Coffein

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Strukturformel
Struktur von Coffein
Allgemeines
Name Coffein
Andere Namen
  • 1,3,7-Trimethyl-3,7-dihydro-2H-purin-2,6-dion (IUPAC)
  • 1,3,7-Trimethyl-3,7-dihydro-1H-purin-2,6-dion (IUPAC)
  • 1,3,7-Trimethyl-2,6(1H,3H)-purindion (IUPAC)
  • 1,3,7-Trimethylxanthin
  • Methyltheobromin
  • Koffein
  • Tein, Thein, Teein
  • Guaranin
Summenformel C8H10N4O2
CAS-Nummer 58-08-2
PubChem 2519
ATC-Code

N06BC01
Kurzbeschreibung farb- und geruchsloser Feststoff[1]
Eigenschaften
Molare Masse 194,19 g·mol–1
Aggregatzustand

fest
Dichte

1,23 g·cm–3[1]
Schmelzpunkt

236 °C[2] (Sublimation ab 178 °C)[3]
Siedepunkt

Zersetzung[1]
Dampfdruck

20 hPa (80 °C)[4]
Löslichkeit
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. I [5]
Gesundheitsschädlich
Gesundheits-
schädlich
(Xn)
R- und S-Sätze R: 22
S: (2)
Bitte beachten Sie die eingeschränkte Gültigkeit der Gefahrstoffkennzeichnung bei Arzneimitteln
LD50
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Coffein (auch Koffein) ist ein weißes, geruchloses, kristallines Pulver mit bitterem Geschmack. Es ist ein Alkaloid aus der Stoffgruppe der Xanthine und gehört zu den psychoaktiven Drogen aus der Gruppe der Stimulantien. Coffein ist der anregend wirkende Bestandteil von Genussmitteln wie Kaffee, Tee, Cola, Mate, Guaraná, Energy-Drinks und (in geringeren Mengen) von Kakao.

Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Geschichte

Auf Anregung Goethes untersuchte der Apotheker und Chemiker Friedlieb Ferdinand Runge Kaffeebohnen mit dem Ziel, die wirksame Substanz im Kaffee zu finden. 1820 gelang es Runge erstmals, aus den Kaffeebohnen reines Coffein zu isolieren. Er kann somit als Entdecker des Coffeins angesehen werden. Unabhängig von Runge gelang im Jahre 1821 den französischen Apothekern Pierre Joseph Pelletier, Joseph Bienaimé Caventou und Pierre Robiquet gemeinsam ebenfalls die Isolation des Coffeins. 1832 konnten Christoph Heinrich Pfaff und Justus von Liebig mit Hilfe von Verbrennungsdaten die Summenformel C8H10N4O2 bestimmen. Die chemische Struktur wurde 1875 von Ludwig Medicus als 1,3,7-Trimethylxanthin angenommen. Die vorerst nur angenommene Struktur konnte Hermann Emil Fischer 1895 durch die erste Synthese des Coffeins bestätigen. Der Wirkungsmechanismus wurde erst im 20. Jahrhundert erfolgreich erforscht.

Der in Grüntee und Schwarztee enthaltene Wirkstoff, in der Umgangssprache oft fälschlich als „Tein“, „Thein“ oder „Teein“ bezeichnet, ist ebenfalls Coffein. Diese früher übliche Unterscheidung zwischen Coffein aus Kaffee und Tein aus Tee beruht auf der unterschiedlichen Freisetzung des Alkaloids: Coffein aus Kaffee ist an einen Chlorogensäure-Kalium-Komplex gebunden, der nach der Röstung und Kontakt mit der Magensäure sofort Coffein freisetzt und damit schnell wirkt. Coffein aus Tee hingegen ist an Polyphenole gebunden, wobei das Alkaloid erst im Darm freigesetzt wird. Die Wirkung tritt dann später ein und hält länger an.[13]

[Bearbeiten] Vorkommen

Geröstete Kaffeebohnen

Coffein ist der Hauptwirkstoff des Kaffees. Außer in den Samen des Kaffeestrauchs kommt es auch in über 60 anderen Pflanzen vor, wie zum Beispiel dem Teestrauch, Guaraná, dem Matebaum und der Kolanuss. Die chemisch mit Coffein eng verwandten Wirkstoffe Theophyllin und Theobromin finden sich ebenso in zahlreichen Pflanzenspezies. Ungeröstete Kaffeebohnen enthalten je nach Sorte etwa 0,9–2,6 % Coffein; nach der Röstung verbleiben 1,3–2,0 %. Dabei enthalten die Coffea-arabica-Sorten weniger Alkaloid als die Coffea-robusta-Typen.[13] Fermentierte und getrocknete Teeblätter, sogenannter Schwarzer Tee, enthalten etwa 3–3,5 % Coffein.[14]

[Bearbeiten] Gewinnung

Coffein kann mittels Extraktion aus Teeblättern oder Kaffeebohnen, zum Beispiel mit einem Soxhlet-Aufsatz, gewonnen werden. Es fällt in großen Mengen bei der Entkoffeinierung von Kaffee an, wobei überkritisches Kohlenstoffdioxid verwendet wird. Industriell wird Coffein hauptsächlich mittels Traube-Synthese hergestellt.

