Кофеин может эффективно использоваться для манипулирования нашим психическим состоянием. Он полезен для восстановления низкого уровня бодрствования и противодействия ухудшению выполнения когнитивных задач в результате депривации сна.
Перевод научной статьи из Sciencedirect
Автор: Jan Snel
Аннотация
Однако кофеин может оказывать пагубное влияние на последующий сон, приводя к дневной сонливости. Это оправдывает тщательное рассмотрение рисков, связанных с депривацией сна в сочетании с потреблением кофеина, особенно у подростков. Эффективность кофеина для восстановления пагубных последствий депривации сна, по-видимому, частично объясняется ожиданием кофеина и эффектом плацебо. Утверждение о том, что стимулирующие эффекты кофеина связаны с абстиненцией или обратным развитием абстиненции, представляется несостоятельным.
Ключевые слова: кофеин; модафинил; бодрствование; засыпание; ожидание; абстиненция; восстановительный сон; психическое состояние.
Введение
Люди постоянно заняты поиском оптимума своего психического и физиологического состояния. Для достижения этого оптимума используются различные стратегии. В случае подготовки ко сну, например, люди расслабляются, приглушают свет, а некоторые люди принимают ночной коктейль. Когда хочется спать, но следует быть бодрствующим и внимательным, человек может вздремнуть, пойти прогуляться или включить яркий свет.
Однако на протяжении многих веков одним из самых популярных способов манипулирования нашим физиологическим и психическим состоянием является употребление кофеина, в основном, в виде кофе. С одной стороны, его целенаправленно используется для борьбы с усталостью, чтобы оставаться бодрым, работать на удовлетворительном уровне и отсрочить сон, а с другой стороны, многие намеренно избегают его, чтобы хорошо выспаться. Кофеин, по общему признанию, является мягким стимулятором. Он недорог и легко доступен во всем. Он доступен по цене и легко доступен во всем мире и содержится во многих продуктах (см. Таблицу 1).
После перорального приема кофеина, в основном в виде кофе или чая, 99% его всасывается из желудочно-кишечного тракта в кровь, достигая максимума через 30-60 минут после приема. Более быстрое всасывание кофеина наблюдается при употреблении кофеиносодержащей жевательной резинки, при этом максимальные уровни достигаются между 45 и 80 минут после приема, в то время как абсорбция скорость всасывания кофеинсодержащих капсул составляет от 85 и 120 минут (Kamimori и др., 2002). Кофеин диффундирует по всему организму; он проходит через все биологические мембраны, включая гематоэнцефалический барьер и плацентарный барьер.
Большинство биологических эффектов кофеина при уровнях, достигаемых при нормальном потреблении человеком, обусловлены антагонизацией аденозиновых рецепторов, в частности, рецепторов A1 и A2A, и, в меньшей степени, рецепторов А2В и А3. А1 и А2А аденозиновые рецепторы воздействуют на несколько механизмов, расположенных в обширных областях мозга, участвующих в регуляции сна, возбуждения, и познания (Ribeiro and Sebastiao, 2010). Поэтому неудивительно, что кофеин, являясь антагонистом аденозиновых рецепторов, может модулировать физиологические и психические состояния.
Это подтверждают данные, указывающие на то, что кофеин действительно ослабляет накопление склонности ко сну связанное с бодрствованием (Landolt, 2008b), Хотя на крысах было обнаружено (Wurts and Edgar, 2000), что кофеин не блокирует компенсаторное небыстрое движение глаз (non-REM) и непрерывность сна. Более того, он значительно ослабляет ЭЭГ-маркеры гомеостаза сна не в состоянии покоя во время сна, а также во время бодрствования (Landolt, 2008b). Целевое воздействие на аденозиновую систему посредством потребления кофеина, таким образом, представляется эффективным инструментом для регулирования индивидуальной уязвимости к пагубному воздействию депривации сна на когнитивную деятельность и сон.
Для того чтобы определить влияние кофеина на организм людей, необходимо учитывать индивидуальные различия учитывать. Скорость метаболизма и толерантность к воздействию кофеина значительно различаются у разных людей. от одного человека к другому. Период полураспада кофеина составляет в среднем 3,7 ч, варьируется от 2 до 10 часов, в зависимости от эндогенных и экзогенных факторов. Например, метаболизм скорость метаболизма кофеина увеличивается на 30-50% у никотиновых потребителей никотина, в то время как снижение наблюдается у беременных женщин и женщин, принимающих оральные контрацептивы. Также существуют большие межиндивидуальные различия в чувствительности к кофеину из-за генетических вариаций в генах рецептора аденозина A2A (Retey и др., 2007), роль, которую аденозин и аденозиновые рецепторы играют в гомеостазе медленного сна и генотип-зависимые различия во сне (Landolt, 2008a). Тем не менее, нет систематических различий в метаболизме кофеина не наблюдается между мужчинами и женщинами.
