Il caffè aumenta notevolmente lattività del nervo simpatico e la pressione sanguigna indipendentemente dal contenuto di caffeina

Il caffè è una delle bevande più popolari, consumata in grandi quantità in tutto il mondo. Sebbene il suo gusto sia un fattore determinante, molti lo consumano per le sue proprietà stimolanti. Il consumo di caffè è stato associato ad un aumento della morbilità e mortalità cardiovascolare in alcuni1,2 ma non in tutti gli studi prospettici ed epidemiologici.3,4 È interessante notare che un effetto benefico del caffè è stato riportato di recente nello studio Scottish Heart Health.5 Allo stesso modo, il ruolo del caffè anche nello sviluppo dellipertensione è controverso, in quanto il consumo di caffè è stato collegato sia alla pressione sanguigna (PA) elevata6 che ridotta7 e ha persino dimostrato di non avere alcun effetto sulla pressione arteriosa.8

Il sistema nervoso simpatico (SNS) svolge un ruolo importante nella regolazione della PA. In effetti, liperattività simpatica è un meccanismo patogenetico ben consolidato nellipertensione.9-11 La reattività del SNS è già aumentata nei pazienti con ipertensione borderline10 anche durante lo stress mentale nella prole normotesa di genitori ipertesi 12, il che suggerisce che lattivazione intermittente del SNS può in a lungo andare portano ad aumenti persistenti della PA.

Il caffè contiene diverse centinaia di sostanze diverse, 13 ma i suoi effetti sullemodinamica e sul SNS sono stati principalmente legati alla caffeina. In effetti, la somministrazione a breve termine di caffeina in chi non beve caffè aumenta la pressione arteriosa, lattività della renina plasmatica e le catecolamine.14 Gli effetti diretti della caffeina e del caffè sullattività del SNS, tuttavia, rimangono ancora da determinare, in particolare perché il caffè decaffeinato è considerato mancano di tali effetti cardiovascolari. Pertanto, lo scopo del presente studio era valutare gli effetti della caffeina, così come del caffè normale e decaffeinato, sullattività del nervo simpatico e sullemodinamica negli esseri umani in vivo.

Metodi

Soggetti

Lattività del nervo simpatico (MSA) è stata studiata mediante microneurografia allinterno del nervo peroneo in 15 volontari sani (Tabella). Fumatori e figli di genitori ipertesi (fattori di confusione comuni che possono influenzare lattività SNS) sono stati esclusi.12 Il comitato etico dellOspedale universitario di Zurigo (Svizzera) ha approvato lo studio e i volontari hanno dato il consenso informato scritto prima dello studio.

Protocollo sperimentale

In 15 volontari sani (6 bevitori di caffè abituali e 9 non abituali) pressione arteriosa, frequenza cardiaca e Le MSA sono state registrate continuamente prima e dopo diversi interventi (vedi sotto) negli stessi soggetti. Bevitori abituali di caffè e bevitori di caffè non abituali (definiti come non bere caffè o altre bevande contenenti caffeina) sono stati studiati dopo:

(1) somministrazione in bolo endovenoso di caffeina (250 mg sciolti in 10 mL di NaCl 0,9%; n = 10, 5 bevitori di caffè abituali e 5 non abituali);

(2) somministrazione endovenosa di placebo (10 mL di NaCl 0,9%; n = 11, 5 bevitori di caffè abituali e 6 non abituali);

(3) bere caffè (espresso triplo; n = 10, 5 bevitori di caffè abituali e 5 non abituali); e

(4) bere caffè decaffeinato (triplo espresso; n = 4, bevitori di caffè non abituali).

I soggetti sono rimasti ciechi allintervento (ad esempio, caffè contro caffè decaffeinato, e somministrazione endovenosa di caffeina rispetto al placebo) Tutti i soggetti sono stati studiati in posizione supina dopo lastinenza dal caffè per almeno 16 ore in condizioni standardizzate, cioè nel pomeriggio (14:00) dopo un pasto leggero e dopo la minzione per evitare qualsiasi aumento del SNS attività attraverso la distensione della vescica.15 La gamba è stata fissata con un cuscino a vuoto e sono stati applicati gli elettrocateteri per ECG, il bracciale per la pressione arteriosa e lestensimetro per la respirazione. Un catetere a permanenza (DeltaFlo2, calibro 20, DELTA-MED) è stato inserito in una vena cubitale. Dopo un periodo di rodaggio e unemodinamica stabile per 15 minuti, sono state ottenute registrazioni di base e prelievi di sangue.

