Caffeine molecule.pngCaffeine-3D-vdW.png "src =" "decoding = "async" width = "110" height = "97" srcset = "// .png 1.5x, // 2x "data-file-width =" 1100 "data-file-height =" 969 "/><br />Caffeine molecule.</td>
<th colspan=Identification
IUPAC name 1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6 (3H, 7H) -dione


NOTo CASE 58-08-2
NOToECHA 100000329
NOTo THIS 200-362-1
NOTo RTECS EV6475000
ATC code N06BC01 V04GC30
DrugBank DB00201
PubChem 2519
ChEBI 27732
FEMA 2224
Appearance odorless, crystalline powder or white crystals(1)
Chemical properties
Brute formula VS8H10NOT4O2 (Isomers)
Molar mass(3) 194.1906 ± 0.0085 g / mol
C 49.48%, H 5.19%, N 28.85%, O 16.48%,
pK 10.4 (at 40 ° C)(2)
Dipolar moment 3.64 D
Physical properties
T ° fusion 227 at 228 ° C (anhydrous)
234 at 236.5 ° C (
monohydrate) (4)
T ° boiling 178 ° C (subl.)(1)
Solubility 21.7 boy Wut·l-1 (water,25 ° C)
180 boy Wut·l-1 (water,80 ° C)
670 boy Wut·l-1 (water,100 ° C);

1 boy Wut in 66 ml ofalcohol,
22 ml from alcohol to 60 ° C,
50 ml of
5.5 ml chloroform,
530 ml ether,
100 ml benzene,
22 ml boiling benzene(5);
Ground. in pyridine,
Freely soil. in pyrrole, THF containing 4% water;
Slightly soil. in the petroleum ether(6)

Volumic mass 1.23 boy Wut·cm-3 at 18 ° C(4)
T ° Ignition 550 ° C (7)
VSp 173 J·mol-1·K-1 at 24,85 ° C (8)
Crystalline class or space group P21 / a (9)
Mesh parameters at = 14,800 AT

b = 16,700 AT
vs = 3,970 AT
α = 90,00 °
β = 97.00 °
γ = 90,00 °
Z = 4 (9)

Volume 973.91 AT3 (9)
SGH07: Toxic, irritant, sensitizing, narcotic


NFPA 704(12)

NFPA 704 symbol


IARC classification
Group 3: Unclassifiable as to its carcinogenicity to humans(10)
Ingestion fatal if too much absorbed
DL50 192 mg kg-1 rat oral(13)
127 mg·kg-1 oral mouse
62 mg·kg-1 i.v. mouse
242 mg·kg-1 mouse s.c.
168 mg·kg-1 i.p. mouse(14)
LogP -0.07 (1)
Pharmacokinetic data
Half-life ofelim. 4 to 6 hours on average for adults(15)
Psychotropic nature
Category stimulating
Way of consuming


Other denominations

coffee, tea, guarana

Risk of dependence Moderate
Related compounds
Other compounds

Paraxanthin, Theobromine, Theophylline, Xanthine

SI units and STP, unless otherwise stated.

The caffeine, also referred to as theine, or 1,3,7-Trimethylxanthine or méthylthéobromine is an alkaloid of the methylxanthine family, present in many foods, which acts as a psychotropic stimulant and a mild diuretic.

Caffeine was discovered in 1819 by the German chemist Friedlieb Ferdinand Runge. He named it " Kaffein As a chemical compound of coffee, which in French became "caffeine".

Caffeine is present in the seeds, leaves and fruits of different plants where it acts as a natural insecticide(16), paralyzing(17) or killing insects that feed on it. In contrast, in mammals(18), caffeine acts primarily as a stimulant of the central nervous system and cardiovascular system, temporarily decreasing drowsiness and reaction time and increasing attention.

Popular drinks contain caffeine such as coffee, tea and mate. It is also found in some sodas and energy drinks based on kola nut derivatives, which contain large amounts. Cocoa also contains some.

Caffeine is particularly present in the seeds of coffee and guarana as well as in the leaves of yerba mate and tea tree. Because of its presence in plants other than coffee or for advertising reasons, it is sometimes called " theine »,« guaranine " or, " mateine ". It is nevertheless the same molecule, of formula C8H10NOT4O2, with the same effects even if it is consumed neither alone nor in the same way and is not present at the same concentration as in coffee.

In fact, caffeine is the most consumed psychoactive substance in the world; it is legal in all countries, unlike other psychoactive substances. The stimulant anesthetic psychotropic profile of caffeine(19),(20) was defined by quantitative electroencephalography after oral administration of a high dose (400 mg) versus placebo in healthy volunteers. It causes tachycardia and mental stimulation for several hours followed by insomnia. In North America, 90% of adults consume caffeine daily. The Food and Drug Administration lists caffeine as "multi-purpose food generally recognized as safe" at the usual doses, but toxic above a certain dose.

Roasted coffee beans, the main source of caffeine.

Caffeine is found in various plant species where it acts as a natural pesticide (like many alkaloids), especially in seedlings with foliage that is under development and that have not yet established protection mechanism(21) ; caffeine causes paralysis or even death of certain insects that feed on the plant(22). High levels of caffeine are measured in the soil around coffee seedlings; caffeine would therefore also act as an inhibitor of germination and growth of neighboring coffee seedlings, thus increasing the seedling's chances of survival by eliminating competition(23).

