c8h10n4o2 что это такое

C8h10n4o2 что это

Содержание

Структурная формула

Русское название

Латинское название вещества Кофеин

Химическое название

1,3,7-Триметилксантин (и в виде натрия бензоата)

Брутто-формула

Фармакологическая группа вещества Кофеин

Нозологическая классификация (МКБ-10)

Код CAS

Характеристика вещества Кофеин

Алкалоид, содержащийся в листьях чая (около 2%), семенах кофе (1–2%), орехах кола. Белые шелковистые игольчатые кристаллы или белый кристаллический порошок горьковатого вкуса, без запаха. Медленно растворим в воде, легко — в горячей, трудно — в спирте. Растворы имеют нейтральную реакцию.

Фармакология

Оказывает прямое возбуждающее влияние на ЦНС : регулирует и усиливает процессы возбуждения в коре головного мозга, дыхательном и сосудодвигательном центре, активирует положительные условные рефлексы и двигательную активность. Стимулирует психическую деятельность, повышает умственную и физическую работоспособность, укорачивает время реакций. После приема появляется бодрость, временно устраняются или уменьшаются утомление и сонливость. Вызывает учащение и углубление дыхания, особенно на фоне угнетения дыхательного центра. Влияет на сердечно-сосудистую систему: увеличивает силу и ЧСС (особенно в больших дозах), повышает АД при гипотензии (не изменяет нормальное). Расширяет бронхи, желчные пути, кровеносные сосуды скелетных мышц, сердца, почек, суживает — органов брюшной полости (особенно при их дилатации). Понижает агрегацию тромбоцитов. Обладает умеренным диуретическим эффектом, главным образом, в связи с уменьшением реабсорбции электролитов в почечных канальцах. Стимулирует секрецию желез желудка. Повышает основной обмен, усиливает гликогенолиз, вызывая гипергликемию.

Кофеин и его водорастворимые соли хорошо всасываются в кишечнике ( в т.ч. толстом). T_1/2 составляет около 5 ч, у некоторых лиц — до 10 ч. Основная часть деметилируется и окисляется. Около 10% выделяется почками в неизмененном виде. В организме доношенных новорожденных и грудных детей (1,5–2 мес) элиминируется медленнее ( T_1/2 — от 80 до 26,3 ч, соответственно).

Применение вещества Кофеин

Противопоказания

Выраженная артериальная гипертензия, органические заболевания сердечно-сосудистой системы ( в т.ч. атеросклероз), повышенная возбудимость, глаукома, нарушения сна, старческий возраст.

Побочные действия вещества Кофеин

Взаимодействие

Передозировка

При злоупотреблении кофеин (более 300 мг в сутки, т.е. четыре чашки натурального кофе по 150 мл) может вызывать состояние тревоги, беспокойство, тремор, головную боль, спутанность сознания, сердечные экстрасистолии. У новорожденных ( в т.ч. недоношенных) при концентрации в плазме крови 50 мг/мл возможны токсические эффекты: беспокойство, тахипноэ, тахикардия, тремор, повышение рефлекса Моро, при более высоких концентрациях — судороги.

Химическое название кофеина — 1,3,7-триметилксантин. В щелочной среде (при рН>9), даёт кофеидин C₇H₁₂N₄O. По строению и фармакологическим свойствам кофеин близок к теобромину и теофиллину; все три алкалоида относятся к группе метилксантинов. Кофеин лучше действует на ЦНС, а теофиллин и теобромин — в качестве стимуляторов сердечной деятельности и лёгких мочегонных средств.

Кофеин, как и другие пуриновые алкалоиды, даёт положительную мурексидную реакцию, при нагревании с реактивом Несслера кофеин образует красно-бурый осадок, в отличие от теобромина, дающего в таких условиях светло-коричневое окрашивание.

