Як діє аденозин і чому кава та чай дають нам бадьорість?
АДЕНОЗИН входить до категорії нуклеозидів, біохімічних сполук, які є основою наших генетичних молекул – РНК та ДНК. Крім аденозину до цієї групи входять цитозин, гуанін, тимін. Але, крім цього, аденозин входить до складу АДЕНОЗИНТРИФОСФАТУ, або АТФ – універсальне джерело енергії для всіх біохімічних процесів, що протікають у живих організмах. АТФ є основним переносником та джерелом енергії в клітині. У процесі метаболізму АТФ та інших сполук з нуклеозидами утворюється аденозин. Причому найбільше аденозину утворюється наприкінці дня, коли закінчується фаза «активне неспання», і в цей час ми відчуваємо втому і сонливість.
Як це почуття втоми пов’язані з аденозином? Протягом дня в процесі активності нейронів головного мозку для підтримки всіх біохімічних реакцій розщеплюється велика кількість АТФ. У міру розщеплення АТФ та інших біохімічних реакцій утворюється аденозин, що накопичується усередині нейронів. Внутрішньоклітинний аденозин через спеціальний канал потрапляє назовні у міжклітинний простір, та його концентрація підвищується до кінця дня. На поверхні мембрани нейронів існують спеціальні аденозинові рецептори, з якими аденозин зв’язується та запускає всередині нейронів каскад реакцій, що призводять до гальмування нервової системи та перехід людини до сну.
Протягом сну нейрони головного мозку відновлюються, аденозин виводиться з міжклітинного простору, дія аденозину на рецептори припиняється, після чого нейрони активного неспання активуються, нейрони центрів сну гальмують свою активність, і ми прокидаємося свіжі, відпочилі та повні енергії на цілий день.
Але якщо сну не було, якщо сон був занадто короткий або тривожний, то аденозин видаляється з головного мозку в малій кількості, все ще діє на рецептори А2 і А2А, і ми вранці все одно відчуваємо сонливість, «розбитість» і втому (і хочемо залишитися будинку в ліжку, а не йти на роботу або іншим невідкладним у справах).
І що робить більша половина людства, коли прокидається, не виспавшись? Звичайно, всі люди, що не виспалися, заварюють собі міцну каву, міцний чай, або тягнутися за тонізуючим напоєм типу “Red Bull”. Чому? Тому що в них перебуває неабияка доза кофеїну.
Історія споживання кофеїну людством налічує вже тисячі років. Використання чаю розпочалося майже 5 тисяч років тому у стародавньому Китаї. Споживання кави у вигляді напою почалося близько тисячі років тому в арабських країнах. І в цих двох цивілізаціях споживання кофеїну стало невід’ємною частиною їхньої культури та способу життя. І чай, і кава приблизно одночасно з’явилися в Європі в 15-му столітті і відіграли значну роль у розвитку нових технологій, науки і рівня життя. Чому? Тому що до появи в Європі чаю та кави основними напоями протягом дня були пиво та розбавлене вино. Звичайно, завдяки присутності алкоголю і пиво, і вино захищали людей від інфекцій мікробами. Але напідпитку працівники зовсім не відрізнялися високою працездатністю. Навпаки, після алкоголю люди швидко ставали сонливими та робили багато помилок. З появою напоїв з кофеїном вони миттєво стали мега популярними, стали відкриватися безліч кафе та чайних. І там люди не лише освіжалися та заряджалися енергією від ароматних напоїв. У кав’ярнях найчастіше вирішувалися складні питання науки, бізнесу та політики. Тому використання чаю та кави зробило свій значний внесок у розвиток прогресу всього сучасного людства.
У 19 столітті кофеїн був виявлений, описаний, і його роль в активації роботи нервової системи була визначена. Нарешті, в 70-х роках 20-го століття вчені визначили, яким чином кофеїн допомагає позбутися сонливості і зарядитися енергією.
І як же кофеїн будить і заряджає нас? Справа в тому, що молекула кофеїну за хімічною структурою подібна до молекули аденозину.
