กาเฟอีน

กาเฟอีน (ฝรั่งเศส: caféine) เป็นสารแซนทีนอัลคาลอยด์ ซึ่งสามารถพบได้ในอาหารหลายชนิดได้แก่ เมล็ดกาแฟ, ชา, โคล่า กาเฟอีนถือว่าเป็นยากำจัดศัตรูพืชโดยธรรมชาติ เพราะมันออกฤทธิ์ทำให้อัมพาต และสามารถฆ่าแมลงบางชนิดได้ กาเฟอีนยังมีฤทธิ์กระตุ้นระบบประสาทส่วนกลาง ทำให้ร่างกายเกิดความตื่นตัวและลดความง่วงได้ เครื่องดื่มหลายชนิดมีกาเฟอีนเป็นส่วนผสม เช่นในกาแฟ น้ำชา น้ำอัดลม รวมทั้งเครื่องดื่มชูกำลัง ด้วยเหตุนี้จึงทำให้กาเฟอีนเป็นสารกระตุ้นประสาทที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในโลก

กาเฟอีน
ชื่อตาม IUPAC	1,3,7-trimethyl- 1H-purine- 2,6(3H,7H)-dione
ชื่ออื่น	1,3,7-trimethylxanthine, trimethylxanthine, theine, methyltheobromine
เลขทะเบียน
เลขทะเบียน CAS	[58-08-2]^[CAS]
RTECS number	EV6475000
SMILES	C[n]1cnc2N(C)C(=O)N(C)C(=O)c12
ChemSpider ID	2424
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	C8H10N4O2
มวลต่อหนึ่งโมล	194.191 g·mol^−1
ลักษณะทางกายภาพ	Odorless, white needles or powder
ความหนาแน่น	1.23 g·cm^−3, solid
จุดหลอมเหลว	227-228 °C (anhydrous) 234-235 °C (monohydrate)
จุดเดือด	178 °C (sublimes)
ความสามารถละลายได้ ใน น้ำ	21.7 mg·mL^−1 (25 °C) 180 mg·mL^−1 (80 °C) 670 mg·mL^−1 (100 °C)
pKa	−0.13 – 1.22
Dipole moment	3.64 D (calculated)
ความอันตราย
MSDS	External MSDS
อันตรายหลัก	May be fatal if inhaled, swallowed or absorbed through the skin.
NFPA 704	1 2 0
จุดวาบไฟ	N/A
LD50	192 mg/kg (rat, oral)
หากมิได้ระบุเป็นอื่น ข้อมูลข้างต้นนี้คือข้อมูลสาร ณ ภาวะมาตรฐานที่ 25 °C, 100 kPa
สถานีย่อย:เคมี

แหล่งของกาเฟอีน

เมล็ดกาแฟจัดเป็นพืชที่เป็นแหล่งของกาเฟอีนที่ใหญ่ที่สุด ปริมาณกาเฟอีนที่อยู่ในกาแฟจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลักสองประการ คือชนิดของเมล็ดกาแฟที่เป็นแหล่งผลิต และกรรมวิธีในการเตรียมกาแฟ เช่น เมล็ดกาแฟที่คั่วจนเป็นสีเข้มจะมีปริมาณกาเฟอีนน้อยกว่าเมล็ดที่คั่วไม่นาน เนื่องจากกาเฟอีนสามารถสลายตัวไปได้ระหว่างการคั่ว และกาแฟพันธุ์อาราบิกาจะมีปริมาณกาเฟอีนน้อยกว่ากาแฟพันธุ์โรบัสตา เป็นต้น โดยทั่วไปกาแฟเอสเปรสโซจากเมล็ดกาแฟพันธุ์อาราบิกาจะมีกาเฟอีนประมาณ 40 มิลลิกรัม นอกจากนี้ในเมล็ดกาแฟยังพบอนุพันธุ์ของกาเฟอีน คือธีโอฟิลลีน (Theophyllin) ในปริมาณเล็กน้อยอีกด้วย

