תַקצִיר
מדוע אנשים מכינים ביומיום משקאות חמים על-ידי ערבוב של מים חמים עם עלי תה או פולי קפה? איננו זקוקים למשקאות חמים כדי לשחק כדורסל או לקבל ציונים טובים יותר בבית הספר. אולם מאז שאנשים החלו לשתות משקאות חמים לפני אלפי שנים הם חשו תועלות כמו אלה שאנו מרגישים כיום. קָפאין הוא המרכיב הַמֻּכָּר ביותר מבין מרכיבי הקפה, אשר מספק תועלות לסגנון החיים ולבריאות שלנו. כפי שאתם ודאי יודעים, הטעם של תה או קפה אינו בהכרח נעים. הסיבה שאנו ממשיכים לשתות את המשקאות האלה היא נוכחות הקפאין (או חומרים דומים לו), וכן של תוספות כמו סוכר או ממתיקים אחרים, אשר יכולים להימצא גם במשקאות מוגזים. באופן מדהים, כל המשקאות שנבחרו על-ידי בני אדם בגילאים שונים ובמקומות שונים בעולם, מכילים קפאין או חומרים דומים. בני האדם גילוּ את האש ולמדו להכין משקאות חמים, ובדיעבד אפשר לקשֵּׁר זאת להפיכתנו למין מוצלח בכדור הארץ.
במאה ה-18 צ’רלס דרווין חקר כיצד חיות פשוטות יכולות להתפתח ולהפוך להומו ספיאנס, כלומר בן אנוש. האם ישנם חומרים בטבע שעזרו לנו להפוך למין כל כך מוצלח על פני כדור הארץ? אכן, קפאין סייע לבני האדם בתהליך האבולוציה שלהם.
בזמנוֹ, אנשים וחיות על פני כדור הארץ ניזונו בעיקר מפירות ומדגנים, שהם עשירים בפחמימות. פחמימות מהוות חלק גדול מתזונתו גם בימים אלה. הן מורכבות מאטומי פחמן שקשורים למימן ולחמצן. אחת הפחמימות הפשוטות ביותר שמֻכּרוֹת כיום היא גלוקוז, והיא מורכבת מ-6 אטומי פחמן, 12 אטומי מימן ו-6 אטומי חמצן. פחמימות רבות (כגון גלוקוז, סוכרוז ולקטוז) הן מתוקות, ומסיבה זו הן מכֻנּוֹת סוכרים. רכיב התזונה השני הכי חשוב עבור בני אדם בזמנים עברו היה ככל הנראה חלבון, וצַיִד או דַּיִג של חיות פרא היו הדרך הטובה ביותר להשיג אותו. ליפידים, ויטמינים, מינרלים וחומרי מזון אחרים שנדרשו כדי לתחזק את בני האדם נלקחו מירקות או פירות, או מבעלי חיים. אולם דבר אחד החסרנו, למעשה הדבר החשוב ביותר – מים. נקודה שחשובה למאמר זה היא הדרך שבּה ההומו ספיאנס שתו מים לפני גילוי האש ולאחר מכן. לפני שהאש התגלתה אנשים נאלצו לשתות מים שהיו בטמפרטורת ה“חדר”, אולם אחרי גילוי האש הם יכלו להכין משקאות חמים.
היכולת לחמם מים ככל הנראה הפכה את האכילה למהנה הרבה יותר עבור אנשים קדמונים. מזונות רבים הם טעימים יותר לאחר חימום או בישול. בישול מזון בטמפרטורות גבוהות באמצעות מים חמים או שמני ירקות היה הישג מוקדם גדול של בני האדם הקדמונים, והוא עדיין מתממש גם כיום. אולם מים חמים הובילו לדבר נוסף – הם אפשרו לשתות מים שמכילים רכיבים מזינים מעלים, בלי לאכול את העלים עצמם. מעניין לדעת שכֹּל התרבויות וכל המינים חולקים כמה דברים במשותף באורח החיים שלהם, ואחד מהם הוא הכנת משקאות בתהליך של הרתחת צמחים במים, אשר נקרא חליטה (איור 1).
- איור 1 - משקאות שמכילים מתיל-קסנטינים, כמו קפה למשל, היו חלק מהתאגדויות חברותיות אנושיות כמעט מאז שאנשים היו על כדור הארץ.