The most popular caffeine-containing natural products are coffee, tea and, to a lesser extent, cocoa(24). Mate and guarana are other sources of caffeine, less commonly used(25)sometimes used in tea preparations or energy drinks. Two of the caffeine's synonyms, matéine and guaranine, are derived from the names of these plants.(26),(27). Some maté enthusiasts claim that matéine is a stereoisomer of caffeine and that it would thus be two different substances(25). This is wrong, however, since caffeine is an achiral molecule, with no asymmetric carbon atom, so it has neither enantiomer nor diastereoisomer. Experimental disparities between the different natural sources of caffeine may be due to the fact that the caffeine extracted from these plants also contains very variable proportions of other alkaloid xanthines, including theophylline and theobromine, cardiac stimulants, and others. substances such as polyphenols that form insoluble complexes with caffeine(28).

Globally, the primary source of caffeine is the coffee "grain" (actually the seed of coffee), from which the beverage coffee is infused. The caffeine content of coffee varies greatly and depends on the type of coffee bean and the method of preparation(29) ; even seeds from a given foot may show differences in concentration. The quantity contained in a portion of coffee varies from about 40 milligrams for an espresso (30 milliliters) of the variety arabica, about 100 mg for one cup (120 milliliters) of filtered coffee. The coffee very roasted is generally less caffeine than the less caffeinated, because roasting decreases the caffeine content of the seed(30),(31). Coffee arabica normally contains less caffeine than the robusta(29). The different species of coffee have varying rates of caffeine; Charrier's coffee (Coffea charrieriana) originated in Cameroon and described in 2008 produces grains practically without caffeine. The coffee also contains traces of theophylline, but no theobromine.

Tea is another source of caffeine, and it has often been said that its effect on humans is milder and more gradual than that of coffee because of its tannins that slow caffeine uptake. However, this claim has not been demonstrated in humans and one study does not indicate a major difference with coffee(32). In addition, although tea contains more caffeine than coffee at equal weight, a regular serving contains much less, as tea is normally much less infused. In addition to the intensity of the infusion, the type of tea, growing conditions, processing methods and other variables also influence the caffeine content. There is no relationship between the color of a tea and its caffeine content(33). Thus, teas such as pale Japanese green tea gyokuro contain much more caffeine than other darker teas such as lapsang souchong, which contains very little. Tea contains a small amount of theobromine and a slightly higher theophylline content than coffee.

Caffeine is also a common ingredient in some sodas such as Coca-Cola, where its stimulating properties replace the extracts of coca leaves and kola nuts originally used for its preparation. These sodas usually contain between 10 and 50 mg caffeine per serving. In comparison, a energy drink like the Red Bull exceeds 80 mg caffeine per serving. The caffeine contained in these drinks comes from the ingredients used or is added as an additive; it is then obtained by decaffeination of a natural product or by chemical synthesis. Guarana, a typical ingredient in energy drinks, contains a large amount of caffeine and low levels of theobromine and theophylline(34).

Chocolate, derived from cocoa, contains a small amount of caffeine. The mild stimulating effect of chocolate is apparently due to the combination of theobromine and theophylline as well as caffeine(35). However, chocolate contains too few of these compounds to produce an effect comparable to coffee with equal portions. A bar of milk chocolate 28 boy Wut thus contains about as much caffeine as a cup of decaffeinated coffee.

In recent years, several manufacturers have started adding caffeine to bath products such as shampoo or soap, claiming that caffeine can be absorbed through the skin(36). However the efficacy of such products has not been demonstrated and it is unlikely that they have a stimulating effect on the central nervous system, because caffeine is hardly absorbed through the skin(37).

Manufacturers are marketing caffeine tablets, claiming that using pharmaceutical grade caffeine improves alertness. This was contradicted by a study that shows that caffeine, whether compressed or not, reduces fatigue and increases attention as effectively(38). These tablets are generally used by students preparing their exams or by people working or driving for long hours.(ref. desired)

Humans have been drinking caffeine since the Paleolithic(48). Early peoples discovered that chewing the seeds, bark or roots of some plants temporarily reduced fatigue, and stimulated alertness or improved mood. It was much later that it was found that the effect of caffeine increased by soaking some dried and / or roasted vegetable components in hot water. Many cultures have legends that attribute the discovery of such plants to people living thousands of years ago.

According to a popular Chinese legend, the Chinese emperor Shennong accidentally discovered that when leaves were dipped in boiling water, a caffeinated, scented and restorative drink resulted(49),(50),(51). The first reference to coffee in literature would appear in the writings of the Persian doctor al-Razi, dated IXe century. At that time, coffee beans were only available in their home region, Ethiopia. A popular legend attributed its discovery to a goat keeper named Kaldi, who observed that his goats became euphoric and remained awake at night after grazing coffee trees. Trying in turn the berries that the goats had consumed, he felt the same vitality. In 1587, Malaye Jaziri traces in a book the history and controversies over coffee, entitled " Undat al safwa fi hill al-qahwa ". Jaziri reports that a sheikh, Jamal-al-Din al-Dhabhani, mufti of Aden, was the first to adopt the use of coffee in 1454, and that XVe century, Yemeni Sufis commonly used coffee to stay awake during prayers.

Towards the end of XVIe century, the use of coffee was reported by a European inhabitant of Egypt and it was at this time that its use became widespread in the Middle East. The appearance of coffee as a drink in Europe, where it was first known as "Arab wine" dates back to XVIIe century. During this period, cafes were created, the first being opened in Constantinople and Venice. In England, the first cafes opened in London in 1652, on the St Michael's Alley. In France, the first "coffee house" was opened in 1671 in Marseilles, a port with regular connections to the Orient, then the phenomenon spread rapidly to Paris where in 1723, according to the "Dictionary of Commerce", 380 cafes "open to chat". Cafes quickly became popular throughout Western Europe and played an important role in the social relations of the West. XVIIe and XVIIIe century(52),(53).