[Bearbeiten] Eigenschaften

Coffein ist ein Trivialname, der der Substanz wegen des Vorkommens in Kaffee gegeben wurde, der aber nichts über die chemische Zusammensetzung aussagt. Nach der systematischen IUPAC-Nomenklatur lautet die vollständige Bezeichnung 1,3,7-Trimethyl-2,6-purindion, eine Kurzform 1,3,7-Trimethylxanthin – nach der chemischen Ableitung des Coffeins vom Xanthin. Es gehört zur Gruppe der natürlich vorkommenden Purine, genauso wie die strukturähnlichen Dimethylxanthine Theophyllin und Theobromin.

Die Struktur des Coffeins besteht aus einem Doppelring, an dem sich außen mehrere Substituenten befinden. Dieser Doppelring im Kern entspricht der Grundstruktur des Purins. Er besteht aus zwei Ringen, einem 6er- und einem 5er-Ring, die jeweils zwei Stickstoff-Atome enthalten. Außen findet man an C-2 und C-6 jeweils ein doppelt gebundenes Sauerstoff-Atom. Beim Coffein befindet sich an N-1, N-3 und N-7 noch jeweils eine Methylgruppe (-CH3). Daneben gibt es noch das Isocoffein, bei dem eine der Methylgruppen nicht am N-7, sondern am N-9 hängt. Dem Theophyllin fehlt von den drei Methylgruppen die an N-7, dem Theobromin fehlt die an N-1.

Reines Coffein

Reines Coffein ist unter normalen Bedingungen ein weißes, geruchloses, kristallines Pulver mit bitterem Geschmack. Coffein tritt in zwei enantiotrop polymorphen Kristallformen auf. Die bei Raumtemperatur stabile β-Form (Tieftemperaturform) wandelt sich bei 141 °C in die α-Form (Hochtemperaturform) um.[15] Diese schmilzt bei 236 °C.[2] Die Rückumwandlung von α- zur β-Form ist kinetisch gehemmt, so dass die α-Form über Wochen bei Raumtemperatur metastabil sein kann. Die Verbindung ist leicht sublimierbar (ab 178 °C). Die Löslichkeit ist zum Teil stark temperaturabhängig:

Löslichkeit des Coffeins
Wasser bei Normaltemperatur 21,74 g/l
Wasser bei 80 °C 181,82 g/l
Ethanol bei Normaltemperatur 15,15 g/l
Ethanol bei 60 °C 45,45 g/l
Aceton 20,00 g/l
Chloroform 181,82 g/l


Coffein bildet bei Kristallisation aus Wasser ein kristallines Hydrat in Form langer Nadeln. Stöchiometrisch enthält das Hydrat im Kristallgitter 0,8 mol Wasser pro Mol Coffein.[16]

Xanthinderivate wie das Coffein werden als schwache Basen bezeichnet, da sie Protonen über ihre Stickstoffatome aufnehmen können. Dennoch sind Lösungen von Xanthinderivaten nicht alkalisch. Xanthinderivate werden zu den Alkaloiden gezählt. Als Alkaloide werden generell alle physiologisch wirksamen, niedermolekularen stickstoffhaltigen Verbindungen, insbesondere pflanzlicher Natur, bezeichnet.

[Bearbeiten] Gehalte in Lebens- und Genussmitteln sowie Medikamenten

Produkte mit natürlichem Coffeingehalt:

  • Eine Tasse Kaffee (150 ml aus 4 g Kaffeebohnen) enthält etwa 40 bis 120 mg.[13]
  • Eine kleine Tasse Espresso (30 ml) etwa 40 mg Coffein.
  • Eine Tasse Schwarztee kann je nach Zubereitungsart bis zu 50 mg enthalten, in Normalfall enthält eine Tasse Tee aus 1 g Teeblättern 20–40 mg.[13] In 100 g trockenen Teeblättern ist mehr Coffein enthalten als in der gleichen Menge gerösteter Kaffeebohnen.
  • Guaraná enthält 40 bis 90 mg Coffein pro 1 g in der Trockenmasse.
  • Selbst Kakao enthält mit ungefähr 6 mg pro Tasse ein wenig Coffein, aber hauptsächlich Theobromin.
  • In Schokolade findet sich Coffein (Vollmilchschokolade etwa 15 mg/100 g, Bitterschokolade bis zu 90 mg/100 g)[17] neben Theobromin und anderen anregenden Substanzen.