ใบชายังเป็นแหล่งของกาเฟอีนที่สำคัญอีกแหล่งหนึ่ง พบว่าจะมีกาเฟอีนมากกว่ากาแฟในปริมาณเดียวกัน แต่วิธีชงดื่มของชานั้น ทำให้ปริมาณกาเฟอีนลดลงไปมาก แต่ชาจะมีปริมาณของธีโอฟิลลีนอยู่มาก และพบอนุพันธุ์อีกชนิดของกาเฟอีน คือธีโอโบรมีน (Theobromine) อยู่เล็กน้อยด้วย ชนิดของใบชาและกระบวนวิธีการเตรียมก็เป็นปัจจัยสำคัญของกาเฟอีนในน้ำชาเช่นเดียวกับในกาแฟ เช่นในชาดำและชาอูหลงจะมีกาเฟอีนมากกว่าในชาชนิดอื่นๆ อย่างไรก็ตาม สีของน้ำชาไม่ได้เป็นลักษณะบ่งชี้ถึงปริมาณกาเฟอีนในน้ำชา เช่นในชาเขียวญี่ปุ่นซึ่งจะมีปริมาณกาเฟอีนสูงกว่าชาดำบางชนิด

ช็อคโกแลตซึ่งผลิตมาจากเมล็ดโกโก้ก็เป็นแหล่งของกาเฟอีนเช่นเดียวกัน แต่ในปริมาณที่น้อยกว่าเมล็ดกาแฟและใบชา แต่เนื่องจากในเมล็ดโกโก้มีสารธีโอฟิลลีนและธีโอโบรมีนอยู่มาก จึงมีฤทธิ์อ่อนๆในการกระตุ้นประสาท อย่างไรก็ตาม ปริมาณของสารดังกล่าวนี้ก็ยังน้อยเกินไปที่จะให้เกิดผลกระตุ้นประสาทเช่นเดียวกับกาแฟในปริมาณที่เท่ากัน

น้ำอัดลมและเครื่องดื่มชูกำลังเป็นเครื่องดื่มที่พบกาเฟอีนได้มากเช่นเดียวกัน น้ำอัดลมทั่วไปจะมีกาเฟอีนประมาณ 10-50 มิลลิกรัมต่อหนึ่งหน่วยบริโภค ขณะที่เครื่องดื่มชูกำลัง เช่นกระทิงแดง จะมีกาเฟอีนอยู่มากถึง 80 มิลลิกรัมต่อหนึ่งหน่วยบริโภค กาเฟอีนที่ผสมอยู่ในเครื่องดื่มเหล่านี้อาจมาจากพืชที่เป็นแหล่งผลิต แต่ส่วนใหญ่จะได้จากกาเฟอีนที่สกัดออกระหว่างการผลิตกาแฟพร่องกาเฟอีน (decaffeinated coffee)

สถานะทางเคมี

กาเฟอีน เป็นสารอัลคาลอยด์ซึ่งจัดอยู่ในตระกูลเมทิลแซนทีน ซึ่งอยู่ในตระกูลเดียวกันกับสารประกอบธีโอฟิลลีน และ ธีโอโบรมีน ในสถานะบริสุทธิ์ จะมีสีขาวเป็นผง และมีรสขมจัด สูตรทางเคมีคือ C₈H₁₀N₄O₂,

เมแทบอลิซึมและเภสัชวิทยา

กาเฟอีนจัดเป็นสารกระตุ้นระบบประสาทส่วนกลางและเมแทบอลิซึมหรือกลไกการเผาผลาญสารอาหารในร่างกาย เพื่อลดความง่วง ความเหนื่อยล้า และจะส่งผลกระตุ้นเส้นประสาท โดยมีการปล่อยโปแตสเซียมและแคลเซียม เข้าสู่เซลล์ประสาท เพิ่มการตื่นตัวของร่างกาย โดยในระบบประสาท กาเฟอีนจะไปกระตุ้นการทำงานในระดับสูงของสมอง เพื่อเพิ่มความกระปรี้กระเปร่า ทำให้กลไกการคิดรวดเร็วและมีสมาธิมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ร่างกายมีกระบวนการต่างๆในการแปรรูปกาเฟอีนที่ได้รับมาเป็นสารอนุพันธุ์ชนิดอื่นซึ่งมีฤทธิ์ต่างๆกัน ซึ่งกล่าวถึงในหัวข้อถัดไป