Помимо целенаправленного употребления или избегания кофеина, его часто употребляют непреднамеренно. Люди не всегда знают, что кофеин добавляется во многие продукты для усиления аромата и вкуса. Осведомленность (или неосведомленность) о потреблении кофеина имеет важные последствия не только для нашего самочувствия, но и для исследований кофеина. Важно понимать, что оценить привычное потребление кофеина является сложной задачей и, скорее всего, приведет к тому, что к более низким оценкам по сравнению с реальным потреблением. Следовательно, отбор участников на основании их самоотчета о ежедневном потреблении кофеина, является зачастую необъективен и ненадежен.
Тщательный отбор участников, которые были отобраны на основе на основе привычного потребления 100-500 мг кофеина в день, Вендте и др. (2003) выявили фактическое потребление кофеина в размере 154-1285 мг (1,5-15 чашки кофе); количество, которое было до 250% выше, чем в самоотчетах.
Помимо занижения количества потребляемого кофеина, такие факторы, как различия в метод заваривания, используемая кофейная смесь (кофе арабика содержит 2% кофеина, кофе робуста - 4%), или размер порции кофеиносодержащего продукта затрудняют адекватной оценке потребления кофеина. В этой главе описаны эффекты кофеина; в частности, влияние на ритмичность сна и бодрствования у людей, испытывающих недостаток сна, по сравнению с хорошо отдохнувшими людьми.
Кофеин и депривация сна
Экономика, работающая 24 часа в сутки, требует от человека часы, которые не синхронизированы с их циркадными часами. В результате суточные ритмы могут быть нарушенными и, следовательно, негативно влиять на наше самочувствие. Если время сна не адаптировано к циркадным часам, это несоответствие может привести к так называемому расстройству циркадного ритма сна. Нарушения нашей циркадной ритмичности могут привести к нарушению режима сна и повлиять на выполнение когнитивных задач, что может привести к неоптимальной производительности и даже ошибкам (Crochet и др., 2009; Ker и др., 2010). Смена часовых поясов и сменная работа являются важными факторами, которые способствуют ухудшению производительности и действительно, было установлено, что они связаны с увеличением риска получения травм. Существует острая необходимость во вмешательстве, чтобы гарантировать, что люди, подвергающиеся такому риску, смогут безопасно выполнять свою работу и работать в условиях повышенного риска. риску, могут безопасно выполнять свою работу и способны восстановить нарушенные циркадные ритмы как можно быстрее и эффективнее.
Различные фармакологические средства используются для борьбы с проблемами сна, связанными с работой и смены часовых поясов, и вопрос в том, может ли кофеин может быть одним из них (Coste and Lagarde, 2009). Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что вызванные потерей сна дефицит бдительности и внимательности, вызванный потерей сна, действительно может отменить или смягчить действие стимуляторов, таких как кофеин (Lorist and Snel, 2008; Snel и др., 2004). Лишение сна использовалось в различных исследованиях для выяснения роли кофеина в компенсации этих эффектов, например, использовали тяжелую форму депривации сна у 14 мужчин и 4 женщин (средний возраст - 25,8 лет), все из которых употребляли кофеин в умеренной дозе или не употребляющих кофеин (<300 мг/день). Участники имели нормальный 8-часовой сон, за которым последовало 77 часов непрерывного бодрствования. Плацебо или кофеин (200 мг) в виде двух палочек жевательной резинки Alert, содержащих по 100 мг кофеина, были даны случайным образом в 1.00, 3.00, 5.00 и 7.00 утра в течение трех последующих ночей.
