新型有机污染物——咖啡因毕业论文1.doc

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1、 新型有机污染物咖啡因摘要咖啡因（Caffeine ）是从茶叶、咖啡果中提炼出来的一种生物碱，适度地使用有祛除疲劳、兴奋神经的作用，临床上用于治疗神经衰弱和昏迷复苏。但是，大剂量或长期使用也会对人体造成损害，特别是它也有成瘾性，一旦停用会出现精神萎顿、浑身困乏疲软等各种戒断症状，虽然其成瘾性较弱，戒断症状也不十分严重但由于药物的耐受性而导致用药量不断增加时，咖啡因就不仅作用于大脑皮层，还能直接兴奋延髓，引起阵发性惊厥和骨骼震颤，损害肝、胃、肾等重要内脏器官，诱发呼吸道炎症、妇女乳腺瘤等疾病，甚至导致吸食者下一代智能低下，肢体畸形。因此也被列入受国家管制的精神药品范围。滥用咖啡因通常也有吸食和注

2、射两种形式，其兴奋刺激作用及毒副反应、症状、药物依赖性与苯丙胺相近。中国巳破获多起境内外贩毒分子互相勾结把咖啡因走私出境到“金三角”地区的案件。目前中国咖啡因的合法生产大于合法需求，流人非法渠道的情况较为严重。关键词： 咖啡因 中枢神经兴奋剂 精神药品 毒副反应目录一、 基本信息及其性质 3二、 来源6三、 毒代动力学7四、 咖啡因体内代谢过程8五、 毒性 10六、 结语12七、 参考文献13一、基本信息及其性质咖啡因其他名称：三甲基黄嘌呤、 三甲基黄嘌呤、咖啡碱、茶毒、马黛因、 瓜拉纳因子、甲基可可碱分子式：C8H10N4O2SMILES：O=C1C2=C(N=CN2C)N(C(=O)N1C

3、)C摩尔质量：194.19 g mol1外观：无嗅，白色针状或粉状固体CAS号：58-08-2密度和相态：1.2 g/cm³, 固体水中溶解性：微溶其他溶剂：乙酸乙酯、氯仿、嘧啶、吡咯、四氢呋喃中可溶；酒精和丙酮中一般可溶；石油醚、醚及苯中微溶熔点：237 C沸点：178 C （升华）酸度系数：（pKa） 10.4 （40 C）主要危害吸入、吞咽及皮肤吸收均可能致命1。闪点：N/ARTECS号：EV6475000化学性质咖啡因属于甲基黄嘌呤的生物碱。纯的咖啡因是白色的，强烈苦味的粉状物。它的化学式是C8H10N4O2。它的化学名是1,3,7-三甲基黄嘌呤或3,7-二氢-1,3,7三甲

4、基-1H-嘌呤-2,6-二酮。分子量，194.19物理性质白色粉末或六角棱柱状结晶, 熔点 238, 178, 升华。1g溶于46ml水、5.5ml 80的水、1.5ml沸水、66ml乙醇、22ml 60的乙醇、50ml 丙酮及5.5ml 氯仿等。IRmax cm -1: 3100, 2970, 1700, 1660, 1550, 1480, 1360, 1240, 1020, 980, 750, 610; UVMeOHmax nm (): 272(8510); NMR (CDCl3) : 3.4, 3.6, 4.0, 7.6; MSm/e: 194 (100), 67 (66), 109 (

5、66), 55 (44), 82 (39), 42 (28), 40 (18), 41 (16)。日常食品含量浓咖啡：单纯度，100毫克蒸溜咖啡：点滴法，8盎司，184毫克；过滤法，128毫克速溶咖啡：8盎司，104毫克泡茶：8盎司，64毫克；其他牌子，98毫克速溶茶：7盎司，48毫克冰茶：12盎司，杯，70毫克 可乐：12盎司，35毫克饮料可乐：12盎司，38-45毫克热可可饮料：12盎司，6毫克黑巧克力：半甜，1盎司，20毫克奶油巧克力：1盎司，6毫克产品计量单位每单位咖啡因含量 （毫克）咖啡因片剂（Vivarin）1片200Excedrin片剂1片65咖啡，酿制240 mL（8 US f

