Coffein

Struktur einer typischen chemischen Synapse ⓘ
	Postsynaptische; Dichte Spannung-; gesteuerter Ca++; Kanal Synaptischer; Bläschen Neurotransmitter ; Transporter Rezeptor Neurotransmitter Axon-Terminal Synaptischer Spalt Dendriten

Strukturformel ⓘ
Allgemeines
Name	Coffein
Andere Namen	1,3,7-Trimethyl-3,7-dihydro-1H-purin-2,6-dion; 1,3,7-Trimethylxanthin; Methyltheobromin; Koffein; Tein; Thein; Teein; Guaranin; CAFFEINE (INCI);
Summenformel	C8H10N4O2
Kurzbeschreibung	farb- und geruchsloser Feststoff
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	200-362-1
ECHA-InfoCard	100.000.329
PubChem	2519
ChemSpider	2424
DrugBank	DB00201
Arzneistoffangaben
ATC-Code	N06BC01
Wirkstoffklasse	Stimulans
Wirkmechanismus	A2A-Rezeptoren-Antagonist
Eigenschaften
Molare Masse	194,19 g·mol−1; 386,3 g·mol−1 (Citrat);
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,23 g·cm−3 (18 °C)
Schmelzpunkt	236 °C (Sublimation ab 178 °C)
Löslichkeit	wenig in Wasser (20 g·l−1 bei 20 °C); mäßig in Ethanol; gut in Chloroform;
Sicherheitshinweise
	Bitte die Befreiung von der Kennzeichnungspflicht für Arzneimittel, Medizinprodukte, Kosmetika, Lebensmittel und Futtermittel beachten
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP), ggf. erweitert Achtung
H- und P-Sätze	H: 302
	P: 264‐270‐301+312‐501
Toxikologische Daten	192 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral); 127 mg·kg−1 (LD50, Maus, oral); 14,7 mg·kg−1 (TDLo, Kind, oral); 51 mg·kg−1 (TDLo, Mann, oral); 96 mg·kg−1 (TDLo, Frau, oral); 400 mg·kg−1 (LDLo, Frau, oral);
	Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Koffein ⓘ
Klinische Daten
Aussprache	/kæˈfiːn, ˈkæfiːn/
Andere Namen	Guaranin; Methyltheobromin; 1,3,7-Trimethylxanthin; 7-Methyltheophyllin Thein
AHFS/Drugs.com	Monographie
Schwangerschaft; Kategorie	AU: A; ;
Abhängigkeit; Haftung	Körperlich: gering bis mäßig; Psychisch: gering
Abhängigkeit; Haftung	Gering / keine
Wege der; Verabreichung	Durch den Mund, Insufflation, Klistier, rektal, intravenös
Klasse der Droge	Stimulierendes Mittel
ATC-Code	N06BC01 (WER) D11AX26 (WER), V04CG30 (WER);
Pharmakokinetische Daten
Bioverfügbarkeit	99%
Proteinbindung	25–36%
Stoffwechsel	Primär: CYP1A2; Geringfügig: CYP2E1, CYP3A4,; CYP2C8, CYP2C9
Metaboliten	Paraxanthin (84%); Theobromin (12%); Theophyllin (4%)
Beginn der Wirkung	~1 Stunde
Eliminationshalbwertszeit	Erwachsener: 3-7 Stunden; Säuglinge (voll ausgetragen): 8 Stunden; Säuglinge (Frühgeborene): 100 Stunden
Dauer der Wirkung	3-4 Stunden
Ausscheidung	Urin (100%)
Bezeichnungen
	IUPAC-Bezeichnung 1,3,7-Trimethylpurin-2,6-dion;
CAS-Nummer	58-08-2 ;
PubChem CID	2519;
IUPHAR/BPS	407;
DrugBank	DB00201 ;
ChemSpider	2424 ;
UNII	3G6A5W338E;
KEGG	D00528 ;
ChEBI	CHEBI:27732 ;
ChEMBL	ChEMBL113 ;
PDB-Ligand	CFF (PDBe, RCSB PDB);
Chemische und physikalische Daten
Formel	C8H10N4O2
Molare Masse	194,194 g-mol-1
3D-Modell (JSmol)	Interaktives Bild;
Dichte	1,23 g/cm3
Schmelzpunkt	235 bis 238 °C (455 bis 460 °F) (wasserfrei)
	SMILES CN1C=NC2=C1C(=O)N(C(=O)N2C)C;
	InChI InChI=1S/C8H10N4O2/c1-10-4-9-6-5(10)7(13)12(3)8(14)11(6)2/h4H,1-3H3; Schlüssel:RYYVLZVUVIJVGH-UHFFFAOYSA-N ;

Koffein ist ein Stimulans des zentralen Nervensystems (ZNS) aus der Klasse der Methylxanthine. Es wird als kognitives Stimulans verwendet, das die Wachsamkeit und Aufmerksamkeitsleistung erhöht. Koffein wirkt, indem es die Bindung von Adenosin an den Adenosin-A₁-Rezeptor blockiert, was die Freisetzung des Neurotransmitters Acetylcholin erhöht. Koffein erhöht auch die zyklische AMP-Konzentration durch nichtselektive Hemmung der Phosphodiesterase. ⓘ

Koffein ist ein bitteres, weißes, kristallines Purin, ein Methylxanthin-Alkaloid, das chemisch mit den Adenin- und Guaninbasen der Desoxyribonukleinsäure (DNA) und der Ribonukleinsäure (RNA) verwandt ist. Es findet sich in den Samen, Früchten, Nüssen oder Blättern einer Reihe von Pflanzen, die in Afrika, Ostasien und Südamerika heimisch sind, und trägt dazu bei, sie vor Pflanzenfressern und Konkurrenz zu schützen, indem es die Keimung von Samen in der Nähe verhindert und den Verzehr durch bestimmte Tiere wie Honigbienen fördert. Die bekannteste Quelle von Koffein ist die Kaffeebohne, der Samen der Coffea-Pflanze. Menschen können koffeinhaltige Getränke trinken, um Schläfrigkeit zu lindern oder zu verhindern und um die kognitive Leistungsfähigkeit zu verbessern. Zur Herstellung dieser Getränke wird das Koffein durch Einweichen des Pflanzenprodukts in Wasser extrahiert, ein Prozess, der als Infusion bezeichnet wird. Koffeinhaltige Getränke, wie Kaffee, Tee und Cola, werden weltweit in großen Mengen konsumiert. Im Jahr 2020 wurden weltweit fast 10 Millionen Tonnen Kaffeebohnen verbraucht. Koffein ist die weltweit am häufigsten konsumierte psychoaktive Droge. Im Gegensatz zu den meisten anderen psychoaktiven Substanzen ist Koffein weitgehend unreguliert und in fast allen Teilen der Welt legal. Koffein ist auch ein Ausreißer, da sein Konsum in den meisten Kulturen als gesellschaftlich akzeptabel gilt und in anderen, insbesondere in der westlichen Welt, sogar gefördert wird. ⓘ

Koffein kann sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben. Es kann die Frühgeborenen-Atmungsstörungen Bronchopulmonale Dysplasie der Frühgeborenen und Apnoe der Frühgeborenen behandeln und verhindern. Koffeincitrat steht auf der WHO-Musterliste der unentbehrlichen Arzneimittel. Es kann eine bescheidene Schutzwirkung gegen einige Krankheiten, einschließlich der Parkinsonschen Krankheit, haben. Manche Menschen leiden unter Schlafstörungen oder Angstzuständen, wenn sie Koffein konsumieren, aber andere zeigen kaum Störungen. Einige Behörden empfehlen schwangeren Frauen, den Koffeinkonsum auf das Äquivalent von zwei Tassen Kaffee pro Tag oder weniger zu beschränken. Koffein kann zu einer leichten Form der Drogenabhängigkeit führen, die mit Entzugserscheinungen wie Schläfrigkeit, Kopfschmerzen und Reizbarkeit einhergeht, wenn eine Person nach wiederholter täglicher Einnahme den Koffeinkonsum einstellt. Bei chronischem Konsum entwickelt sich eine Toleranz gegenüber den autonomen Effekten wie erhöhtem Blutdruck und erhöhter Herzfrequenz sowie erhöhter Urinausscheidung (d. h. diese Symptome werden weniger ausgeprägt oder treten bei regelmäßigem Konsum nicht mehr auf). ⓘ

Koffein wird von der US-amerikanischen Food and Drug Administration als allgemein anerkannt sicher eingestuft. Toxische Dosen von mehr als 10 Gramm pro Tag für einen Erwachsenen sind viel höher als die typische Dosis von unter 500 Milligramm pro Tag. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit berichtet, dass bis zu 400 mg Koffein pro Tag (etwa 5,7 mg/kg Körpermasse pro Tag) für nicht schwangere Erwachsene unbedenklich sind, während eine Aufnahme von bis zu 200 mg pro Tag für schwangere und stillende Frauen keinen Anlass zu Sicherheitsbedenken für den Fötus oder den gestillten Säugling gibt. Eine Tasse Kaffee enthält 80-175 mg Koffein, je nachdem, welche "Bohne" (Samen) verwendet wird, wie sie geröstet wird (dunklere Röstungen enthalten weniger Koffein) und wie sie zubereitet wird (z. B. Tropf-, Perkolations- oder Espressozubereitung). So sind etwa 50-100 normale Tassen Kaffee erforderlich, um die toxische Dosis zu erreichen. Reines pulverisiertes Koffein, das als Nahrungsergänzungsmittel erhältlich ist, kann jedoch schon in esslöffelgroßen Mengen tödlich sein. ⓘ

Coffein oder Koffein (auch Tein, Teein oder Thein und Guaranin, früher auch Caffein) ist ein Purinalkaloid. Es gehört zu den psychotropen Substanzen, ist ein Stimulans und das weltweit am meisten konsumierte Alkaloid. ⓘ

Coffein ist ein die Aktivität von Nerven anregender Bestandteil von Genussmitteln wie Kaffee, Tee, Cola, Mate, Guaraná, Energy-Drinks und (in geringeren Mengen) von Kakao. In chemisch reiner Form tritt es als weißes, geruchloses, kristallines Pulver mit bitterem Geschmack auf. ⓘ

Verwendung

Medizinisch

Koffein wird verwendet bei:

Bronchopulmonale Dysplasie bei Frühgeborenen, sowohl zur Vorbeugung als auch zur Behandlung. Es kann die Gewichtszunahme während der Therapie verbessern und das Auftreten von Zerebralparese sowie von Sprach- und kognitiven Verzögerungen verringern. Andererseits sind subtile Langzeitnebenwirkungen möglich.
Apnoe bei Frühgeborenen als primäre Behandlung, aber nicht zur Prävention.
Behandlung der orthostatischen Hypotension.
Manche Menschen nehmen koffeinhaltige Getränke wie Kaffee oder Tee zu sich, um ihr Asthma zu behandeln. Die Belege für diese Praxis sind jedoch dürftig. Es scheint, dass Koffein in niedrigen Dosen die Funktion der Atemwege bei Asthmatikern verbessert, indem es das forcierte Ausatmungsvolumen (FEV1) um 5 % bis 18 % erhöht, wobei diese Wirkung bis zu vier Stunden anhält.
Die Zugabe von Koffein (100-130 mg) zu häufig verschriebenen Schmerzmitteln wie Paracetamol oder Ibuprofen verbessert in bescheidenem Maße den Anteil der Personen, die eine Schmerzlinderung erzielen.
Die Einnahme von Koffein nach einer Bauchoperation verkürzt die Zeit bis zur Wiederherstellung einer normalen Darmfunktion und verkürzt den Krankenhausaufenthalt.
Koffein wurde früher als Mittel der zweiten Wahl zur Behandlung von ADHS eingesetzt. Es gilt als weniger wirksam als Methylphenidat oder Amphetamin, aber wirksamer als Placebo bei Kindern mit ADHS. Kinder, Jugendliche und Erwachsene mit ADHS konsumieren mit größerer Wahrscheinlichkeit Koffein, vielleicht als eine Form der Selbstmedikation. ⓘ

Verbesserung der Leistung

Kognitiv

Koffein ist ein Stimulans des zentralen Nervensystems, das Müdigkeit und Schläfrigkeit verringern kann. In normaler Dosierung hat Koffein unterschiedliche Auswirkungen auf Lernen und Gedächtnis, verbessert aber im Allgemeinen Reaktionszeit, Wachsamkeit, Konzentration und motorische Koordination. Die Menge an Koffein, die benötigt wird, um diese Wirkungen zu erzielen, ist von Person zu Person unterschiedlich und hängt von der Körpergröße und dem Grad der Toleranz ab. Die gewünschten Wirkungen treten etwa eine Stunde nach dem Konsum ein, und die gewünschten Wirkungen einer mäßigen Dosis klingen in der Regel nach etwa drei bis vier Stunden ab. ⓘ

Koffein kann den Schlaf verzögern oder verhindern und verbessert die Arbeitsleistung bei Schlafentzug. Schichtarbeiter, die Koffein konsumieren, machen weniger Fehler, die auf Schläfrigkeit zurückzuführen sein könnten. ⓘ

