Coffein-Dynamik
Peter
Bützer
Inhalt
4 Physiologische
Eigenschaften
8 Wissenschaftliche
Publikationen zu Coffein
9.2 Vergleich
von Messungen mit der Simulation
Kaffee eine Droge?
Prof. Dr. Peter Bützer, Pädagogische Hochschule, St.Gallen
Die ersten, die
den Kaffeestrauch anbauten, um aus dessen Bohnen einen heissen,
belebenden Aufguss zu bereiten, waren wahrscheinlich die jemenitischen Araber.
Das Getränk nannten sie qahwa, das „Berauschende“.
Im Jahre 1511 veranstaltete der Statthalter in Mekka, Khair-Beg,
eine Anhörung, um zu klären, ob der Kaffeegenuss, der sehr um sich gegriffen
hatte, mit dem Koran vereinbar sei. Die Gelehrten fanden, dass der Kaffee nicht
trunken mache, wie der Wein, sondern den Verstand verdopple. Khair-Beg liess die Kaffeehäuser
dennoch schliessen, weil sie Stätten der Aufruhr
seien. Seit 1558 wird Kaffee in Europa in medizinischen und botanischen Werken
erwähnt. Im 17. Jahrhundert hat der Kaffee in Europa Fuss
gefasst. Wortgewaltig haben die Reformatoren gegen den
„Saufteufel“ gepredigt. Der Protestant Jean du Mont konterte:
„Da der Schlaf dem Menschen mindestens einen Viertel seiner Lebenszeit
wegstiehlt, kann man die Mittel, die uns von dieser Knechtschaft befreien
können und uns helfen, eine so kostbare Sache wie die Zeit zurückzugewinnen,
gar nicht genügend hoch einschätzen.“
Zu Beginn des 19. Jahrhunderts war der Kaffee in weiten Teilen Europas zum Volksgetränk geworden. Nicht verwunderlich, dass Koffein in dieser Zeit schon wissenschaftlich untersucht wurde[1]. Die Elementaranalyse mit dem korrekten Wert und dem Resultat 1832 von Liebig in Klammer[2]: C: 49.48 (49.79); H: 5.19 (5.08); N: 28.85 (28.83); O: 16.48 (16.30). Die daraus abgeleitete Formel war: N2C2O½+(C2H4 + ½ OH2) verdoppelt ergibt das: C8H9N4O was noch nicht der richtigen Formel von C8H10N4O2 entspricht. Die Ursache liegt wohl daran, dass wegen der Eigenschaft zu Sublimieren Kristallwasser angenommen wurde. Schon bald wurde erkannt, dass die Cacao-Bohne zum Coffein auch noch Theein und Theobromin enthält[3].
Coffein, Theophyllin und andere sogenannte Methylxanthine
findet man vor allem in den Beeren, Samen und Blättern des Teestrauchs, der
Matepflanze sowie des Kakao- und Kolabaumes. Gewonnen wird es vorwiegend aus
Teeblättern (1,5 - 3,5% Coffeingehalt) und als Nebenprodukt bei der Herstellung
von coffeinfreiem Kaffee. Mate (südamerikanische Teeart) hat bis zu 3,5%;
Kolanuss: bis 6% Coffein.
Für die
Kaffeepflanze (Coffea arabica)
gibt es heute recht gute Hinweise, dass die Purinalkaloide
genau in jenen Zeiträumen besonders hohe Konzentrationen aufweisen, in denen
die Pflanze den Angriffen durch Herbivoren am stärksten ausgesetzt ist[4].
Seit alters
verwendet man Extrakte verschiedener Pflanzen als Tees wegen ihrer besonderen Eigenschaften.
Die physiologische Wirkung ist in vielen Fällen auf den Gehalt an Alkaloiden
zurückzuführen. Alkaloide sind basische Pflanzenstoffe mit Stickstoffen. Eine
Pflanzenart enthält selten nur ein einzelnes Alkaloid, doch stehen die
verschiedenen basischen Bestandteile gewöhnlich in enger Beziehung zueinander.
So ist Coffein im Tee (Camellia sinensis)
von einer Anzahl nahe verwandter Alkaloide begleitet. Im Gegensatz zum Kaffee
hält die Wirkung von Coffein aus Guarana (Gehalt. 4-8%)
länger an, da es an Basen gebunden sind – es ist die coffeinreichste
Pflanze.
Tabelle 1: Xanthinderivate
und physiologische Wirkungen (Xanthin: R1
= R2 = R3 = H)
|
|
R1 |
R2 |
R3 |
ZNS-
stimulierend |
Herzwirkung |
Diurese |
|
Coffein |
CH3 |
CH3 |
CH3 |
+++ |
+ |
+ |
|
Theophyllin |
CH3 |
CH3 |
H |
++ |
+++ |
+++ |
|
Theobromin |
H |
CH3 |
CH3 |
- |
++ |
++ |
ZNS:
Zentralnervensystem
Coffein
gehört chemisch zur Gruppe der Purine
und Alkaloide.
Vergiftungen mit Theobromin von etwa
0.5 - 1 g aufwärts verlaufen ähnlich wie beim Coffein. Theophyllin
ist toxischer als die beiden anderen Substanzen.
Trimethylxanthine,
wie Coffein, blockieren bestimmte Adenosin-Rezeptoren auf der Zelloberfläche von Nervenzellen,
die daher nicht auf das beruhigend wirkende Adenosin ansprechen
können.
Tabelle 2: Dosis Coffein in einer
Tasse oder einem Glas mit 150 ml Inhalt (Normalgehalte)
|
Getränk |
Gehalt (mg/150 ml) |
übliche Einzeldosis (mg/150 ml) |
|
Kaffee gemahlen Espresso ca. 2/3 |
60 - 150 |
85 |
|
Kaffee löslich |
40 -100 |
60 |
|
Kaffee entcoffeiniert |
1 - 8 |
3 |
|
Maté |
25 - 50 |
15 |
|
Tee (Schwarztee) |
25 - 100 |
40 |
|
Kakao (je nach Zubereitung) |
2 - 50 |
4 |
|
Energy - Drinks |
30-50 |
48 |
|
Cola- Getränke |
10 - 25 |
15 |
Coffeinhaltige
Erfrischungsgetränke sind Limonaden (z.B. Cola), die mindestens
65 mg/L und höchstens 250 mg/L Coffein enthalten. Die Verwendung von Coffein
ist deutlich zu kennzeichnen. Energy Drinks dürfen bis zu 320 mg/L Coffein
enthalten.
Nach Baltes
(Lebensmittelchemie) werden folgende Werte gefunden: Kaffee geröstet: 1.3 - 2%,
Tee: 3 - 3.5%. (Coffein wird beim Rösten von Kaffee nur wenig abgebaut; durch
den allgemeinen Röstverlust steigt der relative Gehalt im Röstkaffee sogar
etwas an.)
Coffein
entfaltet in der deutlich wahrnehmbaren Konzentration von 1g / Liter erst nach
über 10 Sekunden die maximale Intensität[5].
