Čas na poslední kafe

Kávu zbožňujeme pro její vůni a chuť, ale také pro její povzbuzující účinky. Omamná vůně kávy se uvolňuje při pražení, kdy vznikají těkavé aromatické sloučeniny (ve smyslu „voňavé“, pozn. pro chemiky). Alkaloid kofein, jenž se v kávě nachází v poměrně velkém množství, vykazuje silné psychostimulační účinky. Ty přijdou vhod, když se necítíme úplně nejsvěžejší, avšak neoceníme je ve chvíli, kdy se chystáme do postele.

Jak kofein ovlivňuje spánek (obr. 2)? Abychom našli odpověď, musíme nejdříve pochopit, jak funguje spánek. Proč se odpoledne a večer cítíme unaveni? A proč naopak ráno po probuzení je únava tatam a my jsme (snad) opět plní energie? Spánek přivolávají dvě hlavní síly, na sobě sice nezávislé, ale vzájemně se doplňující. Pokud vše funguje ideálně, obě s příchodem noci v našem těle společně vytvoří spánkový tlak, díky němuž se nakonec odebereme do postele. Tu první sílu představuje náš cirkadiánní rytmus, tedy tělu vlastní a neustále se opakující cykly, které trvají zhruba 24 hodin (z lat. circa a dies, tedy „okolo jednoho dne“). Díky němu dochází k synchronizaci mnoha fyziologických procesů v těle (např. spánku, metabolismu či vylučování hormonů), aby nastávaly v pravou chvíli, a dosáhlo se tak maximálního užitku. Za nejsilnější faktor regulující náš cirkadiální rytmus je považováno střídání různých vlnových délek světla a tmy během celého 24hodinového dne. O cirkadiálním rytmu se psalo ve Vesmíru již dříve (např. Vesmír 73, 425, 1994/8) a povídání o něm nyní opustíme.

Nás totiž teď zajímá především onen druhý proces, který představuje homeostatická spánková síla, jež odměřuje čas uplynuvší od našeho probuzení. Zásadního hráče v ní představuje jedna konkrétní sloučenina – adenosin; tu během své aktivity produkují neurony a jiné mozkové buňky. Celý proces funguje podobně jako přesýpací hodiny – po probuzení se v našem mozku začne tvořit adenosin („otočíme přesýpací hodiny“), jehož množství informuje mozek o tom, jak dlouho už jsme vzhůru a „jak moc bychom se tedy měli cítit ospalí“. A tak jako se hromadí písek propadnuvší přesýpacími hodinami ve spodní baňce, tak se v mozku akumuluje tato „molekula spánku“. Jakmile se nahromadí v dostatečně velkém množství, což většinou trvá okolo 16 hodin, představuje to pro mozek signál, že nastal čas jít spát. Naopak během noci mozek využívá spánek k tomu, aby se „pročistil“ a adenosinu se zbavil – další ráno tak může cyklus začít znovu od nuly (obr. 1) [1]. Jak tyto „stopky bdění“ ale fungují na molekulární úrovni?

Ke spánku nás nutí dva fyziologické procesy – cirkadiální rytmus (žlutě) a homeostatická spánková síla (modře). Rozdíl mezi oběma silami vytváří spánkový tlak (zeleně). V případě nedostatku spánku vzniká spánkový dluh (červeně), při němž spánkový tlak velmi výrazně vzroste.

Adenosin a jeho receptory v mozku

Adenosin se tvoří především z adenosintrifosfátu (ATP), což je univerzální buněčný zdroj energie. Během metabolismu ATP se adenosin uvolní a poté se váže na speciální mozkové receptory, následně vzniká „adenosinový“ signál. Adenosinové receptory patří do nadrodiny tzv. receptorů spřažených s proteinem G, které se všechny vyznačují podobnou a komplikovanou molekulární strukturou. Jsou to poměrně velké transmembránové proteiny (obr. 3) – jejich řetězec ve formě sedmi α-helixů prochází cytoplazmatickou membránou vždy dovnitř buňky a ven z ní. Vazebné místo pro adenosin se nachází v části receptoru ležící vně buňky, zatímco na část receptoru uvnitř buňky se váže trimerní protein G (s podjednotkami G_α, G_β a G_γ), který zprostředkovává signalizaci vlastního receptoru. Proteiny G umějí zaujmout dvě konformace: „vypnutou“ (s navázaným guanosindifosfátem; GDP), anebo „zapnutou“ (s navázaným guanosintrifosfátem; GTP). Vazba adenosinu vně buňky způsobí drobnou konformační změnu jeho intracelulární části, která umožní podjednotce G_α vyměnit dosud navázané GDP za GTP, přejít do aktivního stavu a „vyslat signál“.