Тому, завдяки цій хімічній подібності, кофеїн також може зв’язуватися з рецепторами аденозину на поверхні мембрани нейронів. Однак через хімічні відмінності кофеїн не здатний активувати рецептори аденозину та запускати реакції гальмування нейронів центрів неспання та активації нейронів центру сну головного мозку. Кофеїн конкурує з аденозином і не дозволяє аденозину викликати почуття втоми та сонливість. І таким чином кофеїн викликає у нас бадьорість та енергійність.
При цьому підбадьорливий ефект кофеїну триває обмежений час, поки наш організм не виведе його повністю протягом декількох годин. Як тільки кофеїн зникає, аденозин відразу зв’язується зі своїм рецептором, активує його, і знову викликає відчуття втоми та сонливість.
Чому нам потрібно більше кави з часом? Що таке теакрин?
Багато людей через хронічний дефіцит сну починають споживати каву, або інші напої з кофеїном на регулярній основі. Спочатку одну чашечку. Потім дві. Потім і трьох стає мало. Це називається «толерантністю до кофеїну» чи звиканням до кофеїну. Це відбувається тому, що зі збільшенням вмісту не зв’язаного аденозину нейрони починають синтез додаткових рецепторів аденозину та його експозицію на поверхні мембрани. В цьому випадку при звичайній дозі кофеїну не всі рецептори блоковані і аденозин здатний зв’язатися зі своїм рецептором, активувати його та викликати почуття втоми та сонливість.
Тому для блокади ще більшої кількості аденозинових рецепторів з часом потрібна все більша та більша доза напою з кофеїном. А ефективність аденозину та чутливість до нього зростають, викликаючи все більш виражені почуття втоми та бажання поспати. І замість бадьорості людина починає відчувати хронічну втому, зниження пам’яті, втрату концентрації уваги. Багато хто для того, щоб уникнути цього почуття починає споживати все більше кофеїну, і стає «кофеїн – залежними». Позбавлятися кофеїнової залежності доводиться, як від наркотику, поступово зменшуючи дозу кофеїну на добу, поки кількість аденозинових рецепторів за принципом зворотного негативного зв’язку не зменшиться зі зменшенням чутливості нейронів мозку до аденозину.
Вплив аденозину та кофеїну не обмежується нейронами головного мозку. Рецептори аденозину присутні й інших органах. Зв’язок та активація рецепторів А2 аденозином у серці призводить до гальмування іннервації серця та уповільнення ритму серцебиття. У нирках активація аденозином рецепторів А2 призводить до уповільнення та зменшення сечовиділення в період сну.
Конкурентне зв’язування рецепторів А2 кофеїном викликає прямо протилежний ефект: ритм серцебиття частішає, а сечовиділення у нирках підвищується.
Тому у людей, які зловживають кофеїном з’являються характерні симптоми: безсоння, головний біль, запаморочення, тривожність, нервозність, дратівливість та дегідратація через інтенсивне сечовиділення.
Добре, що передозування кофеїном відбувається досить рідко. Вміст кофеїну у напоях відносно низький. Токсичний ефект виникає при одноразовому вживанні 10 г кофеїну. А в одній пляшці Coca-Соla міститься 0.03 г кофеїну, в 250 мл чорного чаю – 0.08 г, в 250 мл кави еспресо – 0.09 г, в 250 мл чорної кави – 0.1 г чистого кофеїну.
Тому вживання кофеїну в переважній кількості випадків не викликає шкоди і навіть приносить користь, дозволяючи позбутися головного болю та покращити пам’ять та розумову працездатність.
Чи є сьогодні альтернатива кофеїну? Є. Це органічна сполука, яка називається теакрин. ТЕАКРИН це органічне з’єднання, яке отримують з китайського чаю сорту «камелія китайська» або КУЧА, що китайською означає «гіркий чай».
У дослідженнях теакрин продемонстрував протизапальну та знеболювальну дію, а також показав здатність зв’язуватися з рецепторами аденозину аналогічно кофеїну. У листі зеленого чаю теакрин синтезується саме з кофеїну.