Koffein erhöht dosisabhängig die Wachsamkeit sowohl bei müden als auch bei normalen Personen. ⓘ

Eine systematische Übersichtsarbeit und Metaanalyse aus dem Jahr 2014 ergab, dass die gleichzeitige Einnahme von Koffein und L-Theanin synergistische psychoaktive Wirkungen hat, die Wachsamkeit, Aufmerksamkeit und Aufgabenwechsel fördern; diese Wirkungen sind in der ersten Stunde nach der Einnahme am ausgeprägtesten. ⓘ

Körperlich

Koffein ist ein bewährtes ergogenes Hilfsmittel beim Menschen. Koffein verbessert die sportliche Leistung unter aeroben (insbesondere Ausdauersportarten) und anaeroben Bedingungen. Mäßige Koffeindosen (etwa 5 mg/kg) können die Sprintleistung, die Leistung beim Radfahren und beim Zeitfahren, die Ausdauer (d. h. es verzögert das Einsetzen der Muskelermüdung und der zentralen Ermüdung) und die Leistung beim Radfahren verbessern. Koffein erhöht den Grundumsatz bei Erwachsenen. Die Einnahme von Koffein vor einem aeroben Training erhöht die Fettoxidation, insbesondere bei Personen mit geringer körperlicher Fitness. ⓘ

Koffein verbessert die Muskelkraft und -leistung und kann die muskuläre Ausdauer verbessern. Koffein steigert auch die Leistung bei anaeroben Tests. Koffeinkonsum vor einer konstanten Belastung wird mit einer geringeren wahrgenommenen Anstrengung in Verbindung gebracht. Während dieser Effekt bei einer Übung bis zur Erschöpfung nicht auftritt, wird die Leistung deutlich gesteigert. Dies ist kongruent mit der Verringerung der wahrgenommenen Anstrengung durch Koffein, da die Übung bis zur Erschöpfung am gleichen Punkt der Ermüdung enden sollte. Koffein verbessert auch die Leistungsabgabe und verkürzt die Zeit bis zur Beendigung von aeroben Zeitläufen, ein Effekt, der positiv (aber nicht ausschließlich) mit einer längeren Trainingsdauer in Verbindung gebracht wird. ⓘ

Spezifische Populationen

Erwachsene

Für die allgemeine Bevölkerung gesunder Erwachsener empfiehlt Health Canada eine tägliche Aufnahme von höchstens 400 mg. Dieser Grenzwert wurde in einer systematischen Übersichtsarbeit zur Toxikologie von Koffein aus dem Jahr 2017 als sicher eingestuft. ⓘ

Kinder

Bei gesunden Kindern führt eine moderate Koffeinaufnahme von weniger als 400 mg zu Auswirkungen, die "bescheiden und in der Regel harmlos" sind. Bereits im Alter von 6 Monaten können Säuglinge Koffein mit der gleichen Geschwindigkeit verstoffwechseln wie Erwachsene. Höhere Koffeindosen (>400 mg) können physiologische, psychologische und verhaltensbezogene Schäden verursachen, insbesondere bei Kindern mit psychiatrischen oder kardialen Erkrankungen. Es gibt keine Hinweise darauf, dass Kaffee das Wachstum von Kindern hemmt. Die American Academy of Pediatrics empfiehlt, dass der Koffeinkonsum für Kinder und Jugendliche nicht geeignet ist und vermieden werden sollte. Diese Empfehlung basiert auf einem klinischen Bericht, der 2011 von der American Academy of Pediatrics veröffentlicht wurde und der eine Überprüfung von 45 Veröffentlichungen aus den Jahren 1994 bis 2011 enthält und Beiträge verschiedener Interessengruppen (Kinderärzte, Ausschuss für Ernährung, Kanadische Gesellschaft für Pädiatrie, Centers for Disease Control & Prevention, Food and Drug Administration, Ausschuss für Sportmedizin und Fitness, Nationale Verbände der High School Associations) einbezieht. Für Kinder unter 12 Jahren empfiehlt Health Canada eine maximale tägliche Koffeinaufnahme von 2,5 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht. Auf der Grundlage des durchschnittlichen Körpergewichts von Kindern ergeben sich daraus die folgenden altersabhängigen Höchstmengen:

Altersgruppe	Maximal empfohlene Tagesdosis Koffein ⓘ
4–6	45 mg (etwas mehr als in 355 ml (12 fl. oz) eines typischen koffeinhaltigen Erfrischungsgetränks)
7–9	62,5 mg
10–12	85 mg (etwa 1⁄2 Tasse Kaffee)

Heranwachsende

Health Canada hat aufgrund der unzureichenden Datenlage keine Empfehlungen für Jugendliche entwickelt. Sie empfehlen jedoch, dass die tägliche Koffeinaufnahme für diese Altersgruppe nicht mehr als 2,5 mg/kg Körpergewicht betragen sollte. Der Grund dafür ist, dass die maximale Koffeindosis für Erwachsene möglicherweise nicht für leichtgewichtige Jugendliche oder für jüngere Jugendliche, die sich noch im Wachstum befinden, geeignet ist. Die Tagesdosis von 2,5 mg/kg Körpergewicht würde bei der Mehrheit der jugendlichen Koffeinkonsumenten keine gesundheitlichen Beeinträchtigungen hervorrufen. Dies ist ein konservativer Vorschlag, da ältere und schwerere Jugendliche möglicherweise in der Lage sind, Koffein in Erwachsenendosen zu konsumieren, ohne dass es zu nachteiligen Auswirkungen kommt. ⓘ

Schwangerschaft und Stillen

Der Stoffwechsel von Koffein ist in der Schwangerschaft, insbesondere im dritten Trimester, reduziert, und die Halbwertszeit von Koffein kann während der Schwangerschaft auf bis zu 15 Stunden erhöht sein (im Vergleich zu 2,5 bis 4,5 Stunden bei nicht schwangeren Erwachsenen). Die derzeitigen Erkenntnisse über die Auswirkungen von Koffein in der Schwangerschaft und in der Stillzeit sind nicht schlüssig. Es gibt nur wenige primäre und sekundäre Empfehlungen für oder gegen den Koffeinkonsum während der Schwangerschaft und seine Auswirkungen auf den Fötus oder das Neugeborene. ⓘ

Die britische Food Standards Agency hat empfohlen, dass schwangere Frauen ihren Koffeinkonsum aus Vorsicht auf weniger als 200 mg Koffein pro Tag beschränken sollten - das entspricht zwei Tassen Instantkaffee oder eineinhalb bis zwei Tassen frischen Kaffees. Der Amerikanische Kongress der Geburtshelfer und Gynäkologen (ACOG) kam 2010 zu dem Schluss, dass der Koffeinkonsum bei schwangeren Frauen bis zu 200 mg pro Tag unbedenklich ist. Für Frauen, die stillen, schwanger sind oder schwanger werden könnten, empfiehlt Health Canada eine maximale Koffeinaufnahme von 300 mg pro Tag oder etwas mehr als zwei Tassen Kaffee (237 mL). Eine systematische Überprüfung der Toxikologie von Koffein aus dem Jahr 2017 ergab, dass ein Koffeinkonsum von bis zu 300 mg/Tag bei schwangeren Frauen im Allgemeinen nicht mit negativen Auswirkungen auf die Fortpflanzung oder Entwicklung verbunden ist. ⓘ

In der wissenschaftlichen Literatur gibt es widersprüchliche Berichte über den Koffeinkonsum während der Schwangerschaft. In einer Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2011 wurde festgestellt, dass Koffein während der Schwangerschaft das Risiko für angeborene Fehlbildungen, Fehlgeburten oder Wachstumsverzögerungen nicht zu erhöhen scheint, selbst wenn es in mäßigen bis hohen Mengen konsumiert wird. Andere Übersichten kamen jedoch zu dem Schluss, dass es einige Hinweise darauf gibt, dass ein höherer Koffeinkonsum bei Schwangeren mit einem höheren Risiko für die Geburt eines Kindes mit niedrigem Geburtsgewicht und mit einem höheren Risiko für einen Schwangerschaftsabbruch verbunden sein kann. Eine systematische Übersichtsarbeit, in der die Ergebnisse von Beobachtungsstudien analysiert wurden, legt nahe, dass Frauen, die vor der Schwangerschaft große Mengen Koffein (mehr als 300 mg/Tag) zu sich nehmen, ein höheres Risiko für einen Schwangerschaftsverlust haben. ⓘ

Personen mit Leberzirrhose (mögliche Coffein-Anreicherung), Personen mit Herzarrhythmien, wie Sinustachykardien/Extrasystolen (mögliche Verstärkung), Personen mit Hyperthyreose (mögliche Verstärkung der Nebenwirkungen von Coffein) und Personen mit Angstsyndrom (mögliche Verstärkung) sollten Coffein nur in geringen Dosen einnehmen. ⓘ

Coffein kann die Symptome von Angststörungen intensivieren. Umgekehrt kann das Vermindern der Coffeineinnahme eine symptomlindernde Wirkung haben. ⓘ

Verwendung in Lebens- und Genussmitteln

Isoliertes natürliches oder synthetisches Coffein wird wegen seiner anregenden Wirkung manchen Erfrischungsgetränken (Cola-Getränke), Energy-Drinks und Süßwaren zugesetzt. ⓘ

Arzneiliche Verwendung

Adjuvante Schmerztherapie

Coffein erhöht die analgetische Wirkstärke von Acetylsalicylsäure oder Paracetamol um den Faktor 1,3 bis 1,7. Dies wird von der Pharmaindustrie gezielt ausgenutzt. Derzeit existieren auf dem deutschen Markt elf Kombinationsanalgetika mit Coffein. Acht davon enthalten gleich zwei verschiedene Analgetika, nämlich Acetylsalicylsäure 250 mg, Paracetamol 200-250 mg plus Coffein 50 mg. „Koffein wirkt stimulierend und kann 'Entzugskopfschmerz' und dadurch Analgetika-Dauergebrauch auslösen bzw. verstärken, wenn die Analgetika zur Linderung des Entzugskopfschmerzes eingenommen werden.“ Außerdem steigt das Risiko der Analgetikanephropathie bei zwei verschiedenen Analgetika-Inhaltsstoffen. „Aus Gründen des vorbeugenden Gesundheitsschutzes halten wir ein Verbot […] [dieser] Mischanalgetika für angebracht.“ ⓘ

Behandlung von Atemstillständen des Neugeborenen

Struktur von Coffeincitrat ⓘ

Coffeincitrat wird unter dem Handelsnamen Peyona zur Behandlung der primären Apnoe (Atemstillstand ohne offensichtliche Ursache) bei Frühgeborenen angewendet. Apnoe bei Frühgeborenen bezeichnet ein Aussetzen der Atmung über mehr als 20 Sekunden. Da es nur wenige Patienten mit primärer Apnoe gibt – 32.000 Betroffene in der EU – gilt die Krankheit als selten und Coffeincitrat wurde am 17. Februar 2003 in dieser Indikation als Arzneimittel für seltene Leiden („Orphan-Arzneimittel“) ausgewiesen. Coffeincitrat wird als Infusionslösung (20 mg/ml) verabreicht. Die Lösung kann auch eingenommen werden und ist auf ärztliche Verschreibung erhältlich. ⓘ

Weitere Anwendungsgebiete

Coffein ist in Dosen von 50 bis 200 mg zur kurzfristigen Beseitigung von Ermüdungserscheinungen angezeigt. ⓘ

Coffein-Natriumsalicylat, ein Salz des Coffeins, das im menschlichen Körper besser resorbiert wird als Coffein, wurde früher als Kreislauf- und Atemstimulans und Diuretikum verwendet. Heute ist diese Anwendung obsolet. ⓘ

Seit April 2014 hat Coffeincitrat zur Vorbeugung gegen die bronchopulmonale Dysplasie den Status eines Orphan-Arzneimittels. ⓘ

Kosmetische Verwendung

Coffein soll den Haarwuchs fördern, wie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena entdeckt wurde, was eine Verwendung bei Haarausfall denkbar macht. Die heute auf dem Markt erhältlichen Coffein-Shampoos und Tinkturen stehen allerdings im Ruf, voreilige und wissenschaftlich nicht gerechtfertigte Versprechungen zu ihrer Wirksamkeit abzugeben. ⓘ

Coffeinhaltige Hautcremes werden zur Hautstraffung und -glättung, z. B. bei Cellulite, beworben. ⓘ

Unerwünschte Wirkungen

Körperlich

Das in Kaffee und anderen koffeinhaltigen Getränken enthaltene Koffein kann die gastrointestinale Motilität und die Magensäuresekretion beeinträchtigen. Bei Frauen nach den Wechseljahren kann ein hoher Koffeinkonsum den Knochenabbau beschleunigen. ⓘ

