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Cafeína

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Cafeína
Alerta sobre risco à saúde
Nome IUPAC 1,3,7-trimetil- 1H-purino- 2,6(3H,7H)-diona
Outros nomes 1,3,7-trimetilxantina
3,7-diidro-1,3,7-trimetil-1H-purina-2,6-diona
Identificadores
Número CAS 58-08-2
PubChem 2519
ChemSpider 2424
Número RTECS EV6475000
Código ATC N06BC01
SMILES
Propriedades
Fórmula molecular C8H10N4O2
Massa molar 194,19 g/mol
Aparência Flocos ou pó branco, sem cheiro
Densidade 1,23 g·cm-3[1]
Ponto de fusão

236 °C[2]
Sublima a 178 °C[3]

Ponto de ebulição

Decompõe-se[1]

Solubilidade em água 20 g·l-1 a 20 °C[4]
2.17 g/100 ml (25 °C)
18.0 g/100 ml (80 °C)
67.0 g/100 ml (100 °C) [carece de fontes?]
Pressão de vapor 20 hPa (80 °C)[4]
Acidez (pKa) −0.13–1.22[5]
Momento dipolar 3.64 D (calculado)
Riscos associados
MSDS External MSDS
Principais riscos
associados 		Pode ser fatal se inalada ou absorvida pela pele.
NFPA 704
1
2
0
 
Frases R R22
Frases S S2
Ponto de fulgor N/A
LD50 192 mg·kg-1 (rato, via oral, LD50)[6][7]
127 mg·kg-1 (camundongo, via oral, LD50)[7][8]
14,7 mg·kg-1 (crianças, via oral, TDLo)[7][9]
51 mg·kg-1 (homem, via oral, TDLo)[7][10]
96 mg·kg-1 (mulher, via oral, TDLo)[7][11]
400 mg·kg-1 (mulher, via oral, LDLo)[7][12]
Compostos relacionados
Metilxantinas relacionados Teofilina (1,3-dimetil-xantina)
Teobromina (3,7-dimetil-xantina)
Paraxantina (1,7-dimetil-xantina)
Acefilina (ácido 2-(1,3-dimetil-2,6-dioxo-purin-7-il)acético)
Pentoxifilina (3,7-dimetil-1-(5-oxohexil)-xantina)
Proxifilina (7-(2-hidroxipropil)-1,3-dimetil-xantina)
Página de dados suplementares
Estrutura e propriedades n, εr, etc.
Dados termodinâmicos Phase behaviour
Solid, liquid, gas
Dados espectrais UV, IV, RMN, EM
Exceto onde denotado, os dados referem-se a
materiais sob condições normais de temperatura e pressão
Referências e avisos gerais sobre esta caixa.
Alerta sobre risco à saúde.

A cafeína é um composto químico de fórmula C8H10N4O2 — classificado como alcaloide do grupo das xantinas e designado quimicamente como 1,3,7-trimetilxantina.[13] É encontrado em certas plantas e usado como estimulante, principalmente por meio do consumo em bebidas, na forma de infusão.

Descrição

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A cafeína apresenta-se sob a forma de um pó branco ou pequenas agulhas, que derretem a 238 °C e sublimam a 178 °C, em condições normais de temperatura e pressão. É extremamente solúvel em água quente, não tem cheiro e apresenta sabor amargo.[14]

Entre o grupo das xantinas (que incluem a teofilina e a teobromina) a cafeína é a que mais atua sobre o sistema nervoso central. Actua ainda sobre o metabolismo basal e aumenta a produção de suco gástrico.

Doses terapêuticas de cafeína estimulam o coração aumentando a sua capacidade de trabalho, produzindo também dilatação dos vasos periféricos.

Uma xícara média de café contém, em média, 100 mg de cafeína. Já numa xícara de chá ou um copo de alguns refrigerantes encontram-se quarenta miligramas da substância. Sua rápida ação estimulante faz dela poderoso antídoto à depressão respiratória em consequência de intoxicação por drogas como morfina e barbitúricos. A ingestão excessiva pode provocar, em algumas pessoas, efeitos negativos como irritabilidade, ansiedade, dor de cabeça e insônia.[15] Os portadores de arritmia cardíaca devem evitar até mesmo dosagens moderadas, ainda que eventuais, da substância. Altas doses de cafeína excitam demasiadamente o sistema nervoso central, inclusive os reflexos medulares, podendo ser letal. Uma concentração no sangue a partir de 80 mg/L é considerada letal, e pode ser atingida com uma ingestão superior a 10 g.[16]

