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Mi dispiace dirtelo, ma hai sempre bevuto un insetticida…

Mattina presto. Ti sei appena svegliato e stai cercando di entrare in contatto con la realtà. Qualcuno ti parla, ma senti solo un lontano suono indefinito e ti rifiuti di ascoltare fino a quando non avrai preso la tua prima tazza di caffè. Se ti sei rivisto in questa descrizione, sei in buona compagnia! Una larga fetta della popolazione mondiale beve questa famosa bevanda per iniziare la giornata. A dire il vero, molti non la bevono solo al mattino. Se sei come me, il caffè ti accompagna nel corso dell’intera giornata. Si tratta di una bevanda calda molto complessa, una miscela di diverse sostanze chimiche, tra cui la caffeina è la più caratteristica. Ed è proprio con questo composto che inauguriamo la sezione del blog chiamata “Natural Product of the month“.

La caffeina appartiene alla classe degli alcaloidi (alcaloidi purinici per essere più precisi)a e si trova in varie specie di piante, in particolare ovviamente nell’arbusto che ci dà i chicchi di caffè, Coffea arabica.b Scoperta due secoli fa, è la sostanza psicoattiva più consumata al mondo (1), ed è presente non solo nel caffè, ma anche in diverse bevande e alimenti. Le bevande che la contengono, in particolare, vengono consumate per alleviare o prevenire la sonnolenza o per migliorare la capacità cognitiva. Ora potresti chiederti quale sia la connessione tra caffeina e insetticidi: la caffeina molto semplicemente è un insetticida. Curioso? Continua a leggere per saperne di più.

Caffeina e sistemi di difesa delle piante

Spesso le piante sono ai nostri occhi qualcosa di passivo. Dopotutto, cosa possono fare nel momento in cui sono attaccate da un animale che vuole mangiarle? Non possono scappare. Sono bloccate lì. Nessuna speranza (apparentemente). Tuttavia, non sono scomparse nel corso dell’evoluzione. Come è possibile? Bene, le piante non sono così indifese come potrebbe sembrare. Hanno diverse linee di difesa. Alcune difese sono costituite da tratti anatomici, altre sono composti chimici che possono uccidere gli erbivori (o agire in molti altri modi). A volte le piante producono e immagazzinano queste sostanze utilizzate per la difesa, mentre, in altri casi, queste vengono prodotte e accumulate solo quando la pianta viene attaccata. La caffeina è il tipo di composto che viene prodotto e accumulato, ma la sua quantità nella pianta aumenta anche quando necessario in seguito ad attacchi.

Alcune specie vegetali usano la caffeina per proteggersi dagli insetti erbivori (2). In effetti, questo composto è tossico per diverse specie di insetti, sebbene alcuni di essi abbiano sviluppato modi per detossificarla o proteggersi dalla sua azione. Quando un erbivoro attacca una pianta che accumula caffeina, nel mangiarla, ingerisce una certa quantità di questo alcaloide che viene facilmente assorbito e agisce paralizzando l’insetto stesso (2). L’azione è esercitata a livello del sistema nervoso, dove la caffeina inibisce un enzima chiamato fosfodiesterasi che agisce degradando un composto intracellulare, l’AMP ciclico. Quest’ultimo attiva specifici processi cellulari, ma la sua concentrazione è normalmente altamente regolata. In seguito all’inibizione della fosfodiesterasi, l’AMP ciclico si accumula nei neuroni, compromettendone la funzione e portando alla paralisi.
Inoltre, la caffeina sembra avere anche un diverso meccanismo di azione, andando ad interferire con i processi di segnalazione mediati dal calcio così come sulla omeostasi di quest’ultimo (3), portando alla distruzione di numerosi processi cellulari. Tuttavia, alcuni insetti sembrano essere in grado di tollerare basse quantità di questo composto. Le api che raccolgono il polline sui fiori di agrumi (anch’essi contentenenti l’alcaloide) sembrano essere in grado di metabolizzare la caffeina, che a bassa concentrazione aumenta anche la loro attenzione e migliora la loro memoria (4).c