Die akute Einnahme von Koffein in hohen Dosen (mindestens 250-300 mg, was der Menge in 2-3 Tassen Kaffee oder 5-8 Tassen Tee entspricht) führt zu einer kurzfristigen Stimulierung der Urinausscheidung bei Personen, die über einen Zeitraum von Tagen oder Wochen kein Koffein zu sich genommen haben. Dieser Anstieg ist sowohl auf eine Diurese (Zunahme der Wasserausscheidung) als auch auf eine Natriurese (Zunahme der Kochsalzausscheidung) zurückzuführen; er wird durch eine Blockade des proximalen tubulären Adenosinrezeptors vermittelt. Der akute Anstieg der Urinausscheidung kann das Risiko einer Dehydratation erhöhen. Chronische Koffeinkonsumenten entwickeln jedoch eine Toleranz gegenüber dieser Wirkung und erleben keinen Anstieg der Urinausscheidung. ⓘ

Psychisch

Geringfügige unerwünschte Symptome der Koffeineinnahme, die nicht schwerwiegend genug sind, um eine psychiatrische Diagnose zu rechtfertigen, sind häufig und umfassen leichte Angstzustände, Nervosität, Schlaflosigkeit, verlängerte Einschlafzeit und verminderte Koordination. Koffein kann negative Auswirkungen auf Angststörungen haben. Laut einer Literaturübersicht aus dem Jahr 2011 wird der Koffeinkonsum positiv mit Angst- und Panikstörungen in Verbindung gebracht. In hohen Dosen, in der Regel mehr als 300 mg, kann Koffein Angstzustände sowohl verursachen als auch verschlimmern. Bei manchen Menschen kann ein Absetzen des Koffeinkonsums die Angstzustände deutlich verringern. In mäßigen Dosen wurde Koffein mit einer Verringerung der Symptome von Depressionen und einem geringeren Selbstmordrisiko in Verbindung gebracht. ⓘ

Ein erhöhter Kaffee- und Koffeinkonsum wird mit einem geringeren Risiko für Depressionen in Verbindung gebracht. ⓘ

In einigen Lehrbüchern heißt es, Koffein sei ein mildes Euphorisierungsmittel, in anderen, es sei kein Euphorisierungsmittel, und in einem Lehrbuch heißt es an einer Stelle, Koffein sei kein Euphorisierungsmittel, an anderer Stelle wird es zu den Euphorisierungsmitteln gezählt. ⓘ

Die koffeininduzierte Angststörung ist eine Unterklasse der DSM-5-Diagnose der substanz-/medikamenteninduzierten Angststörung. ⓘ

Verstärkungsstörungen

Abhängigkeit

Ob Koffein zu einer Suchterkrankung führen kann, hängt davon ab, wie Sucht definiert wird. Zwanghafter Koffeinkonsum ist unter keinen Umständen beobachtet worden, weshalb Koffein im Allgemeinen nicht als süchtig gilt. Einige Diagnosemodelle, wie ICDM-9 und ICD-10, enthalten jedoch eine Klassifizierung der Koffeinsucht im Rahmen eines umfassenderen Diagnosemodells. In einigen Modellen heißt es, dass bestimmte Konsumenten süchtig werden können und daher nicht in der Lage sind, den Konsum zu verringern, obwohl sie wissen, dass es negative gesundheitliche Auswirkungen gibt. ⓘ

Koffein scheint kein verstärkender Stimulus zu sein, und es kann sogar ein gewisses Maß an Abneigung auftreten, da in einer in einer NIDA-Forschungsmonographie veröffentlichten Studie zur Drogenmissbrauchshaftung Placebo dem Koffein vorgezogen wurde. In einigen Studien wird behauptet, dass die Forschung keine Unterstützung für einen zugrunde liegenden biochemischen Mechanismus für die Koffeinsucht liefert. Andere Forschungsergebnisse besagen, dass Koffein das Belohnungssystem beeinflussen kann. ⓘ

Der Begriff "Koffeinsucht" wurde in den ICDM-9 und ICD-10 aufgenommen. Die Aufnahme wurde jedoch mit der Begründung angefochten, dass dieses diagnostische Modell der Koffeinsucht nicht durch Beweise gestützt wird. Das DSM-5 der American Psychiatric Association enthält keine Diagnose der Koffeinsucht, schlägt aber Kriterien für diese Störung vor, die weiter untersucht werden sollen. ⓘ

Abhängigkeit und Entzug

Entzugserscheinungen können zu leichten bis klinisch bedeutsamen Beschwerden oder Beeinträchtigungen der täglichen Funktionsfähigkeit führen. Die Häufigkeit, mit der dies auftritt, wird mit 11 % selbst angegeben, aber in Labortests erlebt nur die Hälfte der Personen, die über einen Entzug berichten, diesen auch tatsächlich, was viele Behauptungen über eine Abhängigkeit in Frage stellt. Leichte körperliche Abhängigkeit und Entzugserscheinungen können bei einer Abstinenz von mehr als 100 mg Koffein pro Tag auftreten, obwohl diese Symptome nicht länger als einen Tag andauern. Einige Symptome, die mit einer psychischen Abhängigkeit in Verbindung gebracht werden, können auch während des Entzugs auftreten. Die diagnostischen Kriterien für den Koffeinentzug setzen einen vorangegangenen längeren täglichen Koffeinkonsum voraus. Nach einer deutlichen Reduzierung des Koffeinkonsums innerhalb von 24 Stunden müssen mindestens drei der folgenden Anzeichen oder Symptome auftreten, um die Entzugskriterien zu erfüllen: Konzentrationsschwierigkeiten, gedrückte Stimmung/Reizbarkeit, grippeähnliche Symptome, Kopfschmerzen und Müdigkeit. Darüber hinaus müssen die Anzeichen und Symptome wichtige Funktionsbereiche stören und dürfen nicht mit den Auswirkungen einer anderen Erkrankung verbunden sein. ⓘ

Die ICD-11 enthält die Koffeinabhängigkeit als eigene diagnostische Kategorie, die sich eng an die im DSM-5 vorgeschlagenen Kriterien für die "Koffeinkonsumstörung" anlehnt. Die Koffeinkonsumstörung bezieht sich auf die Abhängigkeit von Koffein, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Koffeinkonsum trotz negativer physiologischer Folgen nicht kontrolliert werden kann. Die APA, die das DSM-5 veröffentlicht hat, räumte ein, dass es genügend Beweise gibt, um ein diagnostisches Modell der Koffeinabhängigkeit für das DSM-5 zu erstellen, stellte aber fest, dass die klinische Bedeutung der Störung unklar ist. Aufgrund dieser nicht eindeutigen Beweise für die klinische Bedeutung stuft das DSM-5 die Koffeinkonsumstörung als "Zustand, der weiter untersucht werden muss" ein. ⓘ

Eine Toleranz gegenüber den Wirkungen von Koffein tritt bei koffeinbedingten Erhöhungen des Blutdrucks und dem subjektiven Gefühl der Nervosität auf. Eine Sensibilisierung, d. h. ein Prozess, bei dem sich die Wirkungen mit zunehmendem Konsum verstärken, tritt bei positiven Wirkungen wie Wachheit und Wohlbefinden auf. Die Verträglichkeit ist bei täglichem, regelmäßigem Koffeinkonsum und bei hohem Koffeinkonsum unterschiedlich. Hohe Koffeindosen (750 bis 1200 mg/Tag über den Tag verteilt) führen nachweislich zu einer vollständigen Toleranz gegenüber einigen, aber nicht allen Wirkungen von Koffein. Dosen von nur 100 mg/Tag, z. B. eine Tasse Kaffee (170 g) oder zwei bis drei Portionen koffeinhaltiger Erfrischungsgetränke (340 g), können neben anderen Unverträglichkeiten weiterhin zu Schlafstörungen führen. Nicht regelmäßige Koffeinkonsumenten haben die geringste Koffeintoleranz in Bezug auf Schlafstörungen. Einige Kaffeetrinker entwickeln eine Toleranz gegenüber den unerwünschten schlafstörenden Wirkungen von Koffein, andere hingegen offenbar nicht. ⓘ

Wird der Coffeinkonsum stark verringert, können Entzugserscheinungen auftreten (siehe unten), die aber meistens nur von kurzer Dauer sind. Coffein ist preisgünstig und legal verfügbar und das weltweit am häufigsten konsumierte Stimulans. Aus der wissenschaftlichen Literatur geht nicht klar hervor, ob Coffein als Suchtmittel anzusehen ist, es hat jedenfalls einige Gemeinsamkeiten mit typischen Suchtmitteln. Zu den wichtigsten gehören die Entwicklung von Toleranz sowie psychischer und körperlicher Abhängigkeit mit Entzugserscheinungen. Toleranz tritt bei nicht unbedingt übermäßigem, aber bei regelmäßigem Coffeingenuss auf. ⓘ

Als Entzugssymptome wurden in einer empirischen Studie beobachtet: Kopfschmerzen, Erschöpfung, Energieverlust, verminderte Wachsamkeit, Schläfrigkeit, herabgesetzte Zufriedenheit, depressive Stimmung, Konzentrationsstörungen, Reizbarkeit und das Gefühl, keine klaren Gedanken fassen zu können. In einigen Fällen kamen auch grippe-ähnliche Symptome hinzu. Die Symptome setzen zwölf bis 24 Stunden nach dem letzten Coffein-Konsum ein, erreichen nach 20 bis 51 Stunden das Symptommaximum und dauern etwa zwei bis neun Tage. Bereits eine geringe Menge Coffein führt zur Rückfälligkeit. ⓘ

Zu den Symptomen des Entzugs gehören auch Veränderungen der Theta-Wellen im Gehirn. ⓘ

Risiko für andere Krankheiten

Eine schützende Wirkung von Koffein gegen Alzheimer und Demenz ist möglich, aber die Beweise sind nicht schlüssig. Es kann vor Leberzirrhose schützen. Koffein kann den Schweregrad der akuten Höhenkrankheit mindern, wenn es einige Stunden vor dem Erreichen einer großen Höhe eingenommen wird. Eine Metaanalyse hat ergeben, dass Koffeinkonsum mit einem geringeren Risiko für Typ-2-Diabetes verbunden ist. Regelmäßiger Koffeinkonsum verringert das Risiko, an der Parkinson-Krankheit zu erkranken, und verlangsamt das Fortschreiten der Parkinson-Krankheit. Koffeinkonsum kann mit einem geringeren Risiko für Depressionen in Verbindung gebracht werden, obwohl widersprüchliche Ergebnisse berichtet wurden. ⓘ

Koffein erhöht den Augeninnendruck bei Personen mit Glaukom, scheint aber keine Auswirkungen auf normale Personen zu haben. ⓘ

Das DSM-5 enthält auch andere koffeininduzierte Störungen, nämlich koffeininduzierte Angststörungen, koffeininduzierte Schlafstörungen und nicht näher bezeichnete koffeinbezogene Störungen. Die ersten beiden Störungen werden unter "Angststörung" und "Schlaf-Wach-Störung" zusammengefasst, da sie ähnliche Merkmale aufweisen. Andere Störungen, die mit erheblichem Leidensdruck und einer Beeinträchtigung des täglichen Lebens einhergehen und klinische Aufmerksamkeit erfordern, aber nicht die Kriterien für die Diagnose einer bestimmten Störung erfüllen, werden unter "Nicht spezifizierte koffeinbedingte Störungen" aufgeführt. ⓘ

Überdosierung

Primäre Symptome einer Koffeinintoxikation ⓘ

Der Konsum von 1-1,5 Gramm (1.000-1.500 mg) pro Tag ist mit einem Zustand verbunden, der als Koffeinismus. Koffeinismus verbindet in der Regel die Abhängigkeit von Koffein mit einer Vielzahl von unangenehmen Symptomen wie Nervosität, Reizbarkeit, Unruhe, Schlaflosigkeit, Kopfschmerzen und Herzklopfen nach dem Koffeinkonsum. ⓘ

Eine Überdosis Koffein kann zu einem Zustand der Überstimulation des zentralen Nervensystems führen, der als Koffeinintoxikation bezeichnet wird, einem klinisch bedeutsamen, vorübergehenden Zustand, der sich während oder kurz nach dem Koffeinkonsum entwickelt. Dieses Syndrom tritt typischerweise erst nach der Einnahme großer Mengen Koffein auf, die weit über den Mengen liegen, die in typischen koffeinhaltigen Getränken und Koffeintabletten enthalten sind (z. B. mehr als 400-500 mg auf einmal). Nach dem DSM-5 kann eine Koffeinintoxikation diagnostiziert werden, wenn fünf (oder mehr) der folgenden Symptome nach dem jüngsten Koffeinkonsum auftreten: Unruhe, Nervosität, Erregung, Schlaflosigkeit, Gesichtsrötung, Diurese (erhöhte Urinproduktion), Magen-Darm-Störungen, Muskelzuckungen, abschweifender Gedanken- und Redefluss, Tachykardie (erhöhte Herzfrequenz) oder Herzrhythmusstörungen, Phasen der Erschöpfung und psychomotorische Unruhe. ⓘ

Nach der Internationalen Klassifikation der Krankheiten (ICD-11) kann es bei sehr hohem Koffeinkonsum (z. B. > 5 g) zu einer Koffeinintoxikation mit Symptomen wie Manie, Depression, Urteilsunfähigkeit, Desorientierung, Enthemmung, Wahnvorstellungen, Halluzinationen oder Psychosen und Rhabdomyolyse (Abbau von Skelettmuskelgewebe) kommen. ⓘ

