Kawa ostro zwiększa aktywność nerwów współczulnych i ciśnienie krwi niezależnie od zawartości kofeiny

Kawa to jeden z najpopularniejszych napojów, spożywany w dużych ilościach na całym świecie. Chociaż jego smak jest czynnikiem, wielu konsumuje go ze względu na jego właściwości pobudzające. Picie kawy wiązało się ze zwiększoną chorobowością i śmiertelnością z przyczyn sercowo-naczyniowych w niektórych1,2, ale nie we wszystkich badaniach prospektywnych i epidemiologicznych.3,4 Co ciekawe, korzystny wpływ kawy odnotowano ostatnio w badaniu Scottish Heart Health.5 Podobnie rola kawy w rozwoju nadciśnienia jest również kontrowersyjne, ponieważ picie kawy wiąże się zarówno z podwyższonym6, jak i obniżonym7 ciśnieniem krwi (BP), a nawet wykazano, że nie ma wpływu na BP.8

Współczulny układ nerwowy (SNS) odgrywa ważną rolę w regulacji ciśnienia tętniczego. Rzeczywiście, nadmierna aktywność współczulna jest dobrze ugruntowanym mechanizmem patogenetycznym w nadciśnieniu .9-11 Reaktywność SNS jest już zwiększona u pacjentów z nadciśnieniem granicznym10, a także podczas stresu psychicznego u potomstwa rodziców z nadciśnieniem tętniczym z prawidłowym ciśnieniem, 12 w dłuższej perspektywie prowadzi do trwałego wzrostu ciśnienia tętniczego.

Kawa zawiera kilkaset różnych substancji 13, ale jej wpływ na hemodynamikę i SNS był głównie związany z kofeiną. Rzeczywiście, krótkotrwałe podawanie kofeiny osobom nie pijącym kawy zwiększa BP, aktywność reniny w osoczu i katecholamin.14 Jednak bezpośredni wpływ kofeiny i kawy na aktywność SNS wciąż pozostaje do ustalenia, szczególnie dlatego, że uważa się, że kawa bezkofeinowa brak takich skutków sercowo-naczyniowych. Zatem celem niniejszego badania była ocena wpływu kofeiny, a także zwykłej i bezkofeinowej kawy na aktywność nerwów współczulnych i hemodynamikę u ludzi in vivo.

Metody

Pacjenci

Aktywność mięśni współczulnych nerwów (MSA) badano za pomocą mikroneurografii w obrębie nerwu strzałkowego u 15 zdrowych ochotników (tabela). Wykluczono palaczy i potomków rodziców z nadciśnieniem tętniczym (częste czynniki zakłócające, które mogą wpływać na aktywność SNS). 12 Komisja etyki Szpitala Uniwersyteckiego w Zurychu (Szwajcaria) zatwierdziła badanie, a ochotnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę przed rozpoczęciem badania.

Protokół eksperymentalny

U 15 zdrowych ochotników (6 nałogowych i 9 niestabilnych pijących kawę) ciśnienie tętnicze, tętno i MSA były stale rejestrowane przed i po różnych interwencjach (patrz poniżej) u tych samych pacjentów. Osoby nałogowo pijące kawę i osoby nie pijące regularnie kawy (definiowane jako nie pijące kawy lub innych napojów zawierających kofeinę) badano po:

(1) dożylnym podaniu w bolusie kofeiny (250 mg rozpuszczone w 10 ml NaCl 0,9%; n = 10, 5 nałogowych i 5 niestałowych pijących kawę);

(2) dożylne podanie placebo (10 ml NaCl 0,9%; n = 11, 5 nałogowych i 6 niestabilnych pijących kawę);

(3) picie kawy (potrójne espresso; n = 10, 5 osób regularnie pijących i 5 nietypowych); oraz

(4) picie kawy bezkofeinowej (potrójne espresso; n = 4, osoby nieczęsto pijące kawę).

