咖啡因
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| 臨床資料 | |
|---|---|
| 讀音 | /kæˈfiːn, ˈkæfiːn/ |
| 其他名稱 | Guaranine Methyltheobromine 1,3,7-Trimethylxanthine Theine |
| AHFS/Drugs.com | Monograph |
| 懷孕分級 |
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| 依賴性 | 生理: 低至中[1][2][3][4] 心理: 低[3] |
| 成癮性 | 低[4] / 無[1][2][3] |
| 給藥途徑 | 口服, 噴霧, 灌腸, 直腸, 靜脈注射 |
| ATC碼 |
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| 法律規範狀態 | |
| 法律規範 |
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| 藥物動力學數據 | |
| 生物利用度 | 99%[5] |
| 血漿蛋白結合率 | 25–36%[6] |
| 藥物代謝 | 主要: CYP1A2[6] 小部分: CYP2E1,[6] CYP3A4,[6] CYP2C8,[6] CYP2C9[6] |
| 代謝產物 | 副黃嘌呤 (84%) 可可鹼 (12%) 茶鹼 (4%) |
| 藥效起始時間 | ~1 小時[5] |
| 生物半衰期 | 成人: 3–7小時[6] 新生兒: 65–130小時[6] |
| 作用時間 | 3–4 小時[5] |
| 排泄途徑 | 尿液(100%) |
| 識別資訊 | |
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| CAS號 | 58-08-2  |
| PubChem CID | |
| IUPHAR/BPS | |
| DrugBank | |
| ChemSpider | |
| UNII | |
| KEGG | |
| ChEBI | |
| ChEMBL | |
| PDB配體ID | |
| CompTox Dashboard (EPA) | |
| ECHA InfoCard | 100.000.329 |
| 化學資訊 | |
| 化學式 | C8H10N4O2 |
| 摩爾質量 | 194.19 g/mol |
| 3D模型（JSmol） | |
| 密度 | 1.23 g/cm3 |
| 熔點 | 235至238 °C（455至460 °F） (無水)[7][8] |
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咖啡因主要存在於咖啡樹、茶樹、巴拉圭冬青（瑪黛茶）及瓜拿納的果實及葉片裏，而可可樹、可樂果及代茶冬青樹也存在少量的咖啡因。存在於瓜拿納中的咖啡因有時也被稱為瓜拿納因（guaranine），而存在於瑪黛茶中的被稱為馬黛因（mateine），在茶中的則被稱為茶素（theine）。總體上來說，作為一種自然殺蟲劑，目前在超過60種植物的果實、葉片和種子中發現了咖啡因，它能使以這些植物為食的昆蟲麻痹來達到殺蟲的效果。
