Биохимия кофеина и никотина

Не можете представить свое утро без кофе и сигареты? Вы не одиноки. Миллионы людей начинают свой день с кофе и сигареты. Многим этот тандем помогает взбодриться перед работой, во время работы и даже после нее. Как говорил Бродский: «Если утром, проснувшись, не выпить чашечку кофе и не выкурить сигарету, зачем тогда вообще просыпаться?».

Сигареты и кофе порождают своего рода романтический ореол. Часто, блуждая по соцсетям, мы то и дело видим статусы юных девиц, например: «Я сидела на подоконнике, курила, пила кофе и думала о нем». Это хорошо, что она пила кофе, а вот, что курила при этом — не очень! К сожалению, сочетание кофе и сигареты стало неотъемлемой частью современного человечества.

Утренняя чашечка свежего вкусного кофе! Ммм, как здорово! После неё чувствуешь, как в организм вливаются силы, и хочется радоваться жизни, творить, созидать!.. Стоп. А почему, собственно?! Ну, кофе, ну, вкусно... И что же? Мало ли вкусных вещей на свете... Как он работает, в чём сокрыта магия бодрости? Разбираемся!

Кофеин (а если совсем по-научному, то 1,3,7-триметил-1H-пурин-2,6(3H,7H)-дион) - это алкалоид, азотсодержащее вещество растительного происхождения. Содержится в зёрнах кофе, листьях чая и не только в них. Как и многие другие алкалоиды, кофеин нужен растениям, чтобы убивать животных.

Ну да, вот так. Многие животные (в первую очередь, насекомые) для растений - враги, потому как их едят. Чем ещё, кроме как химией, растениям обороняться-то? Не могут же они листьями хлопать по жукам. Но с кофеином выходит интереснее. Для некоторых насекомых кофеин - вовсе не средство убиения. Он для них - настоящее вознаграждение, оказывается! Но эти насекомые не едят листья и стебли растений, а опыляют их. Так, кофеин очень нравится пчёлам. Нравится настолько, что между кофеинсодержащими и безкофеиновыми растениями, они всегда выберут первые. Даже если нектар у этих растений в остальном "менее качественный". Здорово устроились, да? Производи себе, значит, нектар третьего сорта (третий сорт - не брак?) спустя рукава, лишь бы с кофеином был. Пчела купится!

Пчела купилась. Явно под кофеином же?

На людей кофеин тоже действует, но, хм... Своеобразно. На самом деле, он не вызывает какого-то прилива энергии (просто неоткуда, кофеин - вовсе не "энергетическое" вещество). Он эффективно мешает тому веществу, которое отвечает в организме за процессы торможения. Аденозину. То есть, не "разгоняет" организм, а просто препятствует его торможению.

Смотрите, как всё продуманно устроено. Аденозин берётся из высокоэнергетического вещества - АТФ, аденозинтрифосфорной кислоты. Нейроны используют АТФ, как батарейку, трижды извлекая энергию при каждом отщеплении фосфата (коих аккурат три) от молекулы АТФ. Когда эта молекула полностью "общипана", от неё остаётся только аденозин. И он накапливается в клетках и действует на специальные аденозиновые нейрорецепторы. Это воздействие запускает торможение для нейронов: нейрорецепторы, ухватившие аденозин, так прямо и говорят: "Хорошо поработали, а теперь ну-ка, отдохните чуток!" И нейроны, а следовательно, и мозг человека отдыхают.

Кофеин же сам связывается с аденозиновыми рецепторами, и этим временно "выводит их из игры". Аденозин подходит к рецептору, а "посадочная площадка" занята кофеином. И он, соответственно, не может связаться с рецептором и передать команду об отдыхе. (Помните, кстати, похожая история о конкурентном взаимодействии с рецепторами у парочки "Никотин vs Ацетилхолин", о которой я писала в прошлый раз)?

Результат - отсутствие отдыха. Иными словами - бодрствование. Полезно ли такое бодрствование? А сами-то как думаете?

Верно, не очень. Но хорошая новость состоит в том, что оно не очень и вредно, если не злоупотреблять. Кофеин надолго в организме не задерживается, и период незапланированного бодрствования, наконец, сменяется отдыхом.

Кроме своего воздействия на рецепторы, кофеин блокирует фосфодиэстеразу (фермент, разрушающий циклический аденозинмонофосфат). ЦАМФ - тоже нейромедиатор, правда вторичный. Через него действует адреналин (если Вы когда-нибудь пугались или испытывали стресс, то знаете, как он действует). Соответственно, оттого присутствие в организме кофеина даёт и лёгкий "адреналиновый" эффект.