Den folgenden Produkten wird üblicherweise synthetisch erzeugtes Coffein beigemischt. Teilweise wird aber auch natürliches Coffein, gewonnen bei der Kaffee-Entkoffeinierung, verwendet. Besonders sogenannten Wellness-Produkten wird häufig natürliches Coffein als Guaraná-Extrakt zugesetzt.

  • Energy-Drinks wie „Red Bull“ (etwa 32 mg/100 ml), Lipovitan (etwa 50 mg/100 ml) oder Powersirup (etwa 68 mg/100 ml).
  • „Club-Mate“ (20 mg/100 ml)
  • Cola-Getränke (mit 6–25 mg/100 ml) (früher mit natürlichem Coffein aus der Kolanuss) „Coca Cola“ und „Pepsi Cola“: 10 mg/100 ml, „Afri-Cola“ u.ä.: 25 mg/100 ml (in Cola sind maximal 25 mg/100 ml zugelassen)
  • Kaffee-Bonbons (etwa 80 bis 500 mg Coffein pro 100 g, etwa 3,3 bis 8 mg Coffein pro Bonbon).
  • „Aspirin forte“ enthält 50 mg Coffein pro Tablette; normales Aspirin enthält kein Coffein.
  • Coffeintabletten enthalten meistens 100 bis 200 mg Coffein
  • „Scho-Ka-Kola“ (Energie-Schokolade, Gubor Feinste Schokolade GmbH) enthält 200 mg/100 g natürliches Coffein aus Kakao, Kaffee und Kolanuss-Extrakt.
  • Coffein-Natriumsalicylat, ein Salz des Coffeins, welches im menschlichen Körper besser resorbiert wird als Coffein, wurde früher als Kreislauf- und Atemstimulans und Diuretikum verwendet.

Im Jahre 1997 erklärten Wissenschaftler in einem Appell an die Food and Drug Administration, dass es bedeutend sei, die Deklaration des Coffein-Gehalts in Lebensmitteln zur Pflicht zu machen.[18]

[Bearbeiten] Hauptwirkungen des Coffeins

Coffein ist weltweit die am häufigsten konsumierte pharmakologisch aktive Substanz. Die Hauptwirkungen des Coffeins sind (siehe auch Coffeinismus):

Coffein hat zwar ein relativ breites Wirkungsspektrum, doch ist es bei geringen Dosen in erster Linie ein Stimulans. Darunter versteht man im Allgemeinen eine Substanz mit anregender Wirkung auf die Psyche, die Antrieb sowie Konzentration steigert und Müdigkeitserscheinungen beseitigt. Es wird eine anregende von einer erregenden Wirkung des Coffeins unterschieden, wobei für letztere eine höhere Dosis erforderlich ist. Bei niedriger Dosis tritt fast ausschließlich die zentral anregende Wirkung des Coffeins hervor, es werden also vor allem psychische Grundfunktionen wie Antrieb und Stimmung beeinflusst. Durch eine höhere Dosis kommt es auch zu einer Anregung von Atemzentrum und Kreislauf.

Während höhere Coffeinkonzentrationen auch die motorischen Gehirnzentren beeinflussen, wirkt das Coffein in geringeren Konzentrationen hauptsächlich auf die sensorischen Teile der Hirnrinde. Es kommt zu einer Erhöhung des Gehirntonus, d. h. der Spannung der Hirngefäße. Aufmerksamkeit und Konzentrationsvermögen werden dadurch erhöht; die Steigerung von Speicherkapazität und Fixierung (mnestische Funktionen) erleichtert den Lernprozess. Mit der Beseitigung von Ermüdungserscheinungen verringert sich das Schlafbedürfnis. Die Erhöhung des Blutdrucks ist gering und verschwindet bei chronischer Aufnahme; ein Effekt kann erst wieder beobachtet werden, nachdem mindestens 24 h kein Coffein aufgenommen wurde.[20] Die Stimmung kann sich bis zu leichter Euphorie steigern. In Folge von Assoziationsbahnung verkürzen sich die Reaktionszeiten, was zu einer Beschleunigung des psychischen Tempos führt. Gleichzeitig kommt es zu einer – nur minimalen – Verschlechterung der Geschicklichkeit, speziell bei Aufgaben, die exaktes Timing oder komplizierte visuomotorische Koordination erfordern. Das breite Wirkungsspektrum verdankt Coffein mehreren Wirkungskomponenten, die auf molekularer Ebene in bestimmte Zellvorgänge eingreifen. Das Coffein kann die Blut-Hirn-Schranke fast ungehindert passieren und entfaltet seine anregende Wirkung hauptsächlich im Zentralnervensystem.