Badani byli ślepi na interwencję (tj. kawa w porównaniu z kawą bezkofeinową oraz dożylne podanie kofeiny w porównaniu z placebo) Wszystkie osoby badano w pozycji leżącej po abstynencji kawowej przez co najmniej 16 godzin w standardowych warunkach, tj. po południu (14:00) po lekkim posiłku i po oddaniu moczu, aby uniknąć jakiegokolwiek wzrostu SNS aktywności poprzez rozdęcie pęcherza.15 Nogę umocowano poduszką próżniową i dołączono odprowadzenia EKG, mankiet do pomiaru ciśnienia tętniczego i miernik naprężenia oddechowego. Do żyły łokciowej wprowadzono założony na stałe cewnik (DeltaFlo2, rozmiar 20, DELTA-MED). Po okresie rozruchowym i stabilnej hemodynamice przez 15 minut uzyskano zapisy wyjściowe i próbki krwi.

Poziomy kofeiny w osoczu określono na początku badania oraz po 15, 45 i 75 minutach po dożylnym podaniu kofeiny lub placebo oraz (z powodu powolnego wchłaniania w jelitach) odpowiednio 30, 60 i 90 minut po doustnym spożyciu kawy.

Mikroneurografia

Mikroneurografię przeprowadzono zgodnie z wcześniejszym opisem .12,16 Wielowłóknowe zapisy MSA uzyskano przez cały czas trwania badania z nerwu strzałkowego tylnego do głowy kości strzałkowej za pomocą mikroelektrod wolframowych (średnica trzonu 200 μm, końcówka nieizolowana 1 do 5 μm; Medical Instruments, University of Iowa) . Elektrodę odniesienia wprowadzono podskórnie 1 do 2 cm od elektrody rejestrującej. Elektrody podłączono do przedwzmacniacza (wzmocnienie, 1.000) i wzmacniacza (o zmiennym wzmocnieniu, od 10 do 50).Aktywność neuronowa była zasilana przez filtr pasmowy (szerokość pasma, 700 do 2000 Hz) i sieć integrującą rezystancję i pojemność (stała czasowa, 0,1 sekundy) w celu uzyskania neurogramu średniego napięcia z typowymi impulsami wyzwalanymi falą impulsową. Sygnał był wyświetlany na oscyloskopie, wzmacniany i podłączany do głośnika w celu dalszej identyfikacji charakterystycznego sygnału i wykluczenia artefaktów.12

EKG i BP

EKG rejestrowano jednocześnie przez cały czas trwania eksperymentu. BP oceniano nieinwazyjnie za pomocą okluzji oscylometrycznej na lewym ramieniu (Dinamap, Critikon Inc).

Rejestracja i przetwarzanie sygnału

MSA i 1-odprowadzenie powierzchniowe EKG były w sposób ciągły rejestrowane za pomocą aplikacji LabView, płyty konwersji A / D MIO 16L (National Instruments) i komputera Macintosh. Sygnały próbkowano z częstotliwością 500 Hz i zapisywano z 12-bitową dokładnością.

Przetwarzanie sygnału przeprowadzono za pomocą programu MATLAB (The MathWorks, Inc). MSA określono ilościowo w wspomaganej komputerowo ocenie częstotliwości i amplitudy wyładowań sympatycznych. Wyniki są wyrażane jako impulsy na minutę (impulsy / min) i skumulowaną sumę amplitudy (ACS) w woltach na minutę (V / min) dla wartości bezwzględnej, jako parametr całkowitej aktywności, natomiast zmiany w aktywności SNS są wyrażone jako procent wartości wyjściowych.

Narkotyki i przygotowanie kawy

Benzoesan sodu kofeiny (431 mg) odpowiadający 250 mg kofeiny przygotowano w 10 ml soli fizjologicznej roztwór do podawania dożylnego. Kawę przygotowano za pomocą ekspresu do kawy (potrójne espresso). Dozowanie kawy zostało dobrane tak, aby osiągnąć stężenie kofeiny w osoczu odpowiadające 250 mg kofeiny podanej dożylnie, zgodnie z eksperymentami pilotażowymi, które wykazały, że po 60 minutach stężenie kofeiny w osoczu osiągnięte przy potrójnym espresso – przygotowanym za pomocą automatycznego ekspresu do kawy – wynosiło równe stężeniu kofeiny w osoczu 45 minut po dożylnym podaniu 250 mg kofeiny. Kawa bezkofeinowa tej samej marki została przygotowana za pomocą ekspresu do kawy w taki sam sposób, jak potrójne espresso.

