Cómo funciona el elixir de los madrugadores y/o trasnochadores: el metabolismo de la cafeína.

En esta última edición del Naukas Bilbao, hubo una charla que por su contenido y continente me pareció que podría ser perfectamente una gran entrada de este pequeño espacio “intento de divulgación” sobre alimentación, nutrición y otras cosas aledañas. La charla en cuestión se titula “Por favor, otro café” y quien la relata es el neurocientífico y divulgador científico Pablo Barrecheguren (os recomiendo el visionado de sus píldoras audiovisuales de “Neurocosas” y sus hilos de twitter sobre aspectos de la neurobiología). Cómo me pareció tan bien tratado el tema, consideré que esa charla debería ser tratada y ampliada en este espacio. Así que, si quieres Pablo y la que escribe te ofrecemos un café con mucha ciencia! Ya sabes, si gustas… Sigue leyendo!

La cafeína (del alemán Kaffein, término acuñado por el químico alemán que la aisló, Friedrich Ferdinand Runge) es un alcaloide de metilxantina, químicamente relacionada con las bases púricas de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), la adenosina y la guanina. La cafeína es una sustancia sólida, de color blanco y sabor amargo que está  naturalmente presente en más de 60 plantas (semillas, frutos secos o hojas) como las de la familia Coffea (café) o Theaceae (té), las del cacao, del guaraná (Paulinia cupana), las de la nuez de cola (Cola acuminata) o la yerba mate (Ilex paraguariensis), en las que actúan como fitoquímicos frente a depredadores o plantas vecinas. De hecho, se ha demostrado que tanto la teína presente en las hojas del té como la guaranina presente en los frutos del guaraná (una delicia de bebida) o la mateína presente en las hojas del mate, son la misma molécula que la cafeína. 

La cafeína se puede ingerir por vía oral, siendo su ingestión en las partes altas del intestino delgado muy rápida (a la hora post-ingesta la cafeína alcanza su valor máximo en sangre (entre 1,5 y 1,8 µg / L)) o por vía rectal a través de supositorios (o para gentes con aptitudes extraordinarias, como aquella que contaba Camilo José Cela). En el caso de la cafeína presente en bebidas carbonatadas es mucho más lenta que en el café, té o derivados. La cafeína se metaboliza en el hígado fundamentalmente produciendo como producto final, derivados del ácido úrico. Uno de los primeros pasos de la metabolización de la cafeína, su desmetilización a paraxantina, sirve para clasificar vía genotipado las variantes polimórficas encontradas en el gen que codifica por la isoenzima CYP1A2 (principal enzima del complejo enzimático hepático que participa en la degradación de la cafeína), presente en el brazo largo del cromosoma 15 (15q24), responsables del diferente grado de asimilación de la cafeína observado en diferentes individuos. Los restantes metabolitos producidos como producto de la degradación de la cafeína son la teobromina y teofilina, así como otros derivados del ácido úrico. Por su características de miscibilidad o solubilidad en compuestos hidrofílicos e hidrofóbicos y por su elevada afinidad a la albúmina, la cafeína se distribuye ampliamente por todos los tejidos corporales, incluídos la barrera hematoencefálica (donde ejerce su principal acción), la placenta y los tejidos glandulares mamarios. La vida media biológica de la cafeína (el tiempo requerido para que el cuerpo elimine la mitad de la dosis ingerida, en relación directamente proporcional con esta última) varía ampliamente entre los individuos de acuerdo con factores como el embarazo, ingesta de otras drogas y/o fármacos, el nivel de función enzimática del hígado (se podría ver aumentado en el caso de patologías hepáticas), de la edad y de la genética. El genotipado de la isoenzima CYP1A2 y del gen AHR que regula la síntesis de la isoenzima CYP1A12 (7p21) son claves para identificar la variabilidad en la metabolización de la cafeína; hay un cambio en el SNP (rs762551) de una adenina por una citosina en el gen de la CYP1A2 presente en brazo largo del cromosoma 15 (15q24.1); los homocigotos para la adenina son metabolizadores rápidos, mientras que homocigotos para la citosina, son metabolizadores lentos. También se han descubierto otros genes que podrían tener relación con el metabolismo y consumo de café; los genes ABCG2 y POR que presentan una mayor relación con el metabolismo de la cafeína, mientras que genes como el BDNF y el SLC6A4 se asocian más con el papel neurológico de la cafeína. Por regla general, esta vida media de la cafeína oscila entre las 4 y 12 horas posteriores a la ingesta. Después entre el 97 y 94% de la cafeína digerida, será excretada por orina. Entre el 3 y 6% de la cafeína no degradada, reabsorbida en el riñón, se encontrará en saliva, semen, liquido amniótico y leche materna.