The use of the kola nut just like the coffee bean and the tea leaf, seems to have ancient origins. It is chewed in many West African cultures, individually or at social gatherings, to restore vitality and relieve hunger. In 1911, the kola was the subject of one of the first documented public health threats. The United States government seized forty barrels and twenty casks of Coca-Cola syrup in Chattanooga, Tennessee, on the grounds that the caffeine was "dangerous to health".(54). The , the government sued Coca-Cola (" The United States v. Forty Barrels and Twenty Kegs of Coca-Cola In order to force the company to remove caffeine from its formulas, using arguments such as excess Coca-Cola in a girls' school had resulted in "night-time caprices, rule violations and even immorality." Although the judge handed down a verdict in favor of Coca-Cola, two laws were introduced in the House of Representatives in 1912 to amend the Pure Food and Drug Act, by adding caffeine to the list of "harmful" and "addictive" substances that must be mentioned on a product label.

The first evidence of cocoa use is found in a Mayan pot dating back to 600 BC. AD In the New World, chocolate was consumed in a bitter and spicy drink called xocoatl, often seasoned with vanilla, chilli and roucou. Xocoatl was known to combat fatigue, a belief that is probably due to its theobromine and caffeine content. Xocoatl was an important luxury commodity in pre-Columbian Mesoamerica, and cocoa beans were often used as bargaining chips.
Introduced in Europe by the Spaniards, chocolate becomes a popular drink around 1700.

Leaves and stems of yaupon (Ilex vomitoria) were used by Native Americans to brew tea called asi or black drink, of which it has been shown by archaeologists that it was already used in ancient times. The active principle of this drink is caffeine and, despite the Latin name of the plant, it has no emetic action. It was often used by settlers as a substitute for tea or coffee under the name cassina or cacina in Spanish, yaupon in English or apalachine in French(55).

At XXe century, the association "Coffee-Bar-Tobacco" omnipresent in France and in part of Europe, illustrates, according to Robert MOLIMARD, "An association that has long been established in the collective unconscious, and how much alcohol, coffee and tobacco are linked to the feeling of conviviality and interpersonal exchanges"but it also illustrates the link between industry, commerce and three over-the-counter products that can lead to addiction, alone or in combination. Several studies includingFramingham's study showed that smokers are often coffee drinkers, but not tea.

Recently we manufactured alcohol (now banned in the United States(56)), energy drinks, gums, tea powders(57) or tea granules, chewing gums (including a patented controlled release model(58)) containing caffeine and it has even been proposed to make a nasal spray of microparticles(59).

In 1819, the German chemist Friedlieb Ferdinand Runge isolated for the first time relatively pure caffeine. He named it "kaffein" as a chemical compound of coffee, which in French became caffeine(60). He did this work at the request of Johann Wolfgang von Goethe(61). It is described in 1821 by Pierre Joseph Pelletier and Pierre Jean Robiquet. In 1827, Oudry isolated tea theine which Gerardus Mulder and Jobat showed, in 1838, that it is the same substance as caffeine(61). The structure of caffeine was elucidated towards the end of XIXe century by Hermann Emil Fischer who was also the first to achieve total synthesis(62). Fischer will also be awarded the Nobel Prize in Chemistry of 1902 in part for this work.
The aromatic character of caffeine is due to the fact that the nitrogen atoms are essentially planar (in the hybridization orbital sp2). Caffeine is generally not synthesized because it is already available in large quantities as a by-product of decaffeination(63). However, it can be synthesized from dimethylurea and malonic acid(64).

Caffeine – C8H10NOT4O2, or 1,3,7-trimethylxanthine or 1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6-dione – is a molecule of the family of methylxanthines, which also includes theophylline and theobromine. In its pure form, it consists of a white powder of extremely bitter taste. Caffeine is moderately soluble in water and organic solvents. At high temperatures, the solubility of caffeine in water increases. Caffeine, stable in relatively acidic and basic environments, is a weak base and can react with acids to give salts. However, in a normal aqueous solution, it is not ionized. Dissolved, it can be present in the form of dimers as well as polymers. Caffeine is an absorbent substance in the UV with a maximum at the wavelength of 274 nm.

Amount of caffeine absorbed per day per capita per drink of coffee (brown) or tea (green) and the sum of both (white) for 1995, according to FAO data.

World consumption of caffeine has been estimated at 120 000 tonnes per year(65)making it the most widely used and consumed psychoactive substance in the world(66). This figure equals one caffeinated drink per day for every inhabitant of the planet. In North America, 90% of adults consume caffeine daily(67).
The countries where the most caffeine is consumed per capita are shown in the histogram opposite. The values ​​of the two main sources of caffeine, coffee and tea are indicated. Note that a third source of caffeine, particularly important and constantly increasing, is not represented in this graph, it is soft drinks. Cocoa caffeine intake does not exceed 15 mg / day / inhabitant for the
Denmark, first consumer, and is neglected here. Argentina and Paraguay are the two main consumers of maté, a caffeine intake of 100 and 50 mg / day / capita (respectively), not shown here. The evolution of consumption of the three main sources of caffeine in the United States is presented in the graph below.