Segundo a FDA, a ingestão máxima diária recomendada para adultos saudáveis é de 400mg.[17]

Uma equipe da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland, descobriu que a cafeína estimula certas memórias, pelo menos até 24 horas após o consumo. Segundo o estudo, publicado na revista Nature Neuroscience, a cafeína tem um efeito positivo sobre a memória a longo prazo em humanos.[18]

Ocorrência

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Cafeína é encontrada em muitas espécies de plantas, sua função no organismo vegetal é atuar como uma espécie de pesticida natural, elevados níveis de cafeína são encontrados em mudas jovens que ainda estão desenvolvendo folhagens, mas ainda não possuem proteção mecânica;[19] a cafeína paralisa e mata determinados insetos que se alimentam na planta.[20] Altos níveis de cafeína também foram encontrados no solo na terra circunvizinha de mudas e grãos de café. Por essa razão é que se imagina que a cafeína tem uma função natural como praguicida e inibidor de germinação de sementes de outras mudas de café nas proximidades possibilitando assim uma maior chance de sobrevivência.[21]

As principais plantas que contêm o princípio ativo cafeína são:

Além disso, como a cafeína é muito consumida por praticantes de atividades físicas, os laboratórios produtores de suplementos desenvolveram técnicas para isolar esta substância e até mesmo produzi-la sinteticamente, para ser adicionada em produtos termogênicos (que queimam gordura). Dessa forma, é muito comum encontrar cafeína em cápsulas ou em pó (geralmente misturada a alguma solução, como nos energéticos).[22]

Fun��o natural

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No mundo vegetal, a cafe�na, devido � sua toxicidade, atua como uma esp�cie de defesa qu�mica, protegendo as plantas contra diversos tipos de amea�as:[23]

  • Insetos herb�voros: o sabor amargo da cafe�na torna as folhas e frutos menos apetitosos para alguns insetos nocivos. Estudos demonstram que lagartas, por exemplo, consomem menos folhas com maior teor de cafe�na, enquanto outras pragas, como besouros, apresentam crescimento reduzido quando expostas � cafe�na.[23]
  • Pat�genos: a cafe�na possui propriedades antimicrobianas e antif�ngicas, combatendo microrganismos que podem causar doen�as nas plantas.[24] Ela atua na produ��o de compostos que danificam as membranas celulares de pat�genos, inibindo seu crescimento e reprodu��o.
  • Mam�feros herb�voros: em algumas esp�cies, a cafe�na pode ter efeitos t�xicos para mam�feros herb�voros, causando n�useas. Essa defesa � particularmente importante para mudas jovens, que ainda n�o possuem prote��o mec�nica contra o ataque de herb�voros.

Adicionalmente, no caso das flores do caf�, a cafe�na presente em seu n�ctar parece ter um papel na atra��o de polinizadores espec�ficos.[25] Em vez de repelir tais insetos como normalmente se esperaria, a cafe�na em baixas concentra��es pode servir como um sinal qu�mico para abelhas e outros polinizadores, favorecendo a prolifera��o dos genes e reprodu��o da planta.[25]

Farmacologia

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Farmacodin�mica

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Na aus�ncia de cafe�na e quando uma pessoa est� acordada e alerta, uma pequena quantidade de adenosina est� presente nos neur�nios (SNC). Com o estado cont�nuo de despertar, ao longo do tempo, a adenosina se acumula na sinapse neuronal, por sua vez, vinculando e ativando os receptores de adenosina encontrados em certos neur�nios do sistema nervoso central (SNC); Quando ativados, esses receptores produzem uma resposta celular que, finalmente, aumenta a sonol�ncia. Quando a cafe�na � consumida, ela antagoniza (bloqueia) os receptores de adenosina; Em outras palavras, a cafe�na impede a adenosina de ativar o receptor ao bloquear a localiza��o no receptor onde a adenosina se liga a ela. Como resultado, a cafe�na impede temporariamente ou alivia a sonol�ncia e, portanto, mant�m ou restaura o estado de alerta.[26]

Receptores e canais i�nicos alvos

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A cafe�na � um antagonista em todos os subtipos de receptores de adenosina (receptores A1, A2A, A2B e A3). O antagonismo nesses receptores estimula os centros fon�tico, vasomotor e respirat�rio medulares, que aumentam a frequ�ncia respirat�ria, reduzem o cora��o e comprime os vasos sangu�neos. O antagonismo dos receptores de adenosina tamb�m promove a liberta��o do neurotransmissor (por exemplo, monoaminas e acetilcolina), que confere a cafe�na seus efeitos estimulantes; A adenosina atua como um neuromodulador inibit�rio que suprime a atividade no sistema nervoso central, diminuindo a quantidade total de transmiss�es nervosas. As palpita��es card�acas s�o causadas pelo bloqueio do receptor de adenosina A1.

