Влияние кофеина на качество сна и на дневное функционирование

Спойлер: простых и ясных выводов не будет, наоборот, будет много неоднозначных и противоречивых результатов. Значительная часть обзора посвящена трудностям в изучении действия кофеина и их причинам – и на мой взгляд, это как раз самое интересное.

Одна из основных проблем – широкое распространение напитков и продуктов, содержащих кофеин. Например, в США около 90% взрослых почти ежедневно потребляют кофеин-содержащие напитки (Mccusker et al., 2006), среднее потребление кофеина составляет 200 мг/сут. При этом потребление кофеина часто недооценивается, так как опрашиваемые склонны учитывать только кофе и упускать из виду чай, горячий шоколад, безалкогольные и энергетические напитки, анальгетики и средства от простуды. Например, в исследовании Wendte et al., 2013 в группе испытуемых, оценивающих своё потребление кофеина в 100-500 мг/сут, фактические показатели после тщательной проверки рациона оказались 154-1285 мг/сут. В итоге, сложно найти «кофеин-наивных», то есть не потребляющих кофеин людей для того, чтобы оценить влияние кофеина на жизнедеятельность в сравнении с ними; вдобавок у части таких людей рацион и образ жизни слишком отличается от обычного для современной популяции, что затрудняет такие сравнения.

Способность кофеина повышать физическую работоспособность и производительность труда давно известна и убедительно подтверждена (Rivers and Webber, 1907 (!); Lieberman, 2003). Воздействие кофеина на организм человека связано с его активностью в качестве антагониста аденозиновых рецепторов, главным образом, А1 и А2а, связанных с процессами возбуждения, сна и познания (краткая и очень понятная статья об этом была на Биомолекуле — https://biomolecula.ru/articles/vliianie-kofeina ). Кофеин быстро и эффективно всасывается из желудка и тонкого кишечника, и максимальные концентрации в плазме крови достигаются примерно через 30 минут после приёма. А вот скорость выведения кофеина из организма колеблется в широких пределах. Период полувыведения составляет в среднем от 2 до 10 часов и зависит от множества эндогенных и экзогенных факторов – например, употребление никотина повышает скорость метаболизма кофеина на 50% (Wolk et al., 2012). В целом, он достаточно короток, чтобы можно было пользоваться кофеином как стимулятором в дневное время, сводя к минимуму его негативное влияние на сон.

Однако остаточные явления после приёма кофеина могут быть значительными. Их выраженность и длительность зависит и от суммарной дозы, и от графика потребления, но в целом, может потребоваться до 20 часов для устранения эффектов приёма кофеина (Shi et al., 1992). Потребление кофеина днём вызывает снижение уровня 6-сульфатоксимелатонина (основного метаболита мелатонина) следующей ночью; нарушение продукции мелатонина – один из механизмов прерывания сна (Shilo et al., 2002). А нарушение сна, вызванное приёмом кофеина, может привести к снижению производительности, для восстановления которой снова потребуется кофеин.

Нарушения сна и нехватка сна – важная социальная проблема. В период с 1999 по 2009 г. число американцев, которые спят менее 6 часов в сутки, выросло с 13% до 20%. Недостаток сна приводит к снижению внимания, скорости когнитивных и психомоторных реакций. Уменьшение времени сна на 90 минут в течение только одной ночи приводит к снижению дневной алертности на треть (Bonnet and Arand, 2010). Недостаток сна сказывается и на психических процессах более высокого порядка: снижается когнитивный контроль, нарушается способность к планированию, повышается склонность к риску, чаще наблюдается неэтичное поведение, изменяется стиль поведения в руководящей роли, и, возможно, снижается креативность. Ошибки суждения и импульсивные преступления чаще наблюдаются после длительного бодрствования. Последствия недосыпа измеримы на социальном уровне – они выливаются в снижение производительности труда, увеличение числа несчастных случаев, производственных аварий, ДТП, рост травматизма. Есть и другие негативные социальные проявления – так, нехватка сна снижает способность распознавать эмоции по выражению лица и повышает эмоциональную реактивность, в том числе повышает вероятность присвоения нейтральным стимулам отрицательного значения. Всё это зафиксировано различными исследователями, ссылки приведены в обзоре.

Некоторые из этих эффектов объясняются ухудшением функционирования префронтальной коры головного мозга (Goel et al., 2009), связанным со снижением скорости метаболизма глюкозы в префронтальной коре при недостатке сна (Gailliot and Baumeister, 2018). Кстати, лично у меня недосып часто вызывает повышение тяги к сладкому, и приём сладкой пищи при недосыпе сказывается на работоспособности сильнее, чем кофе или чай.

Исследователи задаются вопросом, насколько оправдано употребление кофеина с учётом сказанного выше, даёт ли оно преимущества на самом деле, и как избежать негативных сторон воздействия кофеина.