Evolution of consumption of the three main sources of caffeine in the United States.

Caffeine, which is a stimulant of the central nervous system and metabolism(68), is used for both recreational and medical purposes to reduce physical fatigue and restore alertness when unusual weakness or drowsiness occurs. Caffeine stimulates the central nervous system in the brain, resulting in increased alertness, a stream of clearer, faster thoughts, increased concentration, and improved overall body coordination.(38). Once in the body, it has a complex chemistry and acts through the different mechanisms described below.

pharmacokinetics(edit | change the code)

Caffeine is very quickly and completely absorbed by the digestive tract, and reaches the brain as early as 5e minute after ingestion. In a study(69), in 75% of volunteers, a dose of 175 mg caffeine is absorbed by the stomach after a quarter of an hour.
The peak plasma is reached after one hour.

Caffeine diffuses rapidly in the extra-vascular environment. It is only weakly bound to circulating plasma proteins (about 15%). It passes the blood-brain barrier thanks to its resemblance to adenosine. Its concentration in the cerebrospinal fluid is equal to that of the plasma.

Its passage in breast milk is also important, its concentration is equal to 50% of the plasma concentration of the mother.
In adults, caffeine is almost completely metabolized in the liver by oxidation, demethylation and acetylation.

Caffeine can not be detected in the body more than 24 hours after the last intake of caffeine, whether blood cell analysis or by chemical examination of the urine.

Metabolism and half-life(edit | change the code)

The caffeine in coffee or other beverages is absorbed from the stomach and small intestine and then redistributed via the bloodstream to all body tissues(70). It is eliminated according to first-order kinetics(71). Caffeine can also be absorbed rectally, this is the case of suppositories based on ergotamine tartrate and caffeine for the relief of migraines(72) or chlorobutanol and caffeine for the treatment of hyperemesis (uncontrollable nausea and vomiting of pregnancy)(73).

The half-life of caffeine – the length of time the body needs to eliminate half of the initial amount of caffeine – varies greatly among individuals depending on factors such as age, being pregnant or not, presence other competing drugs or the level of activity in the liver of the enzymes necessary for the metabolism of caffeine. In healthy adults, the half-life of caffeine is 2 to 12 hours (4 to 6 hours on average)(15). In women taking oral contraceptives this may increase to 4-12 hours(74) and in those pregnant the half-life is about 9-11 hours(75). Caffeine can accumulate in individuals with severe liver disease, half-life up to 96 hours(38). In infants and young children, the half-life may be longer than in adults; in neonates, it ranges from 65 to 130 hours(76). Other factors such as smoking may decrease the half-life of caffeine(77).

Caffeine is metabolized in the liver by the cytochrome p450 enzyme system (specifically, isoenzyme 1A2) into three isomers of dimethylxanthine(78), each of these metabolites has its own effects on the body:

Each of these metabolites is metabolized and excreted in the urine.

Mode of action(edit | change the code)

Like alcohol and nicotine, caffeine easily crosses the blood-brain barrier that separates the brain's blood circulation from the rest of the body. Once in the brain, it acts primarily as an adenosine receptor antagonist(79), that is to say by blocking them. Indeed, the caffeine molecule, which has a structure similar to adenosine, can bind to adenosine receptors on the surface of cells without activating them. Caffeine therefore acts as a competitive inhibitor.

Adenosine is present throughout the body because it plays a role in the energy metabolism of ATP, but it has special functions in the brain. Adenosine levels in the brain are increased by different types of metabolic stress (including anoxia and ischemia) and protect the brain by suppressing neuronal activity and increasing blood flow.(80). Thus, caffeine, by neutralizing adenosine, globally has a disinhibitory effect on brain activity. However, the precise mechanism by which these effects translate into increased alertness and alertness is not known.

Antagonism of adenosine by caffeine causes increased nerve activity with adrenaline release and increased levels of dopamine. Adrenaline is a hormone that causes several effects such as increased heart rate (positive chronotropic), cardiac contractility (positive inotropic), blood pressure, blood supply to the muscles, decreased the supply of blood to the other organs (except the brain) and the release of glucose by the liver, for example by gluconeogenesis. As for dopamine, it is a neurotransmitter. The modulation of its concentration has important repercussions: for example, the effects of amphetamines are due to the increase in dopamine activity.

Some of the side effects of caffeine are probably caused by mechanisms unrelated to adenosine. Caffeine is known to be a competitive inhibitor of the AMPc-Phosphodiesterase (cAMP-PDE) enzyme that converts the cyclic AMP (cAMP) of cells into its inactive non-cyclic form, resulting in cAMP accumulation in the cells. Cyclic AMP participates in the activation of protein kinase A (PKA), which initiates the phosphorylation of specific enzymes used in glucose synthesis. By blocking its elimination, caffeine intensifies and prolongs the effects of adrenaline and medications adrenaline-like such as amphetamine, methamphetamine or methylphenidate. Increased cAMP levels in stomach epithelial cells result in increased activation of protein kinase A (PKA) which in turn increases activation of ATPase H+/ K+which ultimately causes an increase in gastric acid secretion of the cells.

The metabolites of caffeine also contribute to the effects of caffeine. Paraxanthin is responsible for increasing lipolysis, which releases glycerol and fatty acids into the blood to be used as a source of energy by the muscles. Theobromine is a vasodilator that increases the flow of oxygen and nutrients into the brain and muscles. Theophylline releases smooth muscle and primarily affects rhythm and heart function(81).

