Cafeaua mărește intens activitatea nervoasă simpatică și tensiunea arterială independent de conținutul de cafeină

Cafeaua este una dintre cele mai populare băuturi, consumate într-o cantitate mare în întreaga lume. Deși gustul său este un factor, mulți îl consumă pentru proprietățile sale stimulante. Consumul de cafea a fost asociat cu creșterea morbidității și mortalității cardiovasculare în aproximativ 1,2, dar nu în toate studiile prospective și epidemiologice.3,4 Interesant, un efect benefic al cafelei a fost raportat recent în studiul Scottish Heart Health.5. În mod similar, rolul cafelei în dezvoltarea hipertensiunii este, de asemenea, controversată, întrucât consumul de cafea a fost legat atât de tensiunea arterială crescută6, cât și de cea redusă7 (TA) și chiar s-a dovedit că nu are niciun efect asupra TA8.

Sistemul nervos simpatic (SNS) joacă un rol important în reglementarea TA. Într-adevăr, hiperactivitatea simpatică este un mecanism patogenetic bine stabilit în hipertensiune arterială.9-11 Reactivitatea SNS este deja îmbunătățită la pacienții cu hipertensiune limită10, precum și în timpul stresului mental în descendenții normotensivi ai părinților hipertensivi, 12 ceea ce sugerează că activarea intermitentă a SNS poate pe termen lung, duc la creșteri persistente ale TA.

Cafeaua conține câteva sute de substanțe diferite 13, dar efectele sale asupra hemodinamicii și asupra SNS au fost legate în principal de cofeină. Într-adevăr, administrarea pe termen scurt a cofeinei la băutorii care nu consumă cafea crește TA, activitatea reninei plasmatice și catecolaminele.14 Efectele directe ale cofeinei și cafelei asupra activității SNS rămân totuși de determinat, în special deoarece cafeaua decofeinizată este considerată lipsesc astfel de efecte cardiovasculare. Astfel, scopul acestui studiu a fost de a evalua efectele cafeinei, precum și ale cafelei regulate și decofeinizate, asupra activității nervoase simpatice și a hemodinamicii la om in vivo.

Metode

Subiecți

Activitatea nervului simpatic muscular (MSA) a fost investigată prin microneurografie în nervul peroneal la 15 voluntari sănătoși (tabel). Fumătorii și descendenții părinților hipertensivi (factori comuni care pot afecta activitatea SNS) au fost excluși.12 Comitetul de etică al Spitalului Universitar Zürich (Elveția) a aprobat studiul, iar voluntarii au dat consimțământul scris înaintea studiului.

Protocol experimental

La 15 voluntari sănătoși (6 băutori obișnuiți și 9 băutori de cafea nehabituali) TA arterială, ritmul cardiac și MSA au fost înregistrate continuu înainte și după diferite intervenții (vezi mai jos) la aceiași subiecți. Consumatorii de cafea obișnuiți și consumatorii de cafea nehabituali (definiți ca consumul de cafea sau orice alte băuturi care conțin cofeină) au fost studiați după:

(1) administrarea intravenoasă în bolus de cofeină (250 mg dizolvat în 10 ml NaCl 0,9%; n = 10, 5 băutori obișnuiți și 5 neobișnuiți de cafea);

(2) administrare intravenoasă de placebo (10 ml NaCl 0,9%; n = 11, 5 băutori obișnuiți și 6 neobișnuiți de cafea);

(3) consumul de cafea (espresso triplu; n = 10, 5 băutori obișnuiți și 5 neobișnuiți de cafea); și

(4) consumul de cafea decofeinizată (espresso triplu; n = 4, consumatori de cafea nehabituale).

Subiecții au fost orbi la intervenție (de exemplu, cafea versus cafea decofeinizată și administrare intravenoasă de cofeină versus placebo) Toți subiecții au fost studiați în decubit dorsal după abstinența cafelei timp de cel puțin 16 ore în condiții standardizate – adică după-amiaza (14:00) după o masă ușoară și după micțiune pentru a evita orice creștere a SNS activitate prin distensie a vezicii urinare.15 Piciorul a fost fixat cu pernă de vid și au fost atașate cabluri ECG, manșetă BP și manometru de respirație. Un cateter intern (DeltaFlo2, calibru 20, DELTA-MED) a fost introdus într-o venă cubitală. După o perioadă de rodaj și hemodinamică stabilă timp de 15 minute, s-au obținut înregistrări inițiale și prelevări de sânge.