Energiegetränke

Ein hoher Koffeinkonsum in Energydrinks (mindestens 1 Liter oder 320 mg Koffein) wurde mit kurzfristigen kardiovaskulären Nebenwirkungen wie Bluthochdruck, verlängertem QT-Intervall und Herzklopfen in Verbindung gebracht. Diese kardiovaskulären Nebenwirkungen wurden bei geringeren Mengen an Koffein in Energydrinks (weniger als 200 mg) nicht beobachtet. ⓘ

Schwere Intoxikation

Seit 2007 gibt es kein bekanntes Gegenmittel oder Umkehrmittel für eine Koffeinvergiftung. Die Behandlung einer leichten Koffeinvergiftung zielt auf die Linderung der Symptome ab; bei einer schweren Vergiftung kann eine Peritonealdialyse, Hämodialyse oder Hämofiltration erforderlich sein. Eine Intralipid-Infusionstherapie ist bei drohendem Herzstillstand angezeigt, um das freie Serumkoffein abzufangen. ⓘ

Tödliche Dosis

Der Tod durch Koffeineinnahme scheint selten zu sein und wird am häufigsten durch eine absichtliche Überdosierung von Medikamenten verursacht. Im Jahr 2016 wurden den Giftnotrufzentralen in den Vereinigten Staaten 3702 koffeinbedingte Expositionen gemeldet, von denen 846 eine Behandlung in einer medizinischen Einrichtung erforderten und 16 einen schwerwiegenden Ausgang hatten; mehrere koffeinbedingte Todesfälle sind in Fallstudien beschrieben. Die LD50 von Koffein bei Ratten beträgt 192 Milligramm pro Kilogramm, die tödliche Dosis beim Menschen wird auf 150-200 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht geschätzt (75-100 Tassen Kaffee für einen 70 kg schweren Erwachsenen). Es gibt Fälle, in denen Dosen von nur 57 Milligramm pro Kilogramm tödlich gewesen sind. Eine Reihe von Todesfällen wurde durch eine Überdosierung von leicht erhältlichen Koffeinpräparaten in Pulverform verursacht, bei denen die geschätzte tödliche Menge weniger als ein Esslöffel beträgt. Die tödliche Dosis ist bei Personen, deren Fähigkeit, Koffein zu verstoffwechseln, aufgrund einer genetischen Veranlagung oder einer chronischen Lebererkrankung beeinträchtigt ist, geringer. Im Jahr 2013 wurde der Tod eines Mannes mit Leberzirrhose gemeldet, der eine Überdosis koffeinhaltiger Pfefferminzbonbons zu sich genommen hatte. ⓘ

Wechselwirkungen

Koffein ist ein Substrat für CYP1A2 und interagiert über diesen und andere Mechanismen mit vielen Substanzen. ⓘ

Alkohol

Laut DSST führt Alkohol zu einer Leistungsminderung und Koffein zu einer deutlichen Leistungssteigerung. Wenn Alkohol und Koffein gemeinsam konsumiert werden, werden die Wirkungen des Koffeins beeinträchtigt, die Wirkungen des Alkohols bleiben jedoch gleich. So wird beispielsweise die durch den Alkohol hervorgerufene Drogenwirkung nicht verringert, wenn zusätzlich Koffein konsumiert wird. Die durch Koffein hervorgerufene Nervosität und Wachsamkeit wird jedoch verringert, wenn zusätzlich Alkohol konsumiert wird. Alkoholkonsum allein reduziert sowohl die hemmenden als auch die aktivierenden Aspekte der Verhaltenskontrolle. Koffein wirkt dem aktivierenden Aspekt der Verhaltenskontrolle entgegen, hat aber keinen Einfluss auf die hemmende Verhaltenskontrolle. In den Ernährungsrichtlinien für Amerikaner wird empfohlen, den gleichzeitigen Konsum von Alkohol und Koffein zu vermeiden, da dies zu einem erhöhten Alkoholkonsum führen kann, der ein höheres Risiko für alkoholbedingte Verletzungen mit sich bringt. ⓘ

Tabakkonsum

Das Rauchen von Tabak erhöht die Koffeinausscheidung um 56 %. Zigarettenrauchen induziert das Enzym Cytochrom P450 1A2, das Koffein abbaut, was bei regelmäßigen Rauchern zu einer erhöhten Koffeintoleranz und einem erhöhten Kaffeekonsum führen kann. ⓘ

Geburtenkontrolle

Die Antibabypille kann die Halbwertszeit von Koffein verlängern, so dass der Koffeinkonsum mit größerer Vorsicht erfolgen muss. ⓘ

Medikamente

Koffein erhöht manchmal die Wirksamkeit bestimmter Medikamente, z. B. gegen Kopfschmerzen. Es wurde festgestellt, dass Koffein die Wirksamkeit einiger frei verkäuflicher Schmerzmittel um 40 % erhöht. ⓘ

Die pharmakologischen Wirkungen von Adenosin können bei Personen, die große Mengen von Methylxanthinen wie Koffein einnehmen, abgeschwächt werden. Weitere Beispiele für Methylxanthine sind die Medikamente Theophyllin und Aminophyllin, die zur Linderung der Symptome von Asthma oder COPD verschrieben werden. ⓘ

Pharmakologie

Pharmakodynamik

Der primäre Wirkmechanismus von Koffein ist die Wirkung als Adenosinrezeptor-Antagonist im Gehirn ⓘ

In Abwesenheit von Koffein und wenn eine Person wach und aufmerksam ist, ist nur wenig Adenosin in den (ZNS-)Neuronen vorhanden. Bei anhaltendem Wachzustand sammelt sich im Laufe der Zeit Adenosin in der neuronalen Synapse an, das wiederum an Adenosinrezeptoren bindet und diese aktiviert, die sich an bestimmten ZNS-Neuronen befinden; wenn diese Rezeptoren aktiviert werden, rufen sie eine zelluläre Reaktion hervor, die letztlich die Schläfrigkeit verstärkt. Wenn Koffein konsumiert wird, wirkt es antagonistisch auf die Adenosinrezeptoren, d. h., Koffein verhindert, dass Adenosin den Rezeptor aktiviert, indem es die Stelle am Rezeptor blockiert, an der Adenosin bindet. Auf diese Weise verhindert oder lindert Koffein vorübergehend die Schläfrigkeit und erhält die Wachsamkeit aufrecht oder stellt sie wieder her. ⓘ

Ziele der Rezeptoren und Ionenkanäle

Koffein ist ein Antagonist der Adenosin-A_2A-Rezeptoren, und Knockout-Studien an Mäusen haben ergeben, dass der Antagonismus des A_2A-Rezeptors für die wachheitsfördernde Wirkung von Koffein verantwortlich ist. Der Antagonismus von A_2A-Rezeptoren im ventrolateralen präoptischen Areal (VLPO) reduziert die hemmende GABA-Neurotransmission zum tuberomammillären Nukleus, einem histaminergen Projektionskern, der aktivierungsabhängig die Erregung fördert. Diese Enthemmung des tuberomammillären Kerns ist der nachgeschaltete Mechanismus, durch den Koffein wachheitsfördernde Wirkungen erzeugt. Koffein ist ein Antagonist aller vier Adenosinrezeptor-Subtypen (A₁, A_2A, A_2B und A₃), wenn auch mit unterschiedlicher Potenz. Die Affinitätswerte (KD) von Koffein für die menschlichen Adenosinrezeptoren betragen 12 μM bei A₁, 2,4 μM bei A_2A, 13 μM bei A_2B und 80 μM bei A₃. ⓘ

Der Antagonismus von Adenosinrezeptoren durch Koffein stimuliert auch die vagalen, vasomotorischen und respiratorischen Zentren des Markraums, was die Atemfrequenz erhöht, die Herzfrequenz senkt und die Blutgefäße verengt. Der Adenosinrezeptor-Antagonismus fördert auch die Freisetzung von Neurotransmittern (z. B. Monoamine und Acetylcholin), was dem Koffein seine stimulierende Wirkung verleiht; Adenosin wirkt als hemmender Neurotransmitter, der die Aktivität im zentralen Nervensystem unterdrückt. Herzklopfen wird durch die Blockade des A₁-Rezeptors verursacht. ⓘ

Da Koffein sowohl wasser- als auch fettlöslich ist, kann es leicht die Blut-Hirn-Schranke überwinden, die den Blutkreislauf vom Inneren des Gehirns trennt. Im Gehirn wirkt es vor allem als nichtselektiver Antagonist der Adenosinrezeptoren (d. h. als Mittel, das die Wirkung von Adenosin verringert). Das Koffeinmolekül ähnelt strukturell dem Adenosin und ist in der Lage, an die Adenosinrezeptoren auf der Zelloberfläche zu binden, ohne sie zu aktivieren, und wirkt somit als kompetitiver Antagonist. ⓘ

Neben seiner Wirkung auf Adenosinrezeptoren ist Koffein ein Antagonist des Inositoltrisphosphatrezeptors 1 und ein spannungsunabhängiger Aktivator der Ryanodinrezeptoren (RYR1, RYR2 und RYR3). Es ist auch ein kompetitiver Antagonist des ionotropen Glycinrezeptors. ⓘ

Auswirkungen auf das striatale Dopamin

Koffein bindet zwar nicht direkt an Dopaminrezeptoren, beeinflusst aber die Bindungsaktivität von Dopamin an seinen Rezeptoren im Striatum, indem es an Adenosinrezeptoren bindet, die GPCR-Heteromere mit Dopaminrezeptoren gebildet haben, Insbesondere das A1-D1-Rezeptor-Heterodimer (ein Rezeptorkomplex mit einem Adenosin-A1-Rezeptor und einem Dopamin-D1-Rezeptor) und das A_2A-D2-Rezeptor-Heterotetramer (ein Rezeptorkomplex mit zwei Adenosin-A_2A-Rezeptoren und zwei Dopamin-D2-Rezeptoren). Das A_2A-D2-Rezeptor-Heterotetramer wurde als primäres pharmakologisches Ziel von Koffein identifiziert, vor allem weil es einige der psychostimulierenden Wirkungen und die pharmakodynamischen Wechselwirkungen mit dopaminergen Psychostimulanzien vermittelt. ⓘ

Koffein bewirkt auch die Freisetzung von Dopamin im dorsalen Striatum und im Nucleus accumbens core (einer Substruktur innerhalb des ventralen Striatums), nicht aber in der Nucleus accumbens shell, indem es A1-Rezeptoren im Axon-Terminal von Dopamin-Neuronen und A1-A_2A-Heterodimere (ein Rezeptorkomplex, der aus einem Adenosin-A1-Rezeptor und einem Adenosin-A_2A-Rezeptor besteht) im Axon-Terminal von Glutamat-Neuronen antagonisiert. Bei chronischem Koffeinkonsum ist die koffeininduzierte Dopaminfreisetzung im Kern des Nucleus accumbens aufgrund der Drogentoleranz deutlich reduziert. ⓘ

Ziele der Enzyme

Koffein wirkt wie andere Xanthine auch als Phosphodiesterase-Hemmer. Als kompetitiver, nicht-selektiver Phosphodiesterase-Hemmer erhöht Koffein das intrazelluläre zyklische AMP, aktiviert die Proteinkinase A, hemmt die TNF-alpha- und Leukotrien-Synthese und reduziert Entzündungen und die angeborene Immunität. Koffein wirkt auch auf das cholinerge System, wo es ein mäßiger Inhibitor des Enzyms Acetylcholinesterase ist. ⓘ

Pharmakokinetik

Koffein wird in der Leber durch eine einzige Demethylierung verstoffwechselt, wobei drei primäre Metaboliten entstehen: Paraxanthin (84 %), Theobromin (12 %) und Theophyllin (4 %), je nachdem, welche Methylgruppe entfernt wird. ⓘ

Koffeinmetaboliten im Urin des Menschen 48 Stunden nach der Einnahme. ⓘ

Koffein aus Kaffee oder anderen Getränken wird innerhalb von 45 Minuten nach der Einnahme vom Dünndarm absorbiert und in allen Körpergeweben verteilt. Die maximale Blutkonzentration wird innerhalb von 1-2 Stunden erreicht. Es wird nach einer Kinetik erster Ordnung ausgeschieden. Koffein kann auch rektal resorbiert werden, wie Zäpfchen aus Ergotamintartrat und Koffein (zur Linderung von Migräne) und aus Chlorobutanol und Koffein (zur Behandlung von Hyperemesis) zeigen. Die rektale Absorption ist jedoch weniger effizient als die orale: die maximale Konzentration (Cmax) und die absorbierte Gesamtmenge (AUC) betragen jeweils etwa 30 % (d. h. 1/3,5) der oralen Mengen. ⓘ

