Enzyklopädie der Schlafmedizin
Autoren
Kai Spiegelhalder und Magdolna Hornyak

Koffein

Koffein ist ein anregend wirkender Bestandteil von Genussmitteln wie Kaffee, Tee, Cola, Mate, Schokolade oder Energy-Drinks. Es ist eines der ältesten, wirksamsten und am besten verträglichen Stimulanzien und vermutlich weltweit die am häufigsten konsumierte pharmakologisch aktive Substanz. Koffein hat eine aktivierende Wirkung auf die Psyche und den Antrieb, steigert die Konzentration und vermindert Müdigkeitserscheinungen. Koffein vermindert die Tagesschläfrigkeit. Tagsüber konsumiertes Koffein wirkt sich auch auf den Nachtschlaf aus, wobei es den Anteil des Tiefschlafs vermindert.

Synonyme

Coffein

Englischer Begriff

caffeine

Definition

Koffein ist ein anregend wirkender Bestandteil von Genussmitteln wie Kaffee, Tee, Cola, Mate, Schokolade oder Energy-Drinks. Es ist eines der ältesten, wirksamsten und am besten verträglichen „Stimulanzien“ und vermutlich weltweit die am häufigsten konsumierte pharmakologisch aktive Substanz. Koffein gehört zur Gruppe der natürlich vorkommenden Purine. Eine Tasse Kaffee enthält ungefähr 50–150 mg Koffein. Koffein hat eine aktivierende Wirkung auf die Psyche und den Antrieb, steigert die Konzentration und vermindert Müdigkeitserscheinungen. Koffein vermindert die Tagesschläfrigkeit sowohl in objektiven Tests („Multipler Schlaflatenztest und Multipler Wachbleibetest“) als auch subjektiv („Stanford Schläfrigkeitsskala“). Tagsüber konsumiertes Koffein wirkt sich auch auf den Nachtschlaf aus, wobei es den Anteil des Tiefschlafs vermindert.

Grundlagen

Geschichte

1820 gelang es dem Apotheker Friedlieb Ferdinand Runge, erstmals aus den Kaffeebohnen reines Koffein zu isolieren. Die chemische Struktur wurde 1875 als 1,3,7-Trimethylxanthin postuliert. Diese Struktur konnte Emil Fischer 1895 durch die erste Synthese des Koffeins bestätigen.

Vorkommen

Koffein ist der Hauptwirkstoff des Kaffees. Außer in den Samen des Kaffeestrauchs kommt es auch in über 60 anderen Pflanzen vor. Eine Tasse Kaffee enthält ungefähr 50–150 mg, eine kleine Tasse Espresso zirka 40 mg, eine Tasse Tee bis zu 50 mg. Koffein wird auch anderen stimulierenden Erfrischungsgetränken beigemischt.

Hauptwirkungen

Koffein wirkt aktivierend auf das ZNS, erhöht die Herzfrequenz und den Blutdruck, bewirkt eine Bronchodilatation, steigert die Diurese und die Darmperistaltik. Koffein ist in erster Linie ein Stimulans. Die aktivierende Wirkung von Koffein kann über die Hemmung von Phosphodiesterasen erklärt werden, die für den Abbau von zyklischem AMP (cAMP) zu AMP verantwortlich sind. Durch die Hemmung des cAMP-Abbaus hält die von cAMP verursachte Adrenalinausschüttung länger an. Zudem wirkt Koffein antagonistisch an den postsynaptischen Adenosinrezeptoren („Neurotransmitter“).
Die Halbwertszeit des Koffeins liegt bei etwa 3–5 Stunden. Bereits nach 6–15 Tagen starken Koffeinkonsums kann sich allerdings eine Toleranz entwickeln. Wird der Koffeinkonsum stark verringert, können Absetzerscheinungen wie Kopfschmerzen oder Übelkeit auftreten. Meistens sind diese Symptome allerdings nur von kurzer Dauer.