·
leicht löslich in heissem Wasser (1g in 46 ml, 2.17
g/100 ml); Wasser : 10-50 mg/mL, 23 C o
95% Ethanol : 1 in 130,23 C o
Methanol : Soluble o
Aceton : 5-10 mg/mL,23 C o
Andere Lösungsmittel: o
Tetrahydrofuran:
Löslich o
Ether: 1 g/530 mL o
Ethyl acetate:
Löslich o
Petroleum ether: Wenig löslich o
Acetic
acid: Löslich
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|
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|
Strukturformel |
Räuliches Modell „Skelett“ |
Elektronnendichte-verteilung |
3D-Modell
(anklicken und drehen) |
Abbildung 2: Molekülmodelle von Coffein
Tabelle 3: LogKow; Log
P Calculation[7] (Verteilungskoaffizient Octanol-Wasser):
SMILES : CN(c2c1n(C)cn2)C(=O)(N(C)C1(=O))
|
NUM |
FRAGMENT DESCRIPTION
|
COEFF |
VALUE |
|
3 |
-CH3 [aliphatic carbon]
|
0.5473 |
1.6419 |
|
1 |
-N< [aliphatic attach]
|
-1.8323 |
-1.8323 |
|
3 |
Aromatic Carbon |
0.2940 |
0.8820 |
|
1 |
-N
[aliphatic N, one aromatic attach]
|
-0.9170 |
-0.9170 |
|
1 |
-C(=O)N
[aromatic attach] |
0.1599 |
0.1599 |
|
1 |
-NC(=O)N- [urea] |
1.0453 |
1.0453 |
|
2 |
Aromatic Nitrogen [5-member
ring] |
-0.5262 |
-1.0524 |
|
|
Equation Constant |
|
0.2290 |
|
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|
Log Kow = 0.1564 à LogKow Estimated Log P:
0.16 |
Abbildung 3: Adenosin und Coffein
Name: Caffeine; CAS Registry Number : 000058-08-2
Experimental Log Kow:
-0.07 à Coffein ist
lipophil, unpolar
Experim. Reference : Hansch,C et al. (1995)
Der hohe Kaffekonsum in der Schweiz kann dazu verwendet werden, die
Belastung von Oberflächengewässern durch Haushalte zu quantifizieren, und zwar
aufgrund des Coffeingehalts. Das Coffein wird, wie auch andere organische
Stoffe durch die Kläranlagen ziemlich weitgehend abgebaut, solange deren Fassungsvermögen
nicht überschritten ist[8].
Coffein hat wenig
konjugierte Doppelbindungen und ist daher im sichtbaren Bereich des Lichtes
farblos.
Abbildung 4: UV-Vis-Spektrum
von Coffein (Maximum bei 275 nm, also im UV-Bereich)
Abbildung 5: Phosphodiesterase
baut cyclo-AMP ab
Eine andere
Theorie sagt, dass Coffein als Konkurrent zu Adenosin
um dessen Bindungsstellen kämpft und damit die Aktivität dieser Nervenzellen
hemmt.
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|
|
Abbildung 6: Coffein in 3D-Darstellung (auf das Bild klicken und das Molekül
drehen) |
Abbildung 7: Adenosin in 3D-Darstellung (auf das
Bild klicken und das Molekül drehen) |
Wird Adenosin durch Coffein verdrängt, wird das Nervensystem
angeregt. Da das cyclo-AMP in der Lage ist,
Transportsysteme in den Membranen zu beeinflussen, kommt die Wirkung von
Histamin auf die HCl-Sekretion im Magen zustande
(Magensäureausscheidung). Durch den Genuss grosser
Mengen Kaffees kann eine Überproduktion von HCl zu Sodbrennen oder Gastritis
führen.
Laut einer Studie
an über 61 000 schwedischen Frauen im Alter von 40 bis 74 Jahren hängt der
Kaffeekonsum nicht mit dem Risiko für eine Darmkrebserkrankung zusammen[10].
Coffein kann
neben der Magensäureproduktion auch die Produktion von Gallenflüssigkeit
anregen, was sich positiv auf die Fettverbrennung auswirkt. Auf diesem Wege
kann der Körper mehr Energie bereitstellen, wodurch die sportliche
Leistungsfähigkeit erhöht wird.
Bereits in
geringen Mengen stimuliert Coffein die Insulinsekretion der Bauchspeicheldrüse.
Das dürfte im Zusammenhang mit der inhibitorischen
Wirkung von Zucker auf Coffein stehen.
Coffein fördert
die Freisetzung von Fettsäuren aus den Fettdepots. Aber erst ihr vermehrter
Umsatz (Fettverbrennung zur ATP-Bereitstellung) bringt Resultate beim
Körperfettgehalt und dazu gehören nachgeschaltete
Belastungsumfänge und -intensitäten.
Die Anwendung in
der Medizin als wirksames Kreislaufmittel (Analeptikum)
ist bekannt. 2-3 Tassen
Kaffee[11] erhöhen den Grundumsatz um 10-12%[12].
Die coronare Durchblutung wird verbessert, was zu
einer verminderten Herzarbeit führt.
Coffein ist für
die Ryanodin-Rezeptoren, eine Familie membranständiger Calciumionenkanäle, ein Agonist. Bei dieser Aktivierung fliesst
Calcium in das Zellinnere, das Zytosol.
Geschlechtsunterschiede
In
einer randomisierten, Placebo-kontrollierten
Doppelblindstudie von 688 jungen Frauen und Männern (22±2 Jahre) wurde der Effekt von coffeinhaltigem (100 mg
Coffein) und entcoffeiniertem Kaffee (5 mg Coffein) nach 10, 20 und 30 Minuten
gemessen[13].
Die
beobachteten Coffeineffekte waren bei Männern signifikant grösser,
als bei Frauen. Der coffeinhaltige Kaffee war anregend zu allen drei Zeiten,
während entcoffeinierter Kaffee nur nach 10 Minuten, vor allem bei Frauen,
Effekte zeigte.
Abbildung 8: Temperatur im linken Zeigefinger gemessen nach
Einnahme von a) 1dl heisser doppelter Expresso und b) 2 dl kaltes Coca-Cola
Die Messungen
erfolgten mit den Surface Temperature
Sensor von Vernier, indem der Sensor mit einem Heftpflaser
auf der Unterseite der Hand an den Finger geklebt wurde. Dass auch das kalte
Coca-Cola zu einem Anstieg der Temperatur führte, macht deutlich, dass es nicht
die Energie des Getränks war, welches diesen Effekt zur folge hatte.
Die
therapeutische Dosis beträgt 0,1 g. Dosen über 1 g führen zu Unruhe,
Herzklopfen manchmal Kopfschmerzen und erhöhter Reflexerregbarkeit. Coffein
verlängert dosisabhängig die Schlaflatenz, verschlechtert subjektiv die
Schlafqualität und verkürzt die Gesamtschlafdauer. Die ersten Tiefschlafphasen
werden verkürzt und die Leichtschlafphasen verlängert. Ausnahmen können ältere
Leute und Personen mit Bluthochdruck sein, bei welchen das Einschlafen durch
Coffein gefördert werden kann! (Hormesis). Coffein kann nicht nur den
Wachzustand aufrechterhalten, sondern auch helfen, die innere Uhr zu
verstellen, um sie etwa an eine andere Zeitzone anzupassen[14] – damit vermindert sich
der Jet-lag.
Bei gewohnheitsmässigen Kaffeetrinkern (5 Tassen pro Tag) kann ein
18-stündiger Coffeinentzug zu leichten Kopfschmerzen führen.
Gewohnheits-Kaffeetrinker reagieren auf den Morgenkaffee mit positivem
subjektivem Empfinden, jedoch nicht auf Placebo.
In der Medizin findet Coffein
Anwendung bei
Herzschwächen, Neuralgien, Kopfschmerz, asthmatischen Anfällen, Heufieber,
Nicotin-, und Morphin- Vergiftungen.
Combemale erwähnt mit Hinweis auch auf andere Autoren, dass Kolanuss wirksamer sei als Koffein[15].