Nivelurile plasmatice ale cafeinei au fost determinate la momentul inițial și la 15, 45 și 75 de minute după administrarea intravenoasă a cafeinei sau (din cauza absorbției intestinale lente) la 30, 60 și, respectiv, 90 de minute după ingestia orală de cafea, respectiv.

Microneurografie

Microneurografia a fost efectuată așa cum s-a descris anterior .12,16 Înregistrări multifibre ale MSA au fost obținute pe toată durata studiului de la nervul peroneal posterior capului fibular cu microelectrozi de tungsten (diametrul axului de 200 μm, vârf neizolat de 1 până la 5 μm; Medical Instruments, Universitatea din Iowa) . Un electrod de referință a fost introdus subcutanat la 1-2 cm de electrodul de înregistrare. Electrozii au fost conectați la un preamplificator (câștig, 1.000) și un amplificator (câștig variabil, 10 la 50).Activitatea neuronală a fost alimentată printr-un filtru band-pass (lățime de bandă, de la 700 la 2000 Hz) și o rețea de integrare a rezistenței-capacităților (constantă de timp, 0,1 secunde) pentru a obține o neurogramă de tensiune medie cu exploziile tipice declanșate de undă de impuls. Semnalul a fost afișat pe un osciloscop, amplificat și conectat la un difuzor pentru a identifica în continuare semnalul caracteristic și a exclude artefactele.12

ECG și BP

Un ECG a fost înregistrat simultan pe tot parcursul experimentului. TA a fost evaluată neinvaziv prin ocluzie oscilometrică la nivelul brațului superior stâng (Dinamap, Critikon Inc).

Înregistrarea semnalului și procesarea semnalului

MSA și 1-lead ECG de suprafață au fost înregistrate continuu cu o aplicație LabView, o placă de conversie A / D MIO 16L (National Instruments) și un computer Macintosh. Semnalele au fost eșantionate la 500 Hz și stocate cu precizie pe 12 biți.

Procesarea semnalului a fost făcută cu MATLAB (The MathWorks, Inc). MSA a fost cuantificat într-o evaluare asistată de computer a frecvenței și amplitudinii exploziilor simpatice. Rezultatele sunt exprimate ca rafale pe minut (rafale / min) și suma cumulată a amplitudinii (ACS) în volți pe minut (V / min) pentru valoarea absolută, ca parametru al activității totale, în timp ce modificările activității SNS sunt exprimat în procente din valorile inițiale.

Preparate pentru preparate și cafea

Benzoatul de sodiu al cafeinei (431 mg) echivalent cu 250 mg de cafeină a fost preparat în 10 ml soluție salină soluție pentru administrare intravenoasă. Cafeaua a fost pregătită cu un aparat espresso (espresso triplu). Doza de cafea a fost aleasă pentru a atinge o concentrație plasmatică de cofeină echivalentă cu 250 mg de cofeină administrată intravenos, în conformitate cu experimentele pilot care au arătat că după 60 de minute concentrația plasmatică a cofeinei a ajuns cu un espresso triplu – pregătit cu espressorul automat – a fost egală cu concentrația plasmatică a cofeinei la 45 de minute după administrarea intravenoasă de 250 mg cofeină. Cafeaua decofeinizată de aceeași marcă a fost preparată cu un espressor în același mod ca espresso triplu.

Date și analiză statistică

Datele au fost introduse și analizat cu versiunea SYSTAT 10.0 (SPSS, Inc). Pentru fiecare subiect, în analiza statistică a fost utilizată o medie de 5 minute a datelor înregistrate continuu la momentul inițial, 30 de minute și 60 de minute. Mediile de 5 minute au avut loc la cel puțin 10 minute după fiecare extragere de sânge. Rezultatele sunt raportate ca medie ± SEM. Analizele au început cu un ANOVA cu măsuri repetate de 3 × 2, urmat de teste ale efectului timpului în fiecare condiție. Efectele semnificative în condiții de timp au fost urmărite cu teste ale tendințelor specifice (de exemplu, liniare, pătratice). Efectul cafelei asupra consumatorilor obișnuiți a fost evaluat prin compararea schimbării de 60 de minute a valorii parametrului fiziologic la zero (valoarea inițială) cu un test t de 1 probă. Comparații similare au fost făcute pentru băutorii nehabituali. O valoare de P < 0.05 a fost considerată semnificativă statistic.

Rezultate

Date de referință

În ciuda abstinenței cafelei cu o durată de cel puțin 16 ore, cofeina era încă detectabilă la consumatorii obișnuiți de cafea (5,5 ± 1,3 μmol / L) și acest nivel a fost semnificativ mai mare decât la consumatorii neobișnuiți (1,9 ± 1,6 μmol / L, P = 0,04).

