黃嘌呤類藥物

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黃嘌呤類藥物

黃嘌呤類藥物實在咖啡、茶、可可和可樂型飲料內含有的一些生物鹼。這類藥物只有咖啡因被列入奧委會禁用的藥物清單中，而且只要尿液中的濃度超過12微克/毫升才被認為是陽性。在1~2小時內喝5~6杯咖啡可以使尿液中含量達到一定的程度。

據估計，世界上至少有一半人喝含咖啡因、茶鹼和可可的茶。可口可樂和巧克力中含可可和一定量的咖啡因，它們也是許多國家的常用食品。美國人每天平均要喝2.7杯咖啡，相當於227毫克的咖啡因。所有含咖啡因的飲料之所以如此流行，是因為人們相信它們可以提神和減少疲勞。大多數文章認為咖啡因可以提高耐力因而可以作為強壯劑，然而關於這方面的科學論文的綜述並未提供明確的證據來證明這一點。一般來說，一些研究缺乏對照，缺少不同劑量的交叉研究和反應咖啡因對做功能力的作用的實驗設計。此外，還有受試者的健康，對咖啡因的耐受性、運動類型和實驗環境等複雜因素的影響。

一、 咖啡因的化學結構、吸收、分布和代謝

咖啡因在化學上屬於甲基黃嘌呤類。除咖啡因以外，這一類化合物還有可可鹼（巧克力和可可中含有）和茶鹼（在茶中含有）、咖啡因是1.3.7三甲基黃嘌呤；茶鹼是1.3二甲基黃嘌呤；、可可是3.7二甲基黃嘌呤（圖2-1-2）.甲基黃嘌呤的可溶性低，所以很難以溶液的形式注射，而咖啡因與其他多種化合物成鹽（如苯甲酸鈉咖啡因）以後可溶性大大地增加。這些化合物進入機體後在體液中分解成原體的甲基黃嘌呤。

圖2-1-2：甲基黃嘌呤的結構式

咖啡因和其他甲基黃嘌呤化合物口服或以栓劑或非消化道途徑給葯，藥物容易吸收。攝入250毫克咖啡因以後15分鐘，血液中咖啡因水平就開始升高，60分鐘時到達高峰。其峰值大小取決於攝入咖啡因的量。但是Robertson等在1981年指出，咖啡因吸收時間曲線個體差異很大。

關於咖啡因在人體內的半衰期，各家觀點不同。Burg在1975年報告咖啡因的半衰期為2.0~2.8小時；Reichenthal報告的3.5小時；而Robertson等在1981年認為是10小時。不論半衰期多長，咖啡因排除人體的方式都是在肝臟中代謝、降解，在尿液中以一個甲基黃嘌呤和甲基尿酸的形式排出，咖啡因原體只有1%。

咖啡因吸收以後分布到身體的各部分，並可通過胎盤。此外咖啡因的溶脂性很好，並於血漿蛋白形成鬆散的結合，這兩點可能決定了咖啡因進入腦脊液和腦組織的能力。

一、 咖啡因的生物學和藥理學作用

咖啡因的生物學和藥理學作用包括刺激中樞神經系統，作用於腎臟產生利尿作用，刺激心肌（也可能刺激骨骼肌），放鬆平滑肌和動用自由脂肪酸（FFA）。為了解咖啡因的強力作用，下面我們將簡單地討論一下咖啡因對以上組織的作用，以提供關於咖啡因的作用的基本材料：

1. 咖啡因作用的細胞學基礎

用咖啡因對細胞的三種作用，可以很好的解釋它的生物學和藥理學作用。按他們的靈敏程度來排列是：

（1） 細胞內鈣離子的易位；

（2） 通過環磷酸腺苷（cAMP）的刺激所產生的調節作用；

（3） 磷酸腺苷受體的阻斷作用

尤其重要的是，咖啡因的這些作用直接或間接地作用於骨骼肌，心臟、呼吸系統，物質代謝中的轉變和（或）神經系統，而影響工作能力。

關於咖啡因對細胞內鈣離子的易位的作用研究表明：鈣離子通透性的變化發生在肌肉，肌質網增加鈣離子的釋放。這一結果可能增強骨骼肌的收縮力量，關於這一可能性的應用研究將在後面介紹。

咖啡因的第二個細胞作用與磷酸二酯酶的抑制有關。磷酸二脂酶催化環磷酸腺苷c-AMP降解成5-AMP。許多激素、神經遞質和自體有效物質可以加速細胞c-AMP的生成，而c-AMP作為細胞活動的遞質有許多重要的作用。關於運動方面c-AMP的作用是調節引起糖元分解和脂肪組織脂解的激素。因此咖啡因通過對磷酸二酯酶的抑制來減少c-AMP的降解，從而改變糖元和脂肪的分解。

