Wie Koffein das menschliche Gehirn und den Körper beeinflusst: Was die Wissenschaft zeigt

Wie Koffein das Gehirn erreicht

Die stimulierenden Wirkungen von Kaffee, Tee oder einem Energydrink können bereits 15 Minuten nach der Aufnahme beginnen, so eine Übersicht zur Koffein-Pharmakologie, die von News-Medical.net veröffentlicht wurde. Sobald Koffein in den Blutkreislauf aufgenommen wird, besteht die Hauptwirkung im Gehirn darin, dass Rezeptoren für Adenosin blockiert werden, ein Molekül, das sich normalerweise im Laufe des Tages ansammelt und dem Gehirn signalisiert, sich zu verlangsamen und sich schläfrig zu fühlen, so eine Erklärung des Wellness-Programms Thrive der Florida Atlantic University.

Indem Koffein die Rezeptoren des Adenosins besetzt, ohne sie zu aktivieren, verhindert es, dass dieser natürliche "Ausschalter" funktioniert, was die Gehirnaktivität länger stimuliert, als es sonst der Fall wäre, erklärt das FAU-Material. Die Adenosin-Rezeptor-Blockade wird auch als der zentrale pharmakologische Mechanismus von Koffein in einer 2023-Studie zum chronischen Koffeinkonsum beschrieben, die in der Zeitschrift Biomolecules veröffentlicht wurde.

Dopamin, Noradrenalin und Wachsamkeit

Nach der FAU-Erklärung beeinflusst die Blockade von Adenosinrezeptoren mehrere andere Neurotransmitter, darunter GABA, Glutamat, Dopamin, Noradrenalin und Serotonin. Koffein erhöht auch die Spiegel eines zellulären Signalisierungsmoleküls namens cAMP, das dieselbe Quelle mit einer Zunahme von Catecholaminen wie Dopamin und Noradrenalin verbindet – Chemikalien, die mit Fokus und Wachheit assoziiert sind.

Die von der Forscherin Cátia R. Lopes geleitete Biomolecules-Studie gab Mäusen etwa zwei Wochen lang Koffein im Trinkwasser. Das Team berichtete, dass diese Exposition die Adenosin-A1- und A2A-Rezeptoren weitgehend wie zuvor funktionieren ließ und die Gedächtnisleistung, Stimmung oder Bewegung der Tiere in Verhaltenstests nicht veränderte. Die Forscher stellten fest, dass Energiereserven erhöht waren und sich die Redox-(Antioxidant-)Bilanz an Nervenzellverbindungen in der Hirnrinde verbessert hatte, was auf einen metabolischen Effekt in dieser Gehirnregion hindeutet. Da die Studie an Mäusen durchgeführt wurde, sind ihre Erkenntnisse zum Hirnstoffwechsel beim Menschen nicht unbedingt identisch.

Wie der Körper Koffein abbaut

Nach der Aufnahme wird Koffein hauptsächlich durch das Cytochrom-P450-Enzymsystem der Leber abgebaut, das es in drei verwandte Verbindungen umwandelt: Paraxanthin (etwa 84 Prozent einer Dosis), Theobromin (etwa 12 Prozent) und Theophyllin (etwa 4 Prozent), so News-Medical.net. Bei gesunden Erwachsenen beträgt die Halbwertszeit von Koffein – die Zeit, die erforderlich ist, bis die Hälfte den Blutkreislauf verlässt – etwa fünf bis sechs Stunden, obwohl dieselbe Quelle darauf hinweist, dass dies variiert: Starkes Rauchen kann es um etwa die Hälfte verkürzen, während Schwangerschaft es um bis zu 15 Stunden verlängern kann.