Administrarea intravenoasă de cafeină

Administrarea intravenoasă de cafeină (Figura 1) a crescut semnificativ cafeina circulantă niveluri (Figura 1F). Modelul de creștere a avut atât liniar semnificativ (F1,9 = 50,8, P < 0,001), cât și pătratic (F1,9 = 56,2, P < 0,001) componente. Această creștere a fost însoțită de o creștere marcată a activității nervoase simpatice (Figura 1A). Un timp semnificativ prin interacțiunea condiției a fost obținut, de asemenea, pentru activitatea nervului simpatic total (F2,10 = 5,5, P = 0,04). De fapt, activitatea nervului simpatic total (ACS) a crescut în starea cofeinei cu 40,3 ± 19% la 30 de minute și cu 54,1 ± 22,5% la 60 de minute, o tendință liniară semnificativă (F1,6 = 17,8, P = 0,006). În starea placebo, nu a existat un efect semnificativ al timpului (F2,16 < 1). Pentru parametrii fiziologici rămași, ANOVA general 3 × 2 nu a generat interacțiuni semnificative de timp × grup, deși majoritatea acestor teste au fost marginal semnificative. Cu toate acestea, vedem aceste rezultate ca reflectând nivelul nostru scăzut de putere statistică pentru a detecta aceste interacțiuni ordinale. Astfel, am testat, de asemenea, efectul timpului și componentele sale de tendință separat pentru condițiile de cafeină și placebo. Cu excepția TA diastolică (F2,16 < 1), am constatat un efect semnificativ al timpului în starea cofeinei pentru numărul de explozii pe minute (F2,12 = 4,2, P = 0,041 ), TA sistolică (F2,18 = 8,7, P = 0,002) și ritmul cardiac (F2,16 = 5,9, P = 0,012).Toate aceste modificări reflectă o creștere sau scădere liniară, cu excepția ritmului cardiac, unde obținem și o tendință pătratică semnificativă (F1,8 = 8,5, P = 0,02). Această tendință pătratică este în concordanță cu efectul imediat al cofeinei asupra ritmului cardiac. Nu au existat modificări semnificative în parametrii fiziologici pentru starea placebo.

Creșterea numărului de rafale a fost în medie de 5,5 ± 3% și 9,4 ± 4% la 30 și 60 de minute. TA sistolică a crescut cu 3 ± 1,6 mm Hg și 6,4 ± 1,7 mm Hg după 30 și 60 de minute, respectiv Figura 1B), iar ritmul cardiac a scăzut semnificativ (cu -7,1 ± 2 bpm la 30 de minute și -4,6 ± 2 bpm la 60 de minute ) după administrarea intravenoasă de cofeină.

În plus, nu s-a observat nicio diferență în cursul TA, ritmului cardiac sau MSA între consumatorii obișnuiți și neobișnuiți de cafea după ce a primit aceeași doză intravenoasă de cofeină.

Consumul de cafea

La șaizeci de minute de la consumul unui espresso triplu, concentrațiile plasmatice de cofeină au atins vârful (23,6 ± 2,3 μmol / L) și au fost comparabile cu cele obținute la 45 de minute cofeina intravenoasă (27,0 ± 1,8). Important, consumatorii de cafea obișnuiți și neobișnuiți au prezentat creșteri identice ale concentrației plasmatice de cofeină (Figura 2F).

Am analizat mai întâi efectul general al consumului de cafea fără a lua în considerare statutul subiecților ca fiind obișnuit sau băutori neobișnuiți de cafea. Activitatea nervului simpatic a arătat o creștere susținută după consumul de cafea. Activitatea totală a crescut cu 29,3 ± 9,6% și 53,2 ± 14,1% la 30 și 60 de minute. Creșterea procentuală a rafalelor pe minut a fost de 7,2 ± 4%, respectiv 11,8 ± 4%. Amploarea modificărilor MSA observate la 60 de minute după consumul de cafea a fost comparabilă cu cea după administrarea intravenoasă de cofeină.

Un espresso triplu a crescut – la 30 și respectiv 60 de minute – TA sistolică cu 5 ± 1,5 mm Hg și 7,5 ± 2 mm Hg și TA diastolică cu 6 ± 1 mm Hg și 4 ± 2 mm Hg. În consecință, ritmul cardiac a scăzut cu 4 ± 1,5 bpm la 30 de minute și 2 ± 2 bpm la 60 de minute.