Coffein hat erheblichen Einfluss auf Spinnen, was sich in ihrer Netzarchitektur niederschlägt. Oben das Netz einer unbehandelten Spinne, unten das einer unter Coffeineinfluss stehenden

Seine Wirkung begründet sich auf zellulärer Ebene wie folgt: Im Wachzustand tauschen Nervenzellen Botenstoffe aus und verbrauchen Energie. Dabei entsteht Adenosin als Nebenprodukt. Eine der Aufgaben des Adenosins besteht darin, das Gehirn vor „Überanstrengung“ zu schützen. Es setzt sich an bestimmte Rezeptoren auf den Nervenbahnen (die Adenosinrezeptoren vom Subtyp A2a). Ist Adenosin gebunden, ist das ein Signal für die Zelle, etwas weniger zu arbeiten. Das ist ein Rückkopplungseffekt: Je aktiver die Nervenzellen, desto mehr Adenosin wird gebildet und desto mehr Rezeptoren werden besetzt. Die Nervenzellen arbeiten langsamer und das Gehirn ist vor „Überanstrengung“ geschützt. Das Coffein ist dem Adenosin in seiner chemischen Struktur ähnlich und besetzt dieselben Rezeptoren, aktiviert sie jedoch nicht. Adenosin kann nicht mehr andocken, und die Nervenbahnen bekommen kein Signal – deshalb arbeiten sie auch bei steigender Adenosinkonzentration weiter. Analgetische, also schmerzhemmende Effekte des Coffeins werden diskutiert. Als Mechanismus werden auch hier die antagonistischen Effekte an den Adenosinrezeptoren und die damit verminderte Wirkung des Adenosins auf das ZNS angenommen. Adenosin wirkt an den sensorischen Nervenendigungen schmerzerzeugend, indem es direkt auf spezifische A2-Rezeptoren einwirkt und eine Hyperalgesie verursacht.[22]

Bei höheren Dosen verhindert Coffein den enzymatischen Abbau von cAMP (cyclischem Adenosin-3’,5’-monophosphat). Dieses spielt im menschlichen Organismus als second Messenger eine wichtige Rolle bei der Hormonregulierung des Zellstoffwechsels. Coffein hemmt jene Enzyme, spezifische Phosphodiesterasen, die für den Abbau von cyclischem zu acyclischem AMP verantwortlich sind. So kommt es durch den gehemmten Abbau zu einem Anstieg der cAMP-Konzentration in den Zellen. Wenn Coffein den Abbau von cAMP einschränkt, hält die von cAMP verursachte Adrenalinausschüttung länger an. Coffein verhindert die dämpfende Wirkung des Adenosin und verlängert die Dauer der Adrenalinwirkung.

Wenn ein Mensch über längere Zeit hohe Dosen Coffein zu sich nimmt, verändern sich die Nervenzellen. Sie reagieren auf das fehlende Adenosin-Signal und bilden mehr Rezeptoren aus, so dass wieder Adenosin-Moleküle an Rezeptoren binden können. Die Nervenzellen arbeiten langsamer. Die anregende Wirkung des Coffeins ist also stark eingeschränkt. Bereits nach 6 bis 15 Tagen starken Coffeinkonsums entwickelt sich eine derartige Toleranz.

Wird der Coffeinkonsum stark verringert, können Entzugserscheinungen wie Kopfschmerzen, Übelkeit usw. auftreten, die aber meistens nur von kurzer Dauer sind. Coffein ist ohne hohe Preise und Kriminalisierung verfügbar und das weltweit am häufigsten konsumierte Stimulans. Die wissenschaftliche Literatur ist sich nicht darüber einig, ob Coffein wirklich ein Suchtmittel ist, es hat aber einige Gemeinsamkeiten mit typischen Suchtmitteln. Die wichtigsten Eigenschaften, die Coffein mit anderen Suchtstoffen gemeinsam hat, sind Entwicklung von Toleranz, psychische und körperliche Abhängigkeit mit Entzugserscheinungen. Toleranz tritt bei nicht unbedingt übermäßigem, aber regelmäßigem Coffeingenuss auf.

Coffein in Genussmitteln, wie z. B. in Schwarztee oder Schokolade, kann insbesondere für Kinder problematisch sein: so enthalten z. B. drei Dosen Cola und drei Schokoriegel etwa soviel Coffein, wie in zwei Tassen Kaffee enthalten sind (etwa 200 mg Coffein). Ein dreißig Kilogramm schweres Kind kommt somit auf eine Konzentration von 7 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht; eine Dosis, die ausreicht, Nervosität und Schlafstörungen zu verursachen.

