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喝咖啡,聊咖啡因的是非

想要提振精神、熬夜用功嗎?合法的藥物等著你、非法的毒品誘惑你,但是,還是來一杯天然的咖啡最實在。

撰文/龐中培

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喝咖啡,聊咖啡因的是非

想要提振精神、熬夜用功嗎?合法的藥物等著你、非法的毒品誘惑你,但是,還是來一杯天然的咖啡最實在。

撰文/龐中培


咖啡與茶能成為全球性的飲料,是有許多原因的。兩者都經由歐洲人的殖民與貿易活動,散佈到世界各地;兩者都可以加工乾燥,有助於保存與減輕重量,因此長途運輸、長期儲存都不成問題;兩者都可藉由栽培條件與製造過程的差異,產生各種不同的氣味以及複雜的口感,讓每個人都能找到偏好的口味。


以上都是咖啡與茶流行的原因。但是仔細想想,咖啡與茶的香氣與滋味濃郁多變,固然是吸引人們大量飲用的原因,但是不論如何沖泡,幾乎仍免不了些微苦澀的滋味,為何還讓人無法釋手?


追根究柢,咖啡與茶在全世界流行,主要的原因還是人們想要「找醒」。咖啡中讓人清醒的物質就是咖啡因,它是一種生物鹼,許多種植物都會製造,是天然的殺蟲劑,在這些植物缺乏保護構造的新芽與新葉中,咖啡因的含量特別高。有些昆蟲如果吃了這些含有大量咖啡因的植物,會麻痺或是死亡。


1819年,德國的化學家朗格(Friedrich Ferdinand Runge)首先純化出咖啡中讓人清醒的化合物,取名為「咖啡因」(caffeine),是一種黃嘌呤類化合物,據說他是受了大文豪哥德的建議才這樣做的。在大學的食品相關科系中,還有類似這樣從咖啡中萃取咖啡因的教學實驗。而咖啡因的構造分析以及人工合成的工作,是由德國化學家費雪(Hermann Emil Fischer)在19世紀末完成的,他也因為嘌呤類與醣類化合物結構以及人工合成的成就,在1902年獲頒諾貝爾化學獎。


咖啡因的提神機制


咖啡因的化學結構與腺苷(adenosine)非常接近,而且能穿越腦血障壁。我們在攝取咖啡因飲料之後,咖啡因會進入大腦,與神經元上的腺苷受體(adenosine receptor)結合,不過咖啡因並不是活化受體,而是腺苷的拮抗劑,能夠抵消腺苷的功能。


腺苷結合到神經元上的腺苷受體之後,受體會減緩中樞神經元的活動,這個過程通常是在臨睡與睡眠中發生。咖啡因能夠提神的原因就在於能夠阻礙腺苷與受體的結合,使神經元保持活躍。腺苷是細胞中能量載體三磷酸腺苷(ATP)的主要組成,分佈非常廣泛。在神經元外的腺苷,可能是神經元分泌的神經傳遞物,也可能是ATP在細胞外代謝所產生的。


美國哈佛大學醫學院的麥卡利(Robert McCarley)認為,腦中腺苷的累積和睡眠週期有關。腦中的腺苷增加到一定的程度,與神經元上的受體結合,讓神經元的活動減緩,使大腦進入睡眠狀態,這時候,代謝減慢,腺苷也隨之逐漸減少,之後神經元再慢慢活躍起來,人也就醒了過來。咖啡因的作用只能減少腺苷與受體的結合,腺苷的量實際上並沒有減少,一旦咖啡因代謝掉了,累積增多的腺苷,更會加深睡意。因此,咖啡因只能延後睡眠,但是不能減少所需要的睡眠時間,也可能是因為這個原因。


對於干擾神經正常運作的外來刺激物,腦部會加以應對,以恢復平衡。如果一個人長期攝取咖啡因,腦中腺苷受體的數量會逐漸增加,使得神經元對於腺苷的變化更敏銳,以抵消咖啡因的影響。習慣喝咖啡的人如果中斷攝取,腦中腺苷的濃度稍有減少,對於神經元活動的影響就會放大,讓人容易昏昏欲睡,我們就會說這是「上了咖啡的癮」。