Как лекарство, кофеин принимают при гипотонии, например (пониженное артериальное давление). У кофеина есть и интересный потенциал, как лекарства для терапии таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Эта тема исследуется прямо сейчас.

Кофеиновая зависимость, хоть и называется "зависимостью", по-настоящему опасным состоянием не считается. Вдобавок, организм довольно неплохо умеет регулировать количество аденозиновых рецепторов. Если часть их систематически бывает заблокирована кофеином, то организм индуцирует их производство. Подстраивается под обстоятельства, такая умница!

Давайте уж прямо: кофеин - это наркотик?

Нет. Он - психостимулятор.

И ещё: рецепторы, чувствительные к кофеину, ещё есть в сердце и почках. Поэтому кофеин увеличивает частоту сердечных сокращений и стимулирует мочеиспускание. Ещё одна причина, по которой перекофевать с борщом перебарщивать с кофе не стоит.

Вывод: кофеин - не то, чтобы опасное вещество, просто не нужно употреблять его слишком много. Если без фанатизма - пейте чай/кофе на здоровье, тем более - в них есть полезные вещества, и их немало. Есть ряд медицинских противопоказаний для употребления кофеина, но если что-то из них у вас есть - вы об этом осведомлены врачом, и старый добрый кофе с кофеином стараетесь избегать. К слову, имейте ввиду, что кофеин присутствует не только в кофе, но и в чае, мате, даже в кока-коле. Никакой "магии бодрости", и даже никакой "новой энергии" кофеин не даёт. Он лишь временно отменяет естественный процесс торможения (т.е. мешает организму запустить программу отдыха).

NB. С названием этого вещества - настоящая путаница. Многие слышали такую формулу: "в кофе - кофеин, а в чае - теин, и это другое". Нет, это - то же самое. Теин, матеин, метилтеобромин, гуаранин, кофеин - это одно и то же.

Отдельно про напитки-энергетики: это - коктейль из кофеина и быстроусвояемых углеводов (глюкоза, фруктоза, сахароза). Таурин там ещё бывает... Кофеин, в целом, - в более-менее адекватных дозировках, сравнимых с порцией кофе. Но всасывается из энергетика он гораздо быстрее, соответственно, действовать начинает быстрее. (А таурин - и вовсе полезное вещество, правда незаменимое оно только для кошек, а другие млекопитающие умеют его сами себе производить. Но не поите энергетиком свою кошку! Таурин она получает с едой). В целом, вред энергетиков не в таурине, не в связке "кофеин + таурин", а в связке "кофеин + большое количество сахара". Сахар усваивается очень быстро, и это всё блокирует на какое-то время чувство голода (т.е. ощущение нехватки питательных веществ). Обычно, вдобавок, их применяют в условиях повышенной нагрузки. Человеку бы в таких условиях покушать и отдохнуть (торможение в ЦНС ведь не зря придумано, оно как раз для отдыха), он получает совершенно недвусмысленные сигналы от собственного организма: "давай, ешь", "сбавь обороты". Но вместо того, чтобы послушаться, человек хватает "быстрый углевод" (блокирует голод) и кофеин (блокирует торможение). Разово - без последствий, но если систематически запускать такую "работу на износ" - понятно, что это вредно.

А, и ещё кое-что. (Никак не могу закончить текст, это всё оттого, что вы мне нравитесь, дорогие читатели и читательницы :) Кофе без кофеина - это не миф, а уже давно обыденная реальность. Да, из кофе (и из чая), бывает, по-честному извлекают почти весь кофеин. Технологии такие есть, и это несложно. "Почти весь" - ну, потому что немного всё-таки остаётся, но совсем чуть-чуть. Незначимое количество. Правда, "истинные ценители кофе" утверждают, что "вкус получается совсем не тот". Моё мнение - если такому дегустатору завязать глаза и предложить отведать кофе из десяти, скажем, стаканчиков, из которых 5 - обычные, а 5 - без кофеина, а потом попросить указать, где был какой, то результат покажет: не чувствуют обычные люди разницы. Вкус и аромат кофе определяют десятки веществ, и кофеин - лишь одно из них. Вместе с другими алкалоидами, он придаёт кофе горьковатый вкус. А на аромат вообще не влияет: ведь он не имеет запаха.

Ну что, теперь по чашечке кофе? :)

Минздрав, конечно, предупреждает, но делает это как-то неубедительно... Давайте посмотрим на никотин глазами биохимика? Вредно ли это вещество? (Ну, такое себе...) Если говорить о вреде курения, то в сигарете большой список вредных веществ. И никотин — не самое страшное из них, это правда. Но всё равно совершенно не подарок организму. Разберёмся!