Исследование Orbeta et al., 2006, в котором приняли участие 15686 американских студентов, показало, что студенты, сообщающие о высоком потреблении кофеина, чаще испытывают усталость по утрам, чем те, кто сообщает об очень низком потреблении. Но понятно, что причинно-следственная связь тут, как минимум, неоднозначна, ведь очевидно, что к кофеину будут чаще прибегать те, кто больше устаёт.

Репутация кофеина как стимулятора также играет роль. Так, в исследовании Sun et al., 2007 приём плацебо через 4 ч после кофеина помогал продлить улучшение когнитивных функций, хотя артериальное давление и пульс пришли в норму (то есть кофеин действовать уже перестал). Видимо, в повышении работоспособности после питья кофе или чая есть элемент самовнушения, ожидания этого повышения работоспособности. И не исключено, что это касается и нарушений сна.

Тем более, что в сообществах с другим образом жизни и другой культурной ориентацией на кофеин он и действует несколько иначе. Очень показательно исследование «The Atahualpa Project» (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4866974/ — почитайте, очень интересно), проведённое в небольшой эквадорской деревне, где нет предприятий быстрого питания, почти нет ночной работы, практически нет шумового и светового загрязнения в вечернее и ночное время (искусственное освещение есть, но нет неоновых вывесок и рекламы), в общем, нет многих факторов, способствующих нарушению сна. В этих условиях было обнаружено, что есть корреляция между нарушениями сна и возрастом, депрессией и низкой физической активностью, но нет никакой связи нарушений сна с уровнем потребления кофеина.

В то же время, в условиях плацебо-контролируемых экспериментов приём кофеина в течение дня оказывает негативное влияние на сон. В исследовании Drake et al., 2013 установлено, что приём 400 мг кофеина (надо заметить, что это весьма большая доза) даже за 6 часов до сна значительно нарушает сон, а приём такой дозы за 3 часа до сна сказывается на общем времени сна так же, как и непосредственно перед сном. В исследовании Karacan et al., 1976 разные дозы кофеина вводились за 30 минут до сна, и было обнаружено, что влияние кофеина на общее время сна зависит от дозы. Приём кофеина переносит фазу быстрого движения глаз на начало периода сна, а фазы глубокого сна – в его конец (кстати, этим могут объясняться более яркие сновидения сразу после чаепитий, которые отмечают некоторые начинающие любители чая). В исследовании Landolt et al., 1995 участники принимали 200 мг кофеина ранним утром, через 16 ч его концентрация в плазме крови составляла менее 20% от пиковой, но и эффективность сна, и общее время сна после этого были достоверно ниже, чем при приёме плацебо.

Возникает вопрос, как соотнести эти данные с результатами исследования в эквадорской деревне или с исследованием Janson et al.,, в котором приняли участие 2202 случайно выбранных жителя Исландии, Швеции и Бельгии, и было обнаружено, что если исключить влияние возраста, пола, курения и сезонных колебаний, то потребление кофе не является фактором, вызывающим трудности с засыпанием или другие нарушения сна. По-видимому, люди регулируют потребление кофеина в соответствии с индивидуальной реакцией на него. Проще говоря, те, кому кофеин не мешает спать, пьют больше кофе и чая и не испытывают проблем со сном, а те, кому мешает, пьют меньше. В итоге спят они одинаково, но это не значит, что кофеин не влияет на сон.

Что отсюда следует? Любители чая, видя, что реакция на чай крайне индивидуальна («друг жалуется, что не может уснуть после чая, а я сплю как убитый»), часто интересуются, «что говорит наука» по поводу влияния кофеина. Собственно, после одного из таких вопросов я и нашёл этот обзор. Учёные сильно продвинулись в изучении статистических закономерностей. Например, индийские исследователи создали математическую модель, позволяющую предсказать влияние приёма кофеина на производительность при разной степени недосыпа — https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5020365/ (тоже рекомендую, очень интересная работа). Модель очень точная (с учётом сложности задачи), погрешность составляет всего 6-27%. Но статистические закономерности в больших выборках не имеют никакого значения, когда речь идёт о вашей личной чайной или кофейной практике. Есть только один способ узнать, как чай подействует именно на вас – проверить это на личном опыте.

При приёме кофеина перед сном после длительного бодрствования нарушения поддержания сна и снижение глубины сна более выражены у людей, потребляющих мало кофеина, по сравнению с людьми с привычным потреблением кофеина 400 мг/сут и выше (Lajambe et al., 2005). Но это известно и из жизненного опыта: тем, кто пьёт много крепкого чая или кофе, они спать не мешают, а вот у менее прожжённых любителей чая при внезапных чайных эксцессах легко возникают проблемы со сном.