- המשקאות האלה סייעו לתרבויות שונות לתקשר זו עם זו.
מנקודת מבט היסטורית, סביר מאוד שהחליטות הראשונות שהוכנו עם עלים בתוך מים חמים שימשו לטקסים, ולא שימשו באופן מכוּון עבור צריכת חומרי מזון. סביר להניח שטעמן לא היה טוב במיוחד, מאחר שטעמם של משקאות רבים שמוכנים באופן זה הוא מר, ומרירוּת הייתה לעיתים קרובות סימן עבור אנשים קדמונים לכך שחומר מסוים רעיל עבורם. אם כן, מה היו התועלות של המשקאות האלה? אנו מאמינים כי התשובה הקצרה לכך היא שרבּים מהמשקאות האלה הכילו חומרים שנקראים מתיל-קסנטינים.
קפאין, וחומרים שדומים לו, הם מתיל-קסנטינים מאחר שהם מכילים שתי טבעות, אחת המורכבת משישה אטומים והשנייה מורכבת מחמישה אטומים. מכל האטומים האלה, לפחות ארבעה הם אטומי חנקן (זה מה שכימאים מכנים “מבנה קסנטין”), כאשר אטום נוסף חייב להיות פחמן שמוקף בשלושה אטומי מימן (קבוצת מתיל). כל מתיל-קסנטין שונה מהשאר בקבוצות הכימיות המסוימות שמרכיבות אותו. המתיל-קסנטין הנצרך ביותר בעולם הוא קפאין, אשר נמצא בקפה ובמשקאות מוגזים. תאופילין, אשר מתומצת מעלי תה, ותאוברומין, שהוא מתיל-קסנטין שנמצא בשוקולד, נצרכים גם הם על-ידי בני אדם מכל המדינות, התרבויות והמינים (איור 2). כפי שכולכם יודעים, קפה ומשקאות מוגזים, תה ושוקולד הם חלק מהתזונה האנושית בכל העולם! האם הנוכחות של מתיל-קסנטין בקפה, בתה או בשוקולד היא הסיבה לכך שתרבויות רבות כל כך אוהבות את המשקאות האלה ושהם נצרכים משחר האנושות ועד ימינו אנו? (איור 3). ננסה לענות על השאלה הזו.
- איור 2 - דוגמאות למשקאות מודרניים שמכילים מתיל-קסנטינים.
- איור 3 - משקאות שמכילים מתיל-קסנטינים נצרכו זמן קצר לאחר שבני האדם התפתחו מהקוף (פְּרִימָטִים).
כיצד מתיל-קסנטינים פועלים?
בעוד שאנשים רבים שותים משקאות שמכילים קפאין (או תאופילין), מעט אנשים יודעים כיצד החומרים האלה פועלים. אופן הפעולה שלהם הוא חסימה של קולטני האדֶנוזין (אחת מאבני הבניין של חומצות הגרעין בתא).
קולטן הוא חלבון שנמצא בתאים שלנו וקושר אליו חומר או הורמון מסוימים. כאשר הוא מבצע את הקשירה, התא מגיב לקשירה בצורות שונות (למשל בשינוי מבני). האנרגיה שאורגניזם משתמש בה כדי לקיים את הגוף, ושהתא משתמש בה כדי לקיים תגובות כימיות, מסופקת בידי מולקולת אדנוזין תלת-זרחתי הנקראת גם ATP (קיצור של Adenosine Triphosphate). כשמולקולת ה-ATP נצרכת, התא מפיק אדנוזין ופוספט. לכן, אם יש לנו אדנוזין רב בתוך התאים שלנו, משמעות הדבר היא שאין לנו הרבה ATP (כי האדנוזין נמצא בצורתו הנפרדת, ולא כחלק מהמולקולה המורכבת). התאים בגופנו עוקבים אחרי מאזן ה-ATP והאדנוזין. עלייה בכמות האדנוזין משמעותה שהתאים נדרשים להאט את פעילותם כדי לשחזר את רמות ה-ATP הדרושות לשימור רמת האנרגיה התקינה שלהם. המעקב הזה מתבצע על-ידי קולטני האדנוזין, שלמיטב ידיעתנו הופיעו כ-100 מיליון שנים לפני שבני האדם גילו את האש (ראו הפניה [1] והפניות נוספות ממנה).
