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Koffein: Biologische Wirkung und Wirkung auf das Gehirn

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Specialised paper
Biology

University, School

Immanuel-Kant-Gymnasium Dortmund

Grade, Teacher, Year

1-, Q1, 2016

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Text by Carlo L. ©
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Inhaltsverzeichnis


1. Einleitung 1


2. Koffein Allgemein 1


3. Biologische Wirkung 3


4. Wirkung auf das Hirn

4.1. Bau der Neuronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

4.2. Reizweiterleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

4.3. Wirkung des Koffeins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7


5. Sucht

5.1. Was ist eine Sucht und wie kommt diese

zum Ausdruck. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5.2. Wodurch kann diese ausgelöst werden? . . . . . . . . . .9

5.3. Handelt es sich bei Koffein um eine Sucht?. . . . . . . .10


6. Fazit 10


Anhang 13


Literatur 15


Selbstständigkeitserklärung 17


1. Einleitung

Täglich werden weltweit tausende Tonnen Koffein konsumiert. [1,2] Als aller erstes assoziiert jeder sofort den Kaffee und das Wachwerden mit Koffein. Viel mehr ist der Bevölkerung über Koffein jedoch nicht bewusst. Einer der interessantesten Aspekte des Koffeins ist die biologische Wirkung. Wieso macht Kaffee wach? Wie wirkt es im Körper? Daraus ergibt sich auch die Frage, wie es denn im Gehirn wirkt.

Deshalb werde ich in dieser Arbeit auch näher auf das Gehirn und dessen allgemeiner Aufbau eingegangen. Der beliebte Mythos „Koffein macht süchtig“ wird auch geklärt. Hierbei wird ebenfalls auf die Sucht näher eingegangen. Da man sich als Abiturient unzählige Nächte auf die Wirkung von Koffein verlassen muss, habe ich das Thema Koffein gewählt.

2. Koffein Allgemein

Erst einmal ein paar allgemeine Eigenschaften des Koffeins in Form einer Tabelle:

Molare Masse

194,19 g·mol–1

Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt

238 °C

Siedepunkt

sublimiert ab 178 °C

Löslichkeit

mäßig in Wasser und Alkohol; gut in Chloroform

Gefahrenkennzeichnung



Koffein ist ein farbloser, geruchloser, bitter schmeckender Kristall. Der Name Koffein sagt nichts über das Koffein selber aus. Dieser wurde lediglich aufgrund des Vorkommens in Kaffee so benannt. Das Koffein selber trägt den vollständige Namen „1,3,7-Trimethyl-2,6-purindion“ (kurz: 1,3,7-Trimethylxanthin) [1]. Das Koffein gehört zur Gruppierung der natürlich vorkommenden Purine.

Die Summenformel lautet C8H10N4O2 (siehe Anhang Abbildung 1). Reines Koffein wurde erstmals von Friedlieb Ferdinand Runge 1820 aus Kaffeebohnen isoliert. [1]

Koffein ist in vielen Nahrungsmitteln und Getränken vorhanden. Je nach koffeinhaltigem Getränk variiert der Koffeingehalt sehr stark. Folgend eine Tabelle mit Beispielen:

Kaffee

30-100mg / 150ml

Schwarztee

50mg / 150ml

Energy-Drinks

80mg / 330ml

Koffein-Bonbons

150mg / Bonbon

Energie-Riegel

60mg / Riegel

Koffeintabletten

150mg / Tablette

Cola

15mg / 100ml

Diese sind jedoch auch strikten Regeln untersagt. Zum Beispiel darf der Koffeingehalt einer Cola nicht den Wert 25mg / 100ml überschreiten. Es kam sogar schon zu Verboten von Getränken, da sie sehr gesundheitsgefährdend waren. Ein Beispiel hierfür ist der Energy-Drink "Cocaine" mit 280mg Koffe.....[read full text]

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Koffein bewirkt ebenfalls eine Anregung der Darmperistaltik und der Darmentleerung im Verdauungssystem. Auch wird der Appetit gesteigert. Allgemein wird der gesamte Stoffwechsel angeregt. Es wurde sogar herausgefunden, dass die Wahrscheinlichkeit, an Typ-2-Diabetes zu erkranken, um 60 Prozent gesenkt wird. [5]

Jedoch hat Koffein, wie fast alles andere auch, Nebenwirkungen. Bei psychisch labilen Menschen kann Koffein z.B. zu Schlaflosigkeit, innerer Unruhe, Herzfrequenzsteigerung oder Durchfall kommen. Bei älteren Menschen aber hat es eher die Wirkung das Einschlafen zu fördern. Die Nebenwirkungen variieren je nach Mensch sehr stark.