Main effects of caffeine(edit | change the code)

In general, caffeine is a stimulant and a psychostimulant. On the cardiovascular system, this bioactive compound causes an increase in heart rate and vasodilation. It also has effects on the respiratory and gastrointestinal system. In addition, it works in skeletal muscles, renal blood flow, glycogenolysis and lipolysis.

There is improvement of the physical performances and increase of the diuresis. Caffeine can cause some improvement in mood, level of alertness and intellectual performance. In return, the cessation of habitual consumption or a simple forgetfulness of intake often causes withdrawal symptoms: fatigue, headaches, or depressive state. As a result of these withdrawal symptoms, it appears that the actual psychostimulation effects of caffeine have sometimes been overstated by research. This would come from the fact that in some studies, the psychic state degraded when stopping caffeine consumption (weaning and lack) was considered the state of a person not usually consuming coffee. The improvement by the disappearance of withdrawal effects following a contribution could then be interpreted as a beneficial effect of caffeine(82).

Case of moderate intake(edit | change the code)

The main side effects of caffeine(83).

The amount at which caffeine produces effects varies among individuals depending on their body size and their degree of caffeine tolerance. The first effects are felt less than an hour after ingestion and the effects of a low dose disappear after three or four hours(38). The consumption of caffeine does not eliminate the need for sleep, it only temporarily reduces the feeling of being tired.

Caffeine has a powerful ergogenic effect, increasing the mental and physical work capacity. Une étude réalisée en 1979 a montré que des sujets qui avaient consommé de la caféine parcouraient à vélo, pendant une durée de deux heures, une distance supérieure de 7 % par rapport aux sujets témoins(84). Certaines études ont produit des résultats bien plus spectaculaires : une étude sur des coureurs entraînés a montré que pour une dose de 9 mg de caféine par kilogramme de poids corporel, on constate une augmentation de 44 % de l'endurance en course à pied, de même qu'une augmentation de 51 % de l'endurance à vélo(85). D'autres études ont rapporté des effets similaires. Une étude a ainsi montré que chez des cyclistes s'exerçant sur des circuits nécessitant un travail intense, une concentration de 5,5 mg de caféine par kilogramme de poids corporel augmente la durée de l'effort de 29 %(86).

La caféine relâche le sphincter anal interne et de ce fait doit être évitée par les personnes souffrant d'incontinence fécale(87). Elle possède également une action diurétique(88).

La caféine peut augmenter l'efficacité de certains médicaments. La caféine améliore ainsi l'efficacité des médicaments soulageant les maux de têtes de 40 % et aide l'organisme à absorber ces substances plus rapidement, diminuant plus vite la douleur(89). De ce fait de nombreux médicaments contre les maux de têtes vendus sans ordonnance contiennent de la caféine. Elle est également utilisée avec l'ergotamine dans le traitement des migraines et des algies vasculaires de la face, de même que pour surmonter les somnolences dues aux antihistaminiques.

La caféine a un effet significatif sur certaines araignées qui se traduit dans la construction de leur toile.

Alors que relativement sans danger pour l'humain, la caféine est considérablement plus toxique pour d'autres animaux tels que les chiens, les chevaux et les perroquets du fait de leur capacité bien plus limitée à métaboliser ce composé. Chez les araignées notamment, la caféine a un effet beaucoup plus significatif que d'autres composés actifs(90).

Accoutumance, dépendance et sevrage(edit | change the code)

Comme la caféine est principalement un antagoniste des récepteurs du neurotransmetteur adénosine dans le système nerveux central, l'organisme des personnes qui consomment régulièrement de la caféine s'adapte à la présence continuelle de cette substance en augmentant substantiellement le nombre de récepteurs de l'adénosine du système nerveux central. Cette augmentation du nombre de récepteurs à adénosine rend l'organisme bien plus sensible à l'adénosine, avec deux conséquences principales(91). Tout d'abord, pour une même dose, les effets stimulants de la caféine sont significativement réduits, c'est le phénomène d'accoutumance. Ensuite, comme ces réponses adaptatives à la caféine rendent les individus bien plus sensibles à l'adénosine, une réduction de la prise de caféine va augmenter les effets physiologiques de l'adénosine, entraînant des symptômes de sevrages importuns(91).

D'autres recherches contestent l'idée que la régulation des récepteurs à adénosine soit responsable de l'accoutumance aux effets stimulants de la caféine, notant entre autres que cette tolérance est insurmontable pour des doses plus élevées de caféine (cela devrait être surmontable si l'accoutumance était due à une augmentation des récepteurs) et que l'augmentation du nombre de récepteurs à l'adénosine est modeste et n'explique pas la forte accoutumance à la caféine qui se produit(92).

L'accoutumance à la caféine se développe très rapidement. L'accoutumance complète aux effets de la caféine apparaît après la consommation de 400 mg de caféine trois fois par jour pendant sept jours. L'accoutumance complète aux effets subjectifs de la caféine se produit après la consommation de 300 mg de caféine trois fois par jour pendant 18 jours et probablement plus tôt(93). Dans une autre expérience, l'accoutumance complète à la caféine a été observée chez des sujets consommant des doses de 750-1 200 mg par jour, tandis qu'une accoutumance incomplète a été observée chez ceux qui consomment des doses de caféine dans la moyenne(94).

La consommation continue de caféine finit par faire apparaître une dépendance liée à l'excès de récepteurs à l'adénosine et au manque de récepteurs à la dopamine. Elle a atteint plusieurs écrivains célèbres comme Honoré de Balzac(95).