Dane i analiza statystyczna

Dane zostały wprowadzone i analizowane za pomocą SYSTAT w wersji 10.0 (SPSS, Inc). Dla każdego pacjenta w analizie statystycznej zastosowano średnią z 5 minut stale rejestrowanych danych na początku badania, 30 minut i 60 minut. Średnie 5-minutowe występowały co najmniej 10 minut po każdym pobraniu krwi. Wyniki podano jako średnią ± SEM. Analizy rozpoczęto od ogólnej analizy ANOVA z powtórzonymi pomiarami 3 × 2, po której nastąpiły testy wpływu czasu w każdym z warunków. Następnie przeprowadzono testy określonych trendów (np. Liniowe, kwadratowe) po znaczących efektach czasowych w warunkach. Wpływ kawy na nałogowych pijących oceniono porównując 60-minutową zmianę wartości parametru fizjologicznego do zera (wartość wyjściowa) za pomocą testu t dla 1 próbki. Podobnych porównań dokonano w przypadku osób pijących nieregularnie. Wartość P < 0,05 została uznana za istotną statystycznie.

Wyniki

Dane bazowe

Pomimo co najmniej 16-godzinnej abstynencji kawowej, kofeina była nadal wykrywalna u osób nałogowych pijących kawę (5,5 ± 1,3 μmol / l), a poziom ten był znacznie wyższy niż u osób nie pijących regularnie (1,9 ± 1,6 μmol / l, P = 0,04).

Dożylne podanie kofeiny

Dożylne podanie kofeiny (ryc. 1) znacząco zwiększyło krążącą kofeinę poziomy (Rysunek 1F). Wzorzec wzrostu był zarówno istotnie liniowy (F1,9 = 50,8, P < 0,001), jak i kwadratowy (F1,9 = 56,2, P < 0,001). Wzrostowi temu towarzyszył wyraźny wzrost aktywności nerwów współczulnych (ryc. 1A). Uzyskano również znaczący czas w zależności od stanu dla całkowitej aktywności nerwów współczulnych (F2,10 = 5,5, P = 0,04). W rzeczywistości całkowita aktywność nerwów współczulnych (ACS) wzrosła w stanie kofeiny o 40,3 ± 19% po 30 minutach io 54,1 ± 22,5% po 60 minutach, co stanowi istotny trend liniowy (F1,6 = 17,8, P = 0,006). W warunku placebo nie było istotnego wpływu czasu (F2,16 < 1). Dla pozostałych parametrów fizjologicznych, ogólna ANOVA 3 × 2 nie dała istotnych interakcji czas × grupa, chociaż większość tych testów była nieznacznie znacząca. Uważamy jednak, że te wyniki odzwierciedlają nasz niski poziom statystycznej mocy do wykrywania tych interakcji porządkowych. W związku z tym przetestowaliśmy również wpływ czasu i jego składników trendu oddzielnie dla warunków kofeiny i placebo. Z wyjątkiem rozkurczowego BP (F2,16 < 1) stwierdziliśmy istotny wpływ czasu w stanie kofeiny na liczbę impulsów na minutę (F2,12 = 4,2, P = 0,041 ), skurczowe ciśnienie tętnicze (F2,18 = 8,7, p = 0,002) i tętno (F2,16 = 5,9, p = 0,012).Wszystkie te zmiany odzwierciedlają liniowy wzrost lub spadek, z wyjątkiem częstości akcji serca, gdzie otrzymujemy również istotny trend kwadratowy (F1,8 = 8,5, P = 0,02). Ten kwadratowy trend jest zgodny z natychmiastowym wpływem kofeiny na tętno. Nie było istotnych zmian parametrów fizjologicznych dla stanu placebo.