เมแทบอลิซึม

 

กาเฟอีนถูกแปรสภาพโดนเอนไซม์ในตับ ได้เป็นอนุพันธุ์ของกาเฟอีนสามชนิด คือ พาราแซนทีน (84%), ธีโอโบรมีน (12%), and ธีโอฟิลลีน (4%)

กาเฟอีนจะถูกดูดซึมที่กระเพาะอาหารและลำไส้เล็กภายใน 45 นาทีหลังจากการบริโภค หลังจากนั้นจะถูกนำเข้ากระแสเลือดและลำเลียงไปทั่วร่างกาย ครึ่งชีวิตของกาเฟอีนในร่างกาย หรือเวลาที่ร่างกายใช้ในการกำจัดกาเฟอีนในปริมาณครึ่งหนึ่งของที่บริโภค จะแตกต่างกันไปในแต่ละบุคคลโดยมีปัจจัยต่างๆ เช่นอายุ ระดับการทำงานของตับ ภาวะตั้งครรภ์และการใช้ยาอื่นร่วมด้วย ในผู้ใหญ่ปกติจะมีครึ่งชีวิตของกาเฟอีนประมาณ 3-4 ชั่วโมง ในขณะที่หญิงที่ทานยาคุมกำเนิดและหญิงตั้งครรภ์อาจมีครึ่งชีวิตของกาเฟอีนประมาณ 5-10 ชั่วโมง และ 9-11 ชั่วโมง . ตามลำดับ ในผู้ป่วยโรคตับระยะรุนแรง อาจมีการสะสมของกาเฟอีนในร่างกายได้นานถึง 96 ชั่วโมง. สำหรับในทารกและเด็กจะมีครึ่งชีวิตของกาเฟอีนที่นานกว่าผู้ใหญ่ พบว่าในทารกแรกเกิดจะมีครึ่งชีวิตของกาเฟอีนประมาณ 30 ชั่วโมง กาเฟอีนจะถูกเปลี่ยนแปลงสภาพที่ตับ โดยอาศัยการทำงานของเอนไซม์ ไซโตโครม พี 450 ออกซิเดส (Cytochrome P450 oxidase) ซึ่งเอนไซม์นี้จะเปลี่ยนกาเฟอีนให้เป็นอนุพันธุ์สามชนิด คือ

• พาราแซนทีน (Paraxanthine) มีผลในการสลายไขมัน เพิ่มปริมาณของกลีเซอรอลและกรดไขมันในกระแสเลือด
• ธีโอโบรมีน (Theobromine) มีผลในการขยายหลอดเลือด และเพิ่มปริมาณของปัสสาวะ
• ธีโอฟิลลีน (Theophylline) มีผลทำให้กล้ามเนื้อเรียบที่อยู่ล้อมรอบหลอดลมปอดคลายตัว จึงทำให้หลอดลมขยายตัวมากขึ้น