Es wäre falsch, die anregende Wirkung von Kaffee nur
dem Coffein zuzuschreiben, denn man hat in coffeinhaltigem aber auch in
coffeinfreiem Kaffee eine anregende Wirkung gefunden[16],[17].
Coffein wird in der Regel rasch aus dem
Magen und Zwölffingerdarm ins Blut aufgenommen. Die Bindung an Chlorogensäuren löst sich im Magen. Die Zeit, bis die
maximale Konzentration im Blut erreicht wird beträgt 30 8 Min.
Mit kohlesäurehaltigen Getränken wird Coffein rascher aufgenommen. Die
Freisetzung des Coffeins kann durch Gerbstoffe verzögert werden[18] z.B von Guaraná. Das Coffein wird
im Gegensatz zum rasch verfügbaren Coffein aus Kaffee langsam freigesetzt; die
Wirkung hält etwa vier bis sechs Stunden an.
Erst einmal in den Adern angelangt,
erreicht das Coffein in weniger als fünf Minuten die Organe und das
Nervensystem[19].
Aufgrund seiner lipophilen Eigenschaften und der Kleinheit des Moleküls kann
Coffein die Blut-Hirn-Schranke gut überwinden und die Plazentaschranke
passieren.
Die Plasmakonzentration mit 140 mg
Coffein ist bei Gesunden etwa 1.5 +/- 0.8 μmol/l.
Die Bioverfügbarkeit ist 90 - 100% (praktisch alles Coffein geht in den
Stoffwechsel)
Das Verteilvolumen beträgt im Mittel:
Für
Erwachsene: 0.35 - 1.1 l/kg (Liter Blut/kg Körpergewicht)
Für
Neugeborene: 0.78 l/kg
Der
Coffeinspiegel im Blut kann z.B. durch coffeinhaltige
Kaugummi relativ lange hoch gehalten werden[20].
Die
Elimination ist von der Blut-Konzentration abhängig und folgt recht gut einer
1. Ordnung (exponentieller Verlauf).
Eliminationshalbwertszeiten
im Mittel:
3
- 5 Std. für Erwachsene,
7.5
- 12.5 Std. bei Schwangeren,
36
- 144 Std. beim Neugeborenen.
|
Abbildung 10: Simulationsdiagramm der Coffein-Elimination (Simulation Typ 2)[21] |
Abbildung 11: Zeitdiagramm (c(0)=100,
ke=0.15 à
HWZ=ln(2)/ke = 4.62) |
Die
oben erwähnten 3-5 Stunden entsprechen 23% – 12% Elimination pro Stunde[22].
Durch
die verzögerte Ausscheidung hält für Schwangere die Coffeinwirkung doppelt und
Neugeborene bis zu zehnmal länger an. Da Coffein durch die Placenta
diffundieren kann, sind Ungeborene diesem Wirkstoff
auch ausgesetzt.
Frauen
bauen Coffein im Durchschnitt 25% rascher ab, als Männer[23].
Bei Rauchern reduziert sich die Koffein-Halbwertszeit um 30–50 %.
Im
Organismus wird Coffein partiell demethyliert
(zu Xanthinen und Harnsäurederivaten) und oxidiert
(zu Harnsäurederivaten). Die Hauptausscheidungsprodukte im Urin sind Di- und Monomethylxanthin sowie Mono-, Di- und Trimethylharnsäure
(nicht zu Harnsäure, daher keine Erzeugung von Gicht). Metabolisiert werden
90-92%, 8-10% werden unverändert ausgeschieden (im Urin mit 140 mg Coffein bei
Gesunden: 0.23 +/- 0.04 h-1; 3.1 +/- 0.9 ml/min per kg)[24].
Medikamente, welche die Leberenzyme (z.B. Cytochrom
p450) anregen beschleunigen den Abbau von Coffein.
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Abbildung 12: Das Enzym Cytochrom p450 baut Coffein ab. Cytochrome P450 (CYP) sind die Enzym-Familie von Hämproteinen. Sie gehören zu den Oxidoreduktasen. |
Verzögerungen
(bis zu 6 Stunden) bewirken die Flavonoide im Tee,
Zucker, Kaffeesatz (türkischer Kaffee) und die Guarana-Ballaststoffe.
Kontrazeptiva oder Alkohol verlängern die Abbauzeit[25].
Infolge der
Bindung von Coffein an die Adenosin-Rezeptoren im
Gehirn bewirkt es eine schwache
Euphorie und dadurch möglicherweise Verminderung von Depressionen. Die
stimulierende Wirkung auf das Nerven- und Blutgefässsystem entfaltet das
Coffein durch Bindung an die Rezeptoren. Bei häufiger Aufnahmen bilden die
Neurone zusätzliche Rezeptoren aus, an denen sich dann auch Adenosin
bindet. Daher verleiht der Kaffee vor allem bei gelegentlichem Genuss die grösste Wirkung.
Den Weck-Effekt verdanken wir nicht nur der anregenden
Wirkung des Alkaloids, sondern ebenso der Linderung leichter Entzugserscheinungen,
die sich über Nacht entwickelt haben. Denn lässt die Wirkung des Coffeins nach,
bildet sich verstärkt Adenosin, durch welches sich
Kaffeetrinker noch viel matter fühlen als vor dem Genuss.
Die überschiessende
Adenosin-Wirkung nach Coffein-Entzug führt bei
manchen Personen zu Unwohlsein und Kopfweh (meist nur etwa 24 Std. lang). Weitere Wirkungen (teils
durch Antagonismus zu Adenosin, bei höheren
Konzentrationen auch durch Blockierung der Phosphodiesterase)
sind: Verstärkung der Ausschüttung von Adrenalin und anderer Hormone im Gehirn,
Verbesserung mentaler Fähigkeiten (z.B. Rechnen), Erhöhung von
Herzschlagfrequenz und Kontraktionsstärke, Erhöhung des Blutdrucks (wenig, nur
nach jeweils etwa 24 Std. Abstinenz), Aktivierung der Triglyceridlipase
im Fettgewebe (Fettabbau, ab etwa fünf Tassen Kaffee), Steigerung des Glykogenabbaus (Sättigungsgefühl), der Magensaftsekretion
(Salzsäure, Pepsinogen, evtl. Gastrin),
Verstärkung der Diurese (Zunahme von Blutfluss und
Filtration in der Niere), aber zentral gehemmt, daher weitere Verstärkung durch
Ethanol, Begünstigung von Muskelkontraktionen (z.B. Verbesserung des
Maschinenschreibens, indirekte Wirkung), Stress-Syndrom bei hohen Dosen (ab
2–3 Tassen Kaffee: ACTH und Cortisol erhöht).
Die genannten Effekte von Coffein als ergogenem[26] Wirkstoff
werden durch Gewöhnung abgeschwächt.
Der Körper stellt sich in kurzer Zeit
auf das Coffein ein und kompensiert innerhalb eines Tages den
Flüssigkeitsverlust. Kaffee daher nicht mehr als Flüssigkeitsräuber, sondern
füllt das Flüssigkeitskonto genauso wie Mineralwasser, Tee oder ein anderes
alkoholfreies Getränk[27].
Hohe Dosen wirken individuell sehr oft
unterschiedlich.
85 - 300
mg/60 kg : Erhöhung der geistigen
Leistungsfähigkeit bei Additionsaufgaben um 15%. Bei grösseren
Mengen nimmt die Fehlerzahl zu!
200-400
mg/60 kg : Leistungssteigerung im Sport
500 mg/60
kg : Händezittern, Erregung,
Schlaflosigkeit
6000 mg/60 kg :
Aufputschmittel bei einem Radrennfahren am
Sechstagerennen (Moeschlin)
5000 mg/80
kg : Kaffeekonsum von Voltaire und
Balzac.