Die biologische Halbwertszeit von Koffein - die Zeit, die der Körper benötigt, um die Hälfte einer Dosis auszuscheiden - ist von Person zu Person sehr unterschiedlich und hängt von Faktoren wie Schwangerschaft, anderen Medikamenten, dem Funktionsniveau der Leberenzyme (die für den Koffeinstoffwechsel benötigt werden) und dem Alter ab. Bei gesunden Erwachsenen beträgt die Halbwertszeit von Koffein zwischen 3 und 7 Stunden. Bei erwachsenen männlichen Rauchern ist die Halbwertszeit um 30-50 % verkürzt, bei Frauen, die orale Verhütungsmittel einnehmen, ungefähr verdoppelt und im letzten Drittel der Schwangerschaft verlängert. Bei Neugeborenen kann die Halbwertszeit 80 Stunden oder mehr betragen, wobei sie mit zunehmendem Alter sehr schnell abnimmt und im Alter von 6 Monaten möglicherweise unter dem Wert für Erwachsene liegt. Das Antidepressivum Fluvoxamin (Luvox) verringert die Clearance von Koffein um mehr als 90 % und erhöht seine Eliminationshalbwertszeit um mehr als das Zehnfache: von 4,9 Stunden auf 56 Stunden. ⓘ

Koffein wird in der Leber durch das Cytochrom-P450-Oxidase-Enzymsystem, insbesondere durch das CYP1A2-Isoenzym, in drei Dimethylxanthine umgewandelt, von denen jedes seine eigenen Auswirkungen auf den Körper hat:

Paraxanthin (84%): Steigert die Lipolyse, was zu erhöhten Glycerin- und freien Fettsäurespiegeln im Blutplasma führt.
Theobromin (12%): Erweitert die Blutgefäße und erhöht das Urinvolumen. Theobromin ist auch das Hauptalkaloid in der Kakaobohne (Schokolade).
Theophyllin (4%): Entspannt die glatte Muskulatur der Bronchien und wird zur Behandlung von Asthma eingesetzt. Die therapeutische Dosis von Theophyllin ist jedoch um ein Vielfaches höher als die durch den Koffeinstoffwechsel erreichten Werte. ⓘ

1,3,7-Trimethylursäure ist ein kleinerer Koffeinmetabolit. Jeder dieser Metaboliten wird weiter verstoffwechselt und dann über den Urin ausgeschieden. Bei Personen mit schweren Lebererkrankungen kann sich Koffein anreichern, wodurch sich seine Halbwertszeit erhöht. ⓘ

Eine Untersuchung aus dem Jahr 2011 ergab, dass ein erhöhter Koffeinkonsum mit einer Variation in zwei Genen verbunden ist, die die Geschwindigkeit des Koffeinabbaus erhöhen. Probanden, die diese Mutation auf beiden Chromosomen aufwiesen, konsumierten 40 mg mehr Koffein pro Tag als andere. Dies ist vermutlich auf die Notwendigkeit einer höheren Aufnahme zurückzuführen, um eine vergleichbare gewünschte Wirkung zu erzielen, und nicht darauf, dass das Gen zu einer Veranlagung für einen größeren Gewöhnungsanreiz führte. ⓘ

Der Metabolismus von Coffein ist speziesspezifisch. Bei Menschen werden etwa 80 % des aufgenommenen Coffeins durch das Enzym Cytochrom P450 1A2 zu Paraxanthin demethyliert und weitere etwa 16 % werden in der Leber zu Theobromin und Theophyllin umgesetzt. Durch weitere partielle Demethylierung und Oxidation entstehen Urate- und Uracil-Derivate. Aus dem Urin können etwa ein Dutzend unterschiedlicher Coffein-Metaboliten extrahiert werden, aber weniger als 3 % des ursprünglich aufgenommenen Coffeins. Die Hauptausscheidungsprodukte im Urin sind Di- und Monomethylxanthin sowie Mono-, Di- und Trimethylharnsäure. ⓘ

Chemie

Reines, wasserfreies Koffein ist ein bitter schmeckendes, weißes, geruchloses Pulver mit einem Schmelzpunkt von 235-238 °C. Koffein ist bei Raumtemperatur mäßig wasserlöslich (2 g/100 mL), aber sehr gut löslich in kochendem Wasser (66 g/100 mL). Auch in Ethanol ist es mäßig löslich (1,5 g/100 mL). Es ist schwach basisch (pKa der konjugierten Säure = ~0,6) und erfordert eine starke Säure, um es zu protonieren. Koffein enthält keine stereogenen Zentren und wird daher als achirales Molekül eingestuft. ⓘ

Der Xanthinkern von Koffein enthält zwei kondensierte Ringe, ein Pyrimidindion und ein Imidazol. Das Pyrimidindion wiederum enthält zwei funktionelle Amidgruppen, die überwiegend in zwitterionischer Resonanz vorliegen, d. h. an der Stelle, an der die Stickstoffatome doppelt an die benachbarten Amidkohlenstoffatome gebunden sind. Daher sind alle sechs Atome des Pyrimidindion-Ringsystems sp²-hybridisiert und planar. Daher enthält der kondensierte 5,6-Ringkern von Koffein insgesamt zehn pi-Elektronen und ist somit nach der Hückelschen Regel aromatisch. ⓘ

Synthese

Ein Biosyntheseweg von Koffein, wie er von Kamelien- und Coffea-Arten durchgeführt wird. ⓘ

Eine Laborsynthese von Koffein ⓘ

Die Biosynthese von Koffein ist ein Beispiel für eine konvergente Evolution zwischen verschiedenen Arten. ⓘ

Koffein kann im Labor auf der Basis von Dimethylharnstoff und Malonsäure synthetisiert werden. ⓘ

Im Handel wird Koffein normalerweise nicht synthetisch hergestellt, da die Chemikalie als Nebenprodukt der Entkoffeinierung leicht verfügbar ist. ⓘ

Entkoffeinierung

Faserige Kristalle aus gereinigtem Koffein. Dunkelfeldmikroskopische Aufnahme, etwa 7 mm × 11 mm ⓘ

Die Extraktion von Koffein aus Kaffee zur Herstellung von Koffein und entkoffeiniertem Kaffee kann mit einer Reihe von Lösungsmitteln durchgeführt werden. Im Folgenden sind die wichtigsten Methoden aufgeführt:

Wasserextraktion: Die Kaffeebohnen werden in Wasser eingeweicht. Das Wasser, das neben Koffein viele andere Verbindungen enthält und zum Geschmack des Kaffees beiträgt, wird dann durch Aktivkohle geleitet, die das Koffein entfernt. Das Wasser kann dann wieder zu den Bohnen gegeben und trocken verdampft werden, so dass der entkoffeinierte Kaffee seinen ursprünglichen Geschmack behält. Die Kaffeehersteller gewinnen das Koffein zurück und verkaufen es zur Verwendung in Erfrischungsgetränken und rezeptfreien Koffeintabletten weiter.
Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid: Überkritisches Kohlendioxid ist ein hervorragendes unpolares Lösungsmittel für Koffein und sicherer als die sonst verwendeten organischen Lösungsmittel. Das Extraktionsverfahren ist einfach: CO₂ wird bei einer Temperatur von über 31,1 °C und einem Druck von über 73 atm durch die grünen Kaffeebohnen gepresst. Unter diesen Bedingungen befindet sich das CO₂ in einem "überkritischen" Zustand: Es hat gasförmige Eigenschaften, die es ihm ermöglichen, tief in die Bohnen einzudringen, aber auch flüssigkeitsähnliche Eigenschaften, die 97-99 % des Koffeins auflösen. Das koffeinhaltige CO₂ wird dann mit Hochdruckwasser besprüht, um das Koffein zu entfernen. Das Koffein kann dann durch Aktivkohle adsorption (wie oben) oder durch Destillation, Umkristallisation oder Umkehrosmose isoliert werden.
Extraktion durch organische Lösungsmittel: Bestimmte organische Lösungsmittel wie Ethylacetat sind weit weniger gesundheits- und umweltschädlich als die früher verwendeten chlorierten und aromatischen organischen Lösungsmittel. Eine weitere Methode ist die Verwendung von Triglyceridölen, die aus gebrauchtem Kaffeesatz gewonnen werden. ⓘ

"Entkoffeinierte" Kaffees enthalten in vielen Fällen tatsächlich Koffein - einige im Handel erhältliche entkoffeinierte Kaffeeprodukte enthalten erhebliche Mengen. In einer Studie wurde festgestellt, dass entkoffeinierter Kaffee 10 mg Koffein pro Tasse enthält, verglichen mit etwa 85 mg Koffein pro Tasse bei normalem Kaffee. ⓘ

Nachweis in Körperflüssigkeiten

Koffein kann in Blut, Plasma oder Serum quantifiziert werden, um die Therapie bei Neugeborenen zu überwachen, eine Vergiftungsdiagnose zu bestätigen oder eine gerichtsmedizinische Todesfalluntersuchung zu erleichtern. Die Plasmakonzentration von Koffein liegt bei Kaffeetrinkern in der Regel im Bereich von 2-10 mg/L, bei Neugeborenen, die wegen Apnoe behandelt werden, im Bereich von 12-36 mg/L und bei Opfern einer akuten Überdosierung im Bereich von 40-400 mg/L. Die Koffeinkonzentration im Urin wird häufig bei Leistungssportprogrammen gemessen, wobei ein Wert von mehr als 15 mg/L in der Regel als Missbrauch angesehen wird. ⓘ

Analoge Substanzen

Es wurden einige analoge Substanzen entwickelt, die die Eigenschaften von Koffein entweder in Funktion oder Struktur oder in beiden nachahmen. Zu der letztgenannten Gruppe gehören die Xanthine DMPX und 8-Chlortheophyllin, das ein Bestandteil von Dramamin ist. Die Mitglieder einer Klasse von stickstoffsubstituierten Xanthinen werden häufig als potenzielle Alternativen zu Koffein vorgeschlagen. Viele andere Xanthinanaloga, die zur Klasse der Adenosinrezeptorantagonisten gehören, wurden ebenfalls erforscht. ⓘ

Einige andere Koffeinanaloga:

Dipropylcyclopentylxanthin
8-Cyclopentyl-1,3-dimethylxanthin
8-Phenyltheophyllin ⓘ

Ausfällung von Gerbstoffen

Koffein, wie auch andere Alkaloide wie Cinchonin, Chinin oder Strychnin, fällen Polyphenole und Gerbstoffe aus. Diese Eigenschaft kann für eine Quantifizierungsmethode genutzt werden. ⓘ

Natürliches Vorkommen

Geröstete Kaffeebohnen ⓘ

Es sind etwa dreißig Pflanzenarten bekannt, die Koffein enthalten. Häufige Quellen sind die "Bohnen" (Samen) der beiden kultivierten Kaffeepflanzen Coffea arabica und Coffea canephora (die Menge variiert, aber 1,3 % ist ein typischer Wert), der Kakaopflanze Theobroma cacao, die Blätter der Teepflanze und die Kolanüsse. Weitere Quellen sind die Blätter der Yaupon-Stechpalme, der südamerikanischen Stechpalme Yerba Mate und der amazonischen Stechpalme Guayusa sowie die Samen der Beeren des amazonischen Ahorns Guarana. In gemäßigten Klimazonen auf der ganzen Welt wurden koffeinhaltige Pflanzen angebaut, die nicht miteinander verwandt sind. ⓘ

Koffein in Pflanzen wirkt wie ein natürliches Pestizid: Es kann Raubinsekten, die sich von der Pflanze ernähren, lähmen und töten. Hohe Koffeingehalte finden sich in Kaffeesetzlingen, wenn sie ihr Laub entwickeln und keinen mechanischen Schutz haben. Außerdem ist der Koffeingehalt im Boden in der Umgebung der Kaffeepflanzen hoch, was die Keimung von Kaffeepflanzen in der Nähe hemmt, so dass die Sämlinge mit dem höchsten Koffeingehalt weniger Konkurrenten um die vorhandenen Überlebensressourcen haben. Koffein wird in Teeblättern an zwei Stellen gespeichert. Erstens in den Zellvakuolen, wo es mit Polyphenolen komplexiert ist. Dieses Koffein wird wahrscheinlich an die Mundwerkzeuge von Insekten abgegeben, um sie vom Pflanzenfressen abzuhalten. Zweitens in der Umgebung der Leitbündel, wo es wahrscheinlich pathogene Pilze daran hindert, in die Leitbündel einzudringen und diese zu besiedeln. Koffein im Nektar kann den Fortpflanzungserfolg der pollenproduzierenden Pflanzen verbessern, indem es das Belohnungsgedächtnis von Bestäubern wie Honigbienen steigert. ⓘ

Die unterschiedliche Wahrnehmung der Wirkung von Getränken, die aus verschiedenen koffeinhaltigen Pflanzen hergestellt werden, könnte darauf zurückzuführen sein, dass diese Getränke auch unterschiedliche Mischungen anderer Methylxanthinalkaloide enthalten, darunter die herzstimulierenden Stoffe Theophyllin und Theobromin, sowie Polyphenole, die mit Koffein unlösliche Komplexe bilden können. ⓘ