อนุพันธุ์ทั้งสามชนิดนี้จะถูกแปรสภาพต่อไป และขับออกทางปัสสาวะในที่สุด

การออกฤทธิ์

เนื่องจากกาเฟอีนเป็นสารในกลุ่มแซนทีนแอลคาลอยด์ที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับแอดิโนซีน (Adenosine) ซึ่งเป็นสารสื่อประสาทชนิดหนึ่งในสมอง โมเลกุลของกาเฟอีนจึงสามารถจับกับตัวรับแอดิโนซีน (adenosine receptor) ในสมองและยับยั้งการทำงานของแอดิโนซีนได้ ผลโดยรวมคือทำให้มีการเพิ่มการทำงานของสารสื่อประสาทโดปามีน (dopamine) ซึ่งทำให้สมองเกิดการตื่นตัว นอกจากนี้พบว่าอาจจะมีการเพิ่มปริมาณของซีโรโทนิน (serotonin) ซึ่งมีผลต่ออารมณ์ของผู้บริโภค ทำให้รู้สึกพึงพอใจและมีความสุขมากขึ้น อย่างไรก็ตาม กาเฟอีนมิได้ลดความต้องการนอนหลับของสมอง เพียงแต่ลดความรู้สึกเหนื่อยล้าลงเท่านั้น

อย่างไรก็ดี สมองจะมีการตอบสนองต่อกาเฟอีนโดยการเพิ่มปริมาณของตัวรับแอดิโนซีน ทำให้ฤทธิ์ของกาเฟอีนในการบริโภคครั้งต่อไปลดลง เราเรียกภาวะนี้ว่าภาวะทนต่อกาเฟอีน (caffeine tolerance) และทำให้ผู้บริโภคต้องการกาเฟอีนมากขึ้นเพื่อให้เกิดผลต่อร่างกาย ผลอีกประการที่เกิดจากการที่สมองเพิ่มปริมาณของตัวรับแอดิโนซีน นั่นคือทำให้ร่างกายไวต่อปริมาณแอดิโนซีนที่ผลิตตามปกติมากขึ้น เมื่อหยุดการบริโภคกาเฟอีนในทันที จะทำให้เกิดผลข้างเคียงคืออาการปวดศีรษะและรู้สึกคลื่นไส้อาเจียน ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ร่างกายตอบสนองต่อแอดิโนซีนมากเกินไปนั่นเอง นอกจากนี้ ในผู้ที่หยุดบริโภคกาเฟอีนจะทำให้ปริมาณของโดปามีนและซีโรโทนินลดลงในทันที ส่งผลให้สูญเสียสมาธิและความตั้งใจ รวมทั้งอาจเกิดอาการซึมเศร้าอย่างอ่อนๆได้ อาการดังกล่าวนี้จะเกิดขึ้นประมาณ 12-24 ชั่วโมงหลังจากการหยุดบริโภคกาเฟอีน แต่จะหายไปได้เองภายใน 2-3 วัน อาการของการอดกาเฟอีนดังกล่าวสามารถบรรเทาได้โดยการใช้ยาแอสไพริน หรือการได้รับกาเฟอีนในปริมาณน้อย

ภาวะเสพติดกาเฟอีน และภาวะพิษกาเฟอีน

การบริโภคกาเฟอีนปริมาณมากเป็นเวลานาน อาจนำไปสู่ภาวะเสพติดกาเฟอีน (caffeinism) ซึ่งจะปรากฏอาการต่างๆทั้งทางร่างกายและทางจิตใจ เช่น กระสับกระส่าย วิตกกังวล กล้ามเนื้อกระตุก นอนไม่หลับ ใจสั่น เป็นต้น นอกจากนี้การบริโภคกาเฟอีนเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดแผลในกระเพาะอาหาร ลำไส้เล็กอักเสบ และโรคน้ำย่อยไหลย้อนกลับ (gastroesophageal reflux disease)

ในผู้ที่บริโภคกาเฟอีนปริมาณมากๆในเวลาเดียว (มากกว่า 400 มิลลิกรัม) อาจทำให้ระบบประสาทส่วนกลางถูกกระตุ้นมากเกินไป ภาวะนี้เรียกว่าภาวะพิษกาเฟอีน (caffeine intoxication) ซึ่งจะทำให้เกิดอาการกระสับกระส่าย นอนไม่หลับ ความคิดและการพูดสับสน หน้าแดง ปัสสาวะมากผิดปกติ ปวดท้อง หัวใจเต้นแรง ในกรณีที่ได้รับในปริมาณสูงมาก (150-200 มิลลิกรัมต่อน้ำหนักร่างกาย 1 กิโลกรัม) อาจทำให้ถึงแก่ชีวิตได้ การรักษาผู้ที่เกิดภาวะพิษกาเฟอีนโดยทั่วไปจะเป็นการรักษาตามอาการที่เกิด แต่หากผู้ป่วยมีปริมาณกาเฟอีนในเลือดสูงมาก อาจต้องได้รับการล้างท้องหรือฟอกเลือด