Wzrost liczby impulsów wynosił średnio 5,5 ± 3% i 9,4 ± 4% po 30 i 60 minutach. Skurczowe ciśnienie tętnicze wzrosło o 3 ± 1,6 mm Hg i 6,4 ± 1,7 mm Hg odpowiednio po 30 i 60 minutach, ryc. 1B), a tętno znacznie spadło (o -7,1 ± 2 uderzenia / min po 30 minutach i -4,6 ± 2 uderzenia / min po 60 minutach) ) po dożylnym podaniu kofeiny.

Ponadto nie zaobserwowano różnicy w przebiegu ciśnienia tętniczego, częstości akcji serca lub MSA między osobami pijącymi regularnie i nieregularnie kawę po otrzymaniu takiej samej dożylnej dawki kofeiny.

Picie kawy

Sześćdziesiąt minut po wypiciu potrójnego espresso stężenie kofeiny w osoczu osiągnęło szczyt (23,6 ± 2,3 μmol / l) i było porównywalne z osiągniętymi 45 minut po dożylna kofeina (27,0 ± 1,8). Co ważne, osoby pijące kawę nałogowo i nieregularnie wykazywały identyczny wzrost stężenia kofeiny w osoczu (ryc. 2F).

Najpierw przeanalizowaliśmy ogólny wpływ picia kawy bez względu na status badanych jako nawykowy lub osoby nieregularnie pijące kawę. Aktywność nerwów współczulnych wykazała trwały wzrost po wypiciu kawy. Całkowita aktywność wzrosła o 29,3 ± 9,6% i 53,2 ± 14,1% po 30 i 60 minutach. Procentowy wzrost liczby błysków na minutę wynosił odpowiednio 7,2 ± 4% i 11,8 ± 4%. Wielkość zmian w MSA obserwowana 60 minut po wypiciu kawy była porównywalna do tej po dożylnym podaniu kofeiny.

Potrójne espresso wzrosło – odpowiednio po 30 i 60 minutach – skurczowe ciśnienie krwi o 5 ± 1,5 mm Hg i 7,5 ± 2 mm Hg i rozkurczowego BP o 6 ± 1 mm Hg i 4 ± 2 mm Hg. W związku z tym tętno spadło o 4 ± 1,5 bpm po 30 minutach io 2 ± 2 bpm po 60 minutach.

Wpływ picia kawy w zależności od zwyczajowego spożycia kawy

Mimo że wystąpiła istotna i liniowa interakcja czasowa w przypadku kawy zarówno w grupie nałogowej, jak i niestałej, stwierdziliśmy znaczny wzrost w porównaniu z wartością wyjściową dla osób pijących nałogowo kawę (t3 = 3,2, P = 0,025), ale nie dla kawy nonhabitual pijący (t3 = 1,9, P = 0,147). W przypadku częstości akcji serca (Ryc. 2E) lub uderzeń na minutę (Ryc. 2B) nie było znaczących zmian dla osób pijących kawę nałogowo lub nietypowo.

Kawa bezkofeinowa

U osób, które nie wypijają regularnie kawy, kawa bezkofeinowa nie zwiększa poziomu kofeiny w osoczu (t3 = 2,54, P = 0,084, Ryc. 2F). Co ciekawsze, pomimo braku kofeiny, skurczowe ciśnienie krwi wzrosło o 5,5 ± 2,5 mm Hg po 30 minutach io 12 ± 3 mm Hg po 60 minutach (t3 = 3,8, P = 0,033, ryc. 2C). Całkowita aktywność współczulna wykazała tylko nieznacznie istotny wzrost po 60 minutach (22,1 ± 12,3%, t3 = 2,1, P = 0,128, Ryc. 2A) w porównaniu z wartością wyjściową. Kiedy jednak rozważaliśmy pełny trend w czasie, dodając dane z 30 minut, stwierdziliśmy ogólny wpływ czasu na całkowitą aktywność współczulną (f2,6 = 6,8, p = 0,029), który był przede wszystkim znaczącym trendem liniowym (f1 , 3 = 21,2, P = 0,019). Ciśnienie rozkurczowe (ryc. 2D), częstość akcji serca (ryc. 2E) i liczba uderzeń na minutę (ryc. 2B) nie wykazały żadnych zmian po kawie bezkofeinowej.

