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為什麼喝咖啡會提神?

熬夜過後的早晨,人們習慣為自己泡一杯咖啡醒腦。但究竟為何喝咖啡會提神?美國科羅拉多大學睡眠生物學實驗室和英國劍橋分子生物實驗時合作研究發現,咖啡因會影響人類的生物時鐘,讓我們遠離瞌睡蟲。
 
 
每天早晨,人們總是習慣用咖啡來提振精神。(圖/種子發)
▲每天早晨,人們總是習慣用咖啡來提振精神。(圖/種子發)
 
大家都知道咖啡因能提神,但是不清楚機制。現在美國科羅拉多大學睡眠生物學實驗室與英國劍橋分子生物實驗室合作,發現咖啡因會影響身體的生物時鐘,而且是主控時鐘。

哺乳動物的主控生理時鐘位於下視丘視交叉上核(SCN),這個神經核有2萬左右的神經元,維持身體的日變周期(大約24小時)。日變周期控制生物的「睡眠-覺醒」 周期,以及其他生理與行為過程。

幾十年來的動物實驗顯示,這個生理時鐘調控一天中血壓、體溫、活動量、警覺度的變動,以及大腦松果腺分泌褪黑激素(melatonin)的機制。身體把褪黑激素當做「黑夜」開始的訊號,從而啟動一連串生理反應,其中之一是促進睡眠。

SCN生理時鐘的周期由自然的日夜周期校準,要是與日夜周期脫鉤,我們就會覺得每天睡醒的時間越來越晚。因為它若無法接收陽光資訊,一個周期大約是24小時11分鐘左右。兩年前,睡眠生物學實驗室發表過一個觀察報告。研究人員發現,志願者到洛磯山脈露營一個星期,不使用人工燈光,連手電筒都不用,就足以使SCN生理時鐘與日升日落的周期合拍。

現在研究人員找了5名志願者,3女2男,在實驗室住了49天。實驗情況有4種:昏暗燈光+咖啡因;昏暗燈光+安慰劑;明亮燈光+咖啡因;明亮燈光+安慰劑。在實驗過程中,定時檢驗唾液,測定褪黑激素的含量,用測量值推估生理時鐘的運行。

結果:晚上睡前3小時服用200 mg咖啡因(相當於一杯美式濃咖啡),比起服用安慰劑,身體時鐘會延後40分鐘才進入夜間周期。上床後,燈光維持白天的照明度3小時,則延後85分鐘。要是合併使用這兩個變量(白晝光線+咖啡因),延後105分鐘。他們還發現,

昏暗燈光+咖啡因=白晝燈光 ─ 安慰劑
白晝燈光+咖啡因=白晝燈光+安慰劑(咖啡因的作用=安慰劑?)

不過,這個實驗也發現,咖啡因(以及咖啡因+白晝光)延遲生理時鐘夜晚期的效應,個別差異非常大。白晝光的影響,反而沒有那麼大的個別差異。不過我們早已知道:有人一 喝咖啡就睡不著,有人喝了沒有反應。

參考資料
  1. Burke, T. M., et al. (2015) Effects of caffeine on the human circadian clock in vivo and in vitro. Science Translational Medicine, 7 (305), 305ra146.
 
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