Introducción
La cafeína y la teofilina son derivados de la metilxantina que, en cantidades moderadas, se encuentran en bebidas como el café, té, mate o chocolate. Aunque sus efectos no sean tan fuertes como los de la cocaína o anfetamina, son estimulantes del sistema nervioso central (SNC). En dosis moderadas producen una mejora del rendimiento mental y físico y reducen el cansancio y el sueño. Dosis altas pueden producir ansiedad y disforia, así como trastornos del sueño. Incluso con dosis bajas la cafeína puede actuar como estímulo discriminativo. Fisiológicamente, la cafeína aumenta la presión arterial, la frecuencia respiratoria y la diuresis.
Produce dependencia física leve y también síndrome de abstinencia. En el SNC la cafeína es un bloqueador no específico de los receptores de adenosina A1 y A2a.
Estructura química
Las xantinas cafeína, teofilina y teobromina son indiscutiblemente los psicoestimulantes más utilizados en todo el mundo. En España, por ejemplo, se estima que aproximadamente un 80% de la población adulta toma a diario café o té. Otros compuestos como el chocolate y bebidas refrescantes como coca-cola y nestea (con menor contenido en xantinas) son también ampliamente consumidos por la población más joven. Las xantinas, en una u otra forma, se han utilizado desde la antigüedad, de ahí sus nombres: teofilina (hoja divina) y teobromina (alimento de los dioses). La mayor fuente de cafeína se obtiene de las semillas de la planta Coffea arabica, mientras que las hojas de té, de la planta Thea sinensis, contienen cafeína y teofilina. Las semillas de cacao Theobroma cacao, además de contener teobromina también contienen cafeína, aunque en menores cantidades que las semillas de la planta del café (tabla 1).
Varias estadísticas apuntan que el consumo diario de café por la población adulta es de aproximadamente 300 mg de término medio y por persona. Sin embargo, su ingesta puede aumentar considerablemente en consumidores compulsivos. Incluso los niños pueden ingerir cantidades considerables de cafeína, principalmente a través del consumo de refrescos con cafeína y el consumo de chocolate1.
Estructuralmente, las xantinas son derivados purinérgicos formados por los heterociclos pirimidina e imidazol condensados, dando lugar a las metilxantinas, cafeína (1,3,7 trimetilxantina), teofilina (1,3 dimetilxantina) y teobromina (3,7 dimetilxantina) (fig. 1). Las sales que forman estos compuestos son fácilmente solubles.
Figura 1. Fórmula química de las metilxantinas.
Acción farmacológica de las xantinas
Las acciones farmacológicas de las xantinas son muy similares entre sí, debido a la analogía química, existiendo sólo diferencias cuantitativas. La cafeína es la más potente en cuanto a su acción sobre el SNC, le sigue la teofilina y después la teobromina, siendo esta última el compuesto menos activo de los tres. La cafeína estimula el SNC produciendo un incremento en el rendimiento intelectual objetivo y subjetivo, aumentando la capacidad de concentración y de atención. Incrementa la interacción social y produce sensación de bienestar, sin tener consecuencias depresivas una vez pasado el efecto. También puede desencadenar ansiedad, sobre todo en la interacción social. Todos los efectos que produce son dependientes de la dosis. Como otros estimulantes, reducen la sensación de fatiga, aumentan el estado de vigilia retrasando la iniciación del sueño y, con dosis elevadas, pueden alterar la calidad y duración de éste. Esta respuesta sobre el sueño es más prominente en individuos de edad avanzada, independientemente de que en el pasado hubiera una buena tolerancia a los efectos de la cafeína. También ejerce su efecto estimulante en la totalidad del sistema nervioso, aumentando por tanto la motilidad voluntaria y la refleja. Incrementa la presión arterial y la frecuencia respiratoria y taquicardia, produciendo diuresis y estimulando la liberación de catecolaminas, en concreto la adrenalina. Asimismo, antagoniza la acción de los depresores del SNC como los barbitúricos y las benzodiacepinas.