Koffein führt bei hoher Dosis zu einer verstärkten Anregung des Atemzentrums sowie zu einer Erweiterung der Nieren-, Haut- und Herzkranzgefäße. Auf die Bronchien wirkt eine hohe Koffeindosis krampflösend. Nebeneffekte dabei, die unerwünscht auftreten, wären z.B. Herzrhythmusstörungen, Zittern, Ruhelosigkeit, Gedankenjagen sowie Übelkeit bis zu Erbrechen. Bei Schwangeren führt ein exzessiver Koffeingenuss zu einer großen Gefahr einer Früh- oder sogar Fehlgeburt. [5]


4. Wirkung auf das Gehirn

4.1 Bau der Neuronen

Zum Verständnis der Koffeinwirkung auf den Menschen, wird nun der Aufbau der Nerven vorgestellt. Menschen sind Wirbeltiere, sogenannte Vertebraten. Aufgrund dessen werden folgendermaßen ausschließlich vertebratische Neurone betrachtet. [3]

Siehe Anhang Abbildung 2

Neurone sind in der Regel von Gliazellen beziehungsweise Schwann Zellen umgeben. Diese sind für die Stabilisierung und Versorgung von Neuronen zuständig. Ein Neuron hat an einem Ende Dendriten zum Empfang von Signalen. An dem andren Ende befinden sich synaptische Endköpfchen zum Aussenden von Signalen. In der Mitte befindet sich das Axon, welches für die Reizweiterleitung verantwortlich ist.

Das Signal wird über das Axon von den Dendriten zu den synaptischen Endköpfchen weitergeleitet. Ein Axon ist in der Regel von Myelinscheiden umgeben. Diese isolieren das elektrische Signal und haben eine weitere wichtige Funktion. Sie sind nämlich für die sogenannte saltatorische Reizweiterleitung verantwortlich. Wie in Abbildung 1 erkennbar, befindet sich zwischen den Myelinscheiden stets eine geringe Distanz.

Aktionspotentiale (siehe 4.2 Reizweiterleitung) können nur an diesen kleinen Distanzen, den Ranvierschen Schnürringen entstehen, sodass es an den Myelinscheiden nur Kriechströme gibt. Dies sorgt für eine effiziente und schnel.....

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Um ein Aktionspotential vom einen Neuron zum anderen Neuron weiterzuleiten, sind Verbindungen zwischen Neuronen, Synapsen, notwendig. Hier kann zwischen elektrischen und chemischen Synapsen unterschieden werden. Da Koffein nur chemische Synapsen beeinflusst, werden im Folgenden ausschließlich diese betrachtet.

Eine Synapse stellt die Verbindung zwischen dem Endköpfchen und dem Dendriten dar. Eine Präsynapse (am Endköpfchen) besitzt spannungsabhängige Ca2+-Kanäle, eine Ca2+-Pumpe und Vesikel mit Neurotransmittern. Die Postsynapse (am Dendriten) weist neurotransmittergesteuerte Na+-Kanäle auf. Zwischen Prä- und Postsynapse befindet sich der synaptische Spalt. In Abbildung 2 ist der Aufbau der Synapse wie beschrieben dargestellt:

Siehe Anhang Abbildung 3

Nach dem das Aktionspotential das Axon passiert hat, werden die spannungsabhängigen Ca2+-Kanäle am Endköpfchen stimuliert, sodass sich diese öffnen. Darauf strömt Ca2+ aus dem Zelläußeren in das Zellinnere. Die Ca2+-Teilchen stimulieren die Vesikel, sodass sich diese zur präsynaptischen Membran begeben und mit ihr verschmelzen. Dieser Vorgang wird als Exozytose bezeichnet.

Die Neurotransmitter in den Vesikeln (z.B. Acetylcholin) diffundieren in den synaptischen Spalt, wo sie die neurotransmittergesteuerten Na+-Kanäle stimulieren. Dadurch können Na+-Ionen aus dem synaptischen Spalt durch die postsynaptische Membran diffundieren. Dies führt zu einem EPSP (exzitatorisches postsynaptisches Potenzial), also ein aktionspotentialförderndes Signal, im nächsten Neuron.