В общем-то да, может и убить. :-( Полулетальная доза, DL50 никотина = 0,3 мг/кг. Средний вес лошади — 500 кг. Т.е. никотина "нужно" всего-то 0,3x500 = 150 мг... Примерно. DL50 рассчитываются всё-таки  для мышей и крыс, чаще всего. Не для лошадей.

Никотин (S)-3-(1-метил-2-пирролидинил)пиридин — азотсодержащее вещество природного происхождения со слабоосновными свойствами. В некоторых растениях содержание никотина особенно велико. Такие вещества вообще называют «Алкалоиды». Некоторые из них относительно безвредны, например, кофеин, DL50 = 120 мг/кг. А хотите про кофеин поговорим в следующий раз? Но у никотина DL50 = 0,33 мг/кг, поэтому сложно заподозрить его в «безвредности».

Зачем никотин растениям? Всё предельно просто: убивать животных, конечно же. В первую очередь — насекомых и холоднокровных животных. Большинство из них — враги растений (т.к. питаются ими). Т. е., ничего личного. Просто вопрос выживания.

С насекомыми дело понятное, но что насчёт человеков? Скажем так: никотин - очень многогранное по своему действию вещество. Причина — он умеет взаимодействовать с Н-холинорецепторами. Это — подвид рецепторов, которые участвуют в передаче нервного импульса через синапсы. Они активируются ацетилхолином (АЦХ, нейромедиатор такой). НО — так уж получилось! — в природе есть ещё одно вещество, которое умеет эти синапсы активировать. И это как раз никотин! Он и АЦХ, оказывается, ПОХОЖИ друг на друга!

На первый взгляд схожести маловато будет? Давайте тогда так: взглянем на их структуры и увидим сходство. Причём сходство критически важное. Настолько, что литера «Н» в названии рецепторов АЦХ (Н-холинорецепторы) обозначает именно «никотин». (Если не хочется вникать в подробности, быстренько принимаем тезис про сходство на веру и листаем на две картинки вниз). Красным кружочком я обвела структурно схожие фрагменты:

Азот пирролидинового кольца в никотине имитирует четвертичный атом азота в ацетилхолине, а атом азота пиридина - донор электронных пар, как и кислород кетогруппы ацетилхолина. У обеих молекул электронная плотность такова, что с рецептором они связываются одинаково хорошо. Так уж вышло, что АЦХ имеет сразу два "ключа" к двум "замкам" рецептора, и у никотина тоже имеется два похожие ключа! И оба они одновременно подходят! Куда там Жене Лукашину с его подошедшим ключом к чужой квартире в Ленинграде. Более того, в ряде случаев никотин связывается даже лучше, чем АЦХ, и это ещё одна проблема, связанная с никотином… Если по-простому (не хотите всматриваться в их структуры), то выглядит это вот так:

Это приводит к разным физиологическим последствиям, но в первую очередь - стимуляции центра удовольствия. Не напрямую: воздействие на Н-холинорецепторы запускает каскад высвобождения и работы разных нейромедиаторов (дофамин, глутамат и др.) И уж они-то стараются, активируют ЦУ (там реально сложный механизм, включающий не только само удовольствие, но и т.н. "ожидание удовольствия" (предвкушение), но это однозначно отдельная тема. Для простоты - удовольствие, всё). А вы думали, отчего хочется никотина в организм закинуть? Чувство удовольствия - вот подлинный двигатель для многих действий человека.

Вообще говоря, ЦУ — это несколько структур мозга, но сейчас это не принципиально. Важно другое: при нормальной (естественной) концентрации АЦХ возбуждение и подавление ЦУ уравновешены. При никотиновом вмешательстве этот хрупкий баланс возбуждения/торможения рушится.

К слову: «игры» с ЦУ вообще опасны. В этом плане очень показательны опыты Джеймса-Милнера с крысами. Если вкрации вкратце, тем вживили электроды в ЦУ и научили нажимать кнопку, включающую ток, т. е. проводить прямую электростимуляцию ЦУ. Крысы нажимали на кнопку, игнорируя еду и воду, опасность, самок, т. е. действовали против всех врождённых инстинктов. И погибали, как правило, от обезвоживания.

Человек испытывает от курения (один из способов доставки никотина в организм) удовольствие...

Так удовольствие - это ж хорошо!
Аноним из интернета.

...но при этом развивается и зависимость. Люди, конечно, не крысы, и о необходимых вещах/действиях не забудут. Но при «недополученной» дозе никотина человек будет ощущать потерю концентрации, тревожность, депрессию и т. п. Никотин уже встроился в биохимические конвейеры, если его не хватает - то и конвейеры работают не ахти как. То есть, ничего хорошего :-(

Казалось бы, ну и ладно! Просто нужно регулярно получать никотин, и, соответственно, удовольствие. Но... ещё одно "но". Никотиновые рецепторы расположены повсюду, не только в ЦНС (кроме скелетных мышц, там есть небольшое отличие, всего на 2 аминокислоты, но эта разница критична: никотин к ним почти не присоединяется. Такая малость - всего две аминокислоты, но "ключи" к "замкам" уже не подходят. Это — хорошая новость. :-) Но в остальном…

Лёгкие: воздействие на никотиновые рецепторы стимулирует деление клеток слизистой оболочки.

Иммунитет: подавляет иммунный ответ на вирусы и бактерии. При этом, активирует производство антител к собственным белкам организма.

Репродуктивная система: никотин отрицательно воздействует на структуры семенников и уровень полового гормона тестостерона.

Эндокринная система: под действием никотина снижается чувствительность клеток к инсулину (гормону, регулирующему углеводный обмен).

Пруф (PubMed).

...и это только несколько примеров. Ещё раз: Н-ацетилхолиновые рецепторы есть ВЕЗДЕ в организме. И только в скелетных мышцах они не взаимодействуют с никотином. Все остальные органы и системы, так или иначе, испытывают влияние никотина.

А польза от никотина бывает? Удивительно, но да, бывает. Никотин влияет на многие процессы в ЦНС, и не все из них деструктивные. Например, никотин стимулирует процесс запоминания и даже может, вероятно, работать, как профилактическое средство болезни Альцгеймера и других дегенеративных процессов мозга. Сейчас исследуются и другие возможные положительные эффекты никотина. НО: именно никотина, а не смеси опасных и ядовитых веществ, поставляемых сигаретой при курении. Вдобавок, если лекарственные свойства никотина когда-нибудь будут доказаны, то доставлять в организм его будут, разумеется, не сигаретами/сигарами, а таблетками и инъекциями. Т.е. никакого удовольствия... И, скорее всего, будут использовать вещества, похожие на никотин, но лишённые его вредных эффектов.

Сейчас никотин как лекарство используется только для одной цели: лечения никотиновой зависимости. Принцип простой: планомерное снижение дозы никотина до нуля со временем возвращает биохимию организма в обычное состояние.

Эй, а как же никотиновая кислота (витамин B3)?!
Ещё один аноним из интернета.

Никотиновая кислота — действительно витамин, но в организме из никотина не образуется, и полученный организмом никотин НИКОГДА не преобразуется в эту кислоту. В организме просто нет такого фермента, чтобы осуществлять превращение "никотин => никотиновая кислота". Метаболит никотина — не никотиновая кислота, а котинин. И ничего полезного в котинине нет. Такие дела.

Резюмируем. Никотин оказывает разностороннее и многогранное действие на организм. Вред никотина доказан (см. выше). Польза никотина исследуется, возможно она тоже есть. Но доставка никотина в организм из табака в любом случае не оправдана: кроме никотина из этого сырья в организм попадает много однозначно вредных веществ. Вейпы: их вред дискутируется, список вредных веществ в жидкостях для вейпа, очевидно, меньше, чем таковой у сигарет. Но никотин-то, основное действующее вещество, никуда не делся! Следовательно, вредно. Если какая-то польза никотина будет доказана, то в качестве лекарств уж наверное будут использовать вещества, похожие на никотин, но лишённые его вредных эффектов (что сделать сложно, и успех зависит от многого, ну да это - вызов учёным).

NB. Иногда в том же инете попадаются статьи о "безусловной пользе никотина", даже со ссылками на "типа научные пруфы". Следует понимать, что а) статьям/пруфам в маргинализованных изданиях доверие должно быть небольшое, б) гораздо больше серьёзных статей в серьёзных изданиях о вреде никотина.

Ещё NB. Запрет курения в общественных местах и прочее ущемление священных прав курильщиков травиться - оправданы, имхо. При курении вредные вещества распространяются с током воздуха, и у рядом стоящих людей нет физиологической возможности отфильтровать их. Приходится запрещать, хоть многим это и не нравится. Доводы про "воздух и так загазован машинами/заводами" не состоятельны, т.к. никакое загрязнение воздуха не даёт основания локально загрязнять его ещё больше. Почти нигде, ни одно государство не запрещает наносить себе вред. Но - только и исключительно себе. Другим - логично запрещено.

И ещё NB. Для курильщика отказ от курения - тяжёлый труд, поскольку бороться приходится не просто с "хотелками", а с собственной биохимией. Это всегда вызывает уважение. И это возможно, т.к. биохимия человека в этом вопросе поддаётся коррекции.

Источник