6、l oz）135咖啡，脱咖啡因240 mL （8 US fl oz）5咖啡，浓咖啡57 mL （2 US fl oz）100巧克力，黑（Hersheys Special Dark）1条 （43 g; 1.5 oz）31巧克力，牛奶 （Hershey Bar）1条 （43 g; 1.5 oz）10红牛240 mL （8.2 US fl oz）80Bawls瓜拿纳296 mL （10 US fl oz）67软饮料，经典可口可乐355 mL （12 US fl oz）34Atomic Rush255 mL （7 US fl oz）100茶，绿茶240 mL （8 US fl oz）15茶，叶或袋24

7、0 mL （8 US fl oz）50二、来源咖啡因是一种植物生物碱，在许多植物中都能够被发现。作为自然杀虫剂，它能使吞食含咖啡因植物的昆虫麻痹。人类最常使用的含咖啡因的植物包括咖啡、茶及一些可可。其他不经常使用的包括一般被用来制茶或能量饮料的巴拉圭冬青和瓜拿纳树。两个咖啡因的别名：马黛因和瓜拿纳因子就是从这两种植物演化而来。 世界上最主要的咖啡因来源是咖啡豆（咖啡树的种子），同时咖啡豆也是咖啡的原料。咖啡中的咖啡因含量极大程度上依赖于咖啡豆的品种和咖啡的制作方法，甚至同一棵树上的咖啡豆中的咖啡因含量都有很大的区别。一般来说一杯咖啡中咖啡因的含量从阿拉伯浓缩咖啡中的40毫克到浓咖啡中的100毫

8、克。深焙咖啡一般比浅焙咖啡的咖啡因含量少，因为烘焙能减少咖啡豆里的咖啡因含量。阿拉伯咖啡的咖啡因含量通常比中果咖啡低。 咖啡也含有痕量的茶碱，但不含可可碱。茶是另外一个咖啡因的重要来源，每杯茶的咖啡因含量一般只有每杯咖啡的一半，决定于制茶的强度。特定品种的茶，例如红茶和乌龙茶，比其他茶的咖啡因含量高。茶含有少量的可可碱以及比咖啡略高的茶碱。茶的制作对于茶有很大影响，但是茶的颜色几乎不能指示咖啡因的含量。日本绿茶的咖啡因含量就远远低于许多红茶，例如正山小种茶，几乎不含咖啡因。由可可粉制的巧克力也含有少量的咖啡因。巧克力是一种很弱的兴奋剂，主要归因于其中含有的可可碱和茶碱。一条典型的28克牛奶巧克

9、力与脱咖啡因咖啡的咖啡因含量差不多。咖啡因也是软饮料中的常见成分，例如可乐，最初就是由可乐果制得。一瓶软饮料中一般含有10毫克至50毫克的咖啡因。能量饮料，例如红牛，每瓶含有80毫克咖啡因。这些饮料中的咖啡因来源于它们所用的原始成分或由脱咖啡因咖啡所得的添加剂，也有是通过化学合成的。瓜拿纳，很多能量饮料的基本成分，含有大量的咖啡因及少量的可可碱。自然存在的缓释赋形剂中含有少量茶碱。三、毒代动力学咖啡因吸收很快，在体内经过氧化合N-脱甲基作用，大约1%的原形经尿液排出，它被细胞色素P450酶系统代谢为茶碱，但在新生儿，约85%的咖啡因因未被代谢就经尿液排出。减少排出和延长半衰期都有可能增加咖啡因

10、在新生儿和早产儿体内的毒性。咖啡因在不同年龄组的半衰期不同，早产儿65102h，新生儿82h，儿童14.4h，成人3.07.5h。8个月以上儿童，对咖啡因的代谢水平才与成人相似。去甲麻黄碱是一种弱碱，易在小肠吸收，摄入约1.5h后达到最大浓度，分配面积是3.4L/Kg。给药24h内，约90%97%的原形经尿液排出，4%的去甲麻黄碱经对羟基化和氧化去氨基作用代谢成马尿酸。去甲麻黄碱的半衰期范围是3.78.5h，约8%20%的麻黄碱经N-脱甲基作用生成去甲麻黄碱。苯肾上腺素的生物作用率是38%，大约86%的原形经尿液排出。剩余苯肾上腺素可在单胺氧化酶作用下发生结合、疏化、葡萄糖醛酸化或脱氨基作用。

