Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về caffein 1.1 Công thức cấu tạo [2] Hình 1.1 Công thức cấu tạo caffein C8H10N4O2 (dạng khan). Phân tử lượng: 194,2 C8H10N4O2. Phân tử lượng: 212,2 Caffein là 1,3,7-trimethyl-3,7-dihydro-1H-purin-2,6-dion, phải chứa từ 98,5% đến 101,5% C8H10N4O2, tính theo chế phẩm đã làm khô.2 Tính chất lý hóa [2] Tinh thể trắng, mịn, hay bột kết tinh trắng. Vụn nát ngoài không khí khô, đun nóng ở 100 oC caffein sẽ mất nước và thăng hoa ở khoảng 200 oC.
Dung dịch caffein có phản ứng trung tính với giấy quỳ. Dễ tan trong nước sôi, cloroform, hơi tan trong nước, khó tan trong ethanol và ether, tan trong các dung dịch acid và trong các dung dịch đậm đặc của benzoat hay salicylat kiềm.3 Định tính, định lượng caffein được quy định trong DĐVN [2] 1.1 Định tính caffein Có thể chọn một trong hai nhóm định tính sau: Nhóm I: A, B, E Nhóm II: B, C, D, E A. Phổ hồng ngoại phải phù hợp với phổ hồng ngoại của caffein chuẩn. Xác định trên chế phẩm đã làm khô.
Điểm chảy: 234 – 239 oC. Xác định trên chế phẩm đã làm khô. Cho 0,05 ml dung dịch iod - iodid (TT) vào 2 ml dung dịch bão hoà caffein. Dung dịch vẫn trong.
Thêm 0,1 ml dung dịch acid hydrocloric loãng (TT). Có tủa nâu xuất hiện, tủa này tan khi trung hoà bằng dung dịch natri hydroxyd 2 M (TT). Cho phản ứng của nhóm xanthin. Chế phẩm đáp ứng phép thử mất khối lượng do làm khô.2 Định lượng caffein Cân chính xác khoảng 150 mg chế phẩm đã làm khô.
Hoà tan trong 15 ml anhydrid acetic (TT) và 20 ml benzen (TT). Cho thêm vài giọt dung dịch tím tinh thể (TT). Chuẩn độ bằng dung dịch acid percloric 0,1 N (CĐ) cho đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng. Có thể xác định điểm kết thúc bằng phương pháp chuẩn độ đo điện thế.
1 ml dung dịch acid percloric 0,1 N (CĐ) tương đương với 19,42 mg C8H10N4O2.2 Vai trò của caffein trong nước tăng lực Theo “Danh mục tiêu chuẩn chung cho phụ gia thực phẩm” của Ủy Ban các vấn đề về an toàn thực phẩm của FAO và WHO, caffein là một loại phụ gia cho nước loại tăng lực có ga và không có ga [12]. Một nghiên cứu chỉ ra rằng việc các nhà sản xuất nước tăng lực thêm caffein vào các sản phẩm này để làm tăng kích thích thần kinh cũng như thể chất, gây cảm giác tỉnh táo, sảng khoái cho người sử dụng, từ đó hấp dẫn người tiêu dùng sử dụng các sản phẩm này thường xuyên [19].3 Tác dụng của caffein lên sức khỏe con người 1.1 Cơ chế tác động của caffein Trong cơ thể, caffein tác động thông qua một số cơ chế, nhưng tác động chính của caffein là ức chế cạnh tranh không chọn lọc với adenosin trên thụ thể của adenosin.2 Công thức cấu tạo của caffein và adenosin Adenosin được tìm thấy trong tất cả các phần của cơ thể, là một thành phần của adenosin triphosphat (ATP) có vai trò trong giải phóng năng lượng và tổng hợp RNA, nhưng trong não adenosin chỉ có chức năng bổ trợ. Có bằng chứng cho thấy adenosin bảo vệ não bằng cách ức chế hoạt động thần kinh và tăng lưu lượng máu qua các thụ thể nằm trên cơ trơn mạch máu. Mức adenosin trong não được tăng lên bởi xuất hiện nhiều dạng chuyển hóa bắt buộc khi thiếu oxy và gián đoạn lưu lượng máu [9],[32].