Offizielle Richtlinien für tägliche Grenzwerte

Die U.S. Food and Drug Administration gibt an, dass 400 Milligramm pro Tag – ungefähr zwei bis drei 12-Unzen-Tassen Kaffee – für die meisten gesunden Erwachsenen "nicht allgemein mit negativen Effekten verbunden" sind, bemerkt aber, dass die Toleranz vom Körpergewicht, von Medikamenten und individueller Sensibilität abhängt. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit kam in ihrer wissenschaftlichen Stellungnahme von 2015 zu einer ähnlichen Zahl und kam zu dem Ergebnis, dass einzelne Dosen bis zu 200 Milligramm und eine Gesamttagesaufnahme bis zu 400 Milligramm keine Sicherheitsbedenken für gesunde Erwachsene aufwerfen, so eine Zusammenfassung, die vom Europäischen Rat für Lebensmittelinformation (EUFIC) veröffentlicht wurde.

EFSA setzt niedrigere Schwellwerte für andere Gruppen: bis zu 200 Milligramm pro Tag für schwangere und stillende Frauen und 3 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht für Kinder und Jugendliche, so die EUFIC-Zusammenfassung. Die FDA rät separat von koffeinhaltigen Getränken für Kinder unter zwei Jahren ab und vermerkt, dass Medizinexperten aufgrund ihres Zucker- und Koffeingehalts von Energydrinks für Kinder und Jugendliche abraten.

Übermäßiger Konsum, giftige Dosen und Dehydration

Das Überschreiten des typischen Konsums kann zu erhöhter Herzfrequenz, Herzrhythmusstörungen, hohem Blutdruck, Schlaflosigkeit, Angst, Zittern, Magenverstimmung, Übelkeit und Kopfschmerzen führen, so die FDA. Die Agentur schätzt, dass toxische Effekte wie Anfälle nach schnellem Konsum von etwa 1.200 Milligramm Koffein auftreten können – weniger als die Hälfte eines Teelöffels der reinen Substanz – und warnt, dass reine, hochkonzentrierte Koffeinprodukte "ernsthafte Gesundheitsfolgen, einschließlich des Todes, haben können".

Koffeins Ruf als dehydrierendes Diuretikum wird nur teilweise durch Beweise gestützt. Eine in Frontiers in Nutrition veröffentlichte Studie stellte fest, dass Dosen von etwa 6 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht zu einem messbaren Anstieg der Urinausscheidung führten, während niedrigere Dosen von etwa 3 Milligramm pro Kilogramm die Flüssigkeitsbilanz nicht störten, verglichen mit klarem Wasser. Die Forscher kamen zu dem Ergebnis, dass Koffein für die meisten gewohnheitsmäßigen Trinker, die täglich etwa zwei bis drei Tassen Kaffee konsumieren, unwahrscheinlich zu bedeutsamer Dehydration führt.

Toleranz und Entzugserscheinungen

Die regelmäßige Anwendung führt zu Toleranz, und das abrupte Absetzen kann Entzugserscheinungen auslösen. Eine von dem Johns-Hopkins-Psychiatrieprofessor Roland Griffiths und der Professorin Laura Juliano der American University geleitete Übersicht, die 57 experimentelle und neun Umfragestudien abdeckte und 2004 in der Zeitschrift Psychopharmacology veröffentlicht wurde, identifizierte Kopfschmerzen, Müdigkeit oder Schläfrigkeit, schlechte Laune und Reizbarkeit, Konzentrationsschwierigkeiten und grippeähnliche Symptome wie Übelkeit und Muskelschmerzen als die Haupteffekte, so eine Zusammenfassung der Ergebnisse, die von ScienceDaily verteilt wurde.

Die Übersicht stellte fest, dass eine tägliche Aufnahme von nur 100 Milligramm – etwa eine kleine Tasse Kaffee – ausreichte, um bei einigen Menschen Entzugserscheinungen auszulösen, sobald sie gestoppt wurde. Über die untersuchten Studien hinweg berichteten etwa die Hälfte der Teilnehmer, die Koffein aufgaben, von Kopfschmerzen, und etwa 13 Prozent erlebten Bedrängnis oder Beeinträchtigung, die schwerwiegend genug waren, um normale Aktivitäten wie Arbeit zu beeinträchtigen. Symptome begannen typischerweise 12 bis 24 Stunden nach der letzten Dosis, erreichten ihren Höhepunkt innerhalb von ein bis zwei Tagen und dauerten zwischen zwei und neun Tagen, so die ScienceDaily-Zusammenfassung.