咖啡因是一種中樞神經興奮劑，能暫時地驅走睡意並恢復精力，所以人們在從事思考、閱讀、會議等腦力勞動時，有時會選擇攝入咖啡因來提神。有咖啡因成分的咖啡、茶、軟飲料及能量飲料十分暢銷，因此也有一定的成癮性（Coffee addiction），咖啡因也是世界上最普遍被使用的精神藥品。在北美，90%成年人每天都會需要攝食咖啡因。[9]
歷史
早在石器時代[10]，人類已經開始使用咖啡因。早期的人們發現咀嚼特定植物的種子、樹皮或樹葉有減輕疲勞和提神的功效。直到很多年以後，人們才發現使用熱水泡這些植物能夠增加咖啡因的效用。許多文化都有關於遠古時期的人們發現這些植物的神話。
茶的歷史可以追溯到仰韶文化中發現的茶樹。唐代陸羽在《茶經》中提到，茶成為飲料的歷史「發乎神農氏」[11]。西漢時期，茶已經成為宮廷中的飲料。晉代以後，茶逐漸成為普通飲料[12]。
咖啡早期的歷史十分模糊，不過一個流傳廣泛的傳奇和阿拉伯咖啡的發源地埃塞俄比亞有關。根據這個傳奇，一個名叫卡迪的牧羊人發現，當山羊食用了咖啡灌木上的漿果時會變得興奮異常並且在夜裏失眠，山羊也會不斷地再次食用該漿果，體驗相同的活力[來源請求]。最早的有關咖啡的書面記載可能是9世紀波斯醫師al-Razi所著的Bunchum。1587年，Malaye Jaziri匯編了一本追溯咖啡歷史及合法性爭議的書，名叫《Umdat al safwa fi hill al-qahwa》。在這本書中，Jaziri記錄了一個亞丁的伊斯蘭教長Jamal-al-Din al-Dhabhani是首先於1454年飲用咖啡的人，15世紀後，也門的蘇菲派穆斯林開始有規律的飲用咖啡來保持祈禱時的清醒。16世紀末，在埃及的歐洲居民們記錄了咖啡的使用，大概這個時候，咖啡開始在近東廣泛使用[來源請求]。咖啡作為一種飲料在17世紀流傳到歐洲，最初被稱為阿拉伯酒[來源請求]。這段時間，咖啡屋開始增多，最初的咖啡屋是在君士坦丁堡和威尼斯[來源請求]。在英國，第一家咖啡屋開業於1652年，在倫敦Cornhill街聖米高巷。很快咖啡開始在西歐流行並在17和18世紀社會交流中扮演了重要的角色[13]。
就像咖啡漿果和茶葉一樣，可樂果也有很古老的起源。很多西非的文明通過單獨或群體的咀嚼可樂果來恢復精力和減輕飢餓。1911年，當美國政府在田納西州查塔努加市沒收了40大桶和20小桶可口可樂濃縮原漿，並宣稱其「有害健康」後，可樂成了最早的關於引起健康恐慌的其中一個記錄[14]。當年3月13日，美國政府開始了「美國起訴40大桶和20小桶可口可樂」案，希望通過誇大的宣傳迫使可口可樂將咖啡因從其配方中移除，比如宣傳在一個女子學校，過多的飲用可口可樂導致「夜間荒誕行為，違背學院規則和女性的禮節，甚至不道德」。[15]儘管法官最後的裁決有利於可口可樂，1912年仍然有兩個旨在修正純粹食品與藥品法案的議案被提交到眾議院，把咖啡因添加進「上癮」和「有害」的物質清單，因此該成份必須在產品標籤中列出。
使用可可的最早的證據是從公元前8世紀古瑪雅文明時期的罐中發現的殘渣。在新世界裏，朱古力被混入一種叫Xocoatl的苦辣飲品之中使用，也常伴有雲呢拿、辣椒和胭脂。Xocoatl被廣泛認為能夠抗疲勞，這大概歸功於其中可可鹼和咖啡因成分。朱古力在哥倫布發現美洲大陸以前的中美洲是一種奢侈品，可可豆也曾被用來作為貨幣。
朱古力在1700年由西班牙人引進歐洲，他們也將可可樹引入了東印度群島和菲律賓。它們被用於鍊金術，叫做黑豆。