La cafeína se absorbe casi completamente en el tracto intestinal de forma rápida, aproximadamente a los 45 minutos de su ingesta. La vida media de la cafeína está entre 2,5 y 4,5 horas, de manera que la ingesta repetida en el curso del día aumenta gradualmente los niveles plasmáticos de cafeína, incrementando con ello los efectos que produce2.
Efectos del uso crónico de cafeína
El tratamiento repetido con cafeína puede producir tolerancia o sensibilización, dependiendo de la pauta de administración. Así, el tratamiento continuado con cafeína en el agua de bebida de la rata produce tolerancia a los efectos locomotores de la cafeína3 y sensibilización motora con dosis intermitentes, bien por vía oral o intraperitoneal4. En seres humanos se observa tolerancia en los efectos cardiovasculares, aunque esta tolerancia no sea completa en la mayoría de los casos5. Sin embargo, no está claro que esta tolerancia se ejerza también en los efectos psicológicos y conductuales. Lo que sí parece claro es que la cafeína produce menos insomnio en consumidores crónicos que en consumidores ocasionales.
Abuso de cafeína
Aunque el abuso de cafeína no está asociado a los patrones de uso compulsivo característicos de la utilización de otros psicoestimulantes, se observan con alguna frecuencia pacientes que persisten en el consumo de cafeína a pesar de las contraindicaciones médicas específicas individuales. El consumo crónico de cafeína puede llevar a la ingestión de cantidades elevadas produciendo nerviosismo, insomnio, inquietud y también trastornos fisiológicos como taquicardia. Estas manifestaciones clínicas son similares a las que se observan en trastornos de ansiedad. Con dosis elevadas, más de 1 g de cafeína al día, se observan efectos psicóticos mayores. En cuanto a los efectos adversos del abuso de cafeína, algunos investigadores han observado un cierto riesgo a padecer enfermedades coronarias y, en mujeres embarazadas, a tener bebés con bajo peso natal.
Dependencia de la cafeína
La existencia del síndrome de abstinencia a la cafeína es hoy en día irrefutable. Existen síntomas psicológicos y físicos, no ya sólo después de la interrupción del consumo sino también después de una disminución en el consumo de cafeína. Los síntomas de abstinencia más claros son dolores de cabeza, somnolencia, cansancio, atenuación de la atención y concentración, dificultad en la coordinación y, en algunos casos, ansiedad o depresión leve. También se ha descrito deseo compulsivo por cafeína. Es importante observar que el síndrome de abstinencia a la cafeína puede ser lo suficientemente severo como para producir trastornos ocupacionales y sociales en grandes consumidores o personas dependientes de la cafeína. Aunque el síndrome de abstinencia se describió en consumidores de elevadas dosis de cafeína (> 600 mg/día), también ocurre en individuos que consumen tan poco como 100 mg al día, que es el equivalente a una taza de café o bien a dos o tres latas de refrescos con cafeína. Las manifestaciones sintomáticas aparecen el primer día de abstinencia de cafeína y pueden durar varios días más. Parece ser que la liberación de la abstinencia es uno de los factores principales en el consumo crónico de café; en particular en el primer café de la mañana.
Mecanismos de acción de la cafeína y teofilina
Sistema adenosinérgico
La cafeína y la teofilina deben su acción farmacológica al bloqueo de los receptores de adenosina6 y su potencia de acción es proporcional a la afinidad que presenta cada una de ellas por los receptores de adenosina. La adenosina es un nucleósido de purina ubicuo que se forma a partir del adenosín trifosfato (ATP) en el fluido extracelular mediante la acción de diversas ectoenzimas plasmáticas que defosforilan el ATP a adeno- sín monofosfato (AMP) y éste a adenosina. La adenosina también se puede sintetizar intracelularmente mediante la enzima 5' nucleotidasa plasmática. Su formación y liberación se activa mediante estrés metabólico y falta de oxígeno. La adenosina es un inhibidor general del sistema nervioso que produce sedación, relajación y ansiólisis en el SNC y vasodilatación coronaria, relajación de la musculatura lisa gastrointestinal e inhibición de la agregación plaquetaria en el sistema nervioso periférico (SNP). Recientemente, también se ha observado que actúa como neuroprotector en la isquemia cerebral y en el infarto que se produce7,8. La adenosina no se considera un neurotransmisor clásico, ya que no se almacena en vesículas sinápticas y su liberación no es dependiente de calcio9.