El principal mecanismo de actuación de la cafeína es la de actuar como agente psicoactivo y estimulante del sistema nervioso central (SNC). Esto lo lleva a cabo mediante el bloqueo reversible del receptor de la adenosina (de la que la cafeína es antagonista competitivo) y por ende, de su acción, impidiendo en consecuencia la aparición de los efectos de somnolencia que genera la adesonina como neurotransmisor, permitiendo a la vez, la restauración del nivel de alerta (de ahí que sea el elixir de los madrugadores y trasnochadores, como dice el título). En ausencia de cafeína y cuando una persona está despierta y en alerta, hay poca adenosina acumulada en las neuronas. Si el estado de vigilia continúa, se acumula adenosina en las proximidades de la región sináptica (“tormenta de adenosina“), provocando la unión a sus receptores sinápticos, activándolos y desencadenando como respuesta celular, la activación de las señales del estado de somnolencia. Cuando se ingiere cafeína, tras su absorción y distribución, ésta llega a la barrera hematoencefálica y entra en contacto con los receptores sinápticos de la adenosina; en concreto compite por la unión al receptor A 1 (responsable de las arritmias que puede provocar la cafeína) y el A 2A (se cree que este es el responsable del insomnio que provoca la cafeína) mayoritariamente, y en menor medida, sobre los receptores A 2B y A 3. Esto tiene como principal efecto secundario, la activación de otras rutas sinápticas, provocando la estimulación de la liberación de otros neurotransmisores como acetilcolina, dopamina, noradrelina, serotonina (hecho que parece favorece la carga adictiva de la cafeína), a la vez que inhibe la fosfodiesterasa y la liberación del neurotransmisor inhibidor GABA. Así se explica que el consumo de cafeína en dosis moderadas o elevadas cause, entre otros, efectos sobre el humor, tiempo de reacción ante ciertos estímulos, sensación de energía, estado de alerta, la calidad y conciliación del sueño (sobre todo en fases de sueño no-REM) o estados de ansiedad y nerviosismo. Sobre este y otros efectos de la cafeína es muy recomendable el visionado de esta charla TED-ed de Hanan Qasin. Sobre el sistema cardiovascular, la cafeína provoca un incremento de la fuerza de contracción del miocardio que resulta en la aparición de episodios de hipertensión (consumo agudo, no crónico), palpitaciones o arritmias así como incrementos del flujo sanguíneo a extremidades (vasodilatación periférica y vasoconstricción cerebral) o de la frecuencia cardíaca y respiratoria. Sobre el sistema digestivo, la ingesta de cafeína provoca un aumento de la secrección de ácido gástrico, de la gluconeogénesis (lo que puede traducirse en episodios de hiperglucemias) y de la lipólisis. A nivel renal, es un diurético suave y puede interferir en el metabolismo del calcio endógeno. El consumo de cafeína también puede provocar un aumento de la temperatura corporal y la estimulación de ciertas regiones del sistema nervioso autónomo (SNA). 

La cantidad de cafeína que se encuentra en los alimentos y las bebidas puede variar según el proceso de fabricación, las materias primas, la composición del producto y otros factores (puedes ver este vídeo explicativo sobre la cafeína del café) Por ejemplo, en hojas de té (2-3%) es mayor que en granos de café (0,7-2%); en café descafeinado está entre 1-5 mg/150 g del total y en bebidas carbonatadas, 40-50 mg/350 g del total. En 2015, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) concluyó que para adultos sanos, mujeres embarazadas, lactantes y ancianos, las dosis óptimas de cafeína no deben superar los 200 mg (aproximadamente 2 ½ cafés espressos o 4 tazas de té); para niños y adolescentes, la dosis óptima única asciende a 3 miligramos por kilogramo de peso corporal (mg / kg peso corporal). En el caso de un consumo regular en adultos, la cantidad de cafeína puede ascender hasta los 400 mg durante 24 horas. La dosis letal de cafeína se encuentra sobre los 11 gramos, apareciendo en el caso de un consumo excesivo crónico y/o agudo de cafeína (500-600 mg/día) el síndrome clínico conocido como cafeinismo, cuyos síntomas son: intranquilidad, nerviosismo, aumento de la actividad motora, congestión facial, molestias gastrointestinales, arritmias y en los peores casos, diarreas, nauseas, vómitos, deshidratación, disnea, fiebre, delirios y convulsiones (puedes leer varios casos reales en este enlace). La interrupción brusca del consumo crónico de cafeína (se crea una tolerancia debida a la adaptación del organismo a un consumo mayor de cafeína) se asocia con la aparición de cuadros sintomáticos similares a los de estados de abstinencia, que aparecen a las 24 horas desde la última ingesta crónica y se alargan hasta una semana.