1819年德國化學家弗里德利布·費迪南德·龍格第一次分離得到純的咖啡因。傳說中他之所以這樣做，是因為聽了歌德的吩咐[16]。
現在，每年咖啡因的國際銷量已達到120000噸[17]，這個數字相當於每天每個人消耗一份咖啡飲品，這也使它成為了世界最流行的影響精神的物質。在北美，90%的成年人每天會消耗一定量的咖啡因[9]。
來源
| 常見食品藥品的咖啡因含量[18][19] | ||
| 產品 | 計量單位 | 每單位咖啡因含量（毫克） |
|---|---|---|
| 咖啡因片劑（Vivarin） | 1片 | 200 |
| Excedrin片劑 | 1片 | 65 |
| 咖啡，沖濾 | 240 mL （8 US fl oz） | 135* |
| 咖啡，脫咖啡因 | 240 mL （8 US fl oz） | 5* |
| 咖啡，意式特濃咖啡 | 57 mL （2 US fl oz） | 100* |
| 朱古力，黑（Hershey's Special Dark） | 1條（43 g; 1.5 oz） | 31 |
| 朱古力，牛奶（Hershey Bar） | 1條（43 g; 1.5 oz） | 10 |
| 紅牛 | 250 mL （8.453 US fl oz） | 80 |
| Bawls瓜拿納 | 296 mL （10 US fl oz） | 67 |
| 軟飲料，經典可口可樂 | 355 mL （12 US fl oz） | 34 |
| 茶，綠茶 | 240 mL （8 US fl oz） | 15 |
| 茶，葉或袋 | 240 mL （8 US fl oz） | 50 |
| * 每份中咖啡因含量均為估計，真實值隨着準備的方式不同而不同。 | ||
咖啡因是一種植物生物鹼，能在許多植物中發現。作為自然殺蟲劑，它能使啃食含咖啡因植物的昆蟲麻痹[20]。人類最常使用的含咖啡因的植物包括咖啡、茶及一些可可。其他不經常使用的包括一般被用來製茶或能量飲料的巴拉圭冬青[21]和瓜拿納樹。兩個咖啡因的別名：馬黛因[22]和瓜拿納因子[23]就是從這兩種植物演化而來。
世界上最主要的咖啡因來源是咖啡豆（咖啡樹的種子），同時咖啡豆也是咖啡的原料。咖啡中的咖啡因含量極大程度上依賴於咖啡豆的品種和咖啡的製作方法[24]，甚至同一棵樹上的咖啡豆中的咖啡因含量都有很大的區別。一般來說一杯咖啡中咖啡因的含量從阿拉比卡特濃咖啡中的40毫克到濃咖啡中的100毫克。深焙咖啡一般比淺焙咖啡的咖啡因含量少，因為烘焙能減少咖啡豆裏的咖啡因含量。阿拉比卡咖啡的咖啡因含量通常比中果咖啡低[24]。咖啡也含有少量的茶鹼，但不含可可鹼。
茶是另外一個咖啡因的重要來源，每杯茶的咖啡因含量一般只有每杯咖啡的一半，這與製茶工藝有關。特定品種的茶，例如紅茶和烏龍茶，比其他茶的咖啡因含量高。茶含有少量的可可鹼以及比咖啡略高的茶鹼。茶的製作對於茶有很大影響，但是茶的顏色幾乎不能指示咖啡因的含量[25]。日本玉露綠茶的咖啡因含量就遠遠高於許多紅茶（例如幾乎不含咖啡因的正山小種茶）。
由可可粉製的朱古力也含有少量的咖啡因。朱古力是一種很弱的興奮劑，主要歸功於其中含有的可可鹼和茶鹼[26]。一條典型的28克牛奶朱古力與脫咖啡因咖啡的咖啡因含量差不多。
咖啡因也是軟飲料中的常見成分，例如可樂，最初就是由可樂果製得。一瓶軟飲料中一般含有10毫克至50毫克的咖啡因。能量飲料，例如紅牛，每瓶含有80毫克咖啡因。這些飲料中的咖啡因來源於它們所用的原始成分或由脫咖啡因咖啡所得的添加劑，也有是通過化學合成的。瓜拿納，很多能量飲料的基本成分，含有大量的咖啡因及少量的可可鹼。自然存在的緩釋賦形劑中含有少量茶鹼[27]。