I livelli plasmatici di caffeina sono stati determinati al basale ea 15, 45 e 75 minuti dopo caffeina o placebo per via endovenosa e (a causa del lento assorbimento intestinale) 30, 60 e 90 minuti dopo lingestione orale di caffè, rispettivamente.

Microneurografia

La microneurografia è stata eseguita come descritto in precedenza .12,16 Registrazioni multifibre di MSA sono state ottenute durante lintera durata dello studio dal nervo peroneo posteriore alla testa del perone con microelettrodi di tungsteno (diametro del gambo 200 μm, punta non isolata da 1 a 5 μm; Medical Instruments, University of Iowa) . Un elettrodo di riferimento è stato inserito per via sottocutanea da 1 a 2 cm dallelettrodo di registrazione. Gli elettrodi erano collegati a un preamplificatore (guadagno, 1.000) e un amplificatore (guadagno variabile, da 10 a 50).Lattività neurale è stata alimentata attraverso un filtro passa-banda (larghezza di banda, da 700 a 2000 Hz) e una rete di integrazione resistenza-capacità (costante di tempo, 0,1 secondi) per ottenere un neurogramma a tensione media con i tipici burst attivati da onde di impulso. Il segnale è stato visualizzato su un oscilloscopio, amplificato e collegato a un altoparlante per identificare ulteriormente il segnale caratteristico ed escludere artefatti.12

ECG e BP

Un ECG è stato registrato simultaneamente durante lesperimento. La PA è stata valutata in modo non invasivo attraverso locclusione oscillometrica nella parte superiore del braccio sinistro (Dinamap, Critikon Inc).

Registrazione del segnale ed elaborazione del segnale

MSA e 1 derivazione ECG di superficie sono stati registrati continuamente con unapplicazione LabView, una scheda di conversione A / D MIO 16L (National Instruments) e un computer Macintosh. I segnali sono stati campionati a 500 Hz e memorizzati con una precisione di 12 bit.

Lelaborazione del segnale è stata eseguita con MATLAB (The MathWorks, Inc). La MSA è stata quantificata in una valutazione assistita da computer della frequenza e dellampiezza delle raffiche simpatiche. I risultati sono espressi come raffiche al minuto (raffiche / min) e somma cumulativa dellampiezza (ACS) in volt al minuto (V / min) per valore assoluto, come parametro dellattività totale, mentre le variazioni nellattività SNS sono espresso come percentuale dei valori basali.

Farmaci e preparazione del caffè

Caffeina sodio benzoato (431 mg) equivalente a 250 mg di caffeina è stata preparata in 10 mL di soluzione salina soluzione per uso endovenoso. Il caffè è stato preparato con una macchina per caffè espresso (triplo espresso). Il dosaggio del caffè è stato scelto per raggiungere una concentrazione plasmatica di caffeina equivalente a 250 mg di caffeina somministrata per via endovenosa, in accordo con esperimenti pilota che hanno dimostrato che dopo 60 minuti la concentrazione plasmatica di caffeina raggiunta con un espresso triplo – preparato con la macchina espresso automatica – era pari alla concentrazione plasmatica di caffeina 45 minuti dopo la somministrazione endovenosa di 250 mg di caffeina. Il caffè decaffeinato della stessa marca è stato preparato con una macchina espresso allo stesso modo del triplo espresso.

Dati e analisi statistica

I dati sono stati inseriti e analizzato con SYSTAT versione 10.0 (SPSS, Inc). Per ogni soggetto, nellanalisi statistica è stata utilizzata una media di 5 minuti di dati registrati continuamente al basale, 30 minuti e 60 minuti. Le medie di 5 minuti si sono verificate almeno 10 minuti dopo ogni prelievo di sangue. I risultati sono riportati come media ± SEM. Le analisi sono iniziate con unANOVA a misure ripetute 3 × 2, seguita da test delleffetto del tempo allinterno di ciascuna condizione. Significativi effetti entro le condizioni nel tempo sono stati seguiti da test di tendenze specifiche (p. Es., Lineare, quadratica). Leffetto del caffè sui bevitori abituali è stato valutato confrontando la variazione di 60 minuti del valore del parametro fisiologico a zero (linea di base) con un test t di 1 campione. Confronti simili sono stati fatti per i bevitori non abituali. Un valore di P < 0,05 è stato considerato statisticamente significativo.