Работоспособность проверялась периодически в течение 77-часового периода непрерывного бодрствования, используя тест на психомоторную бдительность (PVT). PVT - это простая задача на зрительную реакцию, используемая для измерения устойчивого внимания. Он измеряет время, необходимое для ответа на визуальный стимул. Была построена биоматематическая модель для описания работы в период длительного бодрствования. Эта модель выявила закономерности в данных, которые указывали на наличие ингибитора работоспособности, называемого усталостью, который увеличивался и насыщался в течение 77 часов непрерывного бодрствования. Кофеин оказался способен подавлять эффект усталости. Этот результат подтверждает выводы предыдущих исследований (Balkin и др., 2004; Wesensten и др., 2002, 2004, 2005) с простыми психомоторными задачами и задачами на исполнение функций, что указывает на то, что кофеин, принимаемый как случайно, так и с целью борьбы с утренней сонливостью, эффективен для поддержания бдительности и работоспособности после длительных периодов полной депривации сна (т.е, 54.6-85 часов).
Эффективность кофеина в восстановлении когнитивных процессов, таких как эмоциональное восприятие, суждение, принятие риска и планирование после лишения сна была изучена в серии двойных слепых исследований Killgore и др. (2009). Они изучали действие кофеина на 54 участников (возраст 18-36 лет), которые были лишены сна на 45-50 часов и впоследствии прошли тестирование. Перед выполнением различных когнитивных задач они получали одну дозу 600 мг кофеина, 400 мг модафинила, 20 мг декстроамфетамина, или плацебо. Как и кофеин, модафинил повышает бдительность и бодрость. Модафинил особенно одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США для борьбы с усталостью при нарколепсии и остаточной усталости при апноэ во сне и сменной работе расстройстве сна (Rosenthal и др., 2008). Декстроамфетамин также обладает стимулирующими свойствами, известными тем, что, способствуя бодрствованию. Он был предоставлен пилотам во время длительных полетов, чтобы помочь им оставаться сосредоточенными и внимательными. Однако декстроамфетамин может вызвать некоторые побочные эффекты, такие как учащенное сердцебиение, тахикардия и повышение артериального давления (Колдуэлл и Колдуэлл, 2005). Недостатком модафинила является то, что его можно использовать только после информированного согласия. Участники исследования Killgore и др. (2009) был проведен тест, чтобы измерения формирования абстрактных понятий через 1 ч после приема препарата (т.е. после 45 часов бодрствования). Тесты, измеряющие время планирования и когнитивной обработки, проводились через 3,5 ч (т.е. через 47,5 ч бодрствования) и 4,5 ч после введения препарата (т.е. через 48,5 ч). бодрствования). Результаты этих исследований показали, что три стимулятора по-разному влияли на результаты трех задач на познание, что свидетельствует о том, что стимулирующее действие кофеина в особенности влияло на процессы когнитивного планирования.
Кажется очевидным, что эффективность работы страдает от недостатка сна, и часть ухудшения производительности действительно может быть нейтрализована кофеином или другими стимуляторами. Однако, важно понимать, что выполнение задачи не зависит не только от конкретных требований задачи и соответствующих когнитивных способностей. Взаимодействие между задачей, участником и окружающей средой фактически определяет качество выполнения, особенно в неоптимальных ситуациях. Очевидно, что некоторые задачи являются более сложнее, чем другие, и связанные с этим изменения в мотивации могут маскировать эффект усталости, вызванный депривации сна. Усталость - хорошо известное и распространенное явление при длительной работе, такой как вождение на большие расстояния и длительная непрерывная работа. вождение автомобиля на большие расстояния и длительная непрерывная работа, в которых низкая информационная нагрузка не способствует мотивации к работе. Во многих подобных реальных ситуациях, достаточный уровень мотивации к работе необходим для адекватной работы.
Килпелайнен и его коллеги изучали влияние кофеина и плацебо на устойчивое внимание и обучение в такой ситуации бдительности. Они также оценивали субъективные оценки сонливости, настроения, мотивации, и воспринимаемую производительность задачи в их исследовании (Kilpelaiinen и др., 2010). Пятнадцать военных летчиков студентов (возраст 23-24 года) приняли участие в серии тестов в симуляторе полета, в исследовании с депривацией сна в течение 37 часов. Они получали либо плацебо, либо 200 мг кофеина дважды в день (Kilpelaiinen и др., 2010). В ходе эксперимента бдительность оценивалась шесть раз (тест с часами Макворта) и обучение - четыре раза. Задача обучения состояла в следующем: обучение ассоциациям между японскими символами хираганы и произносимыми слогами. Обучение проверялось через 2 часа с пятью хираганами из предыдущей сессии обучения. Как и ожидалось, депривация сна уменьшила количество правильных распознаваний и увеличилось время реакции как в группах с кофеином, так и с плацебо. Увеличение количества ложных тревог было ограничено только в группе плацебо. Рабочая память, проверенная в задаче на обучение, оставалась незатронутой во время лишения сна.
