Thema: Koffein

Koffein (1,3,7-Trimethylxanthin) ist die pharmakologisch aktive Substanz, die weltweit am häufigsten konsumiert wird. Koffein ist ein Purin-Alkaloid und daher nahe verwandt mit Theophyllin (im Tee) und Theobromin (im Kakao).

Koffein findet sich in mehr als 100 Pflanzenarten, wenn auch oft nur in geringen Mengen. Das Alkaloid dient dort als Schutz vor Fressfeinden und Parasiten. Die höchsten Gehalte unter den Genussmittellieferanten weisen der Teestrauch (Camellia sinensis / Thea assamica), der Kaffeestrauch (Coffea spec.), die südamerikanische Schlingpflanze Paullinia sorbilis (Guarana), die Kola-Nuss sowie der Mate-Strauch auf. Auch Kakao enthält neben Theobromin noch geringe Mengen Koffein. 

Getränk / Lebensmittel durchschnittlicher Koffeingehalt (mg) 

Getränkin mg 
1 Tasse Kaffee (150 ml)50-100
1 Tasse Kaffee (entkoffeiniert, 150 ml)3
1 Tasse Espresso (50 ml)50-150
1 Tasse Instant-Kaffee (150 ml)15-90
1 Tasse Tee (150 ml)20-60 
1 Tasse Kakao (150 ml) 2-8
Vollmilchschokolade (100 g)ca. 20
Halbbitterschokolade (100 g)ca. 75
Cola (330 ml)32-60 
Energy Drinks (250 ml)ca. 80 

Resorption 

Koffein wird rasch (innerhalb von 45 Minuten) über den Magen-Darm-Trakt resorbiert. Die höchsten Koffeinkonzentrationen im Plasma sind 15 bis 120 Minuten nach der Einnahme erreicht, wobei 5 bis 8 mg Koffein pro Kilogramm Körpergewicht einen Plasmaspiegel von 8 bis 10 mg/l ergeben. Die Blut-Hirn-Schranke passiert es fast ungehindert.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) hat im Mai 2015 ein Gutachten zur Sicherheitsbewertung von Koffein veröffentlicht. Das entsprechende Gremium gelangte aufgrund der Studien u. a. zu folgenden Schlüssen:

  •  "Einzeldosen von bis zu 200 mg Koffein - etwa 3 mg pro Kilogramm Körpergewicht (mg/kg KG) aus allen Quellen (Anm. d. R.: z. B. Kaffee, Energydrinks, Schokolade, Tee usw.) sind für die gesunde erwachsene Allgemeinbevölkerung unbedenklich."
  • "Eine über den gesamten Tag verteilte Koffeinaufnahme aus allen Quellen von bis zu 400 mg pro Tag (etwa 5,7 mg/kg KG/Tag) ist für die gesunde erwachsene Allgemeinbevölkerung unbedenklich, ausgenommen Schwangere."  

Halbwertszeit  und Verstoffwechselung 

Die Halbwertszeit des Koffeins im Plasma hängt stark vom Alter ab. Bei Jugendlichen und Erwachsenen beträgt sie 2,5 bis 5 Stunden, während sie bei Säuglingen und Kleinkindern auf bis zu 100 Stunden anwachsen kann. Bei Rauchern ist die Halbwertszeit um 30 bis 50 % verkürzt, bei Frauen, welche die Pille nehmen, kann sie sich aber nahezu verdoppeln. Auch Schwangere bauen Koffein langsamer ab, im letzten Trimester kann die Halbwertszeit auf bis zu 15 Stunden ausgedehnt sein. 80 % des Koffeins werden in der Leber zu Paraxanthin demethyliert, 16 % zu Theobromin und Theophyllin umgewandelt. Nur 3 % des Koffeins verlassen den Körper unverändert. 

Wirkung

Koffein wirkt zunächst primär als mildes Stimulans auf das Zentrale Nervensystem, von dem aus dann viele Funktionen des Körpers beeinflusst werden. So regt Koffein die Herztätigkeit an, steigert den Blutdruck und die Körpertemperatur, es stimuliert die Muskeltätigkeit, erweitert die Bronchien und Blutgefäße, und regt die Verdauung sowie die Diurese an. Koffein hat darüber hinaus auch Effekte auf das menschliche Verhalten: Es beeinflusst die Stimmung, Aufmerksamkeit und Konzentrationsfähigkeit ebenso wie das geistige Leistungsvermögen und den Schlaf. 

Wirkmechanismus

Lange wurde darüber diskutiert, über welche Mechanismen Koffein seine Effekte ausübt. Breite Akzeptanz findet inzwischen die Annahme, dass Koffein antagonistisch zur Wirkung des Neuromodulators Adenosin agiert. Adenosin ist ein Abbauprodukt von ATP. Es drosselt im Gehirn die Freisetzung bestimmter Neurotransmitter, die in den Synapsen für die Erregungsweiterleitung zuständig sind. Koffein ähnelt in seiner chemischen Struktur dem Adenosin. 

Es entfaltet seine anregende Wirkung, indem es die Adenosin-Rezeptoren A1 und A2A besetzt. Damit verhindert es den Zutritt von Adenosin zum Rezeptor und schwächt so dessen drosselnde Wirkung ab: Neurotransmitter wie zum Beispiel Dopamin werden (weiterhin) ausgeschüttet und damit wird die Erregungsweiterleitung von Impulsen erleichtert [1]. Möglicherweise spielt dabei die CA2-Region des Hippocampus eine besondere Rolle, in der A1-Rezeptoren gehäuft vorkommen. In einer neuen Untersuchung konnte gezeigt werden, dass Koffein bei Ratten die synaptische Aktivität in speziell dieser Hirnregion erhöht [2]. 

Wenn über den Tag verteilt immer wieder koffeinhaltige Getränke genossen werden, können laut Wissenschaftlern bis zu 50 % der cerebralen A1-Rezeptoren durch Koffein besetzt werden [3]. Vorausgesetzt hatten die Forscher eine biologische Halbwertszeit für Koffein von 5 Stunden. 

1. Solinas, M. et al. Journal of Neuroscience, 22, 6321-6324, 2002.
2. Simons, S.B. et al. Nature Neuroscience, 15, 23-25, 2011.
3. Elmenhorst, D. et al. J Nucl Med, 53, 1723-1729, 2012.