Comme l'adénosine sert en partie à réguler la pression sanguine en provoquant la vasodilatation, les effets accrus de l'adénosine dus au sevrage à la caféine entraîne la dilatation des vaisseaux sanguins de la tête, y occasionnant un excès de sang et pouvant générer des céphalées et des nausées. La diminution de la pression artérielle peut générer d'autres symptômes comme la bradycardie. Une activité catécholaminergique réduite peut causer des sensations de fatigue et de somnolence. Une diminution de la concentration en sérotonine quand la consommation de caféine s'arrête, peut engendrer anxiété, irritabilité, incapacité à se concentrer et diminution de la motivation pour commencer ou terminer des tâches quotidiennes ; dans les cas extrêmes, elle peut entraîner une légère dépression(96). Le manque de récepteurs à la dopamine peut générer une sorte d'état dépressif et une nette diminution des performances cérébrales ; c'est pourquoi on recommande toujours un sevrage progressif étalé sur plusieurs semaines, voire plusieurs mois. Cependant, contrairement à d'autres stimulants du système nerveux central, la caféine n'agit pas directement sur le noyau accumbens, responsable de la dépendance psychologique.

Les symptômes de sevrage — pouvant inclure céphalée, irritabilité, incapacité à se concentrer, somnolence, insomnie et douleurs à l'estomac, au haut du corps et aux articulations(97) — peuvent apparaître entre 12 et 24 heures après l'arrêt de la prise de caféine, le pic étant atteint vers 48 heures. Ils durent généralement de un à cinq jours, le temps nécessaire pour que les récepteurs à adénosine du cerveau reviennent à des niveaux « normaux ». Des antalgiques tels que l'aspirine peuvent soulager ces symptômes, tout comme une faible dose de caféine(98). Le plus efficace étant la combinaison d'un analgésique et d'une petite quantité de caféine.

Surconsommation(edit | change the code)

La consommation de caféine en grande quantité pendant une durée prolongée peut conduire à une intoxication connue sous le nom de caféisme(99),(100). Le caféisme combine généralement une dépendance à la caféine avec un grand nombre d'états physiques et mentaux désagréables dont l'anxiété, l'irritabilité, les tremblements, la fasciculation (hyperréflexie), l'insomnie, les céphalées, l'alcalose respiratoire et les palpitations cardiaques(101),(102). De plus, la caféine augmentant la production d'acide gastrique, une forte consommation prolongée peut conduire à des ulcères gastro-duodénaux, des œsophagites érosives et des reflux gastro-œsophagiens(103).

Il y a quatre troubles psychiatriques induits par la caféine, reconnus par le Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 4e édition : intoxication à la caféine, trouble de l'anxiété induit par la caféine, trouble du sommeil induit par la caféine et troubles liés à la caféine non spécifiés.

Intoxication(edit | change the code)

Principaux symptômes de l'intoxication à la caféine(83).

La caféine est classée dans la catégorie des substances moyennement toxiques. La Food and Drug Administration la liste parmi les « substances alimentaires à buts multiples généralement reconnues comme sans danger »(104), mais après que le nombre de visites aux services d'urgence impliquant des boissons énergétiques avait doublé de 2000 à 2011 (passant de 10 068 à 20 783 cas, adolescents ou jeunes adultes pour la plupart), selon la « Federal Substance Abuse and Mental Health Services Administration »(56). La plupart des cas concernaient des adolescents ou de jeunes adultes, aux États-Unis en 2013, après discussion avec la FDA, le groupe Wrigley a cessé son marketing et ses ventes de gommes caféinées (« Alert caffeinated gum ») et en 2010, l'agence a interdit la fabrication de boissons alcoolisées contenant de la caféine. « La différence entre une quantité sûre et une dose létale de caféine dans les produits en poudre est très faible », a rappelé en 2014 Jennifer Dooren (porte-parole de la FDA qui a en 2014 lancé une alerte à la suite de la mort soudaine d'un jeune sportif (lutteur) dont l'autopsie a mis en évidence plus de 70 microgrammes de caféine par millilitre de sang, soit jusqu'à 23 fois la quantité trouvée dans un café typique ou un soda caféiné(56).

L'intoxication aiguë à la caféine intervient habituellement aux environs de 300 milligrammes, selon le poids corporel et le niveau de tolérance à la caféine. Elle peut entraîner un état de surstimulation du système nerveux central(105), avec des symptômes différents de ceux observés lors d'overdoses d'autres stimulants. Ils peuvent inclure anxiété, excitation, insomnie, flushing cutané (rougeur de la face), polyurie, troubles gastro-intestinaux, contraction involontaire, flot de pensées et de paroles incohérentes, irritabilité, arythmie cardiaque, tachycardie et agitation psychomotrice(102). Dans le cas d'overdoses plus importantes, manie, dépression, erreurs de jugement, désorientation, désinhibition, délire, hallucination, psychose et rhabdomyolyse (destruction de cellules musculaires) peuvent se produire(106),(107). Il est recommandé de ne pas dépasser une consommation quotidienne de caféine (toutes sources) de 600 mg/jour, ce qui équivaut à environ six tasses de café ou deux à trois litres de thé par jour. Pour les femmes enceintes, il est recommandé de limiter la consommation quotidienne à un maximum de 300 mg(108).