Produkte

Koffeingehalt in ausgewählten Lebensmitteln und Medikamenten ⓘ
Produkt	Portionsgröße	Koffein pro Portion (mg)	Koffein (mg/L)
Koffeintablette (normale Stärke)	1 Tablette	100	—
Koffeintablette (extra stark)	1 Tablette	200	—
Excedrin-Tablette	1 Tablette	65	—
Hershey's Special Dark (45% Kakaoanteil)	1 Tafel (43 g oder 1,5 Unzen)	31	—
Hershey's Vollmilchschokolade (11% Kakaoanteil)	1 Tafel (43 g oder 1,5 Unzen)	10	—
Perkolierter Kaffee	207 mL (7,0 US fl oz)	80–135	386–652
Tropfkaffee	207 mL (7,0 US fl oz)	115–175	555–845
Kaffee, entkoffeiniert	207 mL (7,0 US fl oz)	5–15	24–72
Kaffee, Espresso	44-60 mL (1,5-2,0 US fl oz)	100	1,691–2,254
Tee - schwarz, grün und andere Sorten, - 3 Min. ziehen lassen	177 Milliliter (6,0 US fl oz)	22–74	124–418
Guayakí Yerba Mate (loses Blatt)	6 g (0,21 Unzen)	85	ca. 358
Coca-Cola	355 Milliliter (12,0 US fl oz)	34	96
Mountain Dew	355 Milliliter (12,0 US fl oz)	54	154
Pepsi Null Zucker	355 Milliliter (12,0 US fl oz)	69	194
Guaraná Antarctica	350 mL (12 US fl oz)	30	100
Jolt Cola	695 mL (23,5 US fl oz)	280	403
Roter Stier	250 mL (8,5 US fl oz)	80	320
Milchgetränk mit Kaffeegeschmack	250 mL (8,5 US fl oz)	33–197	660–3290

Zu den koffeinhaltigen Produkten gehören Kaffee, Tee, Erfrischungsgetränke ("Cola"), Energydrinks, andere Getränke, Schokolade, Koffeintabletten, andere orale Produkte und Inhalationsprodukte. Laut einer Studie aus dem Jahr 2020 in den Vereinigten Staaten ist Kaffee die Hauptquelle für die Koffeinaufnahme bei Erwachsenen mittleren Alters, während Softdrinks und Tee die Hauptquellen bei Jugendlichen sind. Energydrinks werden von Jugendlichen häufiger als Koffeinquelle konsumiert als von Erwachsenen. ⓘ

Getränke

Kaffee

Die weltweit wichtigste Koffeinquelle ist die Kaffeebohne" (der Samen der Kaffeepflanze), aus der Kaffee gebrüht wird. Der Koffeingehalt im Kaffee ist je nach Art der Kaffeebohne und der Zubereitungsmethode sehr unterschiedlich; selbst Bohnen eines bestimmten Strauchs können unterschiedliche Konzentrationen aufweisen. Im Allgemeinen liegt der Koffeingehalt einer Portion Kaffee zwischen 80 und 100 Milligramm für einen einzelnen Schuss (30 Milliliter) Espresso der Sorte Arabica und etwa 100-125 Milligramm für eine Tasse (120 Milliliter) Filterkaffee. Arabica-Kaffee enthält in der Regel nur halb so viel Koffein wie die Sorte Robusta. Im Allgemeinen haben dunkel geröstete Kaffeesorten einen geringfügig niedrigeren Koffeingehalt als hellere Röstungen, da der Koffeingehalt der Bohne durch den Röstprozess um eine kleine Menge reduziert wird. ⓘ

Tee

Tee enthält in der Trockenmasse mehr Koffein als Kaffee. Eine typische Portion enthält jedoch viel weniger, da weniger von dem Produkt verwendet wird als bei einer entsprechenden Portion Kaffee. Zum Koffeingehalt tragen auch die Anbaubedingungen, die Verarbeitungstechniken und andere Variablen bei. So enthalten Tees unterschiedliche Mengen an Koffein. ⓘ

Tee enthält geringe Mengen Theobromin und einen etwas höheren Anteil an Theophyllin als Kaffee. Die Zubereitung und viele andere Faktoren haben einen erheblichen Einfluss auf den Tee, und die Farbe ist ein sehr schlechter Indikator für den Koffeingehalt. Tees wie der helle japanische Grüntee Gyokuro enthalten beispielsweise viel mehr Koffein als viel dunklere Tees wie Lapsang Souchong, der nur sehr wenig enthält. ⓘ

Erfrischungsgetränke und Energydrinks

Koffein ist auch ein häufiger Bestandteil von Erfrischungsgetränken wie Cola, das ursprünglich aus Kolanüssen hergestellt wird. Erfrischungsgetränke enthalten in der Regel 0 bis 55 Milligramm Koffein pro 12-Unzen-Portion. Im Gegensatz dazu enthalten Energydrinks, wie z. B. Red Bull, bis zu 80 mg Koffein pro Portion. Das Koffein in diesen Getränken stammt entweder aus den verwendeten Zutaten oder ist ein Zusatzstoff, der aus dem Produkt der Entkoffeinierung oder der chemischen Synthese stammt. Guarana, ein Hauptbestandteil von Energydrinks, enthält große Mengen an Koffein mit geringen Mengen an Theobromin und Theophyllin in einem natürlich vorkommenden, langsam freisetzenden Hilfsstoff. ⓘ

Andere Getränke

Mate ist ein in vielen Teilen Südamerikas beliebtes Getränk. Bei der Zubereitung werden die Blätter der südamerikanischen Stechpalme Yerba mate in einen Kürbis gefüllt, mit heißem, aber nicht kochendem Wasser übergossen und mit einem Strohhalm, der Bombilla, getrunken, der als Filter dient, um nur die Flüssigkeit und nicht die Yerba-Blätter aufzusaugen.
Guaraná ist ein aus Brasilien stammendes Erfrischungsgetränk, das aus den Samen der Guaraná-Frucht hergestellt wird.
Die Blätter von Ilex guayusa, dem ecuadorianischen Stechpalmenbaum, werden in kochendes Wasser gegeben, um einen Guayusa-Tee herzustellen.
Die Blätter von Ilex vomitoria, der Yaupon-Stechpalme, werden mit kochendem Wasser aufgegossen und ergeben einen Yaupon-Tee.
Kommerziell zubereitete Milchgetränke mit Kaffeegeschmack sind in Australien sehr beliebt. Beispiele hierfür sind Oak's Ice Coffee und Farmers Union Iced Coffee. Der Koffeingehalt in diesen Getränken kann sehr unterschiedlich sein. Die Koffeinkonzentration kann erheblich von den Angaben des Herstellers abweichen. ⓘ

Schokolade

Schokolade, die aus Kakaobohnen gewonnen wird, enthält eine geringe Menge an Koffein. Die schwach stimulierende Wirkung von Schokolade ist möglicherweise auf eine Kombination aus Theobromin und Theophyllin sowie Koffein zurückzuführen. Eine typische 28-Gramm-Portion Milchschokolade enthält etwa so viel Koffein wie eine Tasse koffeinfreier Kaffee. Zartbitterschokolade hat einen ein- bis zweifach höheren Koffeingehalt als Kaffee: 80-160 mg pro 100 g. Höhere Kakaoanteile wie z. B. 90 % ergeben etwa 200 mg pro 100 g, so dass eine 100-Gramm-Tafel Schokolade mit 85 % Kakaoanteil etwa 195 mg Koffein enthält. ⓘ

Tabletten

No-Doz 100 mg Koffeintabletten ⓘ

Tabletten bieten gegenüber Kaffee, Tee und anderen koffeinhaltigen Getränken mehrere Vorteile, darunter Bequemlichkeit, bekannte Dosierung und Vermeidung der gleichzeitigen Einnahme von Zucker, Säuren und Flüssigkeiten. Eine Einnahme von Koffein in dieser Form soll die geistige Wachheit verbessern. Diese Tabletten werden häufig von Studenten verwendet, die für ihre Prüfungen lernen, und von Menschen, die lange arbeiten oder Auto fahren. ⓘ

Andere orale Produkte

Ein US-amerikanisches Unternehmen vertreibt orale, auflösbare Koffeinstreifen. Eine weitere Möglichkeit der Einnahme ist SpazzStick, ein koffeinhaltiger Lippenbalsam. Alert Energy Caffeine Gum wurde 2013 in den Vereinigten Staaten eingeführt, aber nach der Ankündigung einer Untersuchung der FDA über die gesundheitlichen Auswirkungen von Koffein in Lebensmitteln freiwillig zurückgezogen. ⓘ

Inhalationsmittel

Es werden mehrere Produkte vermarktet, die Inhalatoren anbieten, die proprietäre Mischungen von Nahrungsergänzungsmitteln liefern, wobei Koffein ein Hauptbestandteil ist. Im Jahr 2012 richtete die FDA ein Warnschreiben an eines der Unternehmen, die diese Inhalatoren vermarkten, und äußerte ihre Besorgnis über den Mangel an Sicherheitsinformationen über inhaliertes Koffein. ⓘ

Kombinationen mit anderen Drogen

In einigen Getränken wird Alkohol mit Koffein kombiniert, um ein koffeinhaltiges alkoholisches Getränk herzustellen. Die stimulierende Wirkung des Koffeins kann die depressive Wirkung des Alkohols überdecken, so dass sich der Konsument seines Rauschzustandes möglicherweise nicht mehr bewusst ist. Derartige Getränke sind aufgrund von Sicherheitsbedenken verboten worden. Insbesondere die US-amerikanische Food and Drug Administration hat Koffein, das Malzlikörgetränken zugesetzt wird, als "unsicheren Lebensmittelzusatzstoff" eingestuft.
Ya ba enthält eine Kombination aus Methamphetamin und Koffein.
Schmerzmittel wie Propyphenazon/Paracetamol/Koffein kombinieren Koffein mit einem Analgetikum. ⓘ

Geschichte

Entdeckung und Verbreitung des Konsums

An old photo of a dozen old and middle-aged men sitting on the ground around a mat. A man in front sits next to a mortar and holds a bat, ready for grinding. A man opposite to him holds a long spoon.

Kaffeehaus in Palästina, um 1900 ⓘ

Einer chinesischen Legende zufolge entdeckte der chinesische Kaiser Shennong, der etwa 3000 v. Chr. regiert haben soll, versehentlich den Tee, als er feststellte, dass, wenn bestimmte Blätter in kochendes Wasser fielen, ein wohlriechendes und stärkendes Getränk entstand. Shennong wird auch in Lu Yus Cha Jing erwähnt, einem berühmten frühen Werk zum Thema Tee. ⓘ

Die frühesten glaubwürdigen Belege für das Kaffeetrinken oder die Kenntnis der Kaffeepflanze stammen aus der Mitte des fünfzehnten Jahrhunderts aus den Sufi-Klöstern des Jemen in Südarabien. Von Mokka aus verbreitete sich der Kaffee nach Ägypten und Nordafrika, und im 16. Jahrhundert hatte er den übrigen Nahen Osten, Persien und die Türkei erreicht. Vom Nahen Osten aus verbreitete sich der Kaffeegenuss nach Italien und dann in ganz Europa, und die Kaffeepflanzen wurden von den Holländern nach Ostindien und Amerika gebracht. ⓘ

Die Verwendung der Kolanuss scheint uralte Ursprünge zu haben. Sie wird in vielen westafrikanischen Kulturen sowohl im privaten als auch im gesellschaftlichen Bereich gekaut, um die Vitalität wiederherzustellen und Hungergefühle zu lindern. ⓘ

Die frühesten Belege für die Verwendung von Kakaobohnen stammen von Rückständen, die in einem alten Maya-Topf aus dem Jahr 600 v. Chr. gefunden wurden. Außerdem wurde Schokolade in einem bitteren und würzigen Getränk namens Xocolatl konsumiert, das oft mit Vanille, Chilipfeffer und Achiote gewürzt wurde. Man glaubte, dass Xocolatl gegen Müdigkeit hilft, was wahrscheinlich auf den Gehalt an Theobromin und Koffein zurückzuführen ist. Schokolade war im gesamten vorkolumbianischen Mesoamerika ein wichtiges Luxusgut, und Kakaobohnen wurden oft als Zahlungsmittel verwendet. ⓘ

Xocolatl wurde von den Spaniern nach Europa gebracht und war um 1700 ein beliebtes Getränk. Die Spanier führten den Kakaobaum auch in Westindien und auf den Philippinen ein. ⓘ

Die Blätter und Stängel der Yaupon-Stechpalme (Ilex vomitoria) wurden von den amerikanischen Ureinwohnern verwendet, um einen Tee zu brauen, der Asi oder "schwarzes Getränk" genannt wurde. Archäologen haben Beweise für diese Verwendung gefunden, die weit in die Antike zurückreichen, möglicherweise bis in die späte archaische Zeit. ⓘ