Килпелайнен и др. (2010) утверждали, что отсутствие снижения производительности в задаче на обучение частично может быть связано со стимулирующим характером этой задачи после очень утомительного и длительного задания на бдительность. При увеличении нагрузки на сон, по их наблюдениям, участники даже хотели выполнять задание на обучение во время перерывов в работе, чтобы помочь им не заснуть, что иллюстрирует важность учета факторов окружающей среды в исследованиях устойчивой работоспособности и депривации сна. Хотя после депривации сна наблюдалось явное ухудшение показателей бдительности, субъективное ощущение успеха оставалось стабильным в группе, получавшей кофеин, субъективное ощущение успеха оставалось стабильным при длительном бодрствовании. На сайте чувство успеха измерялось с помощью фразы "Как вы думаете, насколько успешно вы справились с этим заданием? задачу?", которая оценивалась по визуальной аналоговой шкале от "совсем нет" до "очень много".
Аналогично, Барански (2007) в своем исследовании уверенности в суждениях обнаружил, что одна ночь лишения сна не приводит к ухудшению оценки когнитивной производительности. Следует отметить, что чрезмерная самоуверенность участников, принимавших кофеин, может иметь серьезные последствия в реальной рабочей среде, например в авиации, поскольку реалистичное самовосприятие очень важно для предотвращения рисков.
Кофеин и восстановительный сон
Среди неспециалистов и специалистов в области здравоохранения практически нет сомнений о фундаментальной важности достаточного, восстанавливающего сна для поддержания физического и психического здоровья. Поддержание хорошего качества сна включает в себя избегание веществ, которые стимулируют ум и тело и нарушают привычки сна. Кофеин, обладающий доказанной эффективностью в борьбе с сонливостью, является одним из стимуляторов, которые могут оказывать пагубное воздействие на последующий сон, особенно когда сон в то время, когда биологические часы посылают сильный сигнал бодрствования, как это происходит в дневное время. Это означает разумное использование кофеина. Другими словами, употребление кофеина в периоды повышенной умственной бдительность и физическая активность мешают сну следует избегать, в частности, в часы незадолго до отхода ко сну. У людей, работающих по сменному графику, привычки сна должны быть адаптированы к их ненормированному рабочему графику, что может вызвать специфические проблемы в сочетании с потреблением кофеина.
Пекотик (Pecotic) и др. (2008) оценили привычки сна и исследовали влияет ли на них потребление кофеина у 130 студентов-медиков, 68 врачей в аспирантуре, 162 специалистов и 93 медсестер. Результаты показали, что часов сна, необходимых для того, чтобы чувствовать себя хорошо отдохнувшим зависело от возраста, пола, требований к работе и графика работы. Однако респонденты, употребляющие кофеин, сообщали, что им труднее оставаться бодрыми во время прослушивания лекций, работы, обучения или во время вождения автомобиля. Основываясь на этих результатах, авторы утверждали, что потребление кофеина может ухудшать привычки сна и его качество, тем самым препятствуя когнитивной деятельности и бодрствованию в недоспанные часы.
Является ли употребление кофеина постоянной причиной ухудшения сна в повседневной ситуации, а не наоборот, остается под вопросом (Orbeta и др., 2006; Roehrs and Roth, 2008; Whalen и др., 2007). Было обнаружено, что чувство усталости по утрам провоцирует высокое потребление кофеина, которое ассоциируется с последующим ухудшением сна, что указывает на то, что причинно-следственная связь между кофеином и нарушением сна не всегда ясны. Еще одним фактором, который может вызывать нарушения сна при взаимодействии с кофеином, является уязвимость к стрессу (Drake и др., 2006). Дрейк и коллеги показали, что люди с объективно выявленной уязвимости к стресс-индуцированным нарушениям сна, показали более сильную реакцию сна в ответ на введение кофеина в дозе 3 мг/кг массы тела, чем неуязвимых людей.