อ้างอิง

1. This is the pKa for protonated caffeine, given as a range of values included in Harry G. Brittain, Richard J. Prankerd (2007). Profiles of Drug Substances, Excipients and Related Methodology, volume 33: Critical Compilation of Pka Values for Pharmaceutical Substances. Academic Press. ISBN 012260833X.
2. Peters JM (1967). . The Journal of Clinical Pharmacology and the Journal of New Drugs. 7 (3): 131–141. doi:10.1002/j.1552-4604.1967.tb00034.x. คลังข้อมูลเก่า เก็บจาก แหล่งเดิม เมื่อ 12 มกราคม 2012. Unknown parameter |deadurl= ignored (help)
3. ราชบัณฑิตยสถาน. พจนานุกรม ฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. ๒๕๕๔. กรุงเทพฯ : ราชบัณฑิตยสถาน, 2556, หน้า 113.
4. Nehlig, A (1992 May-Aug). "Caffeine and the central nervous system: Mechanisms of action, biochemical, metabolic, and psychostimulant effects". Brain Res Brain Res Rev. 17 (2): 139–70. PMID 1356551. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help); Check date values in: |date= (help)
5. Meyer, FP (1991). "Time course of inhibition of caffeine elimination in response to the oral depot contraceptive agent Deposiston. Hormonal contraceptives and caffeine elimination". Zentralbl Gynakol. 113 (6): 297–302. PMID 2058339. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
6. Ortweiler, W (1985). "Determination of caffeine and metamizole elimination in pregnancy and after delivery as an in vivo method for characterization of various cytochrome p-450 dependent biotransformation reactions". Biomed Biochim Acta. 44 (7–8): 1189–99. PMID 4084271. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
7. Bolton, Ph.D., Sanford (1981). "Caffeine: Psychological Effects, Use and Abuse" (PDF). Orthomolecular Psychiatry. 10 (3): 202–211. สืบค้นเมื่อ 2010-07-02. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
8. "Caffeine". The Pharmacogenetics and Pharmacogenomics Knowledge Base. สืบค้นเมื่อ 2006-08-14.
9. Fisone G, G (2004 Apr). "Caffeine as a psychomotor stimulant: mechanism of action". Cell Mol Life Sci. 61 (7–8): 857–72. PMID 15095008. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help); Check date values in: |date= (help)^{[ลิงก์เสีย]}
10. Green, RM (Jan 1986). "Chronic caffeine ingestion sensitizes the A1 adenosine receptor-adenylate cyclase system in rat cerebral cortex". J Clin Invest. 77 (1): 222–227. PMID 3003150. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
11. Sawynok, J (Jan 1995). "Pharmacological rationale for the clinical use of caffeine". Drugs. 49 (1): 37–50. PMID 7705215. |access-date= requires |url= (help)
12. "Caffeine-related disorders". Encyclopedia of Mental Disorders. สืบค้นเมื่อ 2006-08-14.
13. "Gastroesophageal Reflux Disease (GERD)". Cedars-Sinai. สืบค้นเมื่อ 2006-08-14.
14. Mrvos, RM (Dec 1989). "Massive caffeine ingestion resulting in death". Vet Hum Toxicol. 31 (6): 571–2. PMID 2617841. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)

• วารสารกรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ ฉบับที่ 3
• "กาแฟให้อะไรกับคุณบ้าง" นิตยสารใกล้หมอ ฉบับเดือน ม.ค.53 http://www.sistersandcompany.com