מה קורה כשאנו שותים קפה, תה או שוקו? קפאין, תיאופילין או תאוברומין משפיעים על הגוף שלנו כשהם מגיעים למוח. ההשפעה של החומרים האלה על המוח סייעה לבני אדם להתפתח. ברגע שהמתיל-קסנטינים נקשרים אל קולטני האדנוזין הם משנים את הפעילות המוחית באזור. בהמשך למה שהסברנו קודם, אם קולטני אדנוזין פעילים אז תאי המוח (הנקראים גם נוירונים) מנסים להאט את פעילותם כדי לשחזר את רמת האנרגיה המקורית שלהם. כאשר קפאין (או תאופילין, או תאוברומין) חוסמים את קולטני האדנוזין, הנוירונים מתחילים שוב להיות פעילים, ורמת הפעילות המוגברת הזו היא שמסייעת לנו להתעורר בבוקר, להישאר ערים בשיעור או בפגישות ארוכות, לעבוד לאורך זמן רב יותר או אפילו לנקות את מחשבותינו ולהיות במצב רוח טוב יותר (איור 4). כמעט כל ההשפעות האלה מתרחשות מאחר שקפאין חוסם את קולטני האדנוזין. לסיכום, מאז האדם הקדמון ועד זמננו צרכנו שיקויים, חליטות או מזונות שמכילים מתיל-קסנטינים מאחר שהם סייעו לנו להיות פעילים יותר אפילו כשהיינו עייפים, מרוכזים יותר אפילו לאחר שעות רבות של עבודה וגם צלולים יותר אפילו במצבים מורכבים. כל המעלות האלה הובילו אותנו לפתור בעיות רבות, ויחד עם גורמים אחרים סייעו לנו להתפתח באופן ניכר בהשוואה למינים אחרים על פני כדור הארץ.
- איור 4 - קפה יכול לגרום לכם להרגיש ערניים ולאפשר לכם להיות במצב רוח טוב יותר על-ידי חסימת קולטני האדנוזין במוח. קפאין יוצר קשרים רבים (וחסימות) עם קולטני אדנוזין, אשר באופן רגיל (כשאינם חסומים על-ידי קפאין) מסייעים למוח להירגע.
האם למתיל-קסנטינים יש עדיין תועלת עבור בני אדם? חיפוש במאגר הספרות (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed) מציג יותר מ-29,000 מאמרים מדעיים על קפאין, כשבשליש מהם המילה “קפאין” מופיעה בכותרת. מאמר מחקרי עכשווי מציין כי “צריכה יומית של קפה וקפאין יכולה להיות חלק מדיאטה בריאה ומאוזנת; צריכתם אינה צריכה להיפסק בגיל מבוגר” [2]. אנו יודעים שמתיל-קסנטינים היו חלק מהדיאטה האנושית במשך זמן רב, וככל הנראה סייעו לאנשים לתקשר זה עם זה ולהתפתח (איור 5). רק בעת האחרונה אנשים החלו לשאול האם הם בריאים עבורנו או לא, אולם עושה רושם שהחומרים האלה מתחילים להתקבל כחלק חשוב מהבריאות הכללית בחיי היומיום (תיבה 1). ההשפעות החיוביות של מתיל-קסנטינים גרמו להם להיות שמישים למניעה של חלק מהפתולוגיות של מערכת העצבים המרכזית ומערכת הנשימה, ולטיפול בהן [3]. יתרה מזו, בשנת 2013 אחת מחברות התרופות יצרה מתיל-קסנטין חדש שפועל על קולטני האדנוזין, אשר נמצא בשימוש כחלק מהטיפול במחלה שפוגעת בשליטה המוטורית (תנועתית), ושמהּ מחלת פרקינסון. נוסף על כך מתיל-קסנטינים נוספים נחקרים כדי לבדוק אם הם יכולים לסייע לתאי הדם להילחם בסרטן [4].
- איור 5 - “הומו-סטארבקס” (סטארבקס היא רשת בתי קפה גדולה בארצות הברית ולה סניפים ברחבי העולם). אנו, הממציאים של משקאות מכילי קפאין, התפתחנו יחד עם הקפה כבן-לוויה למסע.