Влияние кофеина на восстановление дневного сна сна после 25 часов депривации сна было изучено Carrier и др. (2009). Молодые (возраст 20-30 лет) и добровольцы среднего возраста (возраст 45-60 лет) принимали кофеин (200 мг) и плацебо. с интервалом в 1 месяц. За три часа перед дневным восстановительным сном участники принимали либо первую 100 мг кофеина, либо плацебо капсулу, а вторая доза в 100 мг принималась за 1 час до дневного восстановительного сна. Эффект кофеина на дневной восстановительный сон был наблюдалось в обеих возрастных группах, что выражалось в снижение эффективности сна, продолжительности сна, медленноволнового сна и REM-сна (фаза быстрого сна). Более того, кофеин снижал синхронизацию ЭЭГ не-РЕМ сна во время дневного восстановительного сна. Эти результаты являются дополнительным доказательством того, что употребление кофеина для того, чтобы справиться с ночной работой и сменой часовых поясов, может привести к пагубному влиянию на последующий сон.
Тем не менее, никакого пагубного влияния на восстановительный сон не наблюдалось в исследовании Philip и др. (2006). исследовании. Эти авторы исследовали ночное вождение между 2.00 и 3.30 утра после приема плацебо, 30 минут дремоты или 200 мг кофеина. На сайте важное отличие исследования Philip и др. (2006) и исследованиями, в которых наблюдался явный эффект кофеина на восстановительный сон, может быть заключается в продолжительности периода лишения сна используемого. Carrier и др. (2009), например, подвергли своих участников лишению сна на 25 часов, в то время как участники исследования Philip и др. (2006) было разрешено лечь спать сразу после ночного сеанса вождения (т.е. после 3.30 утра).
Помимо продолжительности периода лишения сна циркадный ритм может быть еще одним важным фактором, который необходимо учитывать при объяснении дифференцированного воздействия кофеина на восстановительный сон. Участники исследования Carrier и др. (2009) были проинструктированы о том, чтобы придерживаться регулярного графика сна и бодрствования до экспериментальной сессии, и экспериментаторы наблюдали за этими людьми в течение 3 дней перед каждой экспериментальной сессией, чтобы убедиться в отсутствие депривации сна. Влияние кофеина на переменные сна у людей, работающих в ночную смены или страдающих от смены часовых поясов, может быть более выраженным из-за более сильного влияния циркадных ритмов и связанных с ними физиологических процессов у этих людей.
Влияние употребления кофеина на последующий сон были связаны с его фармакологическим действием. Хотя широко признано, что преобладающим эффектом кофеина является блокирование специфических аденозинергических рецепторов, другие механизмы могут играть определенную роль, как представили Ataka и др. (2008) в своем исследовании, посвященном кандидатам в антиусталостные вещества на умственную усталость. Кофеин, используемый для повышения бдительности и бодрствования, может влиять на сон посредством воздействия на аминокислоты с разветвленной цепью. Аминокислоты с разветвленной цепью используются для синтеза белков и считаются биомаркером умственной усталости. Ataka и др. (2008) исследовали уровень этих аминокислот у 17 здоровых участников, которые в случайном порядке получали 100 мг/день кофеина или плацебо дважды в день в течение 8 дней подряд. Усталость вызывалась выполнением умственных заданий (психодиагностический тест Учиды-Краепелина и продвинутый тест на составление следов).
Результаты выполнения заданий в группе, принимавшей кофеин, были лучше, чем в группе, принимавшей плацебо. Однако субъективное восприятие усталости, мотивации и сонливости не различалось между обеими группами. Эти результаты согласуются с результатами исследования Kilpelaiinen и др. (2010), согласно которым что прием кофеина улучшает выполнение задач без снижения ощущения усталости.
Важным наблюдением Атака и др. (2008) было то, что уровень разветвленных цепей в плазме крови уровни аминокислот в плазме крови в группе, принимавшей кофеин, были ниже, чем в группе плацебо, после выполнения умственных задач, вызывающих утомление, а также а также после периода восстановления (как тенденция). Эти результаты показывают, что кофеин может ускорить умственное утомление за счет повышенной активации мозга, без сопутствующего ощущения повышенная утомляемость. Бартли и Чут (1947) утверждали, что умственная усталость может рассматриваться как защитный механизм, предупреждающий человека о том, что ему или ей необходим отдых, чтобы предотвратить перегрузки нашей когнитивной системы. Результаты исследования Атака и др. (2008) предполагают, что этот механизм предупреждения, важный для снижения острого утомления, менее эффективен после употребления кофеина. Это может объяснить, почему употребление кофеина в дневное время, особенно в позднее время суток, может иметь пагубное на последующие периоды сна.
Это первая часть перевода статьи "Влияние кофеина на сон и познание" вторая доступна по ссылке.