Лишение привычной дозы кофеина само по себе является фактором, негативно сказывающимся на самочувствии и работоспособности. Регулярное потребление кофеина увеличивает количество аденозиновых рецепторов в центральной нервной системе, а отказ от кофеина снижает количество аденозиновых рецепторов, но этот процесс занимает, как минимум, дни. В двойном слепом исследовании Silverman et al., 1992 внезапное прекращение приёма кофеина в дозе 235 мг/сут привело к головным болям, усилению тревожности и депрессии и снижению скорости выполнения простых двигательных задач. Симптомы кофеиновой абстиненции проявляются обычно через 12-24 ч после прекращения приёма кофеина, достигают максимальной выраженности через 20-51 ч и исчезают через 2-9 суток (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15448977/ ). Но короткий период полувыведения кофеина означает, что любители кофе и чая сталкиваются с лишением кофеина каждую ночь. Установлено (Richardson et al., 1995), что даже этот ночной перерыв оказывает негативное влияние на настроение, которое устраняется приёмом кофеина, уменьшающим также головную боль и усталость, но увеличивающим нервозность, причём последнее более выражено у испытуемых, не привыкших к высоким дозам кофеина (Rogers et al., 1995). Очевидно, регулярные потребители высоких доз кофеина лучше адаптированы к ночному лишению кофеина.

Это, в свою очередь, ставит вопрос: в какой степени повышение производительности при приёме кофеина связано с его «чистой пользой», а в какой – с устранением симптомов кофеиновой абстиненции? В какой степени потребление кофеина является реакцией на усталость, а в какой – причиной этой усталости?

Исследования не дают однозначного ответа на этот вопрос. Главная проблема состоит в том, что сложно найти достаточное количество «кофеин-наивных» людей и исключить другие влияющие на производительность факторы, чтобы оценить «чистую пользу» кофеина. То же касается и вопросов привыкания к кофеину. В исследовании Rizzo et al., 1998 группа испытуемых с высоким уровнем потребления кофеина поддерживала потребление в течение 5 дней, после чего воздерживалась от приёма кофеина на протяжении 2 дней – и продемонстрировала значительное снижение производительности по сравнению с группой испытуемых, не употребляющих кофеин, хотя при первом тестировании существенной разницы в производительности между группами не было. Можно было бы сделать вывод, что кофеин не помогает, а только вызывает привыкание. Но это не рандомизированное исследование – не было и не могло быть случайного назначения участников в группы. Не исключено, что к потреблению высоких доз кофеина прибегают люди с исходно сниженной производительностью.

В исследовании Kenemans and Lorist, 1995 сравнивалась точность и скорость реакции в заданиях на сенсорную дискриминацию в четырёх группах испытуемых: с депривацией кофеина, получивших кофеин; с депривацией кофеина, получивших плацебо; без депривации, получивших кофеин; без депривации, получивших плацебо. По мысли исследователей, разница между депривацией с плацебо и состояниями без депривации должна показать выраженность устранения эффектов лишения кофеина, а разница между депривацией с последующим приёмом кофеина и состояниями без депривации – «чистые плюсы» кофеина (думаю, все понимают, что такой подход легко оспорить). Учёные пришли к выводу, что по влиянию на точность «противоабстинентный» и «чистый» эффекты сопоставимы, а для скорости реакции «чистый» эффект намного больше.

Ещё одна возможность – исследования на животных. В этом случае можно набрать настоящих «кофеин-наивных» испытуемых и провести хорошую рандомизацию. Такие исследования имеют тенденцию подтверждать «чистую пользу» (Takahashi et al., 2008).

Кроме того, потребители кофеина могут субъективно переоценивать его влияние на производительность. Но интересно, что влияние кофеина на работоспособность не зависит от субъективного ощущения сонливости. В исследовании Ataka et al., 2010 испытуемым давали 100 мг кофеина или плацебо, а затем вызывали усталость путём напряжённого выполнения задач. Восприятие усталости, мотивированности и сонливости в обеих группах было сопоставимым, но производительность была лучше у получивших кофеин.

Имеет значение и характер деятельности. Показано, например, что более привлекательные задания «маскируют» усталость и выполняются более качественно (Snel and Lorist, 2011; Kilpeläinen et al., 2010), тогда как на менее интересных заданиях – например, на скорость реакции – усталость сказывается сильнее, и действие кофеина в этих случаях может быть более выраженным.

И ещё: у тех, кто использует кофеин вечером для того, чтобы поддержать работоспособность в ночное время, а затем отоспаться в течение следующего дня, эффективность сна снижается сильнее, чем у тех, кто потребляет столько же кофеина и в то же время, но ложится спать ночью (Carrier et al., 2007), хотя у последних проходит меньше времени между приёмом кофеина и сном. Таким образом, циркадные ритмы могут оказать на качество сна даже бóльшее влияние, чем кофеин.