Pharmakodynamik und Wirkmechanismus
Coffein hat ein sehr breites Spektrum an Wirkungen, von denen jedoch nicht alle medizinisch genutzt werden. Coffein stimuliert das zentrale Nervensystem (ZNS), erhöht die Wachsamkeit und kann dadurch manchmal Unruhe und Erregung verursachen. Es entspannt die glatte Muskulatur, stimuliert die Kontraktion des Herzmuskels und steigert in geringem Ausmaß die sportliche Leistung. Coffein fördert die Magensäuresekretion und erhöht die Magen-Darm-Motilität. Es wirkt ebenfalls leicht diuretisch.
Der exakte Wirkmechanismus von Coffein ist äußerst komplex, da es sich auf mehrere Körpersysteme auswirkt.
Allgemeine Wirkungen auf zellulärer Ebene
Coffein übt über mehrere Mechanismen seine Wirkungen auf Zellen aus, von denen nicht alle vollständig aufgeklärt. Ein wesentlicher Mechanismus, der die stimulierende Wirkung des Coffeins teilweise erklärt, ist die kompetetive Hemmung von Adenosinrezeptoren. Adenosin ist ein Botenstoff in Nervenzellen und ein Abbauprodukt des Energiestoffwechsels der Zellen. Wird besonders viel Energie aufgewandt, so steigt die Konzentration von Adenosin in den Zellen, welches dann an seinen Rezeptor bindet und der Zelle signalisiert etwas weniger Energie zu verbrauchen. Dies führt im Allgemeinen zu Müdigkeit und sorgt dafür, dass wir ausreichend schlafen. Im Schlaf kann Adenosin abgebaut werden und die Energieversorgung der Zellen wieder hergestellt werden. Coffein hat durch seine Strukturverwandtheit zu Adenosin die Fähigkeit, denselben Rezeptor zu besetzen, ohne diesen zu aktivieren. Dadurch kommt es zu einer Unterdrückung der Müdigkeit.
Ein weiterer wichtiger Mechanismus ist die Hemmung einer spezifischen Phosphodiesterase, die den Abbau von cyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) katalysiert. cAMP ist ein wichtiger Botenstoff (second messenger), der an vielen zellulären Vorgängen beteiligt ist. Es aktiviert mitunter das Enzym Proteinkinase A, welches eine wichtige Rolle bei der Glucosefreisetzung aus der Leber und bei der Energiebereitstellung von Muskelzellen spielt. Weiters bewirkt cAMP eine Bereitstellung von Speicherfett durch die Aktivierung bestimmter Lipasen. Coffein hemmt die Phosphodiesterase, wodurch der cAMP Spiegel in den Zellen ansteigt und die zuvor genannten Wirkungen des Botenstoffes verstärkt werden.
Atmung
Der genaue Wirkmechanismus von Koffein bei der Behandlung von Apnoe im Zusammenhang mit Frühgeborenen ist nicht bekannt, es gibt jedoch mehrere Mechanismen, die in Erwägung gezogen werden. Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass durch die Blockade von Adenosinrezeptoren der Atemantrieb durch eine Reaktion des Hirnmarks auf Kohlendioxid erhöht wird und Coffein zugleich eine erhöhte Kontraktilität des Zwerchfells bewirkt.
Zentrales Nervensystem
Koffein zeigt einen Antagonismus aller 4 Adenosinrezeptor-Subtypen im Zentralnervensystem. Die Wirkungen von Koffein auf die Wachsamkeit und die Bekämpfung von Schläfrigkeit sind speziell mit dem Antagonismus des A2a-Rezeptors verbunden.
Nierensystem
Koffein hat eine harntreibende Wirkung aufgrund seiner stimulierenden Wirkung auf den Blutfluss der Nieren, der Erhöhung der glomerulären Filtration und der Erhöhung der Natriumausscheidung.
Kardiovaskuläres System
Der Adenosinrezeptor-Antagonismus am A1-Rezeptor durch Coffein stimuliert kontraktionskraftsteigernde (inotrop) Effekte im Herzen. Die Blockade der Adenosinrezeptoren fördert die Freisetzung von Katecholaminen, was zu stimulierenden Effekten im Herzen und im übrigen Körper führt. In den Blutgefäßen übt Coffein einen direkten Antagonismus zu den Adenosinrezeptoren aus und bewirkt eine Gefäßerweiterung. Es regt die Endothelzellen in der Blutgefäßwand zur Freisetzung von Stickstoffmonoxid an, was die Entspannung der Blutgefäße verstärkt. Die Freisetzung von Katecholamin wirkt dem jedoch entgegen und übt inotrope und chronotrope Wirkungen auf das Herz aus, was letztlich zu einer Vasokonstriktion führt. Die gefäßverengenden Wirkungen von Koffein wirken sich positiv auf Migräne und andere Arten von Kopfschmerzen aus, die normalerweise durch eine Gefäßerweiterung im Gehirn verursacht werden.
Pharmakokinetik
Coffein wird nach oraler oder parenteraler Verabreichung rasch resorbiert und erreicht die maximale Plasmakonzentration innerhalb von 30 Minuten bis 2 Stunden. Nach oraler Gabe tritt die Wirkung innerhalb von etwa 45 Minuten ein. Nahrung kann die Absorption von Coffein verzögern. Die absolute Bioverfügbarkeit erreicht bei Erwachsenen fast 100 %. Coffein hat die Fähigkeit, die Blut-Hirn-Schranke schnell zu überwinden, weshalb es seine wachmachende Wirkung entfalten kann. Es ist wasser- und fettlöslich und verteilt sich im gesamten Körper. Die Proteinbindung des Stoffes beträgt etwa 10-36 %. Der Stoffwechsel von Coffein erfolgt hauptsächlich in der Leber über das Enzym Cytochrom CYP1A2. Zu den Produkten des Coffeinstoffwechsels gehören Paraxanthin, Theobromin und Theophyllin. Diese Metaboliten werden hautpsächlich mit dem Urin ausgeschieden. Bei einem durchschnittlich großen Erwachsenen beträgt die Halbwertszeit ca. 5 Stunden, kann jedoch bei Rauchern um mehr als 50 % abweichen.
Wechselwirkungen
Mit den folgenden Stoffen können Interaktionen auftreten:
- Quinolone z. B. Ciprofloxacin
- Theophyllin
- Duloxetin
- Zubereitungen aus Ephedrakraut oder Guarana
- Rasagilin
- Tizanidin