藥理學
初服咖啡因，能使中樞神經系統興奮，因此能夠增加警覺度，使人警醒，有快速而清晰的思維，增加注意力和保持較好的身體狀態。[28]最後進入脊髓並保持一個較高的劑量。在體內，關於咖啡因的化學反應十分複雜[28]，大致的幾種機理如下：
在大腦中咖啡因可以阻擋腺嘌呤核苷接受器。腺嘌呤核苷與它的接受器結合後可以減緩神經細胞的活動。[29]一般在睡眠時兩者結合。咖啡因分子與腺嘌呤核苷類似，可以與同一種接受器結合。但它不促使細胞活動降低，相反地，它阻止腺嘌呤核苷與它的接受器結合。其結果是神經細胞活動增高，神經細胞分泌激素腎上腺素。腎上腺素導致心跳加快，血壓增高，肌肉中的血流量提高，皮膚和內臟的血流量降低，肝臟向血液釋放葡萄糖。此外咖啡因與氨基丙苯一樣可以提高腦內的神經遞質多巴胺。
咖啡因在攝取後45分鐘內被胃和小腸完全吸收。吸收後它會分佈於身體的所有器官之中，轉化過程符合化學動力學一級反應。[30]
咖啡因的半衰期，即身體轉化所攝取咖啡因的一半量所用的時間，在不同個體之間差異極大。這主要和年齡、肝功能、是否懷孕、同時攝入的其他藥物，以及肝臟中與咖啡因代謝有關的酶的數量等有關。一個健康成人的咖啡因的半衰期大約是3-4個小時，在口服避孕藥物的女性體內則延長至5-10個小時[31]，在已懷孕的女性體內則大概為9-11個小時[32]。當某些個體患有嚴重的肝臟疾病時，咖啡因會累積，半衰期延長至96個小時[33]。嬰兒或兒童的咖啡因的半衰期可能大於成年人，在一個新生嬰兒的體內可能會長至30個小時。某些其它因素也會縮短咖啡因的半衰期，比如吸煙[34]。
咖啡因的代謝在肝臟中發生，由細胞色素P450氧化酶（特別是1A2同工酶）酶系統氧化，形成三種不同的二甲基黃嘌呤[35]，這三種二甲基黃嘌呤對身體有不同的作用。
- 副黃嘌呤（1,7-二甲基黃嘌呤，84%）-能夠加速脂解，導致血漿中的甘油及自由脂肪酸的含量增加。
- 可可鹼（12%）-能夠擴張血管，增加尿量。可可鹼也是可可豆中主要的生物鹼，也存在於朱古力中。
- 茶鹼（4%）-舒緩支氣管平滑肌，被用作治療哮喘。治療所用的劑量遠遠大於由咖啡因代謝所產生的劑量。
這些化合物進一步代謝，最終通過尿液排泄出體外。
生理影響
咖啡因是一個中樞神經系統興奮劑，[36]也是代謝的刺激劑。咖啡因既被作為飲品，也被作為藥品，其作用都是提神及解除疲勞，咖啡因也可減低頭痛時的痛楚。每個人所需要的能夠產生效果的咖啡因精確劑量並不相同，主要取決於體型和咖啡因耐受度。咖啡因在不到一個小時的時間內就可以開始在身體裏發揮作用，如果攝取溫和劑量的咖啡因，作用可在3到4個小時內消失[28]。食用咖啡因並不能減少所需睡眠時間，它只能臨時的減弱睏的感覺。
因為這些影響，咖啡因是機能增進劑：提升大腦和身體的能力。一項在1979年的研究表明，與對照組相比，攝取了咖啡因之後的運動員在長距離自行車項目中的表現增加7%[37]。其他的研究獲得了更加顯著的結果：一個對經過訓練的跑步運動員的實驗表明，在攝取一劑9毫克每公斤體重的咖啡因之後，運動員的直線跑耐久性增加44%，環形跑耐久力增加55%。[38]如此顯著的提升並不是孤立的偶然情況，一些後續的研究也得到相似的結果。另外一個研究表明，在攝取了5.5毫克每公斤體重咖啡因之後，在自行車項目中，能夠提升29%的持續時間[39]。