Dyskusja

Nasze dane sugerują, że kawa i kofeina w podobny sposób zwiększają MSA i BP u osób nie pijących regularnie kawy, podczas gdy osoby nałogowe pijące kawę nie wykazują odpowiedzi BP pomimo Aktywacja MSA. Ponadto kawa bezkofeinowa i kofeina skutkowały podobną interakcją czasu przez stan dla całkowitej aktywności nerwów współczulnych, co sugeruje, że substancje inne niż kofeina mogą być odpowiedzialne za stymulujący wpływ kawy na układ sercowo-naczyniowy. Fakt, że u zwykłych pijących kawę, kawę i kawę bezkofeinową podobnie zwiększono MSA i BP, jest intrygujący i potwierdza hipotezę, że substancje inne niż kofeina są odpowiedzialne za wpływ picia kawy na układ sercowo-naczyniowy.

Niniejsze badanie pokazuje po raz pierwszy kofeina aktywuje SNS, zwiększa ciśnienie skurczowe i rozkurczowe oraz zmniejsza częstość akcji serca, chociaż picie kawy spowodowało wzrost aktywności SNS z jednoczesnym podwyższeniem ciśnienia tylko u osób nie pijących regularnie kawy. Co więcej, co zaskakujące, osoby pijące nieregularnie kawę również wykazywały podobne reakcje sercowo-naczyniowe po kawie bezkofeinowej.

Badania prospektywne i epidemiologiczne przyniosły kontrowersyjne wyniki dotyczące sercowo-naczyniowego wpływu picia kawy. W rzeczywistości picie kawy jest powiązane zarówno z podwyższonym6, jak i obniżonym7 BP, a nawet bez wpływu na BP.8 Niespójności w raportowanych badaniach można częściowo przypisać defektom metodologicznym i brakowi kontroli zmiennych zakłócających, w tym wyjściowego ciśnienia tętniczego, nawyków palenia, różnice płci, spożycie diety i alkoholu, stres i otyłość, a także niedokładne określenie dziennego spożycia kawy i kofeiny.17,18 Prawdopodobnie różne rozmieszczenie nawyków kawy w tych badaniach może, zgodnie z naszymi obserwacjami, wyjaśniać niektóre niespójności w badaniach analizujących nadciśnieniowy potencjał kawy. W tym kontekście badania wykazujące ostry wzrost ciśnienia krwi przeprowadzono u osób nieużywających alkoholu lub pijących nałogowo tylko po dłuższej abstynencji.

W szczególności nie oceniano wcześniej zróżnicowanego ostrego wpływu kofeiny i kawy na SNS. u ludzi in vivo. Niniejsze badanie jest pierwszym, które pokazuje aktywację SNS przez kofeinę i kawę oraz kawę bezkofeinową. Efekt zwiększający ciśnienie kofeiny i kawy obserwowany u osób pijących kawę nieregularnie musi być związany z centralną lub prawdopodobnie obwodową aktywacją SNS. Fakt, że ciśnienie wzrosło, podczas gdy tętno spadło lub pozostało niezmienione, sugeruje różnicową stymulację czynności nerwów współczulnych obwodowego i sercowego przez kofeinę i kawę. W istocie prawdopodobne jest, że wzrost ciśnienia tętniczego wywołał hamowanie współczulnej czynności serca za pośrednictwem baroreceptorów, ponieważ obserwuje się to po wlewie substancji wazopresyjnej.19,20 Opisywano efekt presyjny wody pitnej21 u pacjentów, których zachęcano do wypicia duża objętość (≈500 ml) tak szybko, jak to możliwe i była powiązana (nawet jeśli nie była mierzona bezpośrednio) z aktywacją SNS. Ten efekt może być częściowo spowodowany rozdęciem pęcherza, o którym wiadomo, że aktywuje SNS.15 Biorąc pod uwagę niewielką ilość wypitego espresso w naszym badaniu (≈30 ml), jest to mniej prawdopodobne.