1. 咖啡因對心臟血管的作用

關於咖啡因對心臟血管的作用有截然不同的報告。兩個最近的研究有助於闡明咖啡因對血液動力學的作用。Robertson在1978年的研究指出，單純服用250毫克咖啡因後第一小時心率下降，隨後的兩小時心率增高到基線以上。此外用藥後數分鐘內收縮壓升高10mmhg，同時用藥後1~3小時血漿腎上腺素，去甲腎上腺素和血管緊張素的活性升高。1981年Robertson研究了長期服用咖啡因的作用與前面的研究結果相同，但這種作用只維持了1~4天。為此Robertson等認為，服用咖啡因初期發生血液動力學改變，但對長期服用（250mg）的正常人來說，血壓、心率、血漿兒茶酚胺水平和血漿血管緊張素活性均不受影響。

2. 咖啡因對呼吸系統的作用

對安靜狀態的不喝咖啡的人，咖啡因有明顯的增進呼吸的作用。其增加通氣量的機理不是十分的清楚。Trippenbach等在1980年推斷，咖啡因對呼吸系統可能有以下幾個作用：

（1） 增加中樞對二氧化碳的敏感性；

（2） 直接刺激延髓；

（3） 影響外周化學受體的傳入；

（4） 直接作用於呼吸肌的神經肌肉傳遞

攝入咖啡因（7mh/公斤體重）使亞極限穩定狀態，運動中瞬間呼氣通氣量（VE）增加。此外，亞極限運動開始時，咖啡因改變VE的動力學和呼出二氧化碳的體積。運動中咖啡因改變VE的作用機理尚不完全清楚，但是Powers等在1985年認為：咖啡因改變由安靜到運動的VE動力學的作用可能與通氣控制中二氧化碳流這一假設有關。

3. 對中樞神經系統（CNS）的作用

咖啡因對中樞神經系統（CNS）有多種作用，並可影響精神性運動，腦電圖、睡眠、情緒和識別。事實上，咖啡因在全世界如此流行，至少部分是由於它對CNS的作用。服用咖啡因的人常常感到瞌睡少，疲倦減輕。在實驗條件下，咖啡因增加持續的智力能力和縮短反應時間。但是它可能對工作中的獲得性運動技能（包括靈敏的肌肉協調和時間準確性）產生副作用。對於平時不喝咖啡的人，攝入85~250mg咖啡因（約1~3杯咖啡）即可產生以上作用。

咖啡因對CNS的作用的分子機理尚不清楚。多年來人們認為甲基黃嘌呤的作用是抑制磷酸二脂酶和造成c-AMP的蓄積。但是近年來有證據表明，咖啡因的作用是由於對磷酸腺苷受體的阻斷，而磷酸腺苷影響許多體內過程，即收縮支氣管，抑制血小板凝集和擴張血管等。通常磷酸腺苷抑制大多數神經細胞的激發，因而咖啡因對CNS的作用可能是由於減少了神經細胞的激發所受的抑制。

4. 咖啡因對肌肉的作用

咖啡因通過體液分不到身體各部位，因而大量存在於骨骼肌。可以認為，以往報道的咖啡因的強力作用是由於它對骨骼肌的作用，包括增強肌肉的收縮狀態，改變肌纖維復原的形式和（或）物質動員利用的方式。

（1）肌肉的可收縮狀態

研究證明咖啡因可對肌肉收縮產生直接作用。此外還有幾條證據表明，咖啡因提高疲勞或安靜狀態的骨骼肌接受刺激的能力。最後Lopes等確認咖啡因對未疲勞和疲勞的骨骼肌的性能起有益作用。咖啡因對肌肉的作用與細胞內鈣離子濃度升高有關。電子顯微鏡觀察表明，10mmol濃度的咖啡因即可破壞肌質網，提高鈣離子的通透性從而有利於肌肉收縮。

（2）物質動員和利用

咖啡因可以改變脂肪和糖的貯存池。這一活性作用能以極快的速度對肌肉的做功起戲劇性的作用。咖啡因的這一特點是由於改變了環磷酸腺苷（c-AMP）的濃度。c-AMP升高可通過增加糖元異生而改變葡萄糖的內環境穩定，從而造成高血糖。這一過程是通過肝臟中的磷酸化酶來完成的。此外咖啡因刺激脂肪組織中的脂肪分解，從而使血漿自由脂肪酸（FFA）水平升高。脂肪分解是由脂酶來完成的。咖啡因可能通過兩個途徑來提高脂酶的活性：

① 咖啡因使血中兒茶酚胺的水平升高，兒茶酚胺作用於細胞膜，活化腺苷酸環化酶，從而使細胞內環磷酸腺苷（c-AMP）增多。c-AMP作為一種蛋白酶加速無活性的甘油三脂酶的磷酸化（即活化），這活化了的脂酶使貯存的甘油三酯水解陳自由脂肪酸和甘油。