咖啡因有時也與其他藥物混合提高它們的功效。咖啡因能夠使減輕頭痛的藥的功效提高40%，並能使身體更快地吸收這些藥品，縮短這些藥品起作用的時間[40]。因此，很多非處方治療頭痛的藥品中包含有咖啡因[41]。咖啡因也與麥角胺一起使用，治療偏頭痛和叢集性頭痛，也能克服由抗組胺劑帶來的困意。
早產兒的呼吸問題，有時也使用檸檬酸咖啡因治療。使用檸檬酸咖啡因療法後，早產嬰兒的支氣管發育不良明顯減少。此療法的唯一缺點是在治療中暫時性的體重增長變慢[42]。檸檬酸咖啡因在很多國家只能通過處方獲得[43]。
目前亦有許多研究顯示，服用含咖啡因飲料有助於緩解憂鬱症病人的情感症狀，但過量使用可能導致情緒亢奮或成癮的現象；故仍需進行個別性的評估後，再決定是否將含咖啡因飲料融入均衡飲食中使用。[44]
在長期攝取的情況下，大劑量的咖啡因是一種毒品，能夠導致「咖啡因中毒」。咖啡因中毒包括上癮和一系列的身體與心理的不良反應，比如神經過敏、易怒、焦慮、震顫、肌肉抽搐(反射亢進)、失眠和心悸[45]（一般人服用咖啡因是因為它的刺激作用，許多熬夜讀書應付考試的學生，還有夜班工作的人會攝入咖啡因，如飲茶、咖啡或咖啡因藥丸等[46]。而在嚴格的上癮的定義下，只有逐漸增高用量才是上癮，用咖啡因依賴描述更為恰當一些，但是在一個被廣泛接受的定義下，所有慢性的很難擺脫的行為都叫做上癮，所以也可以用咖啡因上癮來描述。）。另外，由於咖啡因能使胃酸增多，持續的高劑量攝入會導致消化性潰瘍，糜爛性食道炎和胃食管反流病[47]。然而，因為無論是正常的咖啡還是脫咖啡因咖啡，都會刺激胃黏膜，增加胃酸分泌，所以咖啡因可能不是咖啡造成此原因的唯一成分。[48]
短時間內過量攝入咖啡因（通常超過250毫克，相當於2-3杯煮咖啡），可以導致中樞神經系統過度興奮。咖啡因過度興奮的症狀包括：煩躁、神經過敏、興奮、失眠、臉紅、尿液增加、胃腸紊亂、肌肉抽搐、思維渙散、心悸或過快以及躁動[49][50][51]。
攝取極大劑量的咖啡因會導致死亡[52]。對於實驗鼠，咖啡因的半致死劑量為192毫克每公斤體重。咖啡因半數致死量取決於體重和個人敏感程度，大概是150至200毫克每公斤體重，大約是一個普通成年人在一個有限的時間內攝取140至180杯咖啡，時間取決於生物半衰期。儘管飲用普通咖啡幾乎不可能致死，但有由於過度服用咖啡因藥丸致死的報告[53][54][55][56]。
長期過量攝取咖啡因會引起一系列精神紊亂。其中兩種被美國精神病學協會驗證的是咖啡因焦慮症和咖啡因睡眠失調。[57]
咖啡因睡眠失調是指由一個個體有規律的攝取高劑量的咖啡因所導致的他或她的睡眠紊亂，並且能被臨床診斷所發現。[58]
對某些個體而言，大劑量的咖啡因所導致的焦慮足夠被臨床診斷發現。咖啡因焦慮症會以不同的形式出現，一般性焦慮失調，恐慌發作，強迫症甚至是恐怖症[58]。因為這些症狀容易與基本神經失調混淆，比如恐慌失調，一般性焦慮失調，躁鬱症或甚至是精神分裂症，所以一些醫務工作者認為部分咖啡因攝入過量的人被誤診並給予了不必要的治療，他們認為咖啡因誘發的精神疾病可以通過切斷咖啡因來源而很簡單的控制[59]。一個由《不列顛上癮期刊》（British Journal of Addiction）所作的調查表明，雖然咖啡因引發的疾病很少被診斷出，咖啡因慢性中毒至少困擾了十分之一的總人口[60]。
長期攝入咖啡因可以導致身體產生耐受性，假如這時中斷使用會產生咖啡因戒斷，身體會對腺嘌呤核苷過分靈敏，血壓會過度降低，導致頭疼和其它症狀。