Eine günstige Wirkung des Coffeins besteht darin, dass es der alkoholbedingten Entzündung der Bauchspeicheldrüse entgegenwirkt.

Coffein stand auf der Dopingliste des Internationalen Olympischen Komitees, allerdings waren die Grenzwerte so hoch, dass Sportler durchaus Kaffee zum Frühstück trinken konnten. Dennoch wurde am 25. Juli 2000 der spanische Radprofi Óscar Sevilla (Team Kelme) „positiv“ auf Coffein getestet und daraufhin von seinem Verband von der Straßen-Weltmeisterschaft ausgeschlossen. Die World Anti-Doping Agency hat mit Wirkung zum 1. Januar 2004 das Stimulans Coffein von der Liste der verbotenen Substanzen gestrichen.

Die orale LD50 für eine Ratte liegt bei 381 Milligramm pro Kilogramm. Bei Menschen liegt die letale Dosis bei ungefähr 10 Gramm Coffein (5–30 g), was etwa 100 Tassen Kaffee (50–300 Tassen/Tag) entspricht.[23]

Bei Überdosierung (Dosen über 1 g) treten Erregungserscheinungen, stark beschleunigter Puls und Extrasystolen auf[24]; als Gegenmittel können Kohletabletten, Verapamil und Diazepam gegeben werden.

In sehr hoher Konzentration (ab etwa 10 mM im Zellaußenraum) setzt Coffein Calcium2+-Ionen aus dem endoplasmatischen Retikulum frei. Das geschieht durch seine spezifische Bindung an Ryanodin-Rezeptoren. Aufgrund dieser Eigenschaft wird Coffein in der physiologischen Forschung verwendet. Die benötigte Dosis übersteigt die letale Dosis von Säugetieren bei weitem, deshalb wird Coffein nur bei in-vitro-Experimenten eingesetzt.

[Bearbeiten] Wechselwirkungen mit Medikamenten

Coffein verstärkt die herzfrequenzsteigernde Wirkung von Sympathomimetika. Es wirkt beruhigenden Wirkstoffen wie Antihistaminika, Barbituraten entgegen. 50 mg Coffein können eine relative analgetische Wirkungsstärke von 1,3 bis 1,7 bei gleichzeitiger Einnahme von Acetylsalicylsäure oder Paracetamol (mögliche Einsparung von Schmerzmitteln) aufweisen. Disulfiram und Cimetidin reduzieren den Coffeinabbau im Körper. Rauchen sowie Barbiturate beschleunigen den Coffeinabbau im Körper. Die Ausscheidung von Theophyllin wird durch Coffein verringert. Bei gleichzeitiger Einnahme von Antibiotika der Gruppe Gyrasehemmer (Chinolone) ist eine mögliche Verzögerung der Ausscheidung von Coffein und seinem Abbauprodukt Paraxanthin gegeben. Coffein kann eine mögliche Abhängigkeit von Substanzen vom Typ Ephedrin erhöhen.

[Bearbeiten] Gegenanzeigen

Personen mit Leberzirrhose (mögliche Coffein-Anreicherung), Personen mit Herzarrhythmien, wie Sinustachykardien/Extrasystolen (mögliche Verstärkung), Personen mit Hyperthyreose (mögliche Verstärkung der Nebenwirkungen von Coffein) und Personen mit Angstsyndrom (mögliche Verstärkung) sollten Coffein nur in geringen Dosen (etwa 100 mg/Tag) einnehmen.

Von regelmäßiger Einnahme von hohen Dosen wird wegen des möglichen Auftretens von Coffeinismus abgeraten. In der Schwangerschaft sollte auf Coffein verzichtet werden.[25]

[Bearbeiten] Pharmakoepidemiologische Untersuchungen zum Coffein

Zur Pharmakoepidemiologie des Coffeins liegen Untersuchungen zum Einfluss des Coffeins auf den Blut-Lipidstatus aus nationalen Untersuchungs-Surveys in der Bevölkerung der Bundesrepublik Deutschland vor. Unter anderem konnte eine Erhöhung der Triglyceride im Serum bei Probanden mit einem Gebrauch coffeinhaltiger Arzneimittel nachgewiesen werden[26]. Auch zum Coffein-Einfluss auf den Glucose- und Magnesium-Gehalt des Serums wurden Ergebnisse veröffentlicht. Danach wurden höhere Glucosespiegel und erniedrigte Magnesiumspiegel in Seren von Probanden gemessen, die coffeinhaltige Arzneimittel verwendeten[27]