Физические свойства

Белые игольчатые кристаллы или белый кристаллический порошок горьковатого вкуса, без запаха. Хорошо растворим в хлороформе, плохо растворим в холодной воде (1:60), легко — в горячей (1:2), трудно растворим в этаноле (1:50). Растворы имеют нейтральную реакцию; стерилизуют при +100 °C в течение 30 мин. Т _пл. 234 C°

Получение

Кофеин экстрагируют из отходов чая, кофейных зерен. В промышленности кофеин синтезируют из мочевой кислоты и ксантина.

История открытия

В 1827 году Удри выделил из чайных листьев новый алкалоид и назвал его теином. Кофеин в чистом виде впервые получен в 1828 году (Пеллетье и Каванту). В 1832 году его состав был установлен Велером и Пфаффом с Либихом. В 1838 году Иобст и Г. Я. Мульдер доказали тождественность теина и кофеина.

Фармакологические свойства

Физиологические особенности действия кофеина на ЦНС были изучены И. П. Павловым и его сотрудниками, показавшими, что кофеин усиливает и регулирует процессы возбуждения в коре головного мозга; в соответствующих дозах он усиливает положительные условные рефлексы и повышает двигательную активность. Стимулирующее действие приводит к повышению умственной и физической работоспособности, уменьшению усталости и сонливости. Большие дозы могут, однако, привести к истощению нервных клеток. Действие кофеина (как и других психостимулирующих средств) в значительной степени зависит от типа высшей нервной деятельности; дозирование кофеина должно поэтому производиться с учётом индивидуальных особенностей нервной деятельности. Кофеин ослабляет действие снотворных и наркотических средств, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга, возбуждает дыхательный и сосудодвигательный центры. Сердечная деятельность под влиянием кофеина усиливается, сокращения миокарда становятся более интенсивными и учащаются. При коллаптоидных и шоковых состояниях артериальное давление под влиянием кофеина повышается, при нормальном артериальном давлении существенных изменений не наблюдается, так как одновременно с возбуждением сосудодвигательного центра и сердца под влиянием кофеина расширяются кровеносные сосуды скелетных мышц и других областей тела (сосуды головного мозга, сердца, почек), однако сосуды органов брюшной полости (кроме почек) сужаются. Диурез под влиянием кофеина несколько усиливается, главным образом в связи с уменьшением реабсорбции электролитов в почечных канальцах.

Под влиянием кофеина происходит стимуляция секреторной деятельности желудка.

По современным данным, в механизме действия кофеина существенную роль играет его угнетающее влияние на фермент фосфодиэстеразу, что ведёт к внутриклеточному накоплению циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Циклический АМФ рассматривается как медиаторное вещество (вторичный медиатор), при помощи которого осуществляются физиологические эффекты различных биогенных лекарственных веществ. Под влиянием циклического АМФ усиливаются процессы гликогенолиза, стимулируются метаболические процессы в разных органах и тканях, в том числе в мышечной ткани и в ЦНС. Полагают, что стимуляция кофеином желудочной секреции тоже связана с увеличением содержания циклического АМФ в слизистой оболочке желудка (см. также Теофиллин, Циметидин).

В нейрохимическом механизме стимулирующего действия кофеина важную роль играет его способность связываться со специфическими «пуриновыми», или аденозиновыми рецепторами мозга, эндогенным лигандом для которых является пуриновый нуклеозид — аденозин. Структурное сходство молекулы кофеина и аденозина способствует этому. Поскольку аденозин рассматривается как фактор, уменьшающий процессы возбуждения в мозге, замещение его кофеином приводит к стимулирующему эффекту. При длительном применении кофеина возможно образование в клетках мозга новых аденозиновых рецепторов, и действие кофеина постепенно уменьшается. Вместе с тем при внезапном прекращении введения кофеина, аденозин занимает все доступные рецепторы, что может привести к усилению торможения с явлениями утомления, сонливости, депрессии и др.

Применение

Из-за возбуждающего свойства кофеина и физического привыкания к нему многие люди употребляют кофеиносодержащие продукты (напитки) для взбадривания. Кофе чаще всего пьют утром для быстрого восстановления после сна. Чаи (чёрный, зелёный) пьют в любое время дня, обычно после еды. Поскольку чай часто пьют из-за вкуса или для утоления жажды, производятся чаи без кофеина, не имеющие (порой нежелательных) свойств возбуждения ЦНС и повышения кровяного давления. Выпускается и декофеинизированный кофе.