Chemische Identifizierung, Isolierung und Synthese

Pierre Joseph Pelletier ⓘ

1819 isolierte der deutsche Chemiker Friedlieb Ferdinand Runge zum ersten Mal relativ reines Koffein; er nannte es Kaffebase" (eine Base, die im Kaffee vorkommt). Nach Runges Angaben geschah dies auf Veranlassung von Johann Wolfgang von Goethe. Im Jahr 1821 wurde Koffein sowohl von dem französischen Chemiker Pierre Jean Robiquet als auch von einem anderen französischen Chemikerpaar, Pierre-Joseph Pelletier und Joseph Bienaimé Caventou, isoliert, wie der schwedische Chemiker Jöns Jacob Berzelius in seinem Jahrbuch schreibt. Außerdem erklärte Berzelius, dass die französischen Chemiker ihre Entdeckungen unabhängig von jeglicher Kenntnis der Arbeiten von Runge oder den beiden anderen gemacht hatten. Später erkannte Berzelius jedoch Runges Vorrang bei der Koffeinextraktion an und stellte fest "An dieser Stelle sollte jedoch nicht unerwähnt bleiben, dass Runge (in seinen Phytochemischen Entdeckungen, 1820, S. 146-147) dieselbe Methode anführte und Koffein unter dem Namen Caffeebase beschrieb, und zwar ein Jahr früher als Robiquet, dem die Entdeckung dieser Substanz gewöhnlich zugeschrieben wird, da er sie auf einer Versammlung der Pharmaziegesellschaft in Paris erstmals mündlich ankündigte." ⓘ

Pelletiers Artikel über Koffein war der erste, in dem der Begriff in gedruckter Form verwendet wurde (in der französischen Form Caféine, abgeleitet von dem französischen Wort für Kaffee: café). Er bestätigt den Bericht von Berzelius:

Koffein, Substantiv (feminin). Eine kristallisierbare Substanz, die 1821 von Herrn Robiquet im Kaffee entdeckt wurde. Zur gleichen Zeit - während sie nach Chinin im Kaffee suchten, weil Kaffee von mehreren Ärzten als fiebersenkendes Mittel angesehen wird und weil Kaffee zur gleichen Familie wie der Chinarindenbaum gehört - erhielten die Herren Pelletier und Caventou ihrerseits Koffein; aber weil ihre Forschungen ein anderes Ziel hatten und weil ihre Forschungen noch nicht abgeschlossen waren, überließen sie den Vorrang zu diesem Thema Herrn Robiquet. Wir wissen nicht, warum Herr Robiquet die Analyse des Kaffees, die er vor der Pharmazeutischen Gesellschaft vorgetragen hat, nicht veröffentlicht hat. Ihre Veröffentlichung hätte es uns ermöglicht, das Koffein besser bekannt zu machen und uns genaue Vorstellungen von der Zusammensetzung des Kaffees zu geben ... ⓘ

Robiquet war einer der ersten, der die Eigenschaften von reinem Koffein isolierte und beschrieb, während Pelletier der erste war, der eine Elementaranalyse durchführte. ⓘ

1827 isolierte M. Oudry "Théine" aus Tee, aber 1838 wurde von Mulder und Carl Jobst bewiesen, dass es sich bei Théine tatsächlich um dasselbe wie Koffein handelt. ⓘ

1895 gelang dem deutschen Chemiker Hermann Emil Fischer (1852-1919) die erste Synthese von Koffein aus seinen chemischen Bestandteilen (d. h. eine "Totalsynthese"), und zwei Jahre später leitete er auch die Strukturformel der Verbindung ab. Für diese Arbeit wurde Fischer 1902 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. ⓘ

Der in Grüntee und Schwarztee enthaltene Wirkstoff, in der Umgangssprache oft als „Tein“, „Thein“ oder „Teein“ bezeichnet, ist ebenfalls Coffein. Diese früher übliche Unterscheidung zwischen Coffein aus Kaffee und Tein aus Tee beruht auf der unterschiedlichen Freisetzung des Alkaloids im menschlichen Organismus: Coffein aus Kaffee ist an einen Chlorogensäure-Kalium-Komplex gebunden, der nach der Röstung und Kontakt mit der Magensäure sofort Coffein freisetzt und damit schnell wirkt. Coffein aus Tee hingegen ist an Polyphenole gebunden, wobei das Alkaloid erst im Darm freigesetzt wird. Die Wirkung tritt dann später ein und hält länger an. ⓘ

Die ersten medizinischen Anwendungen waren der Einsatz als Aufputschmittel (Stimulans) und Diuretikum sowie (wie schon Kaffee seit dem 18. Jahrhundert) als Medikament zur Behandlung von Atemstörungen bei Asthma bronchiale. Die atemanregende bzw. atemanaleptische und bronchienerweiternde Wirkung wurde 1912 von Jakob Pál beschrieben. ⓘ

Historische Vorschriften

Da man erkannte, dass Kaffee eine Verbindung enthielt, die als Stimulans wirkte, wurden zunächst Kaffee und später auch Koffein zuweilen reguliert. Im 16. Jahrhundert zum Beispiel verboten Islamisten in Mekka und im Osmanischen Reich Kaffee für bestimmte Bevölkerungsschichten. Karl II. von England versuchte 1676, ihn zu verbieten, Friedrich II. von Preußen verbot ihn 1777, und in Schweden wurde Kaffee zwischen 1756 und 1823 zu verschiedenen Zeiten verboten. ⓘ

1911 stand Koffein im Mittelpunkt einer der ersten dokumentierten Gesundheitsängste, als die US-Regierung 40 Fässer und 20 Kegs Coca-Cola-Sirup in Chattanooga, Tennessee, beschlagnahmte und behauptete, das Koffein in diesem Getränk sei "gesundheitsschädlich". Obwohl der Oberste Gerichtshof später in der Rechtssache United States v. Forty Barrels & Twenty Kegs of Coca-Cola zugunsten von Coca-Cola entschied, wurden 1912 im US-Repräsentantenhaus zwei Gesetzesvorlagen zur Änderung des Pure Food and Drug Act eingebracht, mit denen Koffein in die Liste der "gewohnheitsbildenden" und "schädlichen" Stoffe aufgenommen wurde, die auf dem Etikett eines Produkts aufgeführt werden müssen. ⓘ

Gesellschaft und Kultur

Vorschriften

Vereinigte Staaten

Die Food and Drug Administration (FDA) in den Vereinigten Staaten lässt derzeit nur Getränke mit einem Koffeingehalt von weniger als 0,02 % zu; Koffeinpulver, das als Nahrungsergänzungsmittel verkauft wird, ist jedoch nicht reguliert. Es ist gesetzlich vorgeschrieben, dass auf dem Etikett der meisten vorverpackten Lebensmittel eine Liste der Zutaten, einschließlich Lebensmittelzusatzstoffen wie Koffein, in absteigender Reihenfolge ihres Anteils angegeben werden muss. Es gibt jedoch keine gesetzlichen Bestimmungen, die eine quantitative Kennzeichnung von Koffein vorschreiben (z. B. Milligramm Koffein pro angegebener Portionsgröße). Es gibt eine Reihe von Lebensmittelzutaten, die von Natur aus Koffein enthalten. Diese Zutaten müssen in den Listen der Lebensmittelzutaten aufgeführt werden. Wie beim "Lebensmittelzusatzstoff Koffein" ist es jedoch nicht erforderlich, die quantitative Menge an Koffein in zusammengesetzten Lebensmitteln anzugeben, die Zutaten enthalten, die natürliche Koffeinquellen sind. Während Kaffee oder Schokolade allgemein als Koffeinquellen anerkannt sind, sind einige Zutaten (z. B. Guarana, Yerba Mate) wahrscheinlich weniger als Koffeinquellen anerkannt. Für diese natürlichen Koffeinquellen gibt es keine gesetzlichen Bestimmungen, die vorschreiben, dass auf dem Etikett eines Lebensmittels das Vorhandensein von Koffein oder die Menge des Koffeins angegeben werden muss. ⓘ

Verzehr

Der weltweite Verbrauch von Koffein wird auf 120.000 Tonnen pro Jahr geschätzt, was es zur weltweit beliebtesten psychoaktiven Substanz macht. Dies entspricht durchschnittlich einer Portion eines koffeinhaltigen Getränks pro Person und Tag. Der Koffeinkonsum ist zwischen 1997 und 2015 stabil geblieben. Kaffee, Tee und Erfrischungsgetränke sind die wichtigsten Koffeinquellen, während Energydrinks in allen Altersgruppen nur einen geringen Anteil an der gesamten Koffeinaufnahme haben. ⓘ

Religionen

Bis vor kurzem forderte die Kirche der Siebenten-Tags-Adventisten ihre Mitglieder auf, "auf koffeinhaltige Getränke zu verzichten", hat dies aber aus dem Taufgelübde gestrichen (empfiehlt aber nach wie vor den Verzicht als Grundsatz). Einige dieser Religionen sind der Meinung, dass man keine nicht-medizinische, psychoaktive Substanz konsumieren sollte, oder glauben, dass man keine Substanz konsumieren sollte, die süchtig macht. Die Kirche Jesu Christi der Heiligen der Letzten Tage hat sich in Bezug auf koffeinhaltige Getränke wie folgt geäußert: "In der Offenbarung der Kirche, in der die Gesundheitspraktiken beschrieben werden (Lehre und Bündnisse 89), wird die Verwendung von Koffein nicht erwähnt. Die Gesundheitsrichtlinien der Kirche verbieten alkoholische Getränke, das Rauchen oder Kauen von Tabak und 'heiße Getränke', womit nach der Lehre der Kirchenführer insbesondere Tee und Kaffee gemeint sind." ⓘ

Gaudiya Vaishnavas verzichten im Allgemeinen auch auf Koffein, weil sie glauben, dass es den Geist trübt und die Sinne überreizt. Um von einem Guru eingeweiht zu werden, muss man mindestens ein Jahr lang kein Koffein, Alkohol, Nikotin oder andere Drogen zu sich genommen haben. ⓘ

Koffeinhaltige Getränke werden von Muslimen heute häufig konsumiert. Im 16. Jahrhundert versuchten einige muslimische Behörden erfolglos, sie als verbotene "berauschende Getränke" gemäß den islamischen Speisegesetzen zu verbieten. ⓘ

Andere Organismen

Auswirkungen von Koffein auf Spinnennetze ⓘ

Das kürzlich entdeckte Bakterium Pseudomonas putida CBB5 kann von reinem Koffein leben und Koffein in Kohlendioxid und Ammoniak spalten. ⓘ

Koffein ist giftig für Vögel, Hunde und Katzen und hat eine ausgeprägte negative Wirkung auf Mollusken, verschiedene Insekten und Spinnen. Dies ist zumindest teilweise auf die schlechte Fähigkeit zurückzuführen, die Verbindung zu verstoffwechseln, was bei einer bestimmten Dosis pro Gewichtseinheit zu höheren Werten führt. Es wurde auch festgestellt, dass Koffein das Belohnungsgedächtnis von Honigbienen verbessert. ⓘ

Forschung

Koffein wurde zur Verdoppelung von Chromosomen in haploidem Weizen verwendet. ⓘ

Gewinnung

Coffein kann mittels Extraktion aus Teeblättern oder Kaffeebohnen, zum Beispiel mit einem Soxhlet-Aufsatz, gewonnen werden. Es fällt in großen Mengen bei der industriellen Entkoffeinierung von Kaffee an, wobei als Extraktionsmittel entweder Dichlormethan, Essigsäureethylester oder überkritisches Kohlenstoffdioxid verwendet werden. Daneben wird Coffein hauptsächlich mittels Traube-Synthese industriell hergestellt. ⓘ

Eigenschaften

Coffein ist ein Trivialname, der der Substanz wegen des Vorkommens in Kaffee gegeben wurde. Nach der systematischen IUPAC-Nomenklatur lautet die vollständige Bezeichnung 1,3,7-Trimethyl-2,6-purindion, eine Kurzform 1,3,7-Trimethylxanthin – nach der chemischen Ableitung des Coffeins vom Xanthin. Es gehört zur Gruppe der natürlich vorkommenden Purine (Purinalkaloide), genauso wie die strukturähnlichen Dimethylxanthine Theophyllin und Theobromin. ⓘ

3D-Modell des Coffein-Moleküls ⓘ

Die Struktur des Coffeins besteht aus einem Doppelring, an dem sich außen mehrere Substituenten befinden. Dieser Doppelring im Kern entspricht der Grundstruktur des Purins. Er besteht aus zwei Ringen, einem 6er- und einem 5er-Ring, die jeweils zwei Stickstoff-Atome enthalten. Außen findet man an C-2 und C-6 jeweils ein doppelt gebundenes Sauerstoff-Atom. Beim Coffein befindet sich an N-1, N-3 und N-7 noch jeweils eine Methylgruppe (-CH₃). Daneben gibt es noch das Isocoffein, bei dem eine der Methylgruppen nicht am N-7, sondern am N-9 hängt. Dem Theophyllin fehlt von den drei Methylgruppen die an N-7, dem Theobromin fehlt die an N-1. ⓘ

Reines Coffein ist unter normalen Bedingungen ein weißes, geruchloses, kristallines Pulver mit bitterem Geschmack. Coffein tritt in zwei enantiotrop polymorphen Kristallformen auf. Die bei Raumtemperatur stabile β-Form (Tieftemperaturform) wandelt sich bei 141 °C in die α-Form (Hochtemperaturform) um. Diese schmilzt bei 236 °C. Die Rückumwandlung von α- zur β-Form ist kinetisch gehemmt, so dass die α-Form über Wochen bei Raumtemperatur metastabil sein kann. Die Verbindung ist leicht sublimierbar (ab 178 °C). Die Löslichkeit ist temperaturabhängig:

Reines Coffein ⓘ

Coffein-Kristalle nach Umkristallisation aus reinem Ethanol ⓘ

Löslichkeit des Coffeins ⓘ
Wasser	bei Normaltemperatur	021,74 g·l⁻¹
Wasser	bei 80 °C	181,82 g·l⁻¹
Ethanol	bei Normaltemperatur	015,15 g·l⁻¹
Ethanol	bei 60 °C	045,45 g·l⁻¹
Aceton		020,00 g·l⁻¹
Chloroform		181,82 g·l⁻¹

Coffein bildet bei Kristallisation aus Wasser ein kristallines Hydrat in Form langer Nadeln. Stöchiometrisch enthält das Hydrat im Kristallgitter 0,8 mol Wasser pro Mol Coffein. ⓘ

Xanthinderivate wie das Coffein werden als schwache Basen bezeichnet, da sie Protonen über ihre Stickstoffatome aufnehmen können. Dennoch sind Lösungen von Xanthinderivaten nicht alkalisch. Xanthinderivate werden zu den Alkaloiden gezählt. Als Alkaloide werden generell alle physiologisch wirksamen, niedermolekularen stickstoffhaltigen Verbindungen, insbesondere pflanzlicher Natur, bezeichnet. ⓘ

Das neben der Coffeinbase pharmazeutisch ebenfalls verwendete Coffeincitrat, ein Coffein-Citronensäure-Gemisch (ASK, Nomenklatur nach IUPAC: 1,3,7-Trimethyl-3,7-dihydro-2H-purin-2,6-dion + 2-Hydroxypropan-1,2,3-tricarbonsäure) hat die Summenformel C₁₄H₁₈N₄O₉, eine molare Masse von 386,31 g·mol⁻¹ und die CAS-Nummer 69-22-7. Es ist ein weißes kristallines Pulver, löslich 1:4 in heißem Wasser (Dissoziation), 1:25 in Ethanol 96 %. ⓘ

Pharmakologische Wirkungen

Die wesentlichen Wirkungen des Coffeins sind:

Anregung des Zentralnervensystems
Erhöhung der Kontraktionskraft des Herzens
Steigerung der Herzfrequenz (Pulssteigerung)
Bronchialerweiterung (Bronchodilatation)
Schwach harntreibende (diuretische) Wirkung durch Hemmung der Rückresorption von Wasser aus dem Primärharn
Wirkung auf Blutgefäße: Auf Gefäße im Gehirn wirkt Coffein verengend, auf solche in der Peripherie erweiternd
Geringfügige Erhöhung des Blutdrucks
Anregung der Peristaltik des Darmes
Hemmung der Muskelkontraktionen in den Wänden der weiblichen Eileiter und somit Behinderung der Passage von befruchteten Eizellen in die Gebärmutter, mit der möglichen Folge einer verzögerten Empfängnis der Frau
Aktivierung der intrazellulären Adenylcyclase und damit Steigerung der intrazellulären Konzentration von cAMP dadurch
- Förderung der Glycogenolyse und Lipolyse
- Steigerung der Magensäureproduktion ⓘ

Vergleich von Abhängigkeitspotential und Verhältnis zwischen üblicher und tödlicher Dosis verschiedener psychoaktiver Substanzen, darunter Koffein (nach R. S. Gable) ⓘ

Coffein hat zwar ein relativ breites Wirkungsspektrum, doch ist es in geringen Dosen in erster Linie ein Stimulans. Darunter versteht man im Allgemeinen eine Substanz mit anregender Wirkung auf die Psyche, die Antrieb sowie Konzentration steigert und Müdigkeitserscheinungen beseitigt. Es wird eine anregende von einer erregenden Wirkung des Coffeins unterschieden, wobei für letztere eine höhere Dosis erforderlich ist. Bei niedriger Dosierung tritt fast ausschließlich die zentral anregende Wirkung des Coffeins hervor, es werden also vor allem psychische Grundfunktionen wie Antrieb und Stimmung beeinflusst. Durch eine höhere Dosis kommt es auch zu einer Anregung von Atemzentrum und Kreislauf. ⓘ

Während höhere Coffeinkonzentrationen auch die motorischen Gehirnzentren beeinflussen, wirkt das Coffein in geringeren Konzentrationen hauptsächlich auf die sensorischen Teile der Hirnrinde. Aufmerksamkeit und Konzentrationsvermögen werden dadurch erhöht; die Steigerung von Speicherkapazität und Fixierung (mnestische Funktionen) erleichtert den Lernprozess. Mit der Beseitigung von Ermüdungserscheinungen verringert sich das Schlafbedürfnis. Die Erhöhung des Blutdrucks ist gering und verschwindet bei längerfristiger Einnahme; ein Effekt kann erst wieder beobachtet werden, nachdem die Coffeineinnahme mindestens 24 h abgesetzt wurde. Verursacht wird die milde Blutdruckerhöhung durch die zentralnervöse Stimulierung (Erregung des vasomotorischen Zentrums); dem wirkt eine gleichzeitige Senkung durch die Herabsetzung des peripheren Widerstandes kompensatorisch entgegen. Die Stimmung kann sich bis zu leichter Euphorie steigern. Infolge von Assoziationsbahnung verkürzen sich die Reaktionszeiten, was zu einer Beschleunigung des psychischen Tempos führt. Gleichzeitig kommt es zu einer – nur minimalen – Verschlechterung der Geschicklichkeit, speziell bei Aufgaben, die exaktes Timing oder komplizierte visuomotorische Koordination erfordern. Das breite Wirkungsspektrum verdankt Coffein mehreren Wirkungskomponenten, die auf molekularer Ebene in bestimmte Zellvorgänge eingreifen. Coffein kann die Blut-Hirn-Schranke fast ungehindert passieren und entfaltet seine anregende Wirkung hauptsächlich im Zentralnervensystem. ⓘ

Einer neuen Studie nach sollte Coffein nicht nur die Konzentrationsfähigkeit steigern, die Vigilanz und Aufmerksamkeit verbessern und die Geschwindigkeit von Denkprozessen erhöhen, sondern auch das Langzeitgedächtnis verbessern. ⓘ

Coffein in Genussmitteln, wie z. B. in Schwarztee oder Cola, kann insbesondere für Kinder problematisch sein: So können z. B. drei Dosen Cola (je nach Quelle 65–250 mg bzw. 150–350 mg in 990 ml) ungefähr soviel Coffein wie zwei Tassen Kaffee enthalten (je nach Quelle 100–240 mg oder 160–240 mg Coffein in 250 ml Filterkaffee). Ein dreißig Kilogramm schweres Kind kann so auf eine Konzentration von 5–12 Milligramm Coffein pro Kilogramm Körpergewicht kommen; eine Dosis, die ausreicht, Nervosität und Schlafstörungen zu verursachen. ⓘ

Coffein stand von 1984 bis 2004 auf der Dopingliste des Internationalen Olympischen Komitees, allerdings waren die Grenzwerte so hoch, dass Sportler durchaus Kaffee zum Frühstück trinken konnten. Dennoch wurde am 25. Juli 2000 der spanische Radprofi Óscar Sevilla (Team Kelme) „positiv“ auf Coffein getestet und daraufhin von seinem Verband von der Straßen-Weltmeisterschaft ausgeschlossen. Die World Anti-Doping Agency hat mit Wirkung zum 1. Januar 2004 das Stimulans Coffein von der Liste der verbotenen Substanzen gestrichen. Pasman u. a. (1995) verglichen die Auswirkungen von 0, 5, 9 bzw. 13 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht eine Stunde vor Belastung und stellten fest, dass alle Dosierungen größer als 0 eine signifikante leistungssteigernde Wirkung im Radfahrtest (80 % Wmax) hatten. Die niedrigste Dosierung lag unterhalb der Festsetzungsgrenze als Doping. Im Pferdesport ist Coffein als Dopingmittel verboten. ⓘ

Die Eliminationshalbwertszeit beträgt beim Erwachsenen ca. 5 Stunden, bei Schwangeren ist sie deutlich verlängert. Verschiedene Medikamente können die Eliminationshalbwertszeit in beide Richtungen beeinflussen. Umgekehrt kann Coffein die Eliminationshalbwertszeit von Medikamenten beeinflussen. ⓘ

Die orale LD₅₀ für eine Ratte liegt bei 381 Milligramm pro Kilogramm. Bei Menschen liegt die letale Dosis bei ungefähr 10 Gramm Coffein (5–30 g), was etwa 100 Tassen Kaffee entspricht. ⓘ

Coffein hat erheblichen Einfluss auf Spinnen, was sich in ihrer Netzarchitektur niederschlägt. Oben das Netz einer unbehandelten Spinne, unten das einer unter Coffeineinfluss stehenden. ⓘ

Überdosierung

Bei Überdosierung (Dosen von über 1 g beim erwachsenen Menschen) treten Angst- sowie Erregungserscheinungen, stark beschleunigter Puls und Extrasystolen auf; zur Therapie können Kohletabletten, Verapamil und Diazepam gegeben werden. ⓘ

In sehr hoher Konzentration (ab etwa 10 mM im Zellaußenraum) setzt Coffein Calcium²⁺-Ionen aus dem Endoplasmatischen Retikulum (ER) frei. Das geschieht durch seine spezifische Bindung an Ryanodin-Rezeptoren. Aufgrund dieser Eigenschaft wird Coffein in der physiologischen Forschung verwendet. Die benötigte Dosis übersteigt die letale Dosis von Säugetieren bei weitem, deshalb wird Coffein nur bei in vitro-Experimenten eingesetzt. ⓘ

Wechselwirkungen

Es gibt u. a. Wechselwirkungen mit Arzneistoffen. Dies ist bei allen Untersuchungen entsprechend zu berücksichtigen. Eine Studie der EFSA (Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit) wies zum Beispiel darauf hin, dass nur der Konsum coffeinhaltiger Getränke untersucht wurde und nicht die Wirkung von Coffeinzusätzen in Lebensmitteln. Mit kohlensäurehaltigen Getränken wird Coffein rascher aufgenommen. Coffein verstärkt die herzfrequenzsteigernde Wirkung von Sympathomimetika. Es wirkt beruhigenden Wirkstoffen wie Antihistaminika und Barbituraten entgegen. Es verstärkt die schmerzstillende Wirkung von Paracetamol und Acetylsalicylsäure. Disulfiram und Cimetidin reduzieren den Coffeinabbau im Körper. Rauchen sowie Barbiturate beschleunigen den Coffeinabbau im Körper. Die Ausscheidung von Theophyllin wird durch Coffein verringert. Bei gleichzeitiger Einnahme von Antibiotika der Gruppe Gyrasehemmer (Chinolon-Antibiotika) ist eine mögliche Verzögerung der Ausscheidung von Coffein und seinem Abbauprodukt Paraxanthin gegeben. Coffein kann eine mögliche Abhängigkeit von Substanzen vom Typ Ephedrin erhöhen. ⓘ

Pharmakoepidemiologische Untersuchungen

Zur Pharmakoepidemiologie des Coffeins liegen Untersuchungen zum Einfluss des Coffeins auf den Blut-Lipidstatus aus nationalen Untersuchungen in der Bevölkerung der Bundesrepublik Deutschland vor. Unter anderem konnte eine Erhöhung der Triglyceride im Blutserum bei Probanden mit einem Gebrauch coffeinhaltiger Arzneimittel nachgewiesen werden. Auch zum Coffein-Einfluss auf den Glucose- und Magnesium-Gehalt des Serums wurden Ergebnisse veröffentlicht. Danach wurden höhere Glucosespiegel und erniedrigte Magnesiumspiegel in Seren von Probanden gemessen, die coffeinhaltige Arzneimittel verwendeten. ⓘ

Mutagene Wirkung bei niederen Organismen

Auf Bakterien, Pilze und Algen kann Coffein mutagen wirken; dies wird vermutlich durch Hemmung von Reparaturmechanismen der DNA bei diesen Lebewesen verursacht. Bei höheren Tieren oder dem Menschen konnte eine solche Wirkung bisher nicht nachgewiesen werden. ⓘ

Analytik

Zur Analytik des Coffeins werden chromatographische Verfahren bevorzugt. Insbesondere die Gaschromatographie, die HPLC und Kopplungen dieser Trenntechniken mit der Massenspektrometrie sind in der Lage, die geforderte Spezifität und Sensitivität bei der Analytik komplexer Matrices in der physiologischen Forschung und in der lebensmittelchemischen Analytik zu gewährleisten. In der pharmazeutischen Analytik wird auch die Dünnschichtchromatographie zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Coffein eingesetzt. Auch Enzymimmunoassays (EIA) für die Routineanalytik von Serum- oder Harnproben stehen zur Verfügung. Die damit erzielten Ergebnisse können in Zweifelsfällen durch GC-MS- oder HPLC-MS-Verfahren überprüft werden. ⓘ