy. Nierzadko występuje również uzależnienie psychiczne. Ryzyko nadużywania kofeiny jest jednak znikome. Przyjmowanie większych dawek nie powoduje przyjemniejszych doznań, a wręcz przeciwnie, zwiększa subiektywne odczucia negatywne, m.in. lęk, niepokój, zdenerwowanie i ogólne pogorszenie nastroju. W badaniach klinicznych zademonstrowano wręcz unikanie dużych dawek przez ochotników. Tak więc kofeina, mimo że jest środkiem psychoaktywnym i do pewnego stopnia uzależniającym, nie zagraża funkcjonowaniu społeczeństwa, ponieważ ograniczenie spożywania następuje tutaj niejako samoistnie.

Pamiętaj! Hyperreal posiada spis placówek pomocy uzależnionym: https://hyperreal.info/help

Status prawny w poszczególnych krajach

Polska

Pamiętaj! Na forum hyperreala mamy dział poruszający prawne kwestie użytkowania narkotyków: https://hyperreal.info/talk/prawo.html

Kofeina jest w Polsce legalna i dostępna bez żadnych (prawnych) ograniczeń wiekowych w postaci m.in. kawy, herbaty, napoi energetycznych oraz jako składnik niektórych suplementów diety (np. Guarana, Sesja).

Obecność substancji / rośliny w dziełach kultury i dyskursie społecznym

Ludzie spożywali kofeinę od czasów epoki kamiennej. Wpierw zauważono, że żucie nasion, kory lub liści pewnych roślin powoduje zniesienie uczucia zmęczenia, pobudza świadomość i poprawia samopoczucie. Znacznie później człowiek zorientował się, że może zwiększyć skuteczność takiego specyfiku zanurzając składniki w gorącej wodzie. W wielu kulturach zachowały się legendy przypisujące odkrycie takich roślin osobom żyjącym przed tysiącami lat.

Zgodnie z popularnym podaniem chińskim, cesarz Shennong, mający panować około 3000 p.n.e., przypadkowo odkrył właściwości herbaty, gdy kilka liści pobliskiego drzewa spadło do gotującego się wrzątku, dając w efekcie orzeźwiający i pokrzepiający napój. Shennong jest również wspomniany w słynnym dziele Cha Jing autorstwa Lu Yu, będącym traktatem poświęconym w całości herbacie.

Historia kawy ma swoje początki w IX wieku n.e. W tym czasie ziarna kawy były dostępne tylko w ich pierwotnym miejscu występowania - na terenie Etiopii. Rozpowszechniona legenda przypisuje jej odkrycie pasterzowi Kaldiemu, który zauważył, że kozy, które pasły się wśród zarośli, stały się pobudzone i odporne na sen. Spróbowawszy sam owoców pochodzących z rosnących tam krzewów, doświadczył podobnego przypływu sił.

Najwcześniejszą pisemną wzmianką o kawie może być uwaga o Bunchumie w pracach IX-wiecznego medyka perskiego al-Raziego. W 1587, Malaye Jarizi stworzył pracę przytaczającą historię oraz kontrowersje prawne narosłe wokół kawy, zatytułowaną Undat al safwa fi hill al-qahwa. W dziele tym Jarizi podaje szejka Jamala-al-Dina al-Dhabhaniego, muftiego Adenu, jako pierwszą osobę, która rozpoczęła stosowanie kawy w 1454 roku. W XV wieku sufici z Jemenu zwyczajowo używali kawy do podtrzymania skupienia podczas modlitw.

Pod koniec XVI wieku ukazuje się pierwsza wzmianka o kawie autorstwa Europejczyka osiadłego w Egipcie, która w tym okresie powoli rozpowszechnia się na całym obszarze Bliskiego Wschodu. Docenienie roli kawy jako napoju w Europie, gdzie była wpierw znana pod nazwą "wina Arabskiego", ma początek już w wieku XVII. W tym okresie rozpoczęły działalność pierwsze "kawiarnie", położone wpierw w Konstantynopolu i Wenecji. W Wielkiej Brytanii pierwszy tego rodzaju przybytek został otwarty w Londynie w 1652 roku na St. Michael's Alley (okręg Cornhill). Kawiarnie szybko zdobyły popularność w całej Europie Zachodniej (do Polski moda ta dotarła w 1724 roku), odgrywając poważną rolę w kształtowaniu stosunków społecznych na przestrzeni wieków.

Wykorzystanie orzechów koli, tak jak wcześniej wspomnianych używek, zdaje się mieć początki już w zamierzchłych czasach. Były one żute przez członków wielu Zachodnioafrykańskich kultur, na osobności lub gromadnie, w celu odzyskania sprawności i złagodzenia dolegliwości na tle głodowym. Ogólnoświatowa kariera tego produktu rozpoczęła się w 1886 roku, kiedy aptekarz z Atlanty John Pemberton stworzył recepturę napoju na bazie ekstraktu z koli i kokainy, ochrzczonego "Coca-colą". W 1911 stał się on powodem ogromnego poruszenia opinii publicznej, kiedy rząd amerykański skonfiskował 40 beczek i 20 beczułek syropu Coca-coli w Chattanooga (Tennessee), zarzucając, że sztucznie dodawana kofeina w napoju jest szkodliwa dla zdrowia. 13 marca 1911 roku rozpoczął się proces sądowy The United States v. Forty Barrels and Twenty Kegs of Coca-Cola, mający zmusić firmę do usunięcia kofeiny z formuły flagowego produktu. Końcowy wyrok Sądu Najwyższego zapadł na korzyść producenta, nie powstrzymując jednak Izby Reprezentantów przed wprowadzaniem dwóch poprawek do Pure Food and Drug Act (Ustawy o czystości żywności i leków), nakazujących dodanie kofeiny do spisu substancji potencjalnie szkodliwych, które muszą być zawsze wyszczególniane na opakowaniu.

Ziarna kakaowca były wykorzystywane przez Majów już 600 lat p.n.e., o czym świadczą osady w zachowanych naczyniach. W Nowym Świecie czekolada była spożywana w formie gorzkiego i ostrego napoju zwanego xocoatl, często zaprawianego wanilią, papryką chili i achiote. Wierzono, że xocoatl pomaga zwalczać zmęczenie, co prawdopodobnie wynikało z zawartej w nim teobrominy i kofeiny. Czekolada w prekolumbijskiej Mezoameryce stanowiła towar luksusowy, a nasiona kakao często używano jako środka płatniczego.