Risultati

Dati di riferimento

Nonostante lastinenza dal caffè di almeno 16 ore, la caffeina era ancora rilevabile nei bevitori abituali di caffè (5,5 ± 1,3 μmol / L) e quel livello era significativamente più alto rispetto ai bevitori non abituali (1,9 ± 1,6 μmol / L, P = 0,04).

Somministrazione endovenosa di caffeina

La somministrazione endovenosa di caffeina (Figura 1) ha aumentato significativamente la caffeina circolante livelli (Figura 1F). Il modello di aumento era sia lineare significativo (F1,9 = 50,8, P < 0,001) e quadratico (F1,9 = 56,2, P < 0,001) componenti. Questo aumento è stato accompagnato da un marcato aumento dellattività del nervo simpatico (Figura 1A). È stato ottenuto anche un tempo significativo per interazione tra le condizioni per lattività totale del nervo simpatico (F2,10 = 5,5, P = 0,04). Infatti, lattività totale del nervo simpatico (ACS) è aumentata nella condizione di caffeina del 40,3 ± 19% a 30 minuti e del 54,1 ± 22,5% a 60 minuti, un trend lineare significativo (F1,6 = 17,8, P = 0,006). Nella condizione placebo, non cera alcun effetto significativo del tempo (F2,16 < 1). Per i restanti parametri fisiologici, lANOVA 3 × 2 complessiva non ha prodotto interazioni tempo × gruppo significative, sebbene la maggior parte di questi test fosse marginalmente significativa. Tuttavia, riteniamo che questi risultati riflettano il nostro basso livello di potere statistico per rilevare queste interazioni ordinali. Pertanto, abbiamo anche testato leffetto del tempo e le sue componenti di tendenza separatamente per le condizioni di caffeina e placebo. Con leccezione della pressione arteriosa diastolica (F2,16 < 1) abbiamo riscontrato un effetto significativo del tempo nella condizione di caffeina per il conteggio dei burst al minuto (F2,12 = 4.2, P = 0,041 ), pressione sistolica (F2,18 = 8.7, P = 0.002) e frequenza cardiaca (F2,16 = 5.9, P = 0.012).Tutti questi cambiamenti riflettono un aumento o una diminuzione lineare, ad eccezione della frequenza cardiaca, dove otteniamo anche un trend quadratico significativo (F1,8 = 8,5, P = 0,02). Questa tendenza quadratica è coerente con leffetto immediato della caffeina sulla frequenza cardiaca. Non ci sono stati cambiamenti significativi nei parametri fisiologici per la condizione placebo.

Laumento del numero di raffiche è stato in media del 5,5 ± 3% e del 9,4 ± 4% a 30 e 60 minuti. La pressione arteriosa sistolica è aumentata di 3 ± 1,6 mm Hg e 6,4 ± 1,7 mm Hg dopo 30 e 60 minuti, rispettivamente Figura 1B), e la frequenza cardiaca è diminuita significativamente (di -7,1 ± 2 bpm a 30 minuti e di -4,6 ± 2 bpm a 60 minuti ) dopo somministrazione endovenosa di caffeina.

Inoltre, non è stata osservata alcuna differenza nel corso di PA, frequenza cardiaca o MSA tra bevitori di caffè abituali e non abituali dopo aver ricevuto la stessa dose di caffeina per via endovenosa.

Bere caffè

Sessanta minuti dopo aver bevuto un triplo espresso, le concentrazioni plasmatiche di caffeina hanno raggiunto il picco (23,6 ± 2,3 μmol / L) ed erano paragonabili a quelle raggiunte 45 minuti dopo caffeina per via endovenosa (27,0 ± 1,8). È importante sottolineare che i bevitori di caffè abituali e non abituali hanno mostrato aumenti identici nella concentrazione plasmatica di caffeina (Figura 2F).

Abbiamo prima analizzato leffetto complessivo del consumo di caffè indipendentemente dallo stato dei soggetti come abituali o bevitori di caffè non abituali. Lattività del nervo simpatico ha mostrato un aumento sostenuto dopo aver bevuto il caffè. Lattività totale è aumentata del 29,3 ± 9,6% e del 53,2 ± 14,1% a 30 e 60 minuti. Laumento percentuale delle raffiche al minuto è stato rispettivamente del 7,2 ± 4% e dell11,8 ± 4%. Lentità dei cambiamenti nella MSA osservati 60 minuti dopo aver bevuto il caffè era paragonabile a quella dopo la somministrazione endovenosa di caffeina.