Respecto al efecto de la cafeína sobre ciertos estados patológicos y/o salud en general, siempre ha habido un gran controversia. Por ejemplo, en cuanto a su efecto positivo frente a enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson, tenemos que una nueva revisión (leer aquí) pone de manifiesto que la cafeína no es tan beneficiosa como antes se había comentado (leer aquí o aquí). En cuanto a tests de atención y tiempo de reacción entre consumidores habituales y no habituales, no se observaba mejora de la atención y rapidez ante el estimula en los casos de ingesta de cafeína en individuos no consumidores habituales (fuente). Otras líneas de investigación derivaron hacia el efecto de la cafeína sobre el rendimiento deportivo, mejorarando la resistencia, sensación de fuerza y motivación para superar el esfuerzo físico (ver artículo y metaánalisis). En otros casos se buscaron evaluar las capacidades antiinflamatorias de la cafeína y derivados, descubriéndose que el consumo moderado de café se asoció con un aumento en la concentración de varios biomarcadores inflamatorios (proteína C reactiva, interleuquina 6, factor de necrosis tumoral α) en comparación con los no consumidores habituales de cafeína. Otros estudios se han centrado en el papel de la cafeína sobre la aparición y efectos de la obesidad (considerando el efecto farmacológico anoréxico de la cafeína pero también sobre el control del gasto metabólico) , diabetes mellitus tipo II (existiendo ejemplos a favor, pero también en contra, así como metaanálisis), síndrome metabólico y/o enfermedades cardiovasculares (donde apenas se ha observado asociación). Sin olvidar de mencionar el más reciente, sobre el efecto de la cafeína sobre la longevidad y la mortalidad. De forma curiosa, se han realizado estudios en otros animales, como la mosca de la fruta, donde la cafeína también puede influir además de en el sueño, también en el control de la ingesta.

Aquí os dejo la charla que resume muchos de los aspectos tratados (o al menos se ha intentado) sobre el efecto de la cafeína sobre nuestro organismo. “Por favor, otro café” by Pablo Barrecheguren.

http://www.eitb.eus/es/divulgacion/naukas-bilbao/videos/detalle/5083179/video-naukas-bilbao-2017-pablo-jose-barrecheguren-por-favor-otro-cafe/

-NOTA AL LECTOR- Por si quieres saber más sobre la presencia de cafeína en las bebidas energéticas, te dejo estos enlaces del blog de JM López Nicolás, Scientia, sobre el tema (enlace 1, enlace 2 y enlace 3). Si quieres saber cómo se extrae la cafeína del café y/o de otras bebidas carbonatadas, te recomiento estos dos otros enlaces (1,2)

¡Nos “leemos” en la próxima entrada!                                                                                TatianaDC

Referencias:                                                                                                                        Coffee and Caffeine Genetics Consortium “Genome-wide meta-analysis identifies six novel loci associated with habitual coffee consumption” Mol Psychiatry (2016)   ;  Cornelis M. C. et. al. “Genome-Wide Meta-Analysis Identifies Regions on 7p21 (AHR) and 15q24 (CYP1A2) As Determinants of Habitual Caffeine Consumption”  PLoS Genet. (2011)   ;  Heckman, M. A. “Caffeine (1, 3, 7-trimethylxanthine) in Foods: A Comprehensive Review on Consumption, Functionality, Safety, and Regulatory Matters” Journal of Food Science (2010)   ;    Sociedad Española de Toxicomanías (VV.AA.) “Tratado SET de trastornos adictivos” Editorial Panamericana (2006)  ;   Gennaro, A.R. “Remington Farmacia” Tomo 2. 20ª Edición. Editorial Panamericana (2000) http://www.eufic.org/en/whats-in-food/article/caffeine-qas  http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/caffeine#section=Metabolism-Metabolites  http://medlineplus.gov/caffeine.html  http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/11148/PFC1.pdf?sequence=1  http://www.elsevier.es/es-revista-neurologia-295-articulo-cafeina-cefalea-consideraciones-especiales-S0213485315000158                                          http://www.genetics-gsa.org/education/pdf/Zephyr%20and%20Walsh%202015%20Variation%20in%20Caffeine%20Metabolism%20Gene%20-%20Resource%20Justification%20and%20Instructor%20Guidelines.pdf https://www.researchgate.net/profile/Bertil_Fredholm/publication/7778838_Adenosine_A2A_but_not_A1_receptors_mediate_the_arousal_effect_of_caffeine/links/0912f50a395e300b00000000/Adenosine-A2A-but-not-A1-receptors-mediate-the-arousal-effect-of-caffeine.pdf                                            http://revistageneticamedica.com/2014/10/15/mecanismos-geneticos-asociados-al-consumo-de-cafe/                                               http://pharmrev.aspetjournals.org/content/51/1/83.short http://www.elespanol.com/ciencia/salud/20170803/236226418_0.html     http://es.wikipedia.org/wiki/Cafe%C3%ADna                      http://en.wikipedia.org/wiki/Caffeine                                          http://www.youtube.com/watch?v=jOfquPE1cnU

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