② 咖啡因通過直接刺激磷酸二脂酶刺激脂肪分解。磷酸二酯的作用是降解環磷酸腺苷（c-AMP），磷酸二脂酶被抑制以後，c-AMP的半衰期加長，使細胞內的c-AMP濃度升高。

一、 咖啡因對運動能力的作用及其副作用

許多教科書和論文中都談到了咖啡因的強力特性，但這要取決於運動的類型。

1. 咖啡因對高強度短時間運動和強度漸增運動的作用：

關於咖啡因對高強度短時間運動和強度漸增運動的作用的研究不少。人們研究了咖啡因對力量、爆發力、肌肉疲勞、肌肉做功能力、最大吸氧量、運動衰竭的時間和最大心率等的作用。所得的結論很不一致，到目前為止，更多的研究認為咖啡因對這兩個類型的運動無強力作用。

2. 咖啡因對長時間耐力運動的作用

Heminingsson在1982年證明，咖啡因提高在海拔300米高處越野滑雪的運動能力。此外他還發現，當年比賽在海拔2900米處進行時，較長距離滑雪所用的時間減少。其他早期研究也得到相似的結果。與此同時，有人還研究咖啡因延長運動時間的生理機制，他們發現在安靜狀態下咖啡因有分解脂肪的特性。Costill等在1978年、Lvy等在1979年研究了咖啡因對長時間運動中血漿自由脂肪酸（FFA）的作用。氣體代謝和血漿分析數據表明，耐力能力的提高可能是由於FFA氧化增加。因為咖啡因使FFA的增加是通過抑制磷酸果糖激酶，使糖元分解減少，所以咖啡因可能起到節約糖元的作用。

運動中節約糖元是重要的。因為耐力運動中肌糖元的耗竭可導致疲勞的發生。Essig等在1980年研究了咖啡因節約長時間運動中的肌糖元的作用。他們認為咖啡因使肌糖元利用減少42%。但是由於血漿自由脂肪酸（FFA）只有少許的升高所以咖啡因除使血漿FFA升高意外，還直接作用於肌肉。事實上Essig、White在1981年和Rennie等在1976年已經證明，脂肪分解速率的增加（包括來源於外周脂肪組織和來自肌肉本身的脂肪）使肌糖元的利用減少，運動到衰竭的時間延長。

綜上所述，對有些人服用50~200mg咖啡因即可產生一下作用：

（1） 提高應變力，注意力和精神活動；

（2） 增高基礎和休息時的代謝率；

（3） 增快心率和增強心肌的收縮力；

（4） 使一些平滑組織放鬆；

（5） 增高血中自由脂肪酸（FFA）或甘油三脂水平和FFA的氧化；

（6） 增高血糖水平；

（7） 腎臟利尿作用。

這些作用有的對運動有利，有些反而可能給運動帶來以下不利影響：

（1） 咖啡因的利尿作用可以造成脫水，使體溫調節能力下降

（2） 咖啡因因增快安靜心率，因此當我們訓練後應該恢復時，心臟卻要做過多的功

（3） 咖啡因可引起胃不適或腹瀉，這些不利於運動，後者還可導致脫水

（4） 咖啡因可以增加基礎代謝率從而升高體溫，高體溫導致運動中過早疲勞

咖啡因使用劑量超過200~500mg（對於耐受性低的人此劑量還要低）可導致以下副作用：

（1） 增加胃酸分泌

（2） 焦慮

（3） 神經過敏

（4） 失眠

（5） 廣泛性抑鬱

（6） 震顫

（7） 興奮增盛

（8） 心悸、心律失常（漏跳）

如果一名運動員為增加其脂肪供能的能力而使用咖啡因，注意以下幾點將是有益的：

（1） 在訓練中試驗一種新的含咖啡因的食物或飲料前，要檢查你的個體反應（常用食物和飲料中的咖啡因含量列於表2-1-4）

（2） 運動強度應該使心率在60~85%最大心率範圍

目標心率=【（最大心率-安靜心率）*60%】+安靜心率

（3） 運動時間應超過30分鐘

（4） 運動前1小時左右服用200~300mg咖啡因（2~3杯咖啡因），此量在藥物檢查的允許範圍以內

（5） 在整個運動過程中間斷，小量使用涼咖啡或茶，咖啡可用4倍水稀釋。這將幫助運動員足夠的水合。

綜上所述：攝入咖啡因對運動能力有一些好處，但也有不少副作用，主要有益作用是增加脂肪作為能源的使用而節約肌糖元。這將延長耐力運動員達到「極限」之前的運動時間。咖啡因對速度，力量和局部肌肉耐力無明顯作用。

每個運動員必須估價他的機體對咖啡因的反應，否則副作用反而會壓倒其正作用。

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