È sorprendente come la caffeina possa aiutare le piante a proteggersi e questa azione non si limita alla lotta con gli erbivori. Essendo parte di ecosistemi complessi, esse devono infatti interagire anche con altre piante con le quali a volte devono competere per spazio e risorse. Ancora una volta ciò può accadere in diversi modi, e uno di questi è un fenomeno noto come allelopatia, in base al quale una specie vegetale produce sostanze chimiche che influenzano la crescita di altre piante. Nel caso della caffeina, sembra che l’attività non sia solo esplicata nei confronti di altre specie, ma anche contro la stessa Coffea arabica (5). Fondamentalmente, le piante di caffè svolgono una sorta di controllo della popolazione, inibendo la germinazione dei semi della loro stessa specie se sono troppo vicini alla pianta madre. In effetti, troppi arbusti, anche se della stessa specie, avrebbero l’effetto di ridurre le risorse, che quindi alla fine non sarebbero sufficienti per tutti gli individui. L’autotossicità della caffeina rilasciata dalle foglie e dal tegumento dei semi contribuisce a regolare la densità di popolazione delle piante, ed è stata dimostrata anche in campo. Sebbene questo fenomeno possa essere un problema nelle piantagioni di caffè,d risulta molto utile per le pianta al fine di evitare il sovraffollamento.

Caffeina e salute umana

Prodotti contenenti caffeina sono stati consumati dall’umanità per centinaia di anni, in virtù del loro sapore e del loro effetto stimolante.
Dopo l’ingestione, la caffeina viene assorbita rapidamente e quasi completamente nello stomaco e nell’intestino tenue e distribuita a tutti i tessuti, compreso il cervello (dove attraversa facilmente la barriera emato-encefalica), ed esercita il suo effetto stimolante come antagonista dei recettori dell’adenosina (6). Questi recettori sono strutture cellulari che sono così chiamate perché legano l’adenosina, una sostanza chimica endogena che rallenta l’attività neurale. L’antagonismo del recettore da parte della caffeina attenua questi effetti inibitori, con conseguenti effetti di risveglio (7). Inoltre, la caffeina agisce sull’attività della fosfodiesterasi e, come spiegato in precedenza nel caso degli insetti, ciò induce un aumento dei livelli intracellulari di AMP ciclico, portando al rilascio di adrenalina e al prolungamento del suo effetto.e In definitiva, la caffeina aumenta la vigilanza e le capacità cognitive (1). L’effetto stimolante inizia circa 15 minuti dopo il consumo e può durare fino a 5/6 ore. La caffeina viene metabolizzata dal fegato e i prodotti che ne derivano vengono escreti con le urine.
Poiché i recettori dell’adenosina si trovano non solo nel sistema nervoso centrale e periferico, ma anche in vari altri organi, la caffeina ha tanti effetti diversi (1, 6). Induce un aumento della pressione sanguigna e della temperatura corporea, favorisce la vasocostrizione o la vasodilatazione a seconda dell’organo o del tessuto, aumenta il tasso metabolico, ecc. Sembra avere un effetto positivo sui disturbi neurologici, specialmente nelle donne. Se associato ad alcuni antidolorifici, ne migliora l’efficacia. Agisce anche sulla funzione cardiovascolare, con effetti positivi su individui sani, essendo invece un fattore di rischio in pazienti che presentano altre problematiche. Le implicazioni in altri fenomeni non sono sufficientemente studiate (come la sua influenza sul cancro) o non sono completamente comprese, a causa di dati contrastanti (come il suo effetto diuretico).
Gli effetti collaterali a breve termine derivanti dall’assunzione di caffeina comprendono palpitazioni, disturbi gastrointestinali, ansia, tremore, aumento della pressione sanguigna e insonnia. L’influenza della caffeina sul sonno è stata ampiamente studiata ed è stato dimostrato che essa riduce il tempo totale, l’efficienza e la qualità percepita del sonno. Sembra che le fasi del sonno più leggere prevalgano a spese delle fasi più profonde, che si verificano meno frequentemente e hanno una durata più breve (6). Tuttavia, avrai sicuramente osservato che persone diverse rispondono in modo diverso alla caffeina e in effetti è diventato recentemente chiaro che gli effetti dipendono da complessi fattori genetici e ambientali, oltre che da età, sesso e condizioni di salute generali.
Studi hanno dimostrato la possibilità di sviluppare dipendenza da caffeina e tolleranza nei suoi confronti e, come per altre droghe, in alcuni casi sono stati osservati sintomi da astinenza in caso di improvvisa sospensione. Resta il fatto che questi aspetti sono ancora ampiamente discussi, dato che alcuni punti non sono ancora completamente chiari, come il fatto che attivi o meno i sistemi di ricompensa (8).
Infine, le donne in gravidanza e in allattamento devono prestare particolare attenzione poiché la caffeina può superare la barriera placentare e inoltre può passare anche nel latte materno. Durante la gestazione può avere effetti sul feto e aumentare le possibilità di aborti spontanei.