10'000 mg/60 kg : Letal
Die geistige Leistungsfähigkeit
durch Coffein wird dadurch gesteigert, dass sich gewisse Blutgefässe im Hirn
etwas erweitern, und somit das Grosshirn besser
durchblutet wird. Eine Verbindung von Coffeinaufnahme, verbesserter
Leistungsfähigkeit und einer erhöhten neuronalen Aktivität konnte mit fMRI nachgewiesen werden. Möglicherweise wird demnach durch
Coffein nicht die Reaktionsgeschwindigkeit, sondern die Zugriffszeit auf
Gedächtnisinhalte erhöht[28].
Die Erhöhung der Leistungsfähigkeit ist
mehrfach bestätigt, z.B.[29]: "Caffeine (200 and 300 mg)
significantly improved visual vigilance, choice reaction time, repeated
acquisition, self-reported fatigue and sleepiness with the greatest effects on
tests of vigilance, reaction time, and alertness. Marksmanship, a task that
requires fine motor coordination and steadiness, was not affected by caffeine.
The greatest effects of caffeine were present 1 h post-administration, but
significant effects persisted for 8 h."
Bei mehr als 150
000 amerikanischen Frauen über den Zeitraum von zwölf Jahren wurde an der
Harvard-Universität in Boston festgestellt, dass Kaffeetrinken den Blutdruck
nicht erhöht. Bei Cola – Getränken , egal ob
light oder nicht, konnte ein solcher Zusammenhang jedoch hergestellt werden.
Die
orale letale Dosis nach Sax liegt für einen
Erwachsenen zwischen 5 und 30 g (Mittelwert 10 g). LD(50) oral Ratte:
192 mg/kg. (Weitere Tox-Daten: ORL-RAT LD50 192 mg kg-1; IPR-RAT
LD50 260 mg kg-1;
IVN-RAT LD50 105 mg kg-1; ORL-HMN LDLO 192 mg kg-1; SCU-RAT LD50 170 mg kg-1; IPR-GPG
LDLO 220 mg kg-1).
Stärkere Vergiftungen von 0.5 g
aufwärts äussern sich in Aufgeregtheit, Tremor der
Hände, Schlaflosigkeit, Tachykardie evt. Durchfall
und Harndrang. Bei noch höheren Dosen treten starke Erregungszustände, evtl.
bis zu Delirien und Krämpfe auf.
Unerwünschte
Reaktionen können bei 8 bis 15 mg/kg KG
auftreten.
Während der
Einnahme von Kontrazeptiva, in der Schwangerschaft,
und vor allem bei Neugeborenen (bis zu drei Monaten) sowie bei Leberschäden ist
die Elimination verzögert. Coffein gelangt bei Schwangeren über die Plazenta-Schranke in den Embryo, bei Stillenden auch etwas
in die Milch. Bei Schwangeren besteht bei Dosierungen über 600 mg pro Tag die
Gefahr vermehrter Aborte und Frühschwangerschaften. Coffein könnte teratogen
sein. Eine dänische Untersuchung an 18'000 Schwangeren hat gezwigt,
dass bei acht und mehr Tassen Kaffee pro Tag die Zahl der Totgeburten (nach der
28. Schwangerschaftswoche) um einen Faktor 2.2, bei vier bis 7 Tassen pro Tag
um einen Faktor 1.4 anstieg. Bei 1 bis drei Tassen Pro Tag konnte keine
Erhöhung des Risikos festgestellt werden[30]. Bei diesen Studien ist berücksichtigt, dass
Frauen mit einem hohen Kaffeekonsum oft auch rauchen und im Schnitt mehr
Alkohol trinken.
Neuere Untersucheungen zeigen hingegen[31]: Zu viel Kaffee (oder andere
koffeinhaltige Getränke) können eine Fehlgeburt auslösen, warnen
US-Epidemiologen im Journal of Obstetrics and Gynecology (Online). Nach ihrer Studie verdoppelt sich das
Risiko bereits bei zwei Bechern aufgebrühtem Kaffee pro Tag.
Die letale Dosis von reinem Coffein
liegt bei etwa 10 g für den Menschen[32]
(Kinder 5 g) oder 125 Tassen Kaffee; bei rund 3.5 g (30–50 Tassen Kaffee
innerhalb kurzer Zeit) treten Erbrechen, Bauchkrämpfe, Ruhelosigkeit und
Muskelzuckungen auf. Eine chronische Toxizität (15–80 Tassen/Tag) kann
sich in Schlaflosigkeit, Reizbarkeit, Appetitlosigkeit, Herzklopfen und andere
Symptomen äussern, doch bestehen grosse
individuelle Unterschiede, so dass diese Dosen auch symptomlos
vertragen werden können. Sehr schwache teratogene Wirkungen wurden bei Mäusen
schon ab 2 mg/kg Körpergewicht/Tag (entsprechend zwei Tassen Kaffee/d für
Menschen, während der ganzen Schwangerschaft) beobachtet, Missbildungen ab 50
mg/kg/d (entsprechend 50 Tassen Kaffee/d) oder ab 200 mg/kg Coffein einmalig.
Obwohl Menschen vermutlich viel unempfindlicher sind, wird doch zur Mässigung während der Schwangerschaft geraten, zumal
Coffein die teratogene Wirkung anderer Substanzen verstärken kann. Eine
mutagene Wirkung (Verhinderung der DNA-Reparatur) dürfte erst bei
Konzentrationen eintreten, die 40–4000 mal so gross sind wie bei starken Kaffeetrinkern. Coffein und das
bei seiner Oxidation entstehende 8-Oxocoffein wirken in Modellsystemen als gute
Radikalfänger und Antioxidanzien.
Coffein kann
durch die Haut aufgenommen werden (Coffeinsalben) und somit bei lädierter Haut
gefährlich sein[33].
Die Coffeinkinetik ist bis zu toxischen
Konzentrationen linear dosisabhängig.
Ethanol erhöht die Serumkonzentration
von Coffein. Die
gleichzeitige Gabe von Ethanol mit Coffein verschlechtert
die Reaktionszeiten; entgegen den landläufigen Empfehlungen!! Die
kinetischen Parameter von Alkohol verändern sich dabei nicht wesentlich, ausser, dass der Abbau verlangsamt
wird.
Nimm
dir Zeit für die siegbringende Tasse Kaffee[34]
Coffein ist seit dem 1.1.2004 nicht
mehr als Dopingsubstanz ausgewiesen!!
Immer wieder kommen Dopingskandale ins
Gerede. Nun gibt es aber Erkenntnisse, dass selbst der übliche Kaffee ganz
wirksam sein kann. Selbstverständlich ist es wissenschaftlich nicht neu, dass
Coffein anregend wirkt. Im Roche Lexikon Medizin ist schon beschrieben:
"Wirkt erregend auf die Grosshirnrinde, Atem-
und Kreislaufzentrum, bewirkt Erweiterung der Blutgefässe und Diurese." Diese Erkenntnisse wurden nun praktisch bei
Sportlern getestet - und in den Auswirkungen fast spektakulär bestätigt.
Athleten können ihre Leistungen beachtlich verbessern,
wenn sie einige Tassen Kaffee vor den Wettkämpfen zu sich nehmen.
Sportwissenschafter am Christ Church College in Canterbury stellten fest, dass
Athleten, welche einen Drittel des erlaubten Coffeins zu sich nehmen, schneller
laufen und mehr Energiereserven für den Schlusssprint haben.
Die
Wissenschaftler, unter der Führung von Steve Bird, gaben 18 Athleten 3.5
Deziliter starken Kaffees (ca. 200 mg Coffein, ca. 3 mg/kg KG) vor einem 1500
m Lauf. Verglichen wurde mit derselben Menge von coffeinfreiem Kaffee.
Die Resultate
waren damals verblüffend. Das Coffein verringerte die Laufzeit um
durchschnittlich 4.2 Sekunden, die Laufgeschwindigkeit in der letzten Minute
nahm um rund 0.6 km pro Stunde zu. Nach der Coffeineinnahme atmen die Athleten
rascher und tiefer, womit sie den Muskeln mehr Sauerstoff zuführen. Sie sind
auch weniger anfällig auf Ermüdung.
Die Überraschung
durch diese Resultate war bei den Dopingfachleuten gross.
So ist die Aussage eines Trainers nicht überraschend: Entweder wird in Zukunft
die maximale Menge an Coffein noch weiter verringert, oder jeder Athlet wird
sein Coffein einnehmen müssen damit er seine Chancen wahren kann.
Das
Internationale Olympische Komitee (IOC) hatte früher eine Limite für Coffein
bei 12 Mikrogramm pro Milliliter Urin festgelegt[35]
– seit Januar 2004 sind Coffein und Pseudoephedrin
von der Dopingliste gestrichen. Der Dopingnachweis im Urin war somit positiv ab
der Einnahme von > 4-8 mg/KG. Das entspricht
ca. 4-5 Tassen starken Kaffees (400 – 500 mg Coffein) oder 3-4
Liter Cola eine bis zwei Stunden vor dem Wettkampf.
Beim
Radsportprofi Gianni Bugno wurden 1994 vor den
Titelkämpfen in Agrigento in einer verbandsinternen
Dopingkontrolle 16.8 Mikrogramm Coffein pro Milliliter Urin nachgewiesen. Bugno bestritt, wissentlich gedopt zu haben, er habe den
Wert durch die Hitze mit viel Tee, Kaffee und Coca-Cola erreicht. Im September
1994 sprach Italiens Olympisches Komitee eine Zweijahres-Sperre aus, die primär
abschreckende Wirkung zeigen sollte – jedoch 5 Wochen später vom
italienischen Radsportverband auf drei Monate reduziert wurde[36].
Wegen Coffein-Dopings war im August 2003 noch der 800-m-Läuferin Letitia de Vriesde (Surinam) bei den Panamerikanischen Spielen die
Goldmedaille aberkannt worden.
Gut dokumentierte
Untersuchungen haben gezeigt, dass in Einzelfällen bereits bei einer Zufuhr von
etwa 300 mg Coffein (2 Tassen mit je 150 ml eines stark bereiteten Kaffees)
innerhalb einer Stunde Werte von über 12 µg/ml erreicht werden können. Da die
Halbwertszeit von Coffein bei etwa 4-6 Stunden liegt, kann es im Laufe des
Tages bei kontinuierlichem Genuss von coffeinhaltigen Getränken zur
Akkumulation der Coffeinwerte kommen und der Grenzwert schnell überschritten
werden. Auch ein individuell abweichender Stoffwechsel (Coffeinmetabolismus)
kann zu einer erhöhten Coffein-Ausscheidung führen. Espresso wird nicht als
normaler Kaffee angesehen, da die Coffeinkonzentrationen deutlich höher sind.
Der Gehalt an Coffein in einer Kaffeebohne beträgt
1-2%. Teeblätter beinhalten 2-5% Coffein. Eine Tasse Kaffee enthält 50-200 mg
Coffein. Eine Tasse Tee enthält 40-100 mg Coffein. Colagetränke nur etwa 25
mg/dL.
Die Kakaobohne enthält 1.5-3% Theobromin. Der Gehalt
an Theobromin in verschiedenen Produkten ist wie folgt: Kakaopulver, 14-20 mg/g;
Milchschokolade, 1.5-2 mg/g; dunkle Schokolade, 5 mg/g; Kochschokolade, 15
mg/g. Weisse Schokolade enthält praktisch kein Theobromin.
Und wie ist die Wirksamkeit dieses
legalen Dopings? Verschiedene weitere Auswertungen haben die Wirksamkeit von
Coffein belegen können[37],[38]:
Tabelle 4: Leistungsdauer,
Leistungsvermögen, Coffein-Konzentration im Urin und Urin-Ausscheidung
für jede Gruppe Durchschnitt (+/-SA)
|
|
Placebo-Wasser |
Pacebo-CES |
CES-150mg |
CES-225mg |
CES-320mg |
|
Leistungsdauer in min |
62,5 |
61,5 |
60,4 |
58,9 |
58,9 |
|
Leistungsvermögen zu Placebo-CES |
292 |
295 |
299 |
308 |
309 |
|
Arbeit Watt*Min |
1825 |
1814 |
1806 |
1814 |
1820 |
|
Leistungssteigerung in % |
|
|
1.3 |
1.8 |
1.9 |
|
Coffein-Konzentration im Urin mg/ml |
0 |
0 |
1,3 |
1,9 |
2,5 |
|
Urinausscheidung (ml) |
322 |
199 |
216 |
290 |
215 |
Obwohl Coffein eine diuretische
Wirkung hat, trat diese wenig auf, wenn Coffein kurz vor und während der
Leistung eingenommen wurde.
Abbildung 13: Leistungsvermögen in Watt
bei steigenden Coffeindosen (mit Kohlehydrat-Elektrolytlösung)
Interpretation:
Die Aufnahme bei Sportlern beträgt 3 – 6 mg/kg Körpergewicht, bei 70 kg
also 210 – 420 mg. Damit steigt das Leistungsvermögen von 295 Watt auf
304 – 316 Watt, was einer Leistungzunahme
von 8 bis 18% entspricht.
Abbildung 14: Einfluss der Coffeineinnahme bei Ausdauersportarten[39]
Die Leistungsdauer nimmt beim
Standfahrrad um 51% (unten), beim Laufband um 44% (oben) zu.
Mit
4.9 mg/kg Körpergewicht Coffein wurde in einer anderen Untersuchung bei
Radfahrern festgestellt, dass sie eine Belastung um 20% länger durchhalten
können[40].
Die Leistungsverbesserung wird mit einer erhöhten Adrenalinkonzentration im
Blut erklärt.
An
der Universität Birmingham wurde gezeigt, dass auf einem Rundkurs über 40 km
das normale Training am effektivsten ist, es verbessert die Zeit um 1 bis 7
Minuten. Mit einer aerodynamisch günstigen Haltung lassen sich gleichfalls
einige Minuten gewinnen. Coffein in mässigen Dosen
bringt vergleichsweise aber noch immerhin 55 bis 84 Sekunden, während bei einem
längeren Aufenthalt in der Höhe als Vorbereitung nur rund 30 Sekunden möglich
sind[41].
Die
Muskeln von Sportlern erholen sich wesentlich schneller von Belastung, wenn
nach dem Training mit den Kohlehydraten fünf bis sechs Tassen Kaffee
eingenommen werden. Der Effekt ist gross: Die
Neubildung von Glykogen in den Muskeln verläuft unter
dem Einfluss von Koffein um rund 66% schneller[42]. Erst vier Stunden nach der Mahlzeit stellt sich der
Effekt des Coffeins (4 – 6 Tassen starker Kaffee) ein, aber dann enthielt
die Muskulatur bei zusätzlicher Koffeineinnahme gut 33 Prozent mehr Glykogen. Die notwendigen grossen
Dosen führen jedoch oft zu unerwünschten Nebenwirkungen (Schlafstörungen etc.).