תיבה 1 - האם קפאין ממכרֵּ?
שלא כמו חלק מהחומרים האחרים שמגיעים מצמחים ומשפיעים על מערכת העצבים, מתיל-קסנטינים אינם מְמַכְּרים. לעיתים קשה לקבוע את ההבדל בין סמים שהם ממכרים ועשויים לגרום לשימוש פוגעני (כמו למשל ניקוטין, קוקאין, הרואין או אמפטמין), לבין תרופות שאינן ממכרות. תרבויות שונות מחזיקות בדעות ובחוקים שונים לגבי סוגים שונים של סמים. לדוגמה, אלכוהול מותר (תחת הגבלות מסוימות) בארצות הברית ובמדינות מערביות נוספות, אולם אסור בחברות איסלמיות. קוקאין אסור כמעט בכל הארצות, וקפה ותה מותרים כמעט בכל המדינות. באופן מעניין למדי, עישון טבק חוקי בחלק מהמדינות אף על פי שכולם יודעים שהניקוטין, שנמצא בטבק, הוא ממכר. למרות שבעבר הקרוב צריכת קפאין נחשבה מסוכנת לאנשים עם מחלות או הפרעות מסוימות, וקפה ומשקאות ממותקים היו אסורים לרבים מהמטופלים, נקודת המבט הנוכחית היא שהשימוש בקפאין הוא בטוח לכל האנשים פרט לאנשים שהם מתוחים, לחוצים או חרדים במיוחד, או לאנשים בעלי הפרעות מסוימות בלב. כמו כן, קפאין אינו נחשב באופן רשמי לסם אשר משפר יכולות או ביצועים גופניים.
התחושה השלילית החזקה שמרגישים אחרי ירידה חדה בצריכת חומרים שמייצרים תלות בבני אדם, כלומר "תסמונת גמילה" (שפירושה המילולי הוא תסמונת התנזרות), דוּוחה אצל שותי קפאין כבדים, והוצגה בתוכניות טלוויזיה כחלק מ"ניסויים" עם מתנדבים ששתו כמויות גדולות של קפאין. אולם כדי להפסיק לצרוך קפאין האנשים האלה אינם נזקקים לתרופות כמו אלה שנזקקים להן אנשים שמכורים לסמים אחרים, כמו קוקאין. פחמימות, חלבונים במזון או קפאין/ תאופילין/ תאוברומין אינם סמים פוגעניים. סמים פוגעניים משנים את תפיסתנו את המציאות, בעוד שקפאין מסייע לנו לקבל מידע רב יותר מהחושים שלנו ולעבד אותו בצורה טובה. אכן, מזונות שונים ומרכיביהם (פחמימות, ליפידים וחומצות אמינו), קפה, תה וקפאין אינם גורמים לנו לחוות מציאות אחרת. לסיכום, קפאין מסייע לנו לחוש את העולם טוב יותר, ושתיית קפה היא בין השאר אחת הדרכים המוצלחות למנוע תאונות דרכים אצל נהגים מקצועיים! משקאות שמכילים קפאין יכולים להפחית את הסיכון לתאונות דרכים בשיעור על עד 40 אחוזים! [5].