Efectele consumului de cafea în funcție de consumul obișnuit de cafea

Chiar dacă a existat o interacțiune de timp semnificativă și liniară pentru cafea atât în grupul obișnuit, cât și în grupul nehabitual, am constatat o creștere semnificativă în comparație cu valoarea inițială pentru consumatorii obișnuiți de cafea (t3 = 3,2, P = 0,025), dar nu și pentru cafeaua nonhabituală băutori (t3 = 1,9, P = 0,147). Pentru ritmul cardiac (Figura 2E) sau explozii pe minut (Figura 2B), nu au existat modificări semnificative pentru consumatorii de cafea obișnuiți sau neobișnuiți.

Cafea decofeinizată

La consumatorii de cafea nehabituali, cafeaua decofeinizată nu a crescut nivelurile plasmatice de cofeină (t3 = 2,54, P = 0,084, Figura 2F). Mai interesant, în ciuda absenței cofeinei, TA sistolică a crescut cu 5,5 ± 2,5 mm Hg la 30 de minute și cu 12 ± 3 mm Hg la 60 de minute (t3 = 3,8, P = 0,033, Figura 2C). Activitatea simpatică totală a arătat doar o creștere marginală semnificativă la 60 de minute (22,1 ± 12,3%, t3 = 2,1, P = 0,128, Figura 2A) comparativ cu valoarea inițială. Cu toate acestea, când am luat în considerare tendința completă în timp prin adăugarea datelor de la 30 de minute, am găsit un efect general pentru timp asupra activității simpatice totale (f2,6 = 6,8, P = 0,029), care a fost în primul rând o tendință liniară semnificativă (f1 , 3 = 21,2, P = 0,019). TA diastolică (Figura 2D), ritmul cardiac (Figura 2E) și numărul de explozii pe minut (Figura 2B) nu au prezentat nicio modificare după cafeaua decofeinizată.

Discuție

Datele noastre sugerează că cafeaua și cofeina cresc în mod similar MSA și BP la consumatorii de cafea neobișnuite, în timp ce consumatorii obișnuiți de cafea nu prezintă niciun răspuns BP în ciuda Activare MSA. Mai mult decât atât, cafeaua decofeinizată și cofeina au dus la o interacțiune similară a condițiilor pentru activitatea nervului simpatic total, sugerând că alte substanțe decât cofeina pot fi responsabile de efectul stimulator al cafelei asupra sistemului cardiovascular. Faptul că, la consumatorii de cafea neobișnuite, cafeaua și cafeaua decofeinizată au crescut în mod similar MSA și TA este fascinant și susține ipoteza că alte substanțe decât cofeina sunt responsabile de efectul cardiovascular al consumului de cafea.

Prezentul studiu demonstrează pentru prima dată când cofeina activează SNS, crește TA sistolică și diastolică și scade ritmul cardiac, deși consumul de cafea a determinat o creștere a activității SNS, cu creșterea concomitentă a TA la numai consumatorii de cafea nehabituali. În plus, în mod surprinzător, consumatorii de cafea nonhabitual au prezentat și răspunsuri cardiovasculare similare după cafeaua decofeinizată.

Studiile prospective și epidemiologice au dat rezultate controversate cu privire la efectele cardiovasculare ale consumului de cafea. De fapt, consumul de cafea a fost legat atât de TA6 ridicată, cât și de reducută7 și chiar de niciun efect asupra TA8. Inconsistențele din studiile raportate pot fi parțial atribuite defectelor metodologice și eșecului de a controla variabilele de confuzie, inclusiv TA de bază, obiceiurile de fumat, diferențele de sex, aportul dietetic și alcoolic, stresul și obezitatea, precum și determinarea inexactă a consumului zilnic de cafea și cofeină.17,18 Este probabil ca o distribuție diferită a habitusului de cafea în cadrul acestor studii să poată, în conformitate cu observațiile noastre, să unele dintre inconsecvențele studiilor care analizează potențialul hipertensiv al cafelei. În acest context, studiile care arată o creștere acută a TA au fost efectuate la băutori neobișnuiți sau la băutori obișnuiți numai după o abstinență prelungită.