不過如果依照嚴格的醫學標準,致癮的藥物必須「攝取量逐漸增加才能發揮效應」,例如吸食安非他命的人,吸食的量得逐漸增加,藥物的效用才能發揮。但是有喝咖啡習慣的人,每天飲用的量通常是固定的,例如早上、下午各兩杯(一杯150毫升),可以維持許多年不變;即使偶爾中斷,除了稍有不適,並不會如毒品或是酒精中毒一般,產生嚴重的禁斷症狀。因此咖啡癮君子並不算是真的上癮,只能說是對於咖啡有所依賴罷了。


相較於其他的精神提振物,咖啡因代謝快速、使用歷史悠久、來源穩定便宜(由去咖啡因咖啡的製程中取得),是相當便利的藥物。平常不碰茶和咖啡、拒絕可樂的人,也很容易在無意間就攝取到咖啡因,例如在提神飲料與綜合感冒藥中,通常就含有60~70毫克咖啡因,相當於兩罐可樂或是一杯紅茶的咖啡因含量。抗組織胺藥物中通常也混著咖啡因,以免除抗組織胺帶來的沉睡感。


多重的代謝刺激功能


咖啡因除了能刺激中樞神經之外,對於身體的代謝也有影響,不過這個方面和腺苷無關,而是牽涉到環單磷酸腺苷(cAMP)。有些特殊的分子會刺激細胞膜上的受體,使得受體改變,引發酵素將ATP轉變為cAMP,然後cAMP再影響其他的酵素。咖啡因的分子結構也類似cAMP,因此能夠抑制分解cAMP的cAMP磷酸二酯酶(cAMP-PDE),於是細胞內cAMP的濃度就不容易下降。


受到cAMP刺激的酵素中,有一種稱為酵素激酶A(PKA),它能夠活化產生葡萄糖的途徑,包括讓肝糖分解成葡萄糖,或是由其他程序合成葡萄糖。腎上腺素刺激細胞活動的過程,就是經由cAMP的作用。此外,咖啡因也能夠使心跳速度增加,血液供應提高。這些機制串連起來,你可以發現,咖啡因不但刺激了腦部的活動,同時也可以讓身體中葡萄糖含量增加,以備腦和肌肉的需要,同時能讓這些葡萄糖更快運送到身體各部位,基本上也有助於身體的活動。通常在喝茶、喝咖啡時,往往也會想來上一些點心,或許並不是巧合。


由於咖啡因有多重的生理功能,因此除了用以提神,也與其他藥物混用,以提升藥物的效果,例如咖啡因能使頭痛藥的吸收率增加40%,許多非處方頭痛藥中都含有咖啡因;另外,偏頭痛的藥物麥角胺往往也加入咖啡因,以加速緩解疼痛。至於咖啡能夠預防阿茲海默症或是心血管疾病的說法,推測功效是來自咖啡中的其他植物化合物,而不是咖啡因本身。


除了咖啡與茶,可樂果(可樂的主要原料之一)、馬黛茶與瓜拿那茶中也含有大量的咖啡因,這些植物受到人類的應用,也都有悠久的歷史(見左頁〈常見含有咖啡因的植物〉)。看似巧合,人類通常都以沖泡飲用的方式攝取這些植物所含的咖啡因,這是由於咖啡因容易溶在水中,用水沖泡便於隨時飲用。相較於其他精神刺激物,咖啡因飲料價格低廉、容易取得、刺激相較之下較為溫和,使用起來快速方便,作用時間也短,因此超越了酒與尼古丁,成為人類使用最廣泛的精神刺激物。目前出現了許多種新的提振精神化合物,但有的是對人有害、受到管制的毒品,有的是能合法使用的藥物、但可能有副作用。所以如果說要提振精神,最方便快速的方法,還是來杯茶或咖啡吧。