Ngoài ra, adenosin còn liên quan đến việc kiểm soát chu kỳ ngủ - thức. Sự tích lũy của adenosin là một nguyên nhân chính của cảm giác buồn ngủ sau hoạt động thần kinh kéo dài. Tác động gây ra cảm giác buồn ngủ là tác động trung gian giữa tác động ức chế các tế bào thần kinh kiểm soát sự tỉnh táo thông qua các thụ thể A1 ( thông qua tác động ngăn chặn tái hấp thu canxi) và tác động kích hoạt các tế bào thần kinh kiểm soát sự buồn ngủ thông qua các thụ thể A2A (các tế bào này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát hành vi) [27],[32],[34]. Caffein dạng phân tử có thể tan tốt trong nước và lipid, nên caffein qua được hàng rào máu não.
Khi qua được hàng rào máu não, caffein tác động như một chất đối vận không chọn lọc lên thụ thể của adenosin (nói cách khác, tác nhân này làm giảm tác dụng của adenosin). Các phân tử caffein có cấu trúc tương tự như adenosin, và có khả năng liên kết với các thụ thể adenosin trên bề mặt của tế bào mà không hoạt hóa các thụ thể này, do đó caffein hoạt động như một chất ức chế cạnh tranh [18].2 Sự chuyển hóa của caffein [26] Caffein từ các loại đồ uống được hấp thụ bởi ruột non nhanh chóng, với 99% lượng caffein được hấp thu trong vòng 45 phút sau khi uống, sau đó được phân phối tới tất cả các mô của cơ thể. Nồng độ caffein trong máu đạt đến đỉnh sau từ 15 – 120 phút sau khi được hấp thu. Thời gian bán thải của caffein sau khi hấp thụ vào máu trong khoảng 1,5 – 9 giờ, ở người khỏe mạnh khoảng 5 giờ.
Caffein vào máu được chuyển hóa trong gan bởi hệ thống enzym cytochrom oxidas P450, đặc biệt, bởi isozym CYP1A2, tạo thành 3 chất dimethylxanthin đều có những tác động lên cơ thể: - Paraxanthin: Là chất chuyển hóa chủ yếu (70 - 80%). Tăng phân giải lipid, tăng nồng độ glycerol và acid béo tự do trong huyết tương. - Theobromin: làm giãn các mạch máu và tăng lượng nước tiểu. - Theophyllin: Nới lỏng cơ trơn của phế quản, và được sử dụng để điều trị bệnh hen suyễn.
Các chất chuyển hóa lại tiếp tục chuyển hóa nhiều lần nữa và sau đó được bài tiết trong nước tiểu 1.3 Tác động của caffein Trên hệ thần kinh: caffein là một chất kích thích hệ thống thần kinh trung ương, cải thiện tâm trạng và có tác dụng giảm đau. Caffein còn là một chất bảo vệ thần kinh, chống lại các triệu chứng của bệnh Parkinson [28]. Caffein tạo ra sự tỉnh táo, giúp cho suy nghĩ nhanh và rõ ràng, tăng cường sự tập trung và phối hợp của cơ thể tốt hơn. Liều lượng cần để tạo ra những ảnh hưởng này tùy thuộc vào khả năng dung nhận của mỗi cơ thể, tác dụng bắt đầu chưa đầy sau 1 giờ sau khi uống và thường biến mất sau 5 giờ [11].
Trên hệ tuần hoàn: caffein kích thích làm tim đập nhanh, mạnh, tăng lưu lượng tim và lưu lượng mạch vành. Do đó, người bị cao huyết áp không nên sử dụng nhiều caffein. Cơ chế của sự tăng huyết áp của caffein có thể do sự chẹn các thụ thể của adenosin và sự ức chế các men phosphodiesteras [29]. 7 Trên hệ hô hấp: kích thích trung tâm hô hấp, làm giãn phế quản và giãn mạch phổi [13].
Trên hệ tiêu hoá: caffein ức chế các men phosphodiesteras, làm tăng tích tụ các phân tử cAMP trong tế bào. Do đó, làm tăng tiết dịch ruột non. Với hàm lượng caffein trong khoảng 75 – 300 mg, sự tiết dịch này có thể kéo dài đến 15 phút có thể gây tiêu chảy [37]. Trên cơ trơn: caffein có tác dụng giãn cơ trơn mạch máu, mạch vành, cơ trơn phế quản và cơ trơn tiêu hoá.