Auswirkungen auf die Vigilanz und den Schlaf

Die aktivierende Wirkung von Koffein konnte in Studien gezeigt werden, in denen die Vigilanz, Leistungsfähigkeit und Schläfrigkeit untersucht wurde. In einer randomisierten Doppelblindstudie an gesunden schlafdeprivierten Erwachsenen bewirkte Koffein zum Beispiel eine Verbesserung der Leistungen in psychomotorischen Vigilanztests im Vergleich zu Placebo. Die einmalige Gabe von Koffein führte zudem zu einer Erhöhung der Adrenalinausschüttung, wobei der Noradrenalinspiegel unverändert blieb (Kamimori et al. 2000). Bei chronischem Koffeingebrauch scheint es jedoch schnell zu einer Toleranzentwicklung zu kommen. Bereits nach einem 6-tägigen mäßigen Koffeinkonsum waren keine signifikanten Effekte mehr von Koffein gegenüber Placebo nachweisbar (James 1998).
Koffein verbessert die Vigilanz und Leistungsfähigkeit auch nach Schlafentzug. In einer Untersuchung wurde die Wirkung von Modafinil (100 mg, 200 mg, 400 mg), Placebo und Koffein (600 mg) in verschiedenen Aufmerksamkeits- und Vigilanztests an gesunden jungen Männern verglichen. Die verabreichte Koffeindosis zeigte ähnliche Wirkungen wie Modafinil in einer Dosierung von 200 mg und 400 mg (Wesensten et al. 2002).
Koffein scheint die Fähigkeit wach zu bleiben und die Fähigkeit einzuschlafen unterschiedlich zu beeinflussen. Es konnte gezeigt werden, dass die Einnahme von Koffein die Ergebnisse im Multiplen Wachbleibetest (MWT) selbst nach einem 64-stündigen Schlafentzug verbesserte. Dagegen führten die Effekte von Koffein auf die Einschlafneigung im Multiplen Schlaflatenztest (MSLT) und auf verschiedene Leistungstests nur in den ersten 24 Stunden des Schlafentzugs zu signifikant verbesserten Leistungen im Vergleich zu Placebogabe (Kelly et al. 1997).
Der Koffeinkonsum tagsüber beeinflusst auch den Nachtschlaf. Der Konsum von 200 mg Koffein in den Morgenstunden führt im Schlaf-EEG zu einer Verminderung der spektralen Leistung im 0,75–2 Hz-EEG-Band und zu einer Erhöhung der spektralen Leistung im 11,25–20 Hz-EEG-Band (Landolt et al. 1995). Darüber hinaus verschiebt Koffein den zirkadianen Rhythmus nach hinten (Landolt 2015) und kann sowohl auf diese Weise als auch über die stimulierende Wirkung zu Einschlafstörungen führen. Patienten mit Ein- und Durchschlafstörungen wird deswegen geraten, ab 16 Uhr keine koffeinhaltigen Getränke mehr zu sich nehmen.
Literatur
James JE (1998) Acute and chronic effects of caffeine on performance, mood, headache, and sleep. Neuropsychobiology 38:32–41CrossRef
Kamimori GH, Penetar DM, Headley DB et al (2000) Effect of three caffeine doses on plasma catecholamines and alertness during prolonged wakefulness. Eur J Clin Pharmacol 56:537–544CrossRef
Kelly TL, Mitler MM, Bonnet MH (1997) Sleep latency measures of caffeine effects during sleep deprivation. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 102:397–400CrossRef
Landolt HP (2015) Caffeine, the circadian clock, and sleep. Science 349:1289CrossRef
Landolt HP, Werth E, Borbely AA, Dijk DJ (1995) Caffeine intake (200 mg) in the morning affects human sleep and EEG power spectra at night. Brain Res 675:67–74CrossRef
Wesensten NJ, Belenky G, Kautz MA et al (2002) Maintaining alertness and performance during sleep deprivation: modafinil versus caffeine. Psychopharmacology (Berl) 159:238–247CrossRef