對人類而言，正常攝入的咖啡因是安全的，但是咖啡因對某些動物而言卻是有毒的，例如貓、狗、馬和鸚鵡等，因為這些動物肝臟的分解咖啡因的能力比人類弱很多。咖啡因對蜘蛛有顯著的影響，遠遠高於其他藥物[61]。
目前沒有明確証據指出咖啡因與骨質流失及骨質疏鬆症有相關性。在一項與可樂有關而不包括其他碳酸飲料的研究當中發現咖啡因並不是導致骨質流失的原因，相反當中磷酸的分量與年長女性出現骨質疏鬆有較直接的關係[62]。
管制
咖啡因被中華人民共和國政府列為第二類精神藥品管制，其生產、供應必須經過省級衛生行政部門批准，由縣級以上衛生行政部門指定的單位經營。將咖啡因作為毒品濫用和走私、販賣等是違法犯罪行為[63]。醫師處方中的用量不得超過7日常用量，並需存根2年[64]。20世紀80年代開始，山西省民間曾流行以咖啡因製成「片片」（又稱「面面」）服用成癮的嚴重社會問題。[65]
維基文庫中的相關原始文獻：中華人民共和國刑法#第七節 走私、販賣、運輸、製造毒品罪
維基新聞中的相關報導：中華民國連鎖咖啡室咖啡因分級制度上路
中華民國並未將咖啡因列為管制藥物。根據行政院衛生署（今衛生福利部）食物藥品管理局頒佈之《食品添加物使用範圍及限量暨規格標準》[67][68]，非藥用的咖啡因用途限定於食品添加物中飲料的調味劑，食材中必須是源自原料的天然成分而不是以純咖啡因添加，規定其含量不得超過320毫克/公斤（320ppm），否則視為藥用。
含有咖啡因成分，且有容器或包裝之液態飲料，依行政院衛生署（今衛生福利部）於2007年所公告之《含有咖啡因成分且有容器或包裝之飲料，應於個別產品外包裝標示咖啡因含量》，須在外包裝標示咖啡因含量，並符合下列標示要求：(一)每100毫升所含咖啡因高於或等於20毫克者，其咖啡因含量以每100毫升所含咖啡因之毫克數為標示方式，其標示值之誤差允許範圍，請業者依照廠規確實品管。(二)每100毫升所含咖啡因低於20毫克者，其咖啡因含量以「20mg/100mL以下」標示之。(三)咖啡、茶及可可飲料，每100毫升所含咖啡因等於或低於2毫克者，得以標示「低咖啡因」替代前述「20mg/100mL以下」用語，。
現煮咖啡因受咖啡豆種類、沖泡方式不同影響含量，由行政院消費者保護委員會於2006年8月1日則推行咖啡因分級制度，主要針對台灣主要11家連鎖咖啡室的現煮咖啡，包括特濃咖啡或其他類型，推動按照紅色、黃色、綠色顏色差異標示來提醒消費者每杯咖啡的咖啡因含量。其中紅色為200－300毫克或以上、黃色為100－200毫克、綠色為100毫克以下。這項措施原先不具強制性，但業者多半配合，只是標示方式未必清楚，有些標在菜單上，有些則印製成傳單讓消費者索取（例如星巴克）。但自112年1月1日起，依衛生福利部訂定之《連鎖飲料便利店及快餐業之現場調製飲料標示規定》，要求含有咖啡因成分之現場調製飲料，應標示該杯飲料總咖啡因含量之最高值，並加註「最高值」；或以紅黃綠標示區分總咖啡因含量，該標示得以符號或圖樣標示之。
美國法律中，咖啡因不在管制藥物之列，其藥用和食用都是合法的。美國食品藥品監督管理局認為只要飲料中作為食物添加劑的咖啡因含量在每公斤200毫克（200ppm）以下，就是安全的。然而，含有咖啡因的食物和藥物都必須在包裝上註明咖啡因的含量[69]。
參考文獻
外部連結
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