[Bearbeiten] Entzug

Als Entzugsymptome wurden in einer empirischen Studie beobachtet:[28] Kopfschmerzen, Erschöpfung, Energieverlust, verminderte Wachsamkeit, Schläfrigkeit, herabgesetzte Zufriedenheit, depressive Stimmung, Konzentrationsstörungen, Reizbarkeit und das Gefühl, keine klaren Gedanken fassen zu können. In einigen Fällen kamen auch grippe-ähnliche Symptome hinzu. Die Symptome setzen zwölf bis 24 Stunden nach dem letzten Coffein-Konsum ein, erreichen nach 20 bis 51 Stunden das Symptommaximum und dauern etwa zwei bis neun Tage. Bereits eine geringe Menge Coffein führt zur Rückfälligkeit.

Zu den Symptomen des Entzugs gehören auch Veränderungen der Theta-Wellen im Gehirn.[29]

[Bearbeiten] Mutagene Wirkung bei niederen Tieren und Pflanzen

Auf Bakterien, Pilze und Algen kann Coffein mutagen wirken; dies wird vermutlich durch Hemmung von Reparaturmechanismen der DNA bei diesen Lebewesen verursacht. Bei höheren Tieren oder dem Menschen konnte eine solche Wirkung bisher nicht nachgewiesen werden.[20]

[Bearbeiten] Analytik

Zur Analytik des Coffeins werden chromatographische Verfahren bevorzugt. Insbesondere die Gaschromatographie, die HPLC und Kopplungen dieser Trenntechniken mit der Massenspektrometrie sind in der Lage, die geforderte Spezifität und Sensitivität bei der Analytik komplexer Matrices in der physiologischen Forschung und in der lebensmittelchemischen Analytik zu gewährleisten. In der pharmazeutischen Analytik wird auch die Dünnschichtchromatographie zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Coffein eingesetzt. Auch Enzymimmunoassays (EIA) für die Routineanalytik von Serum- oder Harnproben stehen zur Verfügung[30]. Die damit erzielten Ergebnisse können in Zweifelsfällen durch GC-MS- oder HPLC-MS-Verfahren überprüft werden.

[Bearbeiten] Pharmakokinetik

Der Metabolismus von Coffein ist Spezies-spezifisch. Bei Menschen wird etwa 80 % des aufgenommenen Coffeins durch das Enzym Cytochrom P450 1A2 zu Paraxanthin demethyliert und weitere etwa 16 % werden in der Leber zu Theobromin und Theophyllin umgesetzt. Durch weitere partielle Demethylierung und Oxidation entstehen Urate- und Uracil-Derivate. Aus dem Urin können etwa ein Dutzend unterschiedlicher Coffein-Metaboliten extrahiert werden, aber weniger als 3 % des ursprünglich aufgenommenen Coffeins. Die Hauptausscheidungsprodukte im Urin sind Di- und Monomethylxanthin sowie Mono-, Di- und Trimethylharnsäure.

Die Pharmakokinetik von Coffein hängt von vielen inneren und äußeren Faktoren ab. Die Resorption von Coffein über den Magen-Darm-Trakt in die Blutbahn erfolgt sehr rasch und nahezu vollständig: etwa 45 Minuten nach der Aufnahme ist praktisch das gesamte Coffein aufgenommen und steht dem Stoffwechsel zur Verfügung (Bioverfügbarkeit: 90–100 %). Mit kohlensäurehaltigen Getränken wird Coffein sogar noch rascher aufgenommen. Die maximale Plasmakonzentration wird 15 bis 20 Minuten nach der Aufnahme des Coffeins erreicht. Die Verabreichung von 5–8 mg Coffein/kg Körpergewicht resultiert in einer Plasma-Coffeinkonzentration von 8–10 mg/l. Die biologische Halbwertszeit von Coffein im Plasma beträgt zwischen 2,5 und 4,5 Stunden (andere Quellen sprechen von 3–5 h) bei gesunden Erwachsenen. Dagegen erhöht sich die Halbwertszeit auf im Mittel 80 Stunden (36–144 h) bei Neugeborenen und auf weit über 100 Stunden bei Frühgeburten. Bei Rauchern reduziert sich die Coffein-Halbwertszeit um 30–50 %, während sie sich bei Frauen, die orale Verhütungsmittel einnehmen, verdoppelt. Bei Frauen, die sich im letzten Trimester der Schwangerschaft befinden, steigt sie auf 15 Stunden an. Ferner ist bekannt, dass das Trinken von Grapefruitsaft vor der Coffeinzufuhr die Halbwertszeit des Coffeins verlängert, da der Bitterstoff der Grapefruit die Metabolisierung des Coffeins in der Leber hemmt.

