喝咖啡，聊咖啡因的是非 - 科學人雜誌

腎上腺素刺激細胞活動的過程，就是經由cAMP的作用。

此外，咖啡因也能夠使心跳速度增加，血液供應提高。

這些機制串連起來，你可以發現，咖啡因不但刺激了 ... 購買本期 瀏覽全文前往科學人知識庫 神經科學 喝咖啡，聊咖啡因的是非 2009-11-01 龐中培 想要提振精神、熬夜用功嗎？合法的藥物等著你、非法的毒品誘惑你，但是，還是來一杯天然的咖啡最實在。

咖啡與茶能成為全球性的飲料，是有許多原因的。

兩者都經由歐洲人的殖民與貿易活動，散佈到世界各地；兩者都可以加工乾燥，有助於保存與減輕重量，因此長途運輸、長期儲存都不成問題；兩者都可藉由栽培條件與製造過程的差異，產生各種不同的氣味以及複雜的口感，讓每個人都能找到偏好的口味。

以上都是咖啡與茶流行的原因。

但是仔細想想，咖啡與茶的香氣與滋味濃郁多變，固然是吸引人們大量飲用的原因，但是不論如何沖泡，幾乎仍免不了些微苦澀的滋味，為何還讓人無法釋手？ 追根究柢，咖啡與茶在全世界流行，主要的原因還是人們想要「找醒」。

咖啡中讓人清醒的物質就是咖啡因，它是一種生物鹼，許多種植物都會製造，是天然的殺蟲劑，在這些植物缺乏保護構造的新芽與新葉中，咖啡因的含量特別高。

有些昆蟲如果吃了這些含有大量咖啡因的植物，會麻痺或是死亡。

1819年，德國的化學家朗格（FriedrichFerdinandRunge）首先純化出咖啡中讓人清醒的化合物，取名為「咖啡因」（caffeine），是一種黃嘌呤類化合物，據說他是受了大文豪哥德的建議才這樣做的。

在大學的食品相關科系中，還有類似這樣從咖啡中萃取咖啡因的教學實驗。

而咖啡因的構造分析以及人工合成的工作，是由德國化學家費雪（HermannEmilFischer）在19世紀末完成的，他也因為嘌呤類與醣類化合物結構以及人工合成的成就，在1902年獲頒諾貝爾化學獎。

咖啡因的提神機制 咖啡因的化學結構與腺?（adenosine）非常接近，而且能穿越血腦障壁。

我們在攝取咖啡因飲料之後，咖啡因會進入大腦，與神經元上的腺?受體（adenosinereceptor）結合，不過咖啡因並不是活化受體，而是腺?的拮抗劑，能夠抵消腺?的功能。

腺?結合到神經元上的腺?受體之後，受體會減緩中樞神經元的活動，這個過程通常是在臨睡與睡眠中發生。

咖啡因能夠提神的原因就在於能夠阻礙腺?與受體的結合，使神經元保持活躍。

腺?是細胞中能量載體三磷酸腺?（ATP）的主要組成，分佈非常廣泛。

在神經元外的腺?，可能是神經元分泌的神經傳遞物，也可能是ATP在細胞外代謝所產生的。

美國哈佛大學醫學院的麥卡利（RobertMcCarley）認為，腦中腺?的累積和睡眠週期有關。

腦中的腺?增加到一定的程度，與神經元上的受體結合，讓神經元的活動減緩，使大腦進入睡眠狀態，這時候，代謝減慢，腺?也隨之逐漸減少，之後神經元再慢慢活躍起來，人也就醒了過來。

咖啡因的作用只能減少腺?與受體的結合，腺?的量實際上並沒有減少，一旦咖啡因代謝掉了，累積增多的腺?，更會加深睡意。

因此，咖啡因只能延後睡眠，但是不能減少所需要的睡眠時間，也可能是因為這個原因。

對於干擾神經正常運作的外來刺激物，腦部會加以應對，以恢復平衡。

如果一個人長期攝取咖啡因，腦中腺?受體的數量會逐漸增加，使得神經元對於腺?的變化更敏銳，以抵消咖啡因的影響。

習慣喝咖啡的人如果中斷攝取，不再有咖啡因與多出的受體結合，這些受體便會與腺?結合，這樣的情況下，腺?不需要原來那麼多，與受體結合的數量就會達到某一程度，而使神經元活動減緩並讓人想睡，我們就會說這是「上了咖啡的癮」。