În special, efectele acute diferențiale ale cofeinei și cafelei asupra SNS nu au fost evaluate anterior. la oameni in vivo. Prezentul studiu este primul care demonstrează o activare a SNS de cofeină și cafea, precum și cafea decofeinizată. Efectul presor al cofeinei și al cafelei observat la consumatorii de cafea neobișnuite trebuie să fie legat de o activare SNS centrală sau posibil periferică. Faptul că TA a crescut în timp ce ritmul cardiac a scăzut sau a rămas neschimbat sugerează o stimulare diferențiată a activității nervilor simpatici periferici și cardiaci de către cafeină și cafea. Într-adevăr, este probabil ca creșterea TA să inducă o inhibare mediată de baroreceptor a activității simpatice cardiace, deoarece se observă după perfuzia unei substanțe vasopresoare.19,20 Efectul presor al apei potabile a fost descris21 la subiecții care au fost încurajați să bea un volum mare (~ 500 mL) cât mai repede posibil și a fost legat (chiar dacă nu a fost măsurat direct) la activarea SNS. Acest efect poate fi parțial datorat distensiei vezicii urinare, cunoscut pentru a activa SNS.15 Având în vedere volumul mic de espresso băut în studiul nostru (~ 30 ml), acest lucru este mai puțin probabil să se întâmple.

Până acum, efectele stimulatoare cardiovasculare ale cafelei au fost legate de activarea nervului simpatic de cofeină. Într-adevăr, de asemenea, în studiul nostru, cofeina aplicată intravenos a indus acest răspuns așteptat. Cu toate acestea, aici oferim dovezi că la băutorii de cafea neobișnuiți, activarea cardiovasculară de către cafea este independentă de conținutul de cofeină. De fapt, cafeaua decofeinizată a dus la o creștere a MSA și BP similară cu cea cauzată de espresso care conține cofeină, sugerând că alte substanțe decât cofeina mediază activarea simpatică și BP crește după ce a băut cafea. Această interpretare este susținută de alte constatări: Ingerarea unui espresso triplu nu a provocat nicio creștere a TA la băutorii obișnuiți de cafea, probabil din cauza toleranței induse. Cu toate acestea, diferențele în modificările BP între consumatorii obișnuiți și neobișnuiți de cafea nu au fost legate de pierderea activării nervului simpatic de cofeină. Din contră, cofeina intravenoasă a evocat modificări similare în activitatea simpatică în ambele grupuri. Astfel, toleranța la cafea nu pare să fie legată de cofeină. Un efect placebo la consumatorii de cafea nehabituali nu poate fi exclus cu certitudine; cu toate acestea, modelul se schimbă în timp, cu o creștere lentă, progresivă a TA și MSA, în concordanță cu creșterea nivelului de cofeină în circulație, ceea ce sugerează un adevărat efect farmacologic.

Conform rezultatelor noastre, impactul consumul de cafea obișnuit versus nonhabitual este atât de important încât stratificarea adecvată a pacienților pare esențială în analiza oricăror date din acest domeniu.De fapt, majoritatea studiilor cu privire la efectul acut al cofeinei sau al cafelei care raportează un efect presor au fost efectuate la consumatorii de cafea nonhabitual14 sau după o abstinență prelungită.22 Efectul acut al consumului de cafea la consumatorii obișnuiți de cafea nu a fost niciodată documentat, în timp ce studiile epidemiologice se bazează în cea mai mare parte pe consumatorii obișnuiți de cafea. Studiile epidemiologice publicate recent nu au reușit să demonstreze o asociere clară între creșterea nivelului de consum de cafea și riscul de morbiditate sau mortalitate cardiovasculară, 3 și chiar s-a postulat un efect benefic.5

Este foarte posibil ca potențialul advers efectele atribuite anterior cafelei ar putea fi semnificativ mai puțin evidente atunci când sunt consumate în mod regulat. Într-adevăr, pe baza rezultatelor noastre – și a studiilor epidemiologice8 – este probabil ca la indivizii normotensivi fără fond genetic de hipertensiune, consumul de cafea să nu poată fi considerat un factor de risc pentru hipertensiune. Rămâne de investigat dacă descendenții părinților hipertensivi reacționează diferit la cafea sau cofeină – la fel ca la stresul mental12 -. Cu siguranță, la consumatorii obișnuiți de cafea, restricția de cafea nu pare a fi necesară din punct de vedere medical. Identificarea ingredientului (ingredientelor) cafelei, altele decât cofeina, responsabilă de activarea cardiovasculară, ar putea duce la noi forme de cafea cu adevărat lipsite de stimulente nedorite. 32-52690.97), Fundația Elvețiană a Inimii și Fundația Stanley Thomas Johnston, Berna, Elveția. Autorii îi sunt deosebit de recunoscători lui Rosy Hug pentru asistență în timpul înregistrărilor de microneurografie.

Note de subsol