העובדה שמתיל-קסנטינים נצרכים דרך משקאות מסוגים שונים כמעט בכל העולם על-ידי תרבויות ואנשים שונים (איור 1), מספרת לנו כמה הם חשובים. קפה לא הומצא על-ידי אנשים באירופה או באמריקה. מקור הקפה אינו ידוע בדיוק, אולם אגדות מספרות שהוא התחיל באפריקה (אתיופיה) או במזרח התיכון. סביר שאנשים התחילו לשתות תה זמן קצר לאחר גילוי האש. משערים שמשקאות התה החלו בסין לפני כ-4,000 שנים. כמה צמחים אחרים נוסף על הקפה, כמו למשל Paulliania cupana (גוארנה) ו Camellia ptilophylla (תה קקאו), מכילים כמויות גבוהות של מתיל-קסנטינים. כמות התאופילין ב yerba mate, שידוע בשם תה מאטה Ilex paraguariensis, גבוהה אפילו יותר מאשר בתה שחור. בלתי סביר שתרבויות אשר גילו את שתיית התה התקיימו במקביל באותו הזמן והמקום עם תרבויות שגילו את שתיית ה yerba mate. בלתי סביר גם שהטעם היה הסיבה העיקרית לשתייה של yerba mate, של קפה או אפילו של תה. הגרסה הראשונה של המשקאות האלה ככל הנראה לא הייתה טעימה, ורק לאחר שנים רבות אנשים למדו כיצד להכין את המשקאות האלה כך שטעמם ישתפר (למשל על-ידי הוספת סוכר או דבש, ערבובם עם צמחים ארומטיים וכד’). אולם עובדה מוכחת היא שמינים שונים ו/או תרבויות שונות בחרו משקאות עם אחוז גבוה של מתיל-קסנטינים. רבים מהמשקאות האלה שנצרכו על-ידי אנשים קדמונים זהים בבסיסם למשקאות שאנו שותים היום.
מילון מונחים
מתיל-קסנטינים (Methylxanthines): ↑ תאים בגוף האדם עשויים לייצר קסנטין בעוד שקסנטינים אשר מחוברים לקבוצות מתיל (CH3), קרי מתיל-קסנטינים, מיוצרים על-ידי צמחים. המתיל-קסנטינים המֻכרים ביותר הם: קפאין בקפה, תאוברומין בתה ותאופילין בקקאו.
הורמון (Hormone): ↑ תרכובת ביו-כימית שמיוצרת באיבר מסוים ומטיילת דרך הדם אל עבר הקולטן המסוים שלה כדי ליצור השפעה ביולוגית או פיזיולוגית. דוגמאות להורמונים: אדרנלין/ אפיפרין, קורטיזול ואינסולין.
אדנוזין תלת-זרחתי (ATP): ↑ תרכובת כימית שמספקת אנרגיה לתאים עבור תהליכים שדורשים אנרגיה גבוהה כמו הרכבה של חומצות גרעין.
מחלת פרקינסון (Parkinson’s disease): ↑ מחלה של ניוון מוחי (נוירו-דגנרטיבית) בחולים שמראים תסמינים של רעידות ו/או קשיחות שרירית, ויש להם קשיים בביצוע סוגים מסוימים של תנועות (הליכה, לחיצה על בלם הרכב וכדומה).
תסמונת גמילה (Abstinence syndrome): ↑ מצב שסובלים ממנו אנשים שמכורים לאלכוהול, קוקאין וסמים אחרים כשהם לא מקבלים את אותם החומרים. התסמונת מאופיינת על-ידי עייפות, רעידות, רגזנות והזעה.
הצהרת ניגוד אינטרסים
במשך כ 5 שנים (בתקופה שבין 2008–2013) RF היה יועץ עבור CICAS (Centro de Información Café y Salud, www.cicas.es). המחברים האחרים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.
מקורות
[1] ↑Guinzberg, R., Cortés, D., Díaz-Cruz, A., Riveros-Rosas, H., Villalobos-Molina, R., and Piña, E. 2006. Inosine released after hypoxia activates hepatic glucose liberation through A3 adenosine receptors. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 290:E940–51. doi: 10.1152/ajpendo.00173.2005
[2] ↑Nehlig, A. 2016. Effects of coffee/caffeine on brain health and disease: what should I tell my patients? Pract. Neurol. 16:89–95. doi: 10.1136/practneurol-2015-001162
[3] ↑Franco, R., Oñatibia-Astibia, A., and Martínez-Pinilla, E. 2013. Health benefits of methylxanthines in cacao and chocolate. Nutrients 5:4159–73. doi: 10.3390/nu5104159
[4] ↑Ohta, A., and Sitkovsky, M. 2011. Methylxanthines, inflammation, and cancer: fundamental mechanisms. Handb. Exp. Pharmacol. 200:469–81. doi: 10.1007/978-3-642-13443-2_19
[5] ↑Sharwood, L. N., Elkington, J., Meuleners, L., Ivers, R., Boufous, S., and Stevenson, M. 2013. Use of caffeinated substances and risk of crashes in long distance drivers of commercial vehicles: case-control study. BMJ 346:f1140. doi: 10.1136/bmj.f1140