Biologická aktivita kofeinu v lidském organismu

Tomáš Růžička

Bachelor's thesis

Biological activity of caffeine in the human body

Anotácia:

Tato bakalářská práce pojednává o farmakodynamice kofeinu v lidském organismu. Kofein je nejkonzumovanější psychostimulační látkou na celém světě. Evropské státy navíc patří mezi největší konzumenty kávy a na vzestupu je také obliba energetických nápojů na bázi kofeinu. Pití kofeinových nápojů do značné míry ovlivňuje naše zdraví skrze různé účinky, přičemž řada z nich byla shromážděna v této práci. Zároveň však práce projednává i o účincích kofeinu, jejichž mechanismy nebyly doposud objasněny nebo byly výzkumem přímo vyvráceny. V první části práce byl kofein charakterizován po chemické a fyzikální stránce. Ve druhé části práce byla vysvětlena farmakokinetika kofeinu a ve třetí, poslední části, byla rozebrána farmakodynamika kofeinu na buněčné úrovni a v jednotlivých orgánových soustavách. Naprostá většina doposud pozorovaných účinků kofeinu je zprostředkována skrze jeho schopnost blokovat adenosinové receptory (AR) typu A1 a A2A. Například zvýšená dopaminergní exprese vyplývající z této blokace způsobuje psychostimulaci, která se projevuje zvýšenou bdělostí a sníženým pocitem únavy. Často je však v závislosti na koncentraci kofeinu tento efekt doprovázen i zvýšenou tendencí k úzkostem, zhoršením kvality spánku a prokonvulzivitou. Antagonismus AR dále vyvolává zvýšenou excitabilitu motoneuronů, která se projevuje zvýšenou svalovou kontraktilitou. Vlivem blokace AR bylo také prokázáno potlačení produkce prozánětlivých cytokinů a některých imunocytů nebo zvýšení glomerularní filtrace a inhibice reabsorpce Na+ v proximálních tubulech ledvinových nefronů, z čehož vyplývá diuretický a natriuretický účinek kofeinu. Kofein vlivem antagonismu AR zvyšuje sekreci katecholaminů. To se projevuje vazokonstrikcí periferních cév, zvýšením krevního tlaku, zvýšením srdeční frekvence a změnami ve variabilitě srdečního tepu. Ze stejného důvodu dochází také k bronchodilataci, zvýšení klidového energetického výdeje, stimulaci lipolýzy a termogeneze a zvýšenému vyplavování reninu. Se zvýšenou sekrecí adrenalinu a kortizolu souvisí i přechodné snížení insulinové senzitivity. V gastrointestinálním traktu kofein interaguje s receptory pro hořkou chuť, což se projevuje zvýšenou sekrecí žaludečních šťáv. Rozvoj osteoporózy vlivem kofeinu byl mnoha studiemi vyvrácen. Kofein vykazuje analgetické účinky, kterých se využívá v lécích proti bolesti a léčí se s ním i apnoické pauzy u novorozenců. Diskutován byl také možný neuroprotektivní účinek v léčbě Alzheimrovy a Parkinsonovy choroby. Řadou studií byla také prokázána hepatoprotektivita a protektivní vliv před některými karcinomy a mutagenezemi.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the pharmacodynamics of caffeine in the human body. Caffeine is the most consumed psychostimulant in the entire world. In addition, European countries are among the largest consumers of coffee, and the popularity of caffeine-based energy drinks is on the rise. Drinking caffeinated beverages greatly affects our health through mechanisms of action, many of which have been collected in this work. At the same time, however, this work also discusses the effects of caffeine which mechanisms have not been elucidated yet or have been directly refuted by research. In the first part of the work, caffeine was characterized in chemical and physical terms. In the second part, the pharmacokinetics of caffeine were explained and in the third, last part, the pharmacodynamics of caffeine at the cellular level and in individual organ systems were discussed. The vast majority of caffeine effects observed to date are mediated through its ability to block A1 and A2A adenosine receptors (AR). For example, the increased dopaminergic expression resulting from this blockage causes psychostimulation, which is manifested by increased alertness and decreased fatigue. However, depending on the caffeine concentration, this effect is often accompanied by an increased tendency to anxiety, deterioration of sleep quality and proconvulsivity. AR antagonism further induces increased motoneuron excitability, which is manifested by increased muscle contractility. AR blockade has also been shown to suppress the production of proinflammatory cytokines and some immunocytes or to increase glomerular filtration and inhibit Na+ reabsorption in the proximal tubules of renal nephrons, resulting in the diuretic and natriuretic effects of caffeine. Caffeine increases catecholamine secretion due to AR antagonism. This is manifested by the vasoconstriction of peripheral blood vessels, an increase in blood pressure and heart rate and the changes of heart rate variability. Bronchodilation, an increase in resting energy expenditure, stimulation of lipolysis and thermogenesis, and increased renin secretion occur as well for the same reason. Transient decreases in insulin sensitivity are associated with increased secretion of adrenaline and cortisol. In the gastrointestinal tract, caffeine interacts with bitter taste receptors, which is manifested by increased secretion of gastric juices. The development of caffeine-induced osteoporosis has been refuted by many studies. Caffeine has analgesic effects used in painkillers and is used to treat apnea of prematurity in newborns. A possible neuroprotective effect in the treatment of Alzheimer's and Parkinson's disease is also discussed. Hepatoprotectivity and a protective effect

Kľúčové slová

psychostimulant, adenosinové receptory, káva, krevní tlak, diuréza

Keywords

adenosine receptors, coffee, psychostimulant, blood pressure, diuresis

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 4. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: Ing. Barbora Lampová
• Oponent: Štěpánka Kozáková

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / odbor:
Agriculture, Horticulture and Rural Development / Nutrition and Foodstuffs