Чем можно быстро побороть сонливость и усталость? Конечно, крепким кофе! Не зря же среднестатистический житель Германии выпивает за год 150 литров кофе. То, что кофе, а также чай, какао, кола и разного рода кофеинсодержащие энергетические напитки, действительно помогают на некоторое время прогнать сонливость и лучше сосредоточиться, известно каждому. Но как достигается этот эффект, какие процессы запускает кофеин в головном мозге человека, до сих пор точно известно не было. Теперь медикам Научно-исследовательского центра в Юлихе удалось выяснить некоторые детали этого механизма, причем полученные результаты оказались нетривиальными и в известной мере удивили самих ученых.

Ни пошевелиться, ни заснуть

Для исследований было отобрана группа из 20 молодых мужчин-добровольцев, которым пришлось, напившись кофе, очень долго лежать в трубе так называемого позитронно-эмиссионного томографа. "На такое исследование нам необходимо почти два с половиной часа, - говорит руководитель проекта Андреас Бауэр (Andreas Bauer), профессор Неврологической клиники Дюссельдорфского университета и сотрудник Института неврологии и медицины при Научно-исследовательском центре в Юлихе. - Для подопытных это нелегкое испытание, поскольку все это время они должны держать голову совершенно неподвижно". При этом дремать участникам исследования не разрешалось.

Да это едва ли было возможно, ведь они получили дозу кофеина, подчеркивает профессор Бауэр, какая уж тут сонливость! Зато своей выдержкой добровольцы внесли весомый вклад в науку, говорит ученый: "Это первое исследование, которое позволило нам на живом человеке в реальном времени проследить, где именно и в каких концентрациях кофеин действует на головной мозг".

Кофеин оттесняет аденозин

Исследование проводилось с помощью позитронно-эмиссионной томографии. Этот метод диагностической визуализации дает возможность отслеживать, как распределяются в организме - в частности, в головном мозге - биологически активные соединения, предварительно помеченные позитрон-излучающими радиоактивными изотопами. В данном случае томография подтвердила давнюю гипотезу, согласно которой кофеин обладает сродством к так называемым аденозиновым рецепторам. Аденозин - вещество, играющее важную роль во многих протекающих в организме биохимических процессах, включая передачу энергии и сигналов. В частности, считается, что аденозин как нейромедиатор участвует в подавлении бодрствования и стимуляции сна.

Если же молекулы кофеина, обладающие значительным структурным сходством с молекулами аденозина, оттесняют последние от рецепторов на мембранах нейронов и сами занимают их место, то тем самым препятствуют наступлению сна, - так ученые представляли себе механизм бодрящего действия кофе.

Ключ изменяет замок

Томография это вроде бы подтвердила, но одновременно выявила и нечто совершенно неожиданное: оказалось, что биохимический эффект, вызванный кофеином в головном мозге человека, длится от 5 до 6 часов. "Это нас самих поразило, - признается профессор Браун. - Дело в том, что биологический период полураспада кофеина, то есть период его полувыведения, гораздо короче. Можно смело исходить из того, что 5-6 часов спустя после потребления кофе никакого кофеина в организме давно уже и в помине нет".

Поэтому исследователь исключает возможность столь длительного пребывания кофеинового "ключа" в аденозиновом "замке", хотя поначалу он там, конечно, находился. "Мы все же исходим из того, что кофеин взаимодействует с аденозиновым рецептором по стандартному механизму, то есть эта маленькая молекула кофеина связывается с огромным белком, выполняющим функцию клеточного рецептора, именно по принципу "ключ-замок". Но этот короткий импульс высокой концентрации кофеина, судя по всему, вызывает изменение структуры рецептора, причем измененная структура сохраняется и тогда, когда кофеина уже нет".

Кофе много - толку мало

А это приводит к тому, что оригинальный "ключ" - вызывающая сонливость молекула аденозина - некоторое время не подходит к "замку"-рецептору. Но лишь до тех пор, пока этот рецептор не обретет снова исходную структуру. Такова гипотеза профессора Бауэра и его коллег. И эта модель действительно объясняет, почему воздействие кофеина - например, бодрящий эффект - продолжается намного дольше, чем его присутствие в организме. По словам ученого, уже двух-трех чашек кофе достаточно, чтобы заблокировать половину всех аденозиновых рецепторов в головном мозге. Это очень высокий процент. А потому увеличение количества выпитого кофе дополнительного бодрящего эффекта уже практически не дает, тем более что сам этот эффект длится 5-6 часов.

"Это в значительной мере подтверждается и повседневным опытом, - добавляет профессор Бауэр. - Если человек решит с помощью кофе побороть сонливость, потому что ему надо всю ночь работать, то первый кофейник действительно даст нужный эффект. Но от второго, третьего и так далее толку нет: ни бодрости, ни способности сосредоточиться они не прибавят".

А тем временем специалисты Научно-исследовательского центра в Юлихе продолжают свои изыскания. Сейчас они совместно с коллегами из Немецкого аэрокосмического центра проводят новую серию экспериментов, цель которых - получить более детальные сведения о длительности и интенсивности бодрящего эффекта кофеина в зависимости от концентрации.