Notamment quand elle est abusivement(109) utilisée sous forme de poudre comme complément alimentaire (encore en vente libre aux États-Unis en 2014) ou automédication (pour maigrir), l'overdose peut conduire à la mort(56). Une cuillère à café de poudre de caféine peut contenir 3 200 milligrammes de caféine, une dose potentiellement mortelle. La FDA rappelle que le dosage de la poudre est presque impossible à faire avec les outils habituels de la cuisine(56).

La dose létale 50 (DL50) chez le rat est de 192 mg par kg(13). La DL50 de la caféine chez l'humain, qui dépend du poids et de la sensibilité individuelle, est estimée à environ 150 à 200 mg par kg de masse corporelle, soit pour un adulte normal approximativement quatre-vingt à cent tasses de café, prises en un temps limité qui va dépendre de la demi-vie. Atteindre une telle dose létale avec un café ordinaire est extrêmement difficile, cependant, des cas de mort par surdose de caféine en comprimé ont été rapportés, ainsi que des symptômes graves d'overdoses nécessitant une hospitalisation se produisant dès deux grammes de caféine. Une exception à cela pourrait être la prise d'un médicament tel que la fluvoxamine qui bloque les enzymes du foie intervenant dans le métabolisme de la caféine. Il s'ensuit une augmentation drastique d'un facteur cinq des concentrations sanguines de caféine et de ses effets. Dans ce cas, le café n'est pas contre-indiqué, mais il est fortement conseillé de réduire de façon importante la consommation de boissons caféinées, puisque boire une tasse de café aura les mêmes effets qu'en boire cinq en condition normale(110),(111),(112),(113). La mort intervient généralement à la suite d'une fibrillation ventriculaire provoquée par les effets de la caféine sur le système cardiovasculaire.

Une intoxication sévère à la caféine ne nécessite généralement qu'un traitement de soutien, mais si le patient a des concentrations sériques de caféine très élevées, alors une dialyse péritonéale, une hémodialyse ou une hémofiltration peut être nécessaire.

Troubles de l'anxiété et du sommeil(edit | change the code)

Les deux troubles rarement diagnostiqués, induits par une consommation de caféine excessive pendant une durée prolongée et qui sont reconnus par l'Association américaine de psychiatrie (APA), sont le trouble de l'anxiété induit par la caféine and the trouble du sommeil induit par la caféine.

Le trouble du sommeil induit par la caféine se produit chez une personne qui ingère régulièrement de grandes quantités de caféine, suffisamment importantes pour induire de sévères perturbations de son sommeil et justifier des soins cliniques(105).

Chez certains individus, une grande quantité de caféine peut induire une anxiété sévère nécessitant des soins cliniques. Ce trouble de l'anxiété induit par la caféine peut prendre des formes variées telles que de l'anxiété généralisée, des crises de panique, des troubles obsessionnels compulsifs ou même des phobies(105). Comme ces états peuvent être similaires à des troubles mentaux organiques tels que le trouble bipolaire ou même la schizophrénie, un grand nombre de professionnels de la médecine pensent que des personnes intoxiquées à la caféine sont couramment mal diagnostiquées et traitées avec des médicaments, alors qu'il suffit pour les psychoses induites par la caféine d'arrêter de consommer de la caféine(114). Une étude du British Journal of Addiction a conclu que le caféisme, bien que rarement diagnostiqué, pourrait toucher une personne sur dix dans la population(100).

Cœur et maladies cardiovasculaires(edit | change the code)

La caféine se fixe sur des récepteurs à la surface des cellules musculaires du cœur, ce qui entraîne une augmentation de la concentration en AMPc à l'intérieur de ces cellules (par blocage de l'enzyme qui dégrade l'AMPc), mimant ainsi les effets de l'adrénaline (qui se fixe à des récepteurs sur la cellule qui activent la production d'AMPc). L'AMPc agit comme messager secondaire et active un grand nombre de protéines kinases A (PKA). Cela a pour effet général d'augmenter la glycolyse et la quantité d'ATP disponible pour la contraction et le relâchement musculaire. D'après une étude épidémiologique, la consommation de caféine sous forme de café est corrélée significativement avec un moindre risque de maladies cardiovasculaires chez les personnes âgées de 65 ans ou plus. Cependant, cette relation n'a été vérifiée que chez les personnes qui ne souffraient pas de sévère hypertension. De plus, rien de tel n'a été trouvé chez les personnes âgées de moins de 65 ans ou celles âgées de 65 ans ou plus pour ce qui est de la mortalité par maladies vasculaires cérébrales(115).

Mémoire et apprentissage(edit | change the code)

Un grand nombre d'études ont montré que la caféine pourrait avoir des effets nootropiques, provoquant certains changements dans la mémorisation et l'apprentissage. Cependant, les résultats des tests se sont révélés contradictoires et peu concluants.

Des chercheurs ont découvert que la consommation à long terme de faibles doses de caféine ralentit l'apprentissage dépendant de l'hippocampe (une partie du cerveau associé au processus de mémorisation) et diminue la mémoire à long terme chez la souris. La consommation de caféine durant quatre semaines diminuait significativement la neurogenèse hippocampale comparée aux témoins au cours de l'expérience. La conclusion était que la consommation à long terme de caféine pourrait inhiber l'apprentissage dépendant de l'hippocampe et la mémoire partielle par l'inhibition de la neurogenèse hippocampale(116).

Dans une autre étude, de la caféine était ajoutée in vitro à des neurones de rats. Les épines dendritiques (une partie des neurones formant des connexions entre les neurones) de l'hippocampe ont grandi de 33 % et de nouvelles épines se sont formées. Toutefois, après une heure ou deux, ces cellules ont retrouvé leur forme originale(117).