Folgerung
Mit
Coffein wird bei Ausdauersportarten die Leistung und die Leistungsdauer
(eigentlich die Arbeit: Leistung mal Zeit) signifikant erhöht.
Von PubMed[43] wurden von 5019 Publikationen der Jahre 1998-2008 mit dem Suchbegriff „caffeine“ die Titel, Abstracts und die Indizes bezüglich ihrer Zitierungen, zitierende und zitierte, mit CiteSpace[44] ausgewertet – sogenanntes „Text Mining“. Das ergab folgende interessante Zusammenstellung, die zeigt, in welchem Zusammenhang Caffeine auftritt.
Abbildung 15: Begriffe und Verbindungen, die in 5019
Publikationen zu Coffein auftreten.
Viele Begriffe oder Kategorien sind sehr allgemein, aber wichtige Schlüsselworte geben doch genügend Hinweise, dass in den zehn Jahren von 1998-2008 keine ganz neuen Gebiete sehr wichtig geworden sind. Selbst die Wirkungen auf den Ryanodine-Rezeptor haben keine neue Publikationsflut ausgelöst.
Die „citation history“ von „caffeine“ zeigt bei 4962 Publikationen, dass das Interesse an dieser Substanz ziemlich konstant geblieben ist.
Abbildung 16: Zitationen
von "caffeine" in den Jahren 1998-2008 in PubMed
Abschätzung des
Konzentrationsverlaufs mit einem einfachen Modell (Dynasys,
Vensim oder Stella):
Konzentrationen
bei Aufnahme von ca. 400 mg Coffein (Blutvolumen 5000 ml).
Simulationsdiagramm[45] (Simulations-Typ 4)[46]
Abbildung 17: Simulationsdiagramm der Resorption
und Elimination von Coffein
Abbildung 18: Zeitdiagramm der Resorption
und Elimination von 400 mg Coffein. Ordinate: Konzentration in Milligramm pro
Milliliter Blut, Abszisse: Zeit in Minuten
Dokumentation
(Gleichungen, Parameter)
(01) Blut=
INTEG (Resorption-Elimination, 0)
Units: mg [0,?]
(02) Blut
Konzentration= Blut/Blut
Volumen
Units: mg/ml [0,?]
(03) Blut
Volumen= 25
Units: ml [10,40]
Vc = 25 l
(04) Elimination= ke*Blut
Units: mg/Hour [0,?]
(05) FINAL TIME = 24
Units: Hour
The
final time for the simulation.
(06) HWZe= 7
Units: Hour [3,12]
Halbwertszeit
ca. 3-7 Stunden (Erwachsene)
(07) HWZr= 0.25
Units: Hour [0,1]
Der
maximale Blutspiegel wird nach ca. 30 Minuten erreicht
(08) INITIAL TIME = 0
Units: Hour
The
initial time for the simulation.
(09) ke= ln(2)/HWZe
Units: 1/Hour [0,?]
(10) kr= ln(2)/HWZr
Units: 1/Hour [0,?]
(11) "Magen-Darm"=
INTEG (-Resorption, 133.8)
Units: mg [0,?]
Menge
des Test (200 mg Coffein-Sulfat)
(12) Resorption= kr*"Magen-Darm"
Units: mg/Hour [0,?]
(13) SAVEPER = 0.5
Units: Hour [0,?]
The
frequency with which output is stored.
(14) TIME STEP = 0.01
Units: Hour [0,?]
The
time step for the simulation.
Abbildung 19: Messungen von 417 Coffein-Plasmakonzentrationen. Der Mittelwert ist als Kurve dargestellt.
Abbildung 20: Vergleich des Mittelwerts von 417
Messungen mit der Simulation.HWZ (Resorption:
0.25 h, Elimination: 7 Std., Verteilvolumen: 25 l)
Die Parameter der
Simulation stimmen nur ungefähr mit den Interpretationen der Studie überein,
weil hier der Mittelwert verwendet wurde.
Die maximale
Blutkonzentration wird nach ca. 45 Minuten erreicht.
Die Ausscheidung
ist viel langsamer. Im Urin wird ein noch 10 mal geringerer Wert als im Blut
gemessen. Das lässt sich damit erklären, dass der Grossteil von Coffein
metabolisiert wird und nur ein geringer Anteil, 3-10% unverändert mit dem Urin
ausgeschieden wird. Eine Person, bei der 12 mg Coffein
oder mehr in 1ml Urin nachgewiesen wird, bezeichnete man vor 2004 als gedopt.
Bei hoher Flüssigkeitszunahme nimmt die Konzentration von Coffein im Blut ab.
Falls man eine
legale Möglichkeit sucht seine Leistungsfähigkeit zu verbessern, kann man jeden
Tag 3-6 mg Coffein pro kg Körpergewicht einnehmen. Die Sportler, die sich über
dem Limit befinden, nehmen meistens während des Trainings grosse
Mengen ein, hören aber 48-72 Stunden vor dem Wettkampf auf.
Ein erweitertes
Modell
Ein komplexeres
Modell berücksichtigt die Tatsache, dass das Coffein nicht zeitverzugslos
aufgenommen wird, und es trennt den metabolischen Abbau von der Ausscheidung.
Die Aufnahme geschieht mit 10 Minuten Halbwertszeit. Der Wert der Ausscheidung
über den Urin wird mit ca. 9% angenommen.
Abbildung 21: Simulationsdiagramm mit
Einnahme, Resorption, Metabolismus und Ausscheidung von Coffein
Dokumentation (Gleichungen, Parameter)
(01) Blut= INTEG (+Resorption+RGgb-Elimination-RGbg, 0)
Units: mg
[0,?]
(02) Blut Konzentration= Blut/Blut Volumen
Units: mg/ml [0,?]
(03) Blut Volumen= 5000
Units:
ml [3000,7000]
(04) Elimination= ke*Blut
Units:
mg/Hour [0,?]
(05) FINAL
TIME = 24
Units:
Hour
The final time for the simulation.
(06) Gehirn= INTEG (RGbg-RGgb, 0)
Units: mg
[0,?]
(07) HWZe= 2
Units: Hour [1.5,2.5]
Halbwertszeit ca. 2 Stunden
(08) HWZr= 0.3
Units: Hour [0,1]
Halbwertszeit ca. 20 Minuten entspr.
0.3 h
(09) INITIAL
TIME = 0
Units:
Hour
The initial time for the simulation.
(10) kbg= 0.1
Units:
1/Hour [0,?]
Annahme
(11) ke= ln(2)/HWZe
Units: 1/Hour [0,?]
(12) kgb= 0.2
Units:
1/Hour [0,?]
Annahme
(13) kr= ln(2)/HWZr
Units:
1/Hour [0,?]
(14) "Magen-Darm"= INTEG (-Resorption, 400)
Units: mg
[0,?]
Angenommene Menge: 400 mg,
entspricht etwa 5 Tassen Expresso
(15) Resorption= kr*"Magen-Darm"
Units: mg/Hour [0,?]
(16) RGbg= kbg*Blut
Units: mg/Hour [0,?]
(17) RGgb= kgb*Gehirn
Units:
mg/Hour [0,?]
(18) SAVEPER = TIME STEP
Units:
Hour [0,?]
The frequency with which output is stored.
(19) TIME
STEP = 0.01
Units:
Hour [0,?]
The time step for the simulation.
Die realen Daten
zeigen eine grosse Variation der Urinkonzentrationen.