Un triplo espresso aumenta, rispettivamente a 30 e 60 minuti, la pressione sistolica di 5 ± 1,5 mm Hg e 7,5 ± 2 mm Hg e pressione diastolica di 6 ± 1 mm Hg e 4 ± 2 mm Hg. Di conseguenza, la frequenza cardiaca è diminuita di 4 ± 1,5 bpm a 30 minuti e di 2 ± 2 bpm a 60 minuti.

Effetti del consumo di caffè in base al consumo abituale di caffè

Anche se cè stata uninterazione temporale significativa e lineare per il caffè sia nel gruppo abituale che in quello non abituale, abbiamo riscontrato un aumento significativo rispetto al basale per i bevitori abituali di caffè (t3 = 3,2, P = 0,025) ma non per il caffè non abituale bevitori (t3 = 1,9, P = 0,147). Per la frequenza cardiaca (Figura 2E) o le raffiche al minuto (Figura 2B), non ci sono stati cambiamenti significativi per i bevitori di caffè abituali o non abituali.

Caffè decaffeinato

Nei bevitori di caffè non abituali, il caffè decaffeinato non ha aumentato i livelli di caffeina plasmatica (t3 = 2,54, P = 0,084, Figura 2F). Più interessante, nonostante lassenza di caffeina, la pressione arteriosa sistolica è aumentata di 5,5 ± 2,5 mm Hg a 30 minuti e di 12 ± 3 mm Hg a 60 minuti (t3 = 3,8, P = 0,033, Figura 2C). Lattività simpatica totale ha mostrato solo un aumento marginalmente significativo a 60 minuti (22,1 ± 12,3%, t3 = 2,1, P = 0,128, Figura 2A) rispetto al basale. Tuttavia, quando abbiamo considerato la tendenza completa nel tempo aggiungendo i dati di 30 minuti, abbiamo trovato un effetto complessivo per il tempo sullattività simpatica totale (f2,6 = 6,8, P = 0,029), che era principalmente una tendenza lineare significativa (f1 , 3 = 21,2, P = 0,019). La pressione diastolica (Figura 2D), la frequenza cardiaca (Figura 2E) e il numero di raffiche al minuto (Figura 2B) non hanno mostrato alcun cambiamento dopo il caffè decaffeinato.

Discussione

I nostri dati suggeriscono che il caffè e la caffeina aumentano in modo simile MSA e BP nei bevitori di caffè non abituali, mentre i bevitori abituali di caffè non mostrano alcuna risposta di BP nonostante Attivazione MSA. Inoltre, caffè decaffeinato e caffeina hanno prodotto un tempo simile per interazione tra condizioni per lattività totale del nervo simpatico, suggerendo che sostanze diverse dalla caffeina possono essere responsabili delleffetto stimolante del caffè sul sistema cardiovascolare. Il fatto che, nei bevitori di caffè non abituali, caffè e caffè decaffeinato aumentino in modo simile MSA e BP è intrigante e supporta lipotesi che sostanze diverse dalla caffeina siano responsabili delleffetto cardiovascolare del consumo di caffè.

Il presente studio dimostra per la prima volta che la caffeina attiva il SNS, aumenta la pressione arteriosa sistolica e diastolica e diminuisce la frequenza cardiaca, sebbene il consumo di caffè abbia causato un aumento dellattività SNS con concomitante aumento della PA solo nei bevitori di caffè non abituali. Inoltre, e sorprendentemente, i bevitori di caffè non abituali hanno anche mostrato risposte cardiovascolari simili dopo il caffè decaffeinato.

Studi prospettici ed epidemiologici hanno prodotto risultati controversi sugli effetti cardiovascolari del consumo di caffè. In effetti, il consumo di caffè è stato collegato a una pressione arteriosa elevata6 e ridotta7 e persino a nessun effetto sulla pressione arteriosa.8 Le incongruenze negli studi riportati possono essere parzialmente attribuite a difetti metodologici e incapacità di controllare le variabili confondenti, tra cui la pressione arteriosa di base, labitudine al fumo, differenze di sesso, assunzione di cibo e alcol, stress e obesità, nonché determinazione imprecisa dellassunzione giornaliera di caffè e caffeina.17,18 È probabile che la diversa distribuzione dellhabitus del caffè allinterno di questi studi possa, in accordo con le nostre osservazioni, spiegare alcune delle incongruenze degli studi che analizzano il potenziale ipertensivo del caffè. In questo contesto, studi che mostrano un aumento acuto della PA sono stati condotti in bevitori non abituali o in bevitori abituali solo dopo unastinenza prolungata.