11、苯肾上腺素的半衰期为2.13.4h。四、咖啡因体内代谢过程咖啡因口服后主要在胃肠道快速而完全的吸收,约在1560分钟达峰值浓度,峰值可持续到120分钟,胃排空延迟是导致峰值变异的主要原因(Benowitz. 1990)。当咖啡因由小肠进入门脉循环时,会经过首过消除效应,主要由分布在肠壁和肝脏的细胞色素P450(CYP450)酶作用,之后再进入全身大循环。因为咖啡因首过消除效应较弱,所以咖啡因经吸收后,能完全地进入全身组织并且自由通过血-脑、胎盘、血-睾屏障(Miners等. 1996)。咖啡因系统平均清除率约为150ml /min,半衰期为24. 5小时(Lelo等. 1986),有的个体则长

12、达12小时。咖啡因隔夜一般就会被肝脏代谢清除,只有不到5%的咖啡因以原形通过肾脏排泄(Devoe等.1993)。咖啡因体内代谢过程复杂,在尿液中现今已发现咖啡因15种代谢产物,参与代谢过程的酶也逐一证实。口服咖啡因后,首先经3-N-脱甲基化生成17X(副黄嘌呤),为主要代谢产物,约占80%,这一步反应由药物代谢酶CYP1A2催化(部分由CYP2E1代谢)。此外,咖啡因通过1-N-脱甲基和7-N-脱甲基分别生成37X(可可碱, 12% )和13X(胆茶碱, 7% ),分别由药物代谢酶CYP1A2和CYP2E1催化完成; 13X进一步经3-N-脱甲基化生成1X(1-甲基嘌呤); 17X和1X进一步

13、经C-8-羟基化分别生成17U和1U,这两步反应分别由CYP2A6和黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase)催化完成。17X为主要代谢产物之一,分子结构与咖啡因相近,在血尿标本中很容易被检测,几乎60%的17X是以原型从尿中排泄(Lelo等. 1986, Arnaud等. 1980, Klebanoff等. 1998)。17X的代谢速度与其生成速度相当,相对血浆咖啡因而言,一天中17X的波动水平和变异程度较小,血浆中17X的降解速度比咖啡因要慢,通常服药后810小时, 17X的血药浓度超过咖啡因水平(Arnaud等. 1993)。另外两个主要代谢产物37X和13X在体液及脐带血中就能被

14、检测到,它们的半衰期相对较长。37X是咖啡因的主要活性代谢产物,约50%的37X在812小时内由尿液排泄(Tarka等. 1983)。37X药理作用包括利尿、刺激心血管系统、舒张平滑肌、增加腺体分泌(Shively等. 1985 )。37X的代谢主要由CYP1A2参与,几乎占86%,部分由CYP2E1完成,其半衰期为7. 211. 5小时, 37X血浆和肾清除率分别为46%和67%,吸烟人群中血浆清除率一般高于非吸烟人群33%左右Shively等. 1985, Rostami-Hodjegan等. 1986, Lelo等. 1986, Birkett等. 1985,Gates等. 1999)。

15、代谢产物13X结构与咖啡因也相近,仅少一个7-N-甲基,其药理活性相近于咖啡因和37X,但是毒性作用却强于二者,毒性作用比咖啡因持续时间长39小时,但是个体间变异却比较大(Stavric等. 1988)。13X通过肝肾代谢清除,主要代酶为CYP1A2,通过3-N-去甲基化反应生成1X以及8-氢化反应生成13U。肾清除率与尿流速和流量高度相关, 13X血浆浓度偏高将导致代谢清除率降低并增加肾脏清除率。13X的清除、代谢、排泄,类似于咖啡因,均存在较大的个体差异。常见外源性的影响因素包括:吸烟、病毒感染、心、肝疾患、妊娠、饮食和合并用药,这些因素均影响13X的代谢和排泄,如吸烟增加其代谢和排泄,怀