So wurden die 12 μg/ml
Urin von einem Sportler mit 275 –300 mg Coffein überschritten, die
normalerweise nur zu ca. 8 μg/ml
führen.
|
Simulation. Blutkonzentration |
12 Stunden
vorher kein Coffeinkonsum) |
Abbildung 22: Zeitdiagramm von 285 mg Coffein bei
5000 ml Blut im Urin
Bei normalen
Kaffeetrinkern schnellt der Coffeinspiegel im Blut rasant nach oben und sinkt
dann fast ebenso rasch wieder ab. Dadurch ist er nur für rund zwei Stunden hoch
genug, um die üblich beobachteten Wirkungen hervorzurufen[49].
Über die Funktion von Coffein und Theophyllin in den sie synthetisierenden Pflanzen ist recht
wenig bekannt.
Die Synthese von Coffein in der Pflanze
könnte über Oxidation und Methylierung z.B. von Adenosin erfolgen.
An der Harvard Medical
School durchgeführte Arbeiten ergaben nun, dass Methylxanthine
den Insektenfrass verhindern und in den natürlich
auftretenden Konzentrationen als Insektizide wirken. Zudem wirken sie synergetisch
mit gewlssen Insektiziden, so dass die Dosierung der
letzteren stark reduziert werden könnte.
Für diese Untersuchungen wurden vor
allem Larven des Tabakschwärmers Manduca sexta verwendet, die leicht im Laboratorium aufgezogen
werden können. Gab man ihrer Nahrung pulverisierten Kaffee oder Tee zu, so
beobachtete man im Konzentrationsbereich von 0,3 bis 10 % für Kaffee und 0.1
bis 3 % für Tee eine dosisabhängige Inhibition der Nahrungsaufnahme, die von
Zittern, Hyperaktivität und verlangsamtem Wachstum begleitet war. Bei höheren
Konzentrationen (mehr als 10 % für Kaffee, mehr 0,1 bis 3 % für Tee) starben
die Larven innert 24 Stunden. Dieselben Wirkungen erhielt man mit reinem
Coffein sowie ungetrockneten Teeblättern beziehungsweise Kaffeebohnen;
letztere enthalten 0,8 % Coffein, während die Coffeinkonzentration in Teeblättern
zwischen 0,7 und 2,1 % liegt. Diese Konzentrationsbereiche genügen, um die
Larven abzutöten. Tomatenblätter, welche die Larven sonst gerne fressen,
werden wirkungsvoll geschützt, wenn sie mit Coffeinlösungen der erwähnten
Stärke besprüht werden. Dieselbe Wirkung haben Theophyllin
sowie das synthetische Methylxanthin IBMX (Isobutylmethylxanthin) auch auf Mehlwürmer und eine Reihe
von Schmetterlingslarven.
Es ist bekannt,
dass Methylxanthine im Gewebe von Wirbeltieren Enzyme
des Phosphodiesterasetyps blockieren; diese Enzyme
spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel, da sie cyclisches
Adenosinmonophosphat (c-AMP)
hydrolysieren. Dieselbe Wirkung konnte nun bei den erwähnten Blattschädlingen
nachgewiesen werden. Die Insektizide des Formamidin-Typs
basieren auf einer starken Aktivierung der Synthese von cyclischem
AMP (c-AMP). Kombiniert man diese Insektizide mit Methylxanthinen, wird deren Wirkung potenziert. So werden
Blätter, die mit einer minimal toxischen Dosis des Insektizids behandelt
wurden, ohne Schaden von den Larven gefressen. Gibt man jedoch Coffein hinzu,
so wird die Nahrungsaufnahme deutlich reduziert, und nach sechs Tagen sterben
die Schädlinge. Man erhält auf diese Weise eine dreissig-
bis hundertfache Potenzierung der Insektizidwirkung. Dieser Synergismus
tritt nur bei Insektiziden auf, die auf das cyclische
AMP einwirken[50].
Eine antimikrobielle Wirkung von Coffein wurde im Zusammenhang mit der Allelopathie gefunden[51].
Gleiter
Ch.H., Deckert J., Coffein, Klinische Pharmakologie
und Anwendung als Pharmakon, Med.Mo.Pharm.,
259, 1992, Heft 9
Jakubke H.D., Jeschkeit H., Koffein, Lexikon Biochemie, Verlag Chemie
GmbH, Weinheim, 1976
Moeschlin S., Klinik und
Therapie der Vergiftungen, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1980, 513
Stephan
U. et al., Koffein, Fachlexikon ABC Toxikologie, Verlag Harri Deutsch,
Frankfurt am Main, 1985
Sticher H. et al.,
Agrikulturchemisches Praktikum, ETH, Ausgabe Sommersemester 1987, S.43
Tutsch D. (Hrsg.) Roche
Lexikon Medizin, Verlag Urban & Schwarzenberg, München,Wien,Baltimore,
1984
Spode H., Die grosse
Ernüchterung, Kaffee - Europas Droge der Vernunft, NZZ, Nr. 172, Mittwoch 28. Juli 1993, S.48
Weinberg B.A., Bealer
B.K., The world of caffeine, Routledge,
1.
Welche weiteren Eigenschaften hat
Coffein, ausser den schon aufgeführten?
2.
Zeichnen Sie die räumliche Struktur des
Moleküls
3.
Machen Sie eine Skizze des zeitlichen
Verhaltens bei Aufnahme und Abbau. (Konz./Zeit- Diagramm)
4.
In welchem Ausmass
und warum unterscheiden sich die Toxizitäten bei unterschiedlichen Spezies und
Aufnahmearten?
5.
Zeichen Sie die Dosis- Effekt- Kurve
für die erwünschten Reaktionen (Leistungssteigerung, Doping, 1.Kurve)
unerwünschten Reaktionen (2.Kurve) und die Letalitäten (3.Kurve).
Interpretieren Sie.
6.
Wenn man Alkohol getrunken hat, kann
man dann durch einen Kaffee etwas fahrtüchtiger werden?
7.
Wie effektiv ist Coffein als Doping?
8.
Was verstehen Sie unter Synergismus von Coffein als Insektizid?
Mittlere
Dosen:
A:
Leistungssteigerung (legales Doping): 300 mg
B:
Unerwünschte Reaktionen: 500 mg
C:
Letal: Erwachsene 10 g, Kinder 5 g
Berechnung mit
der Occupationstheorie:
Erel
= D/(D + Kd); die Dosis wird logarithmisch
aufgetragen
Interpretation:
Die Dosis für Leistungssteigerung
(legales Doping) und die für unerwünschte Nebenwirkungen liegen sehr nahe
zusammen. Wer mit Coffein die Leistung steigert, muss mit unerwünschten
Nebenwirkungen rechnen. Letalität mit Coffein ist sehr selten, da der Abstand
der Wirkungs-Kurve von unerwünschten Wirkungen und Letalität fast 2 Potenzen
auseinander liegen [Abstand ED(50) zu LD(50) ist gross;
therapeutische Breite].