Receptores de adenosina
Hasta la fecha se han clonado 4 receptores para la adenosina, A1, A2a, A2b y A3, con un alto grado de homología entre ellos y una localización cerebral específica para cada uno10. Estos receptores pertenecen a la familia de receptores acoplados a las proteínas G que tienen siete dominios transmembrana. Debido a que la adenosina se une con mayor afinidad a los receptores A1 y A2a, la mayoría de las acciones farmacológicas se deben a estos receptores, siendo la participación de A2b y A3 cuantitativamente despreciable.
Los receptores A1 y A2a ejercen acciones bioquímicas opuestas. La estimulación de los receptores A1 disminuye la acumulación de AMP cíclico (AMPc) al acoplarse a las proteínas Gi/Go, mientras que los A2a la aumentan al estar acoplados a Gs y Golf, cuya estimulación activa la adenilato ciclasa aumentando la acumulación de AMPc en el citoplasma celular (fig. 2).
Figura 2. Regulación de la enzima adenilil ciclasa por los receptores adenosinérgicos. Los receptores A2a están acoplados a Gs y estimulan la adenilil ciclasa, la producción de adenosín monofosfato cíclico (AMPc) y la proteína kinasa A. Los receptores A1 están acoplados a Gi e inhiben la vía de señalización dependiente de AMPc.
Distribución de los receptores A1
El patrón de distribución cerebral de estos dos receptores, A1 y A2a, es bien diferente, según evidencian experimentos realizados con hibridación in situ con ribosondas específicas para cada uno de los receptores y también con autorradiografía de fijación específica de ligandos radiactivos. Los receptores A1 se encuentran fundamentalmente en el hipocampo, corteza cerebral, núcleos talámicos y en el estriado y globo pálido. La mayoría de los receptores A1 están en el terminal presináptico, donde median en la inhibición ejercida por la adenosina sobre la liberación de neurotransmisores clásicos (glutamato, dopamina y acetilcolina, etc.). Se piensa que este control inhibitorio de la neurotransmisión ejercida por la adenosina es el mecanismo por el cual la cafeína y las otras xantinas potencian la atención, concentración y el estado de alerta en el ejercicio mental y físico. La cafeína, al bloquear el receptor A1, libera el efecto inhibitorio de la adenosina sobre la neurotransmisión11. De hecho, estudios de microdiálisis demuestran que la administración de cafeína aumenta la liberación de acetilcolina en la corteza prefrontal de la rata12, incrementando también la actividad cortical13.
Distribución de los receptores A2a
En contraste con la extensa distribución del receptor A1, el receptor A2a se localiza casi exclusivamente en el estriado dorsal y ventral y en el tubérculo olfatorio (fig. 3), áreas profusamente inervadas por terminales dopaminérgicos. La densidad de receptores en el estriado es bastante elevada y comparable, por otra parte, con la densidad de los receptores dopaminérgicos. Estudios de hibridación in situ en comparación con tinciones inmunohistoquímicas con un anticuerpo monoclonal específico para el receptor A2a demuestran que este receptor es fundamentalmente postsináptico y se sintetiza en las neuronas de proyección del estriado. Estas neuronas son espinosas y de mediano tamaño. El marcaje con el anticuerpo se localiza en el neuropilo, en las dendritas y en las espinas dendríticas, y también colocaliza con el neuropéptido encefalina en el citoplasma de estas neuronas14.