Como a cafe�na � sol�vel em �gua e lip�dios, ele atravessa facilmente a barreira hematoencef�lica que separa a circula��o sangu�nea do interior do c�rebro. Uma vez no c�rebro, o principal modo de a��o � como um antagonista n�o seletivo dos receptores de adenosina (em outras palavras, um agente que reduz os efeitos da adenosina). A mol�cula de cafe�na � estruturalmente semelhante � adenosina e � capaz de se ligar aos receptores de adenosina na superf�cie das c�lulas sem ativ�-las, atuando desse modo como um antagonista competitivo.

Al�m da sua atividade nos receptores de adenosina, a cafe�na � um antagonista do receptor receptor de inositol trifosfato e um ativador independente de tens�o dos receptores de rianodina (RYR1, RYR2 e RYR3). � tamb�m um antagonista competitivo do receptor de glicina ionotr�pico.[26][27]

Alvos enzim�ticos

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A cafe�na, como outras xantinas, tamb�m atua como um inibidor da fosfodiesterase. Como inibidor competitivo de fosfodiesterase n�o-seletivo, a cafe�na aumenta o cAMP intracelular, ativa a prote�na quinase A, inibe a s�ntese de TNF-alfa e leucotrieno e reduz a inflama��o e a imunidade inata. A cafe�na tamb�m afeta o sistema colin�rgico onde inibe a enzima acetilcolinesterase.[27][28]

Efeito sobre a dopamina estriatal

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Enquanto a cafe�na n�o se liga diretamente a nenhum receptor de dopamina, ela influencia a atividade de liga��o da dopamina em seus receptores no corpo estriado, ligando-se aos receptores de adenosina que formaram heter�meros de GPCR com receptores de dopamina, especificamente o heterod�mero de receptor A1-D1 (este � um receptor Complexo com 1 receptor de adenosina A1 e 1 receptor D1 de dopamina) e heterotetrermero de receptor A2A-D2 (este � um complexo receptor com 2 receptores A2A de adenosina e 2 receptores D2 de dopamina). O heterotetramero do receptor A2A-D2 foi identificado como um alvo farmacol�gico prim�rio da cafe�na, principalmente porque medeia alguns de seus efeitos psicossimilhantes e suas intera��es farmacodin�micas com psicoestimulantes dopamin�rgicos.[29]

A cafe�na tamb�m provoca a libera��o de dopamina no estriado dorsal e nucleus accumbens n�cleo (uma subestrutura dentro do estriado ventral), mas n�o o n�cleo accumbens, antagonizando os receptores A1 no terminal axonal de neur�nios dopamin�rgicos e A1-A2A heterod�meros (um receptor Complexo composto por 1 receptor de adenosina A1 e 1 receptor A2A de adenosina) no terminal ax�nico de neur�nios de glutamato. Durante o uso cr�nico de cafe�na, a libera��o de dopamina induzida pela cafe�na no n�cleo accumbens � marcadamente reduzida devido � toler�ncia ao f�rmaco.[30][31]

O principal mecanismo de a��o da cafe�na � como antagonista dos receptores de adenosina no c�rebro

Efeitos n�o-espec�ficos

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Cafe�na antagoniza os receptores de adenosina A2A na �rea pr�-�ptica ventrolateral (VLPO), reduzindo assim a neurotransmiss�o de GABA inibit�ria para o n�cleo tuberomamilar, um n�cleo de proje��o histamin�rgica que a ativa��o de forma dependente promove excita��o. A desinibi��o do n�cleo tuberomamilateral � o principal mecanismo pelo qual a cafe�na produz efeitos promovendo a vig�lia.[32]

Farmacocin�tica

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A cafe�na do caf� ou outras bebidas � absorvida pelo intestino delgado dentro de 45 minutos de ingest�o e distribu�da por todos os tecidos corporais. A concentra��o m�xima de sangue � atingida dentro de 1-2 horas. � eliminado pela cin�tica de primeira ordem. A cafe�na tamb�m pode ser absorvida por via retal, evidenciada por suposit�rios de tartarato de ergotamina e cafe�na (para o al�vio da enxaqueca) e clorobutanol e cafe�na (para o tratamento da hiperemese). No entanto, a absor��o retal � menos eficiente do que a oral: a concentra��o m�xima (Cmax) E a quantidade total absorvida (AUC) s�o tanto cerca de 30% (ou seja, 1 / 3,5) das quantidades orais.[33][34][35][36]

