Среди утренних потоков спешащих людей давно обыденным зрелищем стали разноцветные стаканчики с обжигающим кофе. И если не по дороге в суетливой толчее, то уже на рабочем месте с этого ароматного допинга начинают свой день сотни миллионов человек. Также немало тех, кто снимает усталость, покупая баночку специального энергетического напитка. Как же действует подобная «батарейка» и чем мы расплачиваемся за такую приятную энергетическую подпитку?
ПОГОВОРИМ о НЕЙРОНАХ: ПРОСТО о СЛОЖНОМ
Чтобы понять, почему кофе и иные энергетические напитки дают нам заряд бодрости, следует хотя бы в общих чертах рассмотреть работу основных элементов нашего главного бортового компьютера. Не пугайтесь, подробного и запутанного обсуждения не будет. Только лишь пробежимся галопом по механизму работы «кирпичиков» – нейронов. Тех самых нервных клеток, которые не восстанавливаются.
Миллиарды нейронов в мозге образуют разного рода цепи и компактные пространственные сети для передачи, обработки и хранения информации. При этом они чрезвычайно эффективны.
Весь интернет вкупе с суперкомпьютерами, где сигналы передаются со скоростью света и в секунду обрабатываются миллиарды команд, уступают нашему мозгу в способности осмысливать окружающий мир.
Сами нейроны имеют несколько принимающих сигналы отростков – дендритов и один передающий их дальше отросток – аксон. Контакт между передатчиком-аксоном одной клетки и приемником-дендритом или мембранной следующей именуется синапсом. По сути именно синапсы управляют информационными потоками в мозге.
То есть между нейронами, а также между ними и некоторыми специфическими клетками принцип передачи информации уже не электрический, а химический. Он-то нас и интересует в свете обсуждения ароматного кофе и иных бодрящих напитков.
Стало быть, электрический импульс пробежался по нейрону и достиг окончания его аксона (терминали). Там уже наготове в особых пузырьках (везикулах) находится некоторое химическое вещество – нейромедиатор.
Он выделяется вовне и достигает мембраны следующей (постсинаптической) клетки, на которой имеются специальные белки-рецепторы. Их пространственная структура такова, что в определенном месте нейромедиатор входит в них как ключ в замок и запускает передачу сигнала дальше.
В мозге постоянно генерируется огромное количество импульсов. Недаром его называют сильно шумящим компьютером. Поэтому для нормального функционирования немаловажным является также торможение передачи тех или иных потоков сигналов на определенных участках нейронных цепей.
Для этого также синтезируются специальные нейромедиаторы. Обеспечение баланса возбуждения и торможения в синапсах позволяет нам держать под контролем двигательные, эмоциональные и иные реакции организма.
Такая система отшлифована миллиардами лет эволюции и в нормальных условиях прекрасно функционирует. Но как известно, к любому замку можно подобрать отмычку. Аналогия вполне уместна и в нашем случае. «Отмычкой» служат химические соединения, которые могут действовать на рецепторы, подменяя собой нейромедиаторы.
Это природные токсины, которые создавались растениями и животными в ходе борьбы за жизненное пространство. А поскольку нервная система человека не так уж фундаментально отлична от тех же жуков, то действуют они и на нас. А также целенаправленно синтезированные вещества.
При этом есть два способа воздействия. Первый – это активизировать акцепторы, доведя сигнал до критического уровня (например, вызывая судороги). Подобного рода вещества называются агонистами. Второй – блокировать работу рецептора, прерывая передачу сигнала (вызывающий паралич яд кураре). Такие химические соединения именуются антагонистами рецептора.
КАК ДЕЙСТВУЕТ КОФЕИН и ОБМАНЫВАЮТ НАПИТКИ-ЭНЕРГЕТИКИ
Стимулирующее воздействие популярных энергетических напитков обеспечивает такое химическое вещество как кофеин. Он также может «скрываться» под довольно известными псевдонимами: теин, гуаранин или матеин. Но во всех вариантах это одно и то же соединение – 1,3,7-триметилксантин (C8H10N4O2).
История открытия кофеина не теряется в глубине веков и не «обросла» колоритными легендами. Впрочем, и у нее имеются занятные моменты. В 1819 году Фердинанд Рунге (Friedlieb Ferdinand Runge) выявил эффект расширения зрачка под воздействием атропина. Понаблюдать за этим феноменом талантливый немецкий химик пригласил знаменитого Иоганна Вольфганга Гёте.
Так что Гете по достоинству оценил открытие и подарил молодому ученому мешочек кофейных зерен, так сказать, для будущих свершений. В том же году Рунге выделил из отвара кофе вещество, которое нарек Kaffebase.
Правда следует отметить, что бодрящим ароматным напитком интересовались и другие исследователи. Так два года спустя это же химическое соединение выделили французы Жозеф Кавенту (Joseph Bienaime Caventou) и Пьер Пелетье (Pierre Joseph Pelletier). Последний и дал ему широко известное сегодня название кофеин.
И только в конце XIX ст. благодаря Эмилю Герману Фишеру (Hermann Emil Fischer) стало окончательно ясно, что собой представляет кофеин – была определена его структура и осуществлен искусственный синтез этих горьковатых на вкус кристаллов. Это также внесло свою лепту в присуждение Фишеру Нобелевской премии в 1902 году.
Начнем с физиологии. Как известно, чтобы что-то сделать требуется энергия. Даже по определению энергия – это способность выполнить работу. Действует этот принцип и на галактики во Вселенной и на клетки в нашем организме. Последние получают ее благодаря такой молекуле как аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).
Состоит АТФ из аденозина и трех остатков фосфорной кислоты. При отщеплении этих остатков выделяется энергия, которая питает множество биохимических реакций и физиологических процессов. Это как «бластер» с тремя зарядами, которые попадая по белковым молекулам обеспечиваю их энергией для выполнения определенной работы. Его перезарядка происходит в митохондриях клеток в процессе окисления глюкозы.
Когда «бластер» разряжен, он представляет собой молекулу аденозина. К ней в клетках многих органов и нейронах имеются специальные рецепторы, активация которых вызывает торможение. Появление аденозина внутри клеток и межклеточной среде – сигнал о том, что запасы энергии на исходе и организм переходит в более щадящий режим.
При этом активность многих органов снижается, а нервная система генерирует ощущение усталости. Таким образом, организм защищается от перегрузки. Кофеин является антагонистом для аденозиновых рецепторов. То есть, блокируя их, он избавляет нас от субъективного ощущения утомления.
Помимо этого кофеин также подавляет расположенные в мозге дофаминовые рецепторы, тормозящие различные процессы в нервной системе. Это улучшает мыслительные процессы и активирует центры положительных эмоций. Но в больших количествах вызывает перевозбуждение нервной системы.
Фактически он является самым популярным в мире психотропным препаратом. К тому же, в отличие от схожего по действию амфетамина, продается без ограничений. Обусловлено это тем, что набрать критическую дозу (10 грамм за час) простому смертному практически невозможно, а эффект привыкания проходит быстро и без последствий.
То есть, кофе и энергетики безбожно эксплуатируют наши внутренние ресурсы. Если нужно взбодриться в какой-то особой экстренной ситуации, то вреда от них не будет. Однако постоянное употребление в больших дозах, когда организму не хватает времени на полное восстановление, может привести к состоянию хронической усталости. Норму и вид кофе следует выбирать, прислушиваясь к своему самочувствию, а вот синтетические энергетики лучше игнорировать.