Fonti di caffeina

Le fonti di caffeina più comuni sono il caffè, il tè,f il mate, il guaraná e il cacao (quindi si trova anche nel cioccolato). Recentemente è stata individuata anche nei fiori di agrumi (specialmente nel polline) ed è prodotta anche da alcuni funghi. La caffeina viene aggiunta a molte bevande analcoliche e energizzanti, in alcuni casi perché le piante che la contengono sono un ingrediente (come la cola), in altri casi perché viene aggiunta caffeina sintetica.
Le concentrazioni di caffeina in queste bevande possono essere abbastanza variabili. Nel caso del caffè, ad esempio, la quantità di caffeina può variare a seconda della specie e delle varietà di caffè utilizzate, della lavorazione dei chicchi di caffè, ma anche del modo in cui viene preparato il caffè stesso. Un espresso contiene 20-100 (più spesso 40-60) mg di caffeina, una tazza di caffè (250 mL) circa 60-120 mg, caffè decaffeinato circa 2-4 mg, una tazza di tè 10-100 mg, una tazza di cacao 2-50 mg, un bicchiere di bevande a base di cola 25-100 mg.g L’assunzione giornaliera non deve mai superare 1 g, mentre la dose letale è di 5-10 g.h
Infine, la biodisponibilità (ovvero la quantità di composto che realmente assorbiamo) dipende molto dalla matrice, poiché altri composti possono interferire con l’assorbimento, ma anche con il metabolismo. A causa dei suoi numerosi effetti sulla salute umana, la caffeina è un componente di molti nutraceutici, antidolorifici da banco e farmaci.


Nonostante il suo utilizzo avvenga da molto tempo, c’è ancora tanto da sapere sulla caffeina. Molti degli effetti sulla salute umana sono ancora dibattuti e di tanto in tanto ci sono nuovi dati che aumentano le nostre conoscenze sull’argomento. Tuttavia, questo composto è un ottimo esempio di una sostanza chimica derivata dalle piante che è molto importante per le piante che la producono, in quanto meccanismo di difesa, e, naturalmente, anche per il genere umano.

Note
a. Gli alcaloidi sono una classe specifica di prodotti naturali.
b. Il genere Coffea, appartenente alla famiglia delle Rubiaceae, comprende oltre 100 specie, tra cui Coffea arabica, Coffea canephora (C. robusta) e Coffea liberica sono tre specie utilizzate per la preparazione del caffè.
c. Questo effetto è simile a quello osservato nell’uomo.
d. È interessante notare che alcune specie vegetali come la salvia, il timo e il rosmarino possono ridurre l’accumulo tossico di allelochemici nelle piantagioni di caffè (assorbendo la caffeina e accumulandola nelle loro radici) aumentano la produzione del caffè stesso.
e. Non preoccuparti, siamo troppo grandi per seguire lo stesso destino degli insetti con le dosi di caffeina che normalmente utilizziamo.
f. Hai anche sentito parlare di teina, mateina e guaranina? Dimenticale perché queste molecole semplicemente non esistono o, meglio, non sono nient’altro che caffeina.
g. Questi numeri sono puramente indicativi e possono variare in base a diverse variabili.
h. A seconda del peso dell’individuo. Non dimentichiamo mai: “Dosis sola facit, ut venenum non fit” (ovvero: la dose fa il veleno).

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