In particolare, gli effetti acuti differenziali della caffeina e del caffè sulla SNS non sono stati precedentemente valutati negli esseri umani in vivo. Il presente studio è il primo che dimostra unattivazione del SNS da caffeina, caffè e caffè decaffeinato. Leffetto pressore della caffeina e del caffè osservato nei bevitori di caffè non abituali deve essere correlato ad unattivazione del SNS centrale o possibilmente periferica. Il fatto che la PA aumentasse mentre la frequenza cardiaca diminuiva o rimaneva invariata suggerisce una stimolazione differenziale dellattività del nervo simpatico periferico e cardiaco da parte della caffeina e del caffè. In effetti, è probabile che laumento della pressione arteriosa abbia indotto uninibizione mediata dai barocettori dellattività simpatica cardiaca perché si osserva dopo linfusione di una sostanza vasopressore.19,20 Leffetto pressorio dellacqua potabile è stato descritto21 in soggetti che sono stati incoraggiati a bere un grande volume (≈500 mL) il più rapidamente possibile ed è stato collegato (anche se non misurato direttamente) allattivazione del SNS. Questo effetto può essere in parte dovuto alla distensione della vescica, nota per attivare SNS.15 Considerando il piccolo volume di caffè espresso bevuto nel nostro studio (≈30 mL), è meno probabile che accada.

Finora, gli effetti stimolatori cardiovascolari del caffè sono stati collegati allattivazione del nervo simpatico da parte della caffeina. In effetti, anche nel nostro studio, la caffeina applicata per via endovenosa ha indotto questa risposta attesa. Tuttavia, qui forniamo la prova che nei bevitori di caffè non abituali, lattivazione cardiovascolare da parte del caffè è indipendente dal contenuto di caffeina. In effetti, il caffè decaffeinato ha portato ad un aumento di MSA e BP simile a quello causato dallespresso contenente caffeina, suggerendo che le sostanze diverse dalla caffeina mediano lattivazione simpatica e laumento della PA dopo aver bevuto il caffè. Questa interpretazione è supportata da altri risultati: lingestione di un triplo espresso non ha causato alcun aumento della PA nei bevitori abituali di caffè, probabilmente a causa della tolleranza indotta. Tuttavia, le differenze nei cambiamenti della PA tra bevitori di caffè abituali e non abituali non erano correlate a una perdita nellattivazione del nervo simpatico da parte della caffeina. Al contrario, la caffeina per via endovenosa ha evocato cambiamenti simili nellattività simpatica in entrambi i gruppi. Pertanto, anche la tolleranza al caffè non sembra essere correlata alla caffeina. Non si può escludere con certezza un effetto placebo nei bevitori di caffè non abituali; tuttavia, il modello cambia nel tempo, con un aumento lento e progressivo di PA e MSA, in linea con laumento dei livelli di caffeina circolante, il che suggerisce un vero effetto farmacologico.

Secondo i nostri risultati, limpatto Il consumo di caffè abituale rispetto a quello non abituale è così importante che unadeguata stratificazione dei pazienti sembra essenziale per analizzare i dati in questo campo.Infatti, la maggior parte degli studi sulleffetto acuto della caffeina o del caffè che riportano un effetto pressore sono stati eseguiti su bevitori di caffè non abituali14 o dopo unastinenza prolungata.22 Leffetto acuto del consumo di caffè nei bevitori abituali di caffè non è mai stato documentato, mentre studi epidemiologici si basano principalmente su bevitori abituali di caffè. Studi epidemiologici pubblicati di recente non sono riusciti a dimostrare una chiara associazione tra laumento dei livelli di consumo di caffè e il rischio di morbilità o mortalità cardiovascolare3 ed è stato ipotizzato persino un effetto benefico.5

È del tutto possibile che il potenziale avverso gli effetti precedentemente assegnati al caffè potrebbero essere significativamente meno evidenti se consumato regolarmente. Infatti, sulla base dei nostri risultati – e degli studi epidemiologici8 – è probabile che negli individui normotesi senza un background genetico per lipertensione, il consumo di caffè non possa essere considerato un fattore di rischio per lipertensione. Se i figli di genitori ipertesi reagiscono in modo diverso al caffè o alla caffeina – come fanno allo stress mentale12 – resta da indagare. Certamente, nei bevitori abituali di caffè, la restrizione del caffè non sembra essere necessaria dal punto di vista medico. Lidentificazione degli ingredienti del caffè diversi dalla caffeina responsabili dellattivazione cardiovascolare potrebbe portare a nuove forme di caffè veramente prive di stimolanti indesiderabili.

Note a piè di pagina