Figura 3. Fotografía de un autorradiograma de hibridación in situ que ilustra la distribución anatómica del ARNm para el receptor A2a en el estriado de rata.
Fenotipo molecular de las neuronas que expresan los receptores A1 y A2a
Estudios de hibridación in situ doble, con ribosondas específicas para el receptor A2a o A1 en combinación con ribosondas para los distintos marcadores de las neuronas estriatales, han demostrado que el receptor A1 se localiza en las neuronas del estriado que dan origen a la vía directa (estrionígrica) por proyectar directamente del estriado a la sustancia negra. Estas neuronas, además, expresan el receptor dopaminérgico D1 de forma que el receptor A1 colocaliza con el receptor D1 en estas neuronas del estriado. De manera similar, se ha demostrado que los receptores A2a se expresan en las neuronas que forman la vía indirecta, proyectando del estriado al globo pálido y de ahí a la sustancia negra. Estas neuronas, además, expresan el receptor dopaminérgico D2. Estas dos vías de proyección del estriado, directa e indirecta, ejercen a su vez acciones opuestas en cuanto al control de la actividad motora. Mientras que la estimulación de la vía directa potencia el movimiento, la de la vía indirecta lo inhibe. La cafeína produce sus efectos estimulantes activando las neuronas de proyección estriatales. Tanto los efectos bioquímicos como los conductuales de la cafeína se han relacionado con su habilidad para reducir la inhibición ejercida por la adenosina endógena sobre la transmisión dopaminérgica estriatal. También se ha visto que interacciona con el sistema opioide, ya que la administración conjunta de cafeína y naloxona precipita un pseudosíndrome de abstinencia que está mediado por los receptores A2a15.
Modulación de las acciones de la dopamina por la adenosina
Investigaciones recientes demuestran de manera consistente que la adenosina modula las acciones de la dopamina a través de sus receptores A1 y A2a. Esta modulación es de tipo antagonístico con los dos tipos de receptores. Así, el receptor A1 se opone a las acciones mediadas por el receptor dopaminérgico D1 y el receptor A2a se opone a las acciones mediadas por el receptor D214,16-19. Mediante experimentación animal en roedores se ha demostrado, en concreto, que la activación del receptor A2a antagoniza los efectos comportamentales y los efectos bioquímicos mediados por los receptores D2 en los ganglios basales20, mientras que su bloqueo potencia estas acciones. El mecanismo por el cual existe un efecto antagonístico entre el receptor A2a y el D2 y entre A1 y D1 puede involucrar una interacción directa entre estos dos receptores, ya que todos pertenecen a la familia de receptores acoplados a proteínas G con siete dominios transmembrana y están colocalizados A1 y D1 en las neuronas estrionígricas, y A2a y D2 en las neuronas estriatopalidales18,19. Esta interacción se forma a través de heterodímeros proteína-proteína con los receptores A1 y D121 y con los A2a y D222. En estudios con ratones knock-out (KO) para el receptor A2a se ha demostrado que la presencia de ambos receptores es necesaria para las acciones mediadas por uno u otro receptor14,16,21. Es decir, la inactivación del receptor D2 inhibe considerablemente las respuestas mediadas por el receptor A2a y viceversa14,16.
Agradecimientos
A Oskar Ortiz, Noelia Granado y Marco de Mesa por su valiosa ayuda con el procesador de textos y con las figuras, así como por la lectura crítica del manuscrito. El trabajo de investigación está financiado por el Ministerio de Sanidad y Consumo (PI071073), Plan Nacional Sobre Drogas, y por el Instituto de Salud Carlos III, FIS, mediante la Red de Trastornos adictivos, RD06/0001/1011 y CIBERNED.
La autora declara que no existe conflicto de intereses
Correspondencia:
R. MORATALLA
Instituto Cajal.
CSIC.
Avda. Dr. Arce n.º 37.
28002 Madrid. España.
Correo electrónico: moratalla@cajal.csic.es
Recibido: 20-05-2008
Aceptado para su publicación: 28-06-2008