不過如果依照嚴格的醫學標準，致癮的藥物必須「攝取量逐漸增加才能發揮效應」，例如吸食安非他命的人，吸食的量得逐漸增加，藥物的效用才能發揮。

但是有喝咖啡習慣的人，每天飲用的量通常是固定的，例如早上、下午各兩杯（一杯150毫升），可以維持許多年不變；即使偶爾中斷，除了稍有不適，並不會如毒品或是酒精中毒一般，產生嚴重的禁斷症狀。

因此咖啡癮君子並不算是真的上癮，只能說是對於咖啡有所依賴罷了。

相較於其他的精神提振物，咖啡因代謝快速、使用歷史悠久、來源穩定便宜（由去咖啡因咖啡的製程中取得），是相當便利的藥物。

平常不碰茶和咖啡、拒絕可樂的人，也很容易在無意間就攝取到咖啡因，例如在提神飲料與綜合感冒藥中，通常就含有60~70毫克咖啡因，相當於兩罐可樂或是一杯紅茶的咖啡因含量。

抗組織胺藥物中通常也混著咖啡因，以免除抗組織胺帶來的沉睡感。

多重的代謝刺激功能 咖啡因除了能刺激中樞神經之外，對於身體的代謝也有影響，不過這個方面和腺?無關，而是牽涉到環單磷酸腺?（cAMP）。

有些特殊的分子會刺激細胞膜上的受體，使得受體改變，引發酵素將ATP轉變為cAMP，然後cAMP再影響其他的酵素。

咖啡因的分子結構也類似cAMP，因此能夠抑制分解cAMP的cAMP磷酸二酯?（cAMP-PDE），於是細胞內cAMP的濃度就不容易下降。

受到cAMP刺激的酵素中，有一種稱為酵素激?A（PKA），它能夠活化產生葡萄糖的途徑，包括讓肝糖分解成葡萄糖，或是由其他程序合成葡萄糖。

腎上腺素刺激細胞活動的過程，就是經由cAMP的作用。

此外，咖啡因也能夠使心跳速度增加，血液供應提高。

這些機制串連起來，你可以發現，咖啡因不但刺激了腦部的活動，同時也可以讓身體中葡萄糖含量增加，以備腦和肌肉的需要，同時能讓這些葡萄糖更快運送到身體各部位，基本上也有助於身體的活動。

通常在喝茶、喝咖啡時，往往也會想來上一些點心，或許並不是巧合。

由於咖啡因有多重的生理功能，因此除了用以提神，也與其他藥物混用，以提升藥物的效果，例如咖啡因能使頭痛藥的吸收率增加40%，許多非處方頭痛藥中都含有咖啡因；另外，偏頭痛的藥物麥角胺往往也加入咖啡因，以加速緩解疼痛。

至於咖啡能夠預防阿茲海默症或是心血管疾病的說法，推測功效是來自咖啡中的其他植物化合物，而不是咖啡因本身。

除了咖啡與茶，可樂果（可樂的主要原料之一）、馬黛茶與瓜拿那茶中也含有大量的咖啡因，這些植物受到人類的應用，也都有悠久的歷史（見左頁〈常見含有咖啡因的植物〉）。

看似巧合，人類通常都以沖泡飲用的方式攝取這些植物所含的咖啡因，這是由於咖啡因容易溶在水中，用水沖泡便於隨時飲用。

相較於其他精神刺激物，咖啡因飲料價格低廉、容易取得、刺激相較之下較為溫和，使用起來快速方便，作用時間也短，因此超越了酒與尼古丁，成為人類使用最廣泛的精神刺激物。

目前出現了許多種新的提振精神化合物，但有的是對人有害、受到管制的毒品，有的是能合法使用的藥物、但可能有副作用。

所以如果說要提振精神，最方便快速的方法，還是來杯茶或咖啡吧。

【欲閱讀全文或更豐富內容，請參閱〈科學人知識庫〉2009年第93期11月號】   購買本期 #關鍵字：神經科學、咖啡因、腺苷 更多文章 神經科學智力的極限2021/07/13福克斯（DouglasFox）第一次世界大戰前，諾貝爾獎得主、西班牙生物學家雷蒙卡厚爾（SantiagoRamonYCajal）曾詳細描述昆蟲的神經解剖構造。

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