[1] Pfaff, Koffein und Kaffeesäure, XXIV, 376 im Namensregister von: Poggendorff J.C. (Hrsg.), Annalen der Physik und Chemie, Verlag Ambrosius Barth, Dreissigster Band, Leipzig, 1836, S.364
[2] Liebig Justus von, Annal. der Pharmacie, Bd. I, 1832, S. 17 zitiert in: Ueber die Wirkung des gerösteten Kaffees auf thierische und pflanzliche Ausdünstungen, Annalen der Physik und Chemie, Verlag Ambrosius Barth, Leipzig, 1832, Vierundzwanzigster Band, S.377
[3] Bley L., Oeconomie, Allg. Literatur-Zeitung, Monat November, Gebauersche Buchdruckerei, Halle, 1846, S.923
[4] Harborne J.B., Ökologische Biochemie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg/Berlin/Oxford, 1995, S.234
[5] Schrödter Rüdiger, Mit allen Sinnen Schmecken, Referat Jubiläums-Kongress Swiss Engineering STV, http://www.olfatype.de/html/img/pool/Referat_Schroedter.pdf?sid=8dfbaac94df5fee855979a0bf6e7c440, 2009-04-19
[6] Caffeine, FDA, Maximum Recommended Therapeutic
Dose (MRTD), www.fda.gov/cder/Offices/OPS_IO/MRTD.htm#A,
2007-06-13
[7] http://esc.syrres.com/interkow/kowdemo.htm
[8] Ulmer S., Koffein in Seen und Flüssen, NZZ, Mittwoch 19. März 2003, Nr. 65, 70, nach Eniron. Sci and Techn., 37, 2003, S.691
[9] Schnabel E., Wirkung von Koffein und Dextrose auf Fahrverhalten und Fahrerzustand, Diplomarbeit, Universität Würzburg, 2006
[10] Gut 49: 87-90 (2001) zitiert in: spectrumdirect, Kein Zusammenhang zwischen Kaffeekonsum und Darmkrebs, 18. Juni 2001
[11] Eine Tasse Kaffee
(150 ml) enthält etwa 30 bis 100 mg. Eine kleine Tasse Espresso (30 ml) etwa 40
mg Coffein.
[12] Williams M.H., Ernährung, Fitness und Sport, Ullstein Mosby, 1997, S.76
[13] Adan A., Prat G., Fabbri M., Sànchez-Turet M., Early effects of caffeinated and
decaffeinated coffee on subjective state and gender differences, Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry, Vol.
32, 7, 1 October, 2008, 1698-1703
[14] Sicard B., Die Alltagsdroge Koffein, Spektrum der Wissenschaft, Juni 2003, S.70
[15] Combemale F., La Noix de Kola, Bullet. géner. de thérap. Januar 29, 1892, zitiert in Rosenberg S., Centralblatt für Klinische Medicin, Dreizehnter Jahrgang, Breitkopf & Härtel, Leipzig, Nr. 38, S.808
[16] Boublik H.J. et al., Nature,
1983, 301, S.195
[17] Corti R. et al., Circulation, 2002, 106, 2935 (zitiert in Burke M., You can’t take the kick out of a
decaff coffee, Chemistry in
[18] Koolman J., Moeller H., Röhm K.H. (Hrsg.), Kaffee, Käse, Karies... Biochemie im Alltag, Wiley-VCH, Weinheim, 1998
[19] Sicard B., Die Alltagsdroge Koffein, Spektrum der Wissenschaft, Juni 2003, S.67
[20] Syed S.A., Kamimori G.H., Kelly W., Eddington
N.D., Multiple dose pharmacokinetics of caffeine administered in chewing gum to
normal healthy volunteers, Biopharm-Drug-Dispos.,
Dec. 26(9), 2005, p. 403-9
[21] Bützer P., Roth M., Die Zeit im Griff, Systemdynamik in Chemie und Biochemie, verlag pestalozzianum, Zürich 2006, S.43ff
[22] Stephan U., Elstner P., Müller R.K., (Hrsg.), Fachlexikon ABC Toxikologie, Verlag Harri Deutsch, Thun/Frankfunrt a.M., 1985, S.96
[23] Weinberg B.A., Bealer
B.K., The World of Caffeine, Routledge,
[24] Wang T, Kleber G, Stellaard F, Paumgartner G., www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&list_uids=4079279&dopt=Abstract, 11.08.2003
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[26] Ergogen (aus den griechischen Wörtern ergon, Arbeit, und gennan, produzieren): leistungserzeugend oder leistungsverbessernd.
[27] Maughan R.J.,
[28] Koppelstätter F. et al., Influence of Caffeine
Excess on Activation Patterns in Verbal Working Memory, Radiological Society of
North America Annual Meeting,
[29] Lieberman HR, Tharion WJ, Shukitt-Hale B, Speckman KL, Tulley R., Effects of caffeine, sleep loss, and stress on cognitive performance and mood during U.S. Navy SEAL training. Sea-Air-Land, Psychopharmacology (Berl). 2002 Nov;164(3):250-61. Epub 2002 Sep 05
[30] ni, Zu viel Kaffee
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[31] Weng
Xiaoping, Odouli Roxana, Li De-Kun, Maternal caffeine
consumption during pregnancy and the risk of miscarriage: a prospective cohort
study, American Journal of Obstetrics & Gynecology,
2008, 1.e1
[32] Stephan U., Elstner P., Müller R.K., (Hrsg.), Fachlexikon ABC Toxikologie, Verlag Harri Deutsch, Thun/Frankfunrt a.M., 1985, S.96
[33] Moeschlin Sven, Klinik und Therapie der Vergiftungen, Georg Thieme Verlag, Stuttgart/New York, 1980, S.513
[34] Moore Thomas, Take time for a winning cup of coffee, New Scientist, 18. Juli 1992, S.8
[35] Eine Probe gilt als nicht Coffein positiv, wenn der Athlet klar und eindeutig nachweisen kann, dass die anormale Konzentration auf physiologische Bedingungen zurückzuführen ist.
[36] bsn, Bugno 1990, Souvenir (X) – 19. Juli, NZZ, Donnerstag 19. Juli 2007, Nr. 165, S. 47
[37] Kovacs, Stegen, Brouns, Effekt verschiedener Coffein- Dosierungen auf die Leistung beim Fahrrad-Zeitversuch, Inside-Abstracts 1.Mai 1999 Isostar Nutrtion Foundation, Department of Human Biology, Maastrich University und Novartis Nutrition Research unit,The Netherlands, Coffein, Doping, http://www.dopingnews.de/kaffe-Rad.html, 03.08.01
[38] Hilty Lea, Legales Doping, Maturaarbeit, Kantonsschule Heerbrugg, 2002
[39] Spriet L.L, Howlett R.A., Caffeine. In: Maugham R.J. (Hrsg.) Nutrition in sport, Blackwell Science, Oxford, 2000, 379-392, zitiert in: Kaffee: geschmackvoller Muntermacher, nutritio, 45-1/02, S.6
[40] Knechtle B. (Hrsg.), Aktuelle Sportphysiologie, Leistung und Ernährung im Sport, S. Karger AG, Basel, 2002, S.258
[41] Sicard B., Die Alltagsdroge Koffein, Spektrum der Wissenschaft, Juni 2003, S.68
[43] NCBI, PubMed,
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/, 2009-05-30
[44] Chen Chaomei, CiteSpace, http://cluster.cis.drexel.edu/~cchen/citespace/,
2009-05-30
[45] Simulations-Software:
Vensim® PLE, Ventana Systems, Inc., www.vensim.com/
[46] Bützer Peter, Roth Markus, Die Zeit im Griff, Systemdynamik in Chemie und Biochemie, verlag pestalozzianum, Zürich 2006, 57ff
[47] Csajka C., Haller C.A., Benowitz N.L., Verotta D.,
Mechanistic pharmacokinetic modelling of ephedrine, norephedrine
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[48] Schänzer Wilhelm, www.dshs-koeln.de/biochemie/rubriken/10_main.html, Coffein, 11.08.2003
[49] Sicard B., Die Alltagsdroge Koffein, Spektrum der Wissenschaft, Juni 2003, S.69
[50] Science 226/4671, 184 (1984) (Autor nicht bekannt)
[51] Harborne J.B., Ökologische Biochemie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg/Berlin/Oxford, 1995, S. 305