A semi-vida biol�gica da cafe�na - o tempo necess�rio para que o corpo elimine a metade de uma dose - varia amplamente entre os indiv�duos de acordo com fatores como gravidez, ingest�o outras drogas, n�vel de fun��o enzim�tica hep�tica (necess�rio para o metabolismo da cafe�na) e idade. Em adultos saud�veis, a meia-vida da cafe�na � entre 3-7 horas. Fumar diminui a meia-vida em 30-50%, enquanto os contraceptivos orais podem dobr�-lo e a gravidez pode elev�-lo at� 15 horas durante o �ltimo trimestre. Nos rec�m-nascidos, a meia-vida pode ser de 80 horas ou mais, caindo muito rapidamente com a idade, possivelmente para um valor menor do que o adulto at� os 6 meses de idade. O antidepressivo fluvoxamina (Luvox) reduz a depura��o da cafe�na em mais de 90%, e aumenta sua semi-vida de elimina��o mais do que dez vezes; De 4,9 horas a 56 horas.[37]

A cafe�na � metabolizada no f�gado pelo sistema enzim�tico do citocromo P450 oxidase, em particular, pela isoenzima CYP1A2, em três dimetilxantinas, cada uma das quais tem seus próprios efeitos no corpo:

A cafeína é metabolizada no fígado em três metabolitos primários: paraxantina (84%), teobromina (12%) e teofilina (4%)
  • Paraxantina (84%): aumenta a lipólise, levando a níveis elevados de glicerol e ácidos graxos livres no plasma sanguíneo.
  • Teobromina (12%): dilata os vasos sanguíneos e aumenta o volume de urina. A teobromina também é o principal alcaloide no grão de cacau (chocolate).
  • Teofilina (4%): relaxa os músculos lisos dos brônquios e é usada para tratar a asma. A dose terapêutica de teofilina, no entanto, é muitas vezes maior que os níveis atingidos pelo metabolismo da cafeína.[38]

O ácido 1,3,7-trimetilúrico é um metabolito de cafeína menor. Cada um destes metabolitos é ainda metabolizado e depois excretado na urina. A cafeína pode se acumular em indivíduos com doença hepática grave, aumentando sua meia-vida.[38]

Uma revisão de 2011 descobriu que o aumento da ingestão de cafeína foi associado a uma variação em dois genes que aumentam a taxa de catabolismo da cafeína. Os sujeitos que tiveram essa mutação em ambos os cromossomos consumiram 40 mg de cafeína por dia do que outros. Isso é presumivelmente devido à necessidade de uma maior ingestão para conseguir um efeito desejado comparável, e não que o gene tenha levado a uma disposição para maior incentivo à habituação.[39] 

Saúde

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Estudos têm mostrado que pessoas que bebem quatro xícaras de café por dia têm um menor risco de morrer de um ataque cardíaco.[40] Este efeito é porque a cafeína ajuda a mover uma proteína chamada p27 para as mitocôndrias, as organelas que produzem energia para as células. O aumento da p27 na mitocôndria eleva a produção de energia da organela e ajuda as células cardíacas a se recuperarem de danos.[41]

Benefícios cognitivos

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A cafeína é conhecida por suas propriedades que melhoram a função cognitiva, um efeito amplamente atribuído à sua capacidade de antagonizar os receptores de adenosina no cérebro. Ao bloquear a ação da adenosina, um neurotransmissor que promove o sono e relaxamento, a cafeína aumenta a atividade neuronal e a liberação de neurotransmissores como a dopamina e a norepinefrina. Esta ação não apenas melhora a alerta e a concentração, mas também pode melhorar vários aspectos da função cognitiva, incluindo memória, humor e tempo de reação.

Estudos realizados por Einöther e Giesbrecht (2013) em um artigo publicado na Psychopharmacology sugerem que a cafeína pode melhorar o desempenho em tarefas de atenção, tempo de reação e memória declarativa.[42] Outra pesquisa, conduzida por Haskell-Ramsay et al. (2017) e publicada no Nutritional Neuroscience, encontrou evidências de que a ingestão de cafeína pode melhorar o desempenho em tarefas de atenção e alerta, bem como em testes de memória de trabalho.[43]

Referências

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