В медицине кофеин (и кофеин-бензоат натрия) применяют при инфекционных и других заболеваниях, сопровождающихся угнетением функций ЦНС и сердечно-сосудистой системы, при отравлениях наркотиками и другими ядами, угнетающими ЦНС, при спазмах сосудов головного мозга (при мигрени и др.), для повышения психической и физической работоспособности, для устранения сонливости. Применяют также кофеин при энурезе у детей.

Кофеин также используется как мочегонное средство.

Противопоказания

Кофеин, как и другие стимуляторы ЦНС, противопоказан при повышенной возбудимости, бессоннице, выраженной гипертензии и атеросклерозе, при органических заболеваниях сердечно-сосудистой системы, в старческом возрасте, при глаукоме.

Всем знакомый кофеин — наиболее широко потребляемое психоактивное вещество в мире. Его содержание в разных напитках сильно варьирует в зависимости от растения, в котором он содержится, и способа его приготовления. Например, высушенные листья чая содержат по удельному весу больше кофеина, чем кофе, но вес чая на стандартную порцию напитка меньше. К тому же кофе варят, а чай заваривают более щадящим способом, поэтому степень экстракции кофеина в чайном напитке меньше. А вот как это вещество на нас влияет, мы с вами и обсудим.

Посильнее «Фауста» Гёте

Coffea arabica — не напиток, а растение

Про открытие самого кофе ходит много легенд, и главная из них гласит, что некий аравийский пастух обратил внимание на необычайную бодрость своих коз, обглодавших кофейное дерево. Так это было, или не так, не скажем, однако сам кофе известен человечеству действительно давно, в отличие от нашего героя. Зато у кофеина точно известен первооткрыватель и его «крёстный отец».

Иоганн Вольфганг Гёте времён открытия кофеина

Мало кто знает, что выделению кофеина в чистом виде мы обязаны великому поэту – и прекрасному естествоиспытателю Иоганну Вольфгангу Гёте и котикам. Как-то раз молодой и в будущем знаменитый немецкий химик Фридлиб Фердинанд Рунге (в 1819 году ему было 25) открыл способность атропина расширять зрачок, и пригласил маститого Гёте пронаблюдать эффект (не обошлось тут без котика, поскольку Рунге в качестве модельных животных использовал котов). Гёте пришёл в восторг и одарил Рунге пакетом кофейных зёрен – а вдруг и тут чего-то интересного получится? Получилось! Рунге выделил вещество, которое назвал Kaffebase (дословно – «вещество из кофе»).

Фридлиб Фердинанд Рунге

Правда, потом пришлось еще и побороться за приоритет открытия с Пьером Робике и парой Пьером Пелетье – Жозефом Кавенту, выделившим кофеин независимо от Рунге в 1821 году и описавшими его в журнале Берцелиуса. Но Рунге-то тоже опубликовал своё открытие – в своей книге Phytochemical Discoveries, 1820, pages 146–147. В любом случае, эти четыре химика могут с полным правом считаться первооткрывателями кофеина. Ну а Гёте –крёстным отцом этого открытия. Слово «кофеин» придумал Пелетье, элементный анализ (формулу C₈H₁₀N₄O₂) определил Робике.

Дальше – интереснее. В 1827 году некий M.Oudry публикует статью Note sur la Théine в Nouvelle bibliothèque médicale, в которой сообщает об открытии нового алкалоида чая, теина. И только позже голландский химик Геррит Ян Мульдер, первооткрыватель химического состава белков, установил, что теин и кофеин – это одно и то же вещество.

Совсем стало понятно, что такое кофеин, стало 1897 году, когда его синтезировал великий Эмиль Герман Фишер, через пять лет ставший нобелевским лауреатом по химии (правда, не за это). Направленный синтез кофеина помог установить его структуру.