[Bearbeiten] Andere Nutzen

[Bearbeiten] Verwendung als Orphan-Arzneimittel

Coffeincitrat (Handelsname Nymusa®) ist ein Arzneistoff, der ausschließlich zur Behandlung der primären Apnoe bei Frühgeborenen angewendet wird. Apnoe bei Frühgeborenen bezeichnet ein Aussetzen der Atmung über mehr als 20 Sekunden. Primär bedeutet, dass die Apnoe keine offensichtliche Ursache hat.

Da es nur wenige Patienten mit primärer Apnoe gibt – Betroffene in der EU: 32.000 – gilt die Krankheit als selten, und Nymusa® wurde am 17. Februar 2003 als Arzneimittel für seltene Leiden („Orphan-Arzneimittel“) ausgewiesen. Nymusa ist eine Infusionslösung (Tropfinfusion in eine Vene), die den Wirkstoff Coffeincitrat (20 mg/ml) enthält. Die Lösung kann auch eingenommen werden und ist auf ärztliche Verschreibung erhältlich.[31]

[Bearbeiten] Chemische und pharmazeutische Angaben

Struktur von Coffeincitrat

Coffeincitrat, Coffein-Citronensäure-Gemisch (ASK), Nomenklatur nach IUPAC: 1,3,7-Trimethyl-3,7-dihydro-2H-purin-2,6-dion + 2-Hydroxypropan-1,2,3-tricarbonsäure, hat die Summenformel C14H18N4O9, eine molare Masse von 386,31 g·mol−1 und die CAS-Nummer 69-22-7. Es ist ein weißes kristallines Pulver, löslich 1:4 in heissem Wasser (Dissoziation), 1:25 in Ethanol 96 %.[32] Der ATC-Code ist N06BC01.

Coffein könnte eventuell gegen Haarausfall eingesetzt werden, wie an der Universität Jena entdeckt wurde.[33] Die heute auf dem Markt erhältlichen Koffein-Shampoos und Tinkturen stehen allerdings im Ruf, voreilige und wissenschaftlich nicht gerechtfertigte Versprechungen zu ihrer Wirksamkeit abzugeben.[34]

[Bearbeiten] Literatur

  • Eichler, Oskar: Kaffee und Coffein. Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York (1976), ISBN 3-540-07281-0.
  • Caffeine: Perspectives from Recent Research, Editor: Dews, P.B., Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York Tokyo (1984), ISBN 3-540-13532-4.
  • Forth, Wolfgang; Adam, Olaf, Coffein: Umgang mit einem Genussmittel, das auch pharmakologische Wirkungen entfalten kann, Deutsches Ärzteblatt 98, Ausgabe 43 vom 26. Oktober 2001, Seite A-2816 / B-2412 / C-2242 (Ärzteblatt)
  • Taiwo, Y.O., Levine, J.D.: Direct cutaneous hyperalgesia induced by adenosine. Neurosci 38 (1990) S. 757–762.