Đặc biệt, tác dụng giãn cơ trơn càng rõ khi đang ở trạng thái co thắt [20]. Trên thận: tiêu thụ caffein với lượng trên 250 mg gây ra tác động lợi tiểu cấp tính, lượng caffein bình thường trong các loại thực phẩm dưới 250 mg thì không gây ra tác dụng lợi tiểu. Với người sử dụng caffein lâu dài thì tác động lợi tiểu ngày càng giảm [24]. Caffein còn tăng hoạt động của cơ vân, tăng chuyển hoá do ngăn cản phân huỷ các phân tử cAMP do ức chế cạnh tranh với các men phosphodiesteras.
Nồng độ các phân tử cAMP tăng sẽ thúc đẩy các phản ứng làm tăng canxi nội bào, tăng hoạt động của cơ tim, tăng chuyển hoá, tăng phân huỷ lipid, tăng glucose máu [17], [18]. Tiêu thụ một lượng lớn caffein – thường là nhiều hơn 250 mg mỗi ngày – có thể dẫn đến một tình trạng gọi là caffeinism. Triệu chứng caffeinism bao gồm sự nghiện caffein và những biểu hiện khó chịu về trể trạng và tinh thần như căng thẳng, bồn chồn, khó chịu trong người, mất ngủ, đau đầu và tim đập nhanh sau khi sử dụng caffein [32].4 Ngộ độc caffein Sử dụng caffein quá liều có thể dẫn đến trạng thái kích thích thần kinh trung ương quá mức gọi là ngộ độc caffein. Hội chứng này xảy ra sau khi uống một lượng lớn caffein, triệu chứng xảy ra giống như quá liều các chất kích thích khác: bồn chồn, lo âu, kích động, mất ngủ, mặt đỏ bừng, tiểu nhiều, rối loạn tiêu hóa, co giật cơ bắp, nhịp tim nhanh [10].
8 Liều gây độc trên người của caffein phụ thuộc vào sự nhạy cảm của cá nhân. Liều gây chết trên người ước tính vào khoảng 150 mg đến 200 mg cho mỗi kg trọng lượng cơ thể. Tuy nhiên, chỉ với lượng caffein vào khoảng 480 mg là đủ để có thể gây ra hiện tượng ngộ độc caffein trên lâm sàng [11]. Điều trị caffein chủ yếu là điều trị nâng đỡ cho bệnh nhân, điều trị các triệu chứng ngay lập tức, nếu bệnh nhân có nồng độ quá cao caffein trong máu thì phải thẩm phân phúc mạc, chạy thận nhân tạo hoặc lọc máu [16].5 Nghiện caffein Sử dụng caffein lâu ngày sẽ dẫn đến phụ thuộc caffein về tâm lý và thể chất.
Khi ngưng sử dụng đột ngột sẽ dẫn đến các triệu chứng cai nghiện caffein bao gồm: nhức đầu, khó chịu, không có khả năng tập trung, buồn ngủ, mất ngủ và đau dạ dày, đau khớp xương có thể xuất hiện trong vòng 12 đến 24 giờ sau khi ngưng uống caffein, xuất hiện nhiều nhất sau 48 giờ và thường kéo dài 2 – 9 ngày [23]. Nghiện caffein được phân loại là một dạng rối loạn tâm thần trong DSM – 5 bởi Hiệp hội Tâm thần Hoa Kỳ [15].4 Một số quy định về caffein trong nước tăng lực trên thế giới Ở Mỹ, FDA khuyến cáo lượng caffein tiêu thụ trong một ngày đối với một người khỏe mạnh tối đa là 400 mg [35]. Ủy Ban Châu Âu quy định, những sản phẩm có hàm lượng caffein từ 150 mg/l trở lên, phải dán nhãn “Hàm lượng caffein cao. Không nên dùng cho trẻ em, phụ nữ mang thai hoặc cho con bú” [33].
Bộ Y Tế Canada cũng có quy định hàm lượng caffein trong nước tăng lực. Theo đó, hàm lượng tối đa trong một sản phẩm nước tăng lực có ga là 200 ppm, trong sản phẩm nước tăng lực không có ga là 150 ppm [21].