Jak dotąd, pobudzający układ sercowo-naczyniowy działanie kawy jest związane z aktywacją nerwów współczulnych przez kofeinę. Rzeczywiście, również w naszym badaniu dożylna kofeina wywołała tę oczekiwaną reakcję. Jednakże, przedstawiamy tutaj dowody na to, że u osób nieregularnie pijących kawę aktywacja układu sercowo-naczyniowego przez kawę jest niezależna od zawartości kofeiny. W rzeczywistości kawa bezkofeinowa doprowadziła do wzrostu MSA i BP podobnego do tego spowodowanego przez espresso zawierające kofeinę, co sugeruje, że substancja (e) inna niż kofeina pośredniczy w aktywacji współczulnej i wzroście BP po wypiciu kawy. Ta interpretacja jest poparta innymi odkryciami: Spożycie potrójnego espresso nie spowodowało żadnego wzrostu ciśnienia u osób nałogowych pijących kawę, prawdopodobnie z powodu indukowanej tolerancji. Jednak różnice w zmianach ciśnienia tętniczego między osobami pijącymi kawę nałogowo i nieregularnie nie były związane z utratą aktywacji nerwów współczulnych przez kofeinę. Wręcz przeciwnie, dożylne podanie kofeiny wywołało podobne zmiany w aktywności współczulnej w obu grupach. Dlatego też tolerancja na kawę nie wydaje się być związana z kofeiną. Nie można z całą pewnością wykluczyć efektu placebo u osób nieregularnie pijących kawę; jednak wzorzec zmienia się w czasie, z powolnym, progresywnym wzrostem ciśnienia krwi i MSA, zgodnie ze wzrostem poziomu kofeiny w krążeniu, co sugeruje prawdziwy efekt farmakologiczny.

Zgodnie z naszymi wynikami, wpływ picia kawy nałogowej i nie nałogowej jest tak ważne, że odpowiednie rozwarstwienie pacjentów wydaje się kluczowe w analizie danych z tego zakresu.W rzeczywistości większość badań dotyczących ostrego wpływu kofeiny lub kawy, w których odnotowano efekt presyjny, przeprowadzono u osób nieużywających regularnie kawy14 lub po dłuższej abstynencji22.Ostry wpływ picia kawy przez nałogowych pijących nigdy nie został udokumentowany, podczas gdy badania epidemiologiczne opierają się głównie na zwykłych pijących kawę. Niedawno opublikowane badania epidemiologiczne nie wykazały wyraźnego związku między rosnącym poziomem spożycia kawy a ryzykiem zachorowalności lub śmiertelności z przyczyn sercowo-naczyniowych3, a nawet postulowano korzystny wpływ5

Jest całkiem możliwe, że potencjalne niekorzystne skutki przypisywane wcześniej kawie mogą być znacznie mniej widoczne przy regularnym spożywaniu. Rzeczywiście, na podstawie naszych wyników – i badań epidemiologicznych8 – jest prawdopodobne, że u osób z prawidłowym ciśnieniem tętniczym bez genetycznego podłoża dla nadciśnienia picie kawy nie może być uważane za czynnik ryzyka nadciśnienia. Pozostaje do zbadania, czy potomstwo rodziców z nadciśnieniem tętniczym inaczej reaguje na kawę czy kofeinę – tak jak na stres psychiczny12. Z pewnością u osób nałogowych pijących kawę ograniczenie kawy nie wydaje się być konieczne z medycznego punktu widzenia. Identyfikacja składników kawy innych niż kofeina odpowiedzialnych za aktywację układu sercowo-naczyniowego może doprowadzić do powstania nowych form kawy naprawdę pozbawionych niepożądanych substancji pobudzających.

Przypisy