[Bearbeiten] Einzelnachweise

  1. ↑ a b c Eintrag zu Coffein in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 26. April 2008 (JavaScript erforderlich).
  2. ↑ a b Bothe, H.; Cammenga, H.K.: Phase transitions and thermodynamic properties of anhydrous caffeine, J. Thermal Anal. 16 (1979) 267–275.
  3. ↑ a b c Thieme Chemistry (Hrsg.): RÖMPP Online - Version 3.5. Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart 2009.
  4. ↑ a b Sicherheitsdatenblatt beim Hersteller Merck
  5. ↑ Eintrag zu CAS-Nr. 58-08-2 im European chemical Substances Information System ESIS
  6. ↑ Journal of New Drugs. Vol. 5, Pg. 252, 1965.
  7. ↑ a b c d e f Coffein bei ChemIDplus
  8. ↑ Toxicology and Applied Pharmacology. Vol. 44, Pg. 1, 1978.
  9. ↑ Clinical Biochemistry Vol. 10, Pg. 148, 1977.
  10. ↑ Annals of Emergency Medicine. Vol. 18, Pg. 94, 1989.
  11. ↑ Journal of Pediatrics. Vol. 105, Pg. 493, 1984.
  12. ↑ Veterinary and Human Toxicology. Vol. 39, Pg. 228, 1997.
  13. ↑ a b c d Werner Baltes: Lebensmittelchemie. 6. Auflage, Springer, 2007, ISBN 978-3-540-38181-5, S. 400.
  14. ↑ Werner Baltes: Lebensmittelchemie. 6. Auflage, Springer, 2007, ISBN 978-3-540-38181-5, S. 402.
  15. ↑ Epple, M.; Cammenga, H.K.; Sarge, S.M.; Dietrich, R.; Balek, V.: The phase transformation of caffeine: investigation by dynamic X-ray diffraction and emanation thermal analysis, Thermochim. Acta 250 (1995) S. 29–39.
  16. ↑ Bothe, H.; Cammenga, H.K.: Composition, properties stability and thermal dehydration of crystalline caffeine hydrate, Thermochim. Acta 40 (1980) S. 29–39.
  17. ↑ Inhaltsstoffe von Schokolade.
  18. ↑ Schreiben des Centers for Science in the Public Interest. 1997
  19. ↑ Julien, Robert M.: Drogen und Psychopharmaka, Heidelberg; Berlin; Oxford; Spektrum, Akad. Verl., 1997, S. 173.
  20. ↑ a b c Wissenschaft-Online-Lexika: Eintrag zu Coffein im Lexikon der Ernährung. Abgerufen am 17. Oktober 2009
  21. ↑ Lunt MJ, Ragab S, Birch AA, Schley D, Jenkinson DF: Comparison of caffeine-induced changes in cerebral blood flow and middle cerebral artery blood velocity shows that caffeine reduces middle cerebral artery diameter Physiol Meas. 2004 Apr; 25(2), S. 467–474; PMID 15132312.
  22. ↑ Taiwo (1990): Direct cutaneous hyperalgesia induced by adenosine. Neurosci 38 (1990) S. 757–762.
  23. ↑ Drogen und Psychopharmaka, Robert M. Julien, Titel der Originalausgabe A primer of drug action - a concise and nontechnical guide to the actions, uses, and side effects of psychoactive drugs, Urban & Fischer Verlag (Oktober 2002), ISBN 3-437-21706-2.
  24. ↑ Brockhaus ABC Chemie, VEB F.A. Brockhausverlag Leipzig 1971.
  25. ↑ Forscher raten: Kein Koffein in der Schwangerschaft. In: Bild der Wissenschaft, 18. Dezember 2008 (online)
  26. ↑ Du Y, Melchert HU, Knopf H, Braemer-Hauth M, Gerding B, Pabel E.: Association of serum caffeine concentrations with blood lipids in caffeine-drug users and nonusers - results of German National Health Surveys from 1984 to 1999. Eur J Epidemiol. 2005;20(4), S. 311–316. PMID 15971502
  27. ↑ Du Y, Melchert HU, Knopf H, Braemer-Hauth M, Pabel E.: Association of serum caffeine concentrations with serum glucose levels in caffeine-drug users and non-users - results of German National Health Surveys. Diabetes Obes Metab. 2007 Sep;9(5), S. 756–758. PMID 17697066.
  28. ↑ L. M. Juliano, R. R. Griffiths: A critical review of caffeine withdrawal: empirical validation of symptoms and signs, incidence, severity, and associated features.. In: Psychopharmacology, Berlin, Oktober 2004; 176(1), S. 1-29; PMID 15448977.
  29. ↑ Your brain on – and off – caffeine. Study of withdrawal shows effects of regular caffeine use. (online) über eine Studie von Stacey Sigmon, Roland Griffiths, Ronald Herning, Warren Better and Jean Cadet 2009.
  30. ↑ Du Y, Melchert HU, Knopf H, Braemer-Hauth M, Gerding B, Pabel E.: Association of serum caffeine concentrations with blood lipids in caffeine-drug users and nonusers - results of German National Health Surveys from 1984 to 1999. Eur J Epidemiol. 2005;20(4), S. 311–316. PMID 15971502.
  31. ↑ Nymusa:Zusammenfassung der Merkmale des Arzneimittels, Stand: 2. Juli 2009 auf der Website der Europäischen Arzneimittelagentur EMEA (PDF, 223 kB)
  32. ↑ Sean Sweetman (Editor): Martindale: The Complete Drug Reference, 35th Edition: Book and CD-ROM Package. Pharmaceutical Press, ISBN 978-0-85369-704-6.
  33. ↑ Fischer TW, Hipler UC, Elsner P: Effect of caffeine and testosterone on the proliferation of human hair follicles in vitro, in: Int J Dermatol. 2007; 46: S. 27–35; PMID 17214716.
  34. ↑ Ökotest-Bericht: Test: Mittel gegen Haarausfall.

[Bearbeiten] Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Koffein – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik

[Bearbeiten] Sicherheitsdatenblätter

Sicherheitsdatenblätter verschiedener Hersteller für Koffein in alphabetischer Reihenfolge (alle PDF):

Xanthine (Purinalkaloide)

Coffein | Theobromin | Theophyllin | Xanthin

 
Gesundheitshinweis
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