Unterschieden werden erregende und hemmende Synapsen. Oben beschrieben ist eine erregende Synapse. Im Vergleich hierzu weist eine hemmende Synapse ClIonenkanäle auf. Es strömt dementsprechend Cl- in die postsynaptische Membran, welches zu einem IPSP (inhibitorisches postsynaptisches Potential), also einem aktionspo.....

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Siehe Anhang Abbildung 4

Da wie oben beschrieben im Organismus weniger Aktionspotentiale gehemmt werden können, wird der Organismus generell aktiver und wacher.


5. Sucht

5.1 Was ist eine Sucht und wie kommt diese zum Ausdruck?

Eine Sucht ist eine zwanghafte und krankhafte Abhängigkeit von Stoffen. Jedoch muss zwischen seelischer (psychisch) und körperlicher (physisch) Sucht unterschieden werden. Beispiele für eine physische Sucht wären Alkohol-, Medikamenten- oder Heroinsucht. Beispiele für eine psychische Sucht wären Mager-, Spiel- oder Computersucht.

Jedoch ist man nicht sofort süchtig, wenn man mal am Computer sitzt, ein Bier trinkt oder Medikamente zur Krankheitsbekämpfung einnimmt. Es lassen sich 4 verschiedene Begriffe definieren, welche von der Sucht abweichen:

1. Genuss
Beim Genuss wird das Suchtmittel nicht notwendig benötigt. Dieses wird bei Gebrauch aber als angenehm empfunden
z.B. Gelegentlich ein Bier

2. Gebrauch
Der Gebrauch ist die sinnvolle Verwendung von den Suchtmitteln. Hier kann es sich neben dem Konsum auch auf eine andere Verwendungsart beziehen.
z.B. Alk.....

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Ein anderer Auslöser wäre jedoch ein negatives Umfeld. Durch Gruppenzwang oder falsche Vorbilder könnte eine Substanz, welche ein gutes Gefühl auslöst und auch abhängig macht, konsumiert werden, was bei regelmäßigem Konsum auch zur Sucht führt.

Wichtig ist jedoch zwischen einem Auslöser und einer Ursache zu unterscheiden. Ein Auslöser könnte z.B. ein schwerer Schicksalsschlag oder ein schwerer Verlust sein, welcher „den Bogen überspannt“. Eine Ursache aber ist der ursprüngliche Grund, welcher bei Auseinandersetzung mit ihm auch letztendlich zur Heilung der Sucht führen kann. [5]


5.3 Handelt es sich bei Koffein um eine Sucht?

Koffein weist einige Merkmale auf, die zur Annahme, dass Koffein zu einer Sucht werden kann, führen könnten. Jedoch kann man nicht wirklich davon ausgehen, da im Bezug darauf sogar schon Experimente an Ratten durchgeführt wurden. Der einzig auffällige Aspekt bei wiederholter Einnahme war eine Toleranz gegen Koffein und Abnahme der Wirkungsdauer. [6]

Jedoch tauchen bei abruptem Entzug verschiedene Entzugserscheinungen auf. Diese fallen je nach vorheriger Einnahmemenge schwächer oder stärker aus. Diese Symptome sind die Übelkeit, Erbrechen, Kopfschmerzen, Reizbarkeit, Nervosität, Lustlosigkeit und starke Müdigkeit. [7]

Die genannten Symptome treten im Gegensatz zu anderen Suchtmitteln, welche mehrere Wochen bis zu Monaten auftret.....

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Ein weiterer faszinierender Aspekt ist die Wirkungsweise der verschiedenen Wirkungen, vor allem die im Gehirn. Der Bau, die Funktionsweise und die Beeinflussung durch das Koffein sind sehr wichtige Punkte beim Thema Koffein.

Abschließend kann man sagen, dass es sehr viele interessante Aspekte und Informationen über Koffein gibt, welche einem allgemein gar nicht bewusst sind. Viele davon sind jedoch wichtig und sollten beachtet werden.

Anhang

Abbildung 1


Quelle: (09.03.2016)

Abbildung 2


Quelle: (09.03.2016)

Abbildung 3



Quelle: (09.03.2016)

Abbildung 4

Quelle:


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