Эмиль Герман Фишер

Как он действует?

В большинстве случаев кофеин помогает нам справиться с сонливостью, повышает работоспособность, снижает время реакции, увеличивает способность к концентрации внимания и к переключению между задачами. Помимо интеллектуальных характеристик улучшаются и спортивные показатели, связанные с выносливостью, так как время до того, как наступит мышечная усталость и утомление центральной нервной системы, значительно растягивается.

Как ему это удаётся?

В нервной системе сигналы передаются от нейрона к нейрону через особые структуры – синапсы. Из пресинаптической мембраны передающего нейрона высвобождаются сигнальные молекулы – нейромедиаторы, которые связываются с рецепторами на постсинаптической мембране, и сигнал «бежит» дальше. Весь процесс передачи сигнала требует много энергии, которую клетки получают из универсальной энергетической «валюты» – аденозинтрифосфата или АТФ.

После длительной интенсивной нагрузки мозга в синаптической щели накапливается аденозин (продукт распада АТФ), который связывается с аденозиновыми рецепторами на мембранах. В результате этого в клетку передаётся сигнал, который понижает метаболическую активность нейрона и уменьшает интенсивность, с которой высвобождается нейромедиаторы, то есть тормозит нервную систему.

Кофеин хорошо растворяется как в воде, так и в липидах клеточной оболочки, поэтому может свободно проходить через гематоэнцефалический барьер, который отделяет кровоток от внутренней части мозга. По структуре он очень похож на азотистое основание аденозин, которое входит в состав АТФ, АМФ и ДНК. Поэтому кофеин также может связываться с аденозиновым рецептором и блокировать его. Это приводит к тому, что уровень торможения падает, высвобождается больше нейромедиаторов и мы остаёмся бодрыми и работоспособными ещё какое-то время.

Формулы кофеина и аденозина в сравнении

Против природы не пойдёшь

Но мозгу всё же нужно отдыхать и восстанавливать ресурсы. Поэтому в ответ на постоянное потребление кофеина количество аденозиновых рецепторов увеличивается, и тот же эффект будет достигаться только после увеличенной дозировки. Этот механизм лежит в основе привыкания и формирования биологической зависимости от кофеина.

Как это проявляется: если после полностью отказаться от кофе, то АМФ будет свободно связываться с большим количеством в том числе вновь образованных рецепторов, а это, в свою очередь, начнёт активно вызывать в нас ощущение усталости, сонливости, головную боль, повышенную раздражительность и подавленное настроение. Однако степень проявления таких симптомов зависит не только от продолжительности приёма кофе и дозировки, но и от биологических особенностей организма (известны генетические факторы, влияющие на толерантность к кофеину и скорость его метаболизма).

Кофеиновый «Wi-Fi»

У бодрящего действия кофеина есть ещё один интересный механизм – он способствует активации дофаминового рецептора, не связываясь с ним. Как?

На постсинаптической мембране нейронов полосатого тела (striatum) часто образуются комплексы из дофаминового и аденозинового рецепторов. Когда аденозин связывается со своим рецептором, то происходит и изменение структуры «соседа» — дофаминового рецептора, который уже не может так же эффективно связывать дофамин.

Кофеин же блокирует аденозиновый рецептор таким образом, что он больше не влияет на дофаминовый, и последний продолжает активировать нейроны.

Но всё хорошо в меру: употребление большого количества кофеина с высокой вероятностью приведёт к чрезмерному возбуждению нервной системы, что может повысить тревожность, суетливость, вызвать бессонницу, подёргивание мышц и нарушение ритмов сердца. Однако в умеренных дозах он вполне может даже уменьшить симптомы депрессии.

Текст: Анастасия Сычёва, аспирант Института биоорганической химии РАН при участии Алексея Паевского

А в качестве дополнительной «литературы» мы посоветуем вашему вниманию потрясающую лекцию о кофе глазами токсиколога, прочитанную нашим большим другом, замечательным популяризатором науки и медицины, врачом-токсикологом Алексеем Водовозовым.

Источник