16、孕则降低其代谢清除,可以导致13X在体内的聚积,而胎儿和新生儿缺少代谢13X的酶,完全依赖于肾脏的排泄,容易发生咖啡因中毒。 五、毒性咖啡因在体内有许多效应，其中3个最主要的效应有：腺苷脱氨酶受体拮抗作用；磷酸二酯酶抑制作用；提高细胞内钙离子水平。腺苷受体的拮抗作用会导致血管收缩、高血压、震颤等，这些效应在过量摄入咖啡因是经常发生，与腺苷的兴奋效应相反，如动脉血管舒张、儿茶酚胺释放的抑制作用和减慢窦房结细胞的作用。咖啡因抑制磷酸二酯酶，使环腺苷酸水平增加，从而导致儿茶酚胺水平升高。通过增加细胞内钙离子浓度和肌质网对钙离子的通透性，可增强肌肉的收缩能力。咖啡因对胃酸和肠分泌的刺激，以及降低食管扩

17、约肌紧张性的作用，可导致腹泻和腹部痉挛。咖啡因的治疗作用包括在治疗早产儿窒息时的支气管扩张和血管舒张作用。尽管咖啡因所致血管扩张可是血压降低，但其诱导的延髓刺激作用和增加儿茶酚胺的释放会抵消血压降低。去甲麻黄碱和麻黄碱主要起到1和2- 肾上腺素受体兴奋剂和增加儿茶酚胺释放的作用。去甲麻黄碱和麻黄碱作用相同，但对中枢神经系统刺激少。苯肾上腺素是一种选择性1-肾上腺素受体兴奋剂，是一种肾上腺素的产物，并有相似的治疗和不利作用。外围血管收缩和心动收缩和心动过快是常见的不良反应。苯丙胺、咖啡因、麻黄碱、苯肾上腺素和去甲麻黄碱，这些药物的口服剂是最常使用的剂型，但每种药物也可用于静脉滴注，苯肾上腺素还可

18、以用于非处方吸入剂。去甲麻黄碱和咖啡因也可被误以为是可卡因和苯丙胺而出售，在这些情况下，这些药物也会经鼻吸入、口服或静脉滴注。（1） 急性中毒成年人摄入5001000mg的咖啡因可导致头晕、呕吐、腹泻、震颤等症状。大多数患者会产生窦性心动过速和轻度高血压。心脏输出和肾小管滤过率的增加引起尿量的增加。通常会产生脱水和低钾血症。咖啡因过量很少会引起死亡，但有可能由于大量摄入咖啡因伴发呕吐而引起死亡。有报道表明过量摄入咖啡因可引起节律障碍、癫痫发作和神经病效应，从而导致患者死亡。据估计成年人摄入咖啡因的致死量为510g，儿童摄入78mg/kg剂量后将引起严重症状。这可能是由于儿童对咖啡因消除率缓慢的

19、缘故。（2） 慢性中毒 慢性中毒摄入非处方类拟交感神经药和咖啡因常引起心动过速、高血压、心悸。据报道，慢性过量摄入上述药物可引起心肌梗死、脉管炎、心肌病和节律障碍（阵发性房性心动过速、提前室性收缩、二联律、室性心动过速和室性纤维颤动）。慢性摄入或误用麻黄碱导致的脑血管炎可引发急性大脑内出血，还可导致持续性高血压和继发血压。在慢性摄入的情况下，某些人能耐受大剂量的药物。而只伴随较小的副作用；而另外一些人摄入这些剂量的几分之一时，就可产生严重的症状。六、结语综上所述,至目前为止,咖啡因的代谢途径研究得比较清楚咖啡因不仅可以作为药物代谢酶活性测定的探药,而且咖啡因的使用与生命健康的关系也很紧密,如过多的咖啡因会使流产的危险性增加两倍,增加心肌梗死的危险性,等等。鉴于咖啡因在人们生活中的普遍存在,其与人体健康的相关研究是值得永恒探索的问题。七、参考文献【1】 唐小江、李来玉、夏昭林，临床毒理学，化学工业出版社，2005.08【2】 陈 尧 周宏灏，咖啡因体内代谢及其应用的研究进展，生理科学进展2010年第41卷第4期【3】 易超然,卫中庆.咖啡因的药理作用和应用.医学研究生学报, 2005, 8: 270272.