Une autre étude encore a montré que des sujets ayant reçu 100 mg de caféine avaient une activité accrue dans le lobe frontal, une région du cerveau où se situe une partie du réseau impliqué dans la mémorisation, et le cortex cingulaire antérieur, une partie du cerveau qui contrôle l'attention. Les sujets sous caféine ont également mieux effectué les exercices de mémorisation(118).

Cependant, une étude différente a montré que la caféine pourrait diminuer la mémoire à court terme et augmenter l'occurrence du phénomène dit du « mot sur le bout de la langue ». L'étude a amené les chercheurs à suggérer que la caféine pourrait aider la mémoire à court terme quand l'information à se rappeler est liée au train de pensées, mais également à formuler l'hypothèse que la caféine gênerait la mémoire à court terme quand le train de pensées est sans lien de parenté(119). En résumé, la consommation de caféine augmenterait les performances mentales d'une pensée focalisée, tandis qu'elle pourrait diminuer les capacités de réflexion d'un vaste champ de pensées.

Consommation pendant la grossesse(edit | change the code)

Malgré un usage largement répandu et l'idée communément admise selon laquelle la caféine est une substance sans danger, une étude de 2008 suggère que les femmes enceintes qui consomment 200 mg ou plus de caféine par jour — l'équivalent de deux tasses de café ou plus — ont un risque de fausses couches environ deux fois plus élevé que les femmes qui n'en consomment pas. Cependant, une autre étude n'a pas révélé de lien entre la consommation de caféine et le risque de fausse couche(120),(121). Au Royaume-Uni, la Food Standards Agency (FSA) a recommandé aux femmes enceintes de limiter leur consommation de caféine à moins de 200 mg par jour(122),(123). La FSA fait remarquer que le protocole expérimental utilisé dans ces études ne permet pas de déterminer si les différences observées sont dues à la caféine elle-même ou aux modes de vie associés à une forte consommation de caféine, mais a estimé que le conseil était bon.

La grossesse dure statistiquement un peu plus longtemps (quelques heures) chez les femmes buvant beaucoup de café, mais indépendamment de la caféine, ce qui laisse penser qu'un autre composant du café peut agir sur la grossesse, a priori sans conséquences majeures pour la santé de l’enfant(124). Une étude réalisée en Norvège et basée sur un panel de près de 60 000 femmes enceintes (ayant accouché d'un seul bébé après une grossesse sans complication) n'a pas trouvé de preuve de prématurité accrue(125).

Cette étude a cependant conclu que l'exposition in utero à la caféine est effectivement un facteur de risque de petite poids de naissance du bébé, et ce de manière indépendante au tabagisme (qui est lui aussi facteur de risque et souvent associé à la consommation de café)(124). Les études sur un possible effet de la consommation de caféine durant la grossesse sur le poids du nouveau-né sont néanmoins contradictoires : certaines montrent que la consommation de caféine est corrélée à un poids de naissance plus faible(126), d'autres ne trouvent pas d'association(127). Une méta-analyse de 13 études épidémiologiques a conclu à l'existence d'une association(128). Quel que soit le moment de la grossesse concerné, « toute hausse quotidienne de 100 milligrammes de caféine – l’équivalent d’environ deux tasses de café filtre ou d’un expresso – réduit le poids du nouveau-né de 12 à 18 grammes »(124). L'OMS supposait antérieurement que sous 300 mg/jour ce risque n'existait pas, et il est généralement recommandé de ne pas dépasser plus de 200 mg de caféine par jour(124). L'étude suédoise montre cependant qu'au-dessus de ce seuil de 200 mg/j, une femme nord européenne moyenne a jusqu’à « 62 % plus de risques de porter un enfant de faible taille pour son âge gestationnel »(124).

L'effet potentiel de la consommation de café pendant la grossesse sur la santé ultérieure de l'enfant est moins bien documenté. Des études chez l'animal suggèrent qu'une consommation élevée de caféine pourrait affecter le neurodéveloppement(129),(130). Chez l'humain, les études épidémiologiques existantes s'accordent à conclure qu'une consommation inférieure à 200 mg par jour (environ deux tasses) est sans risque majeur pour le développement cognitif de l'enfant(131),(132). Dans une cohorte épidémiologique française, l'étude EDEN, une consommation supérieure à 200 mg par jour a cependant été mise en relation avec un quotient intellectuel plus bas à l'âge de 5-6 ans(133).

Traitement à base de caféine chez l'enfant prématuré(edit | change the code)

Une étude réalisée sur 2 000 prématurés amène à penser que la caféine aurait un rôle positif sur leurs fonctions respiratoires(134).

Le citrate de caféine a des effets bénéfiques dans le traitement des troubles de la respiration des enfants prématurés tels que l'apnée du prématuré et la dysplasie bronchopulmonaire(83). Le seul risque à court terme d'un traitement au citrate de caféine est la diminution temporaire de la prise de poids au cours de la thérapie(135). Des études sur le long terme (18 à 21 mois) ont montré des avantages durables pour le traitement à la caféine des enfants prématurés(136),(137).

Consommation chez l'enfant(edit | change the code)

Plusieurs études scientifiques ont réfuté la croyance selon laquelle la consommation de caféine entraîne l'ostéoporose chez l'enfant(138). Les enfants peuvent ressentir les mêmes effets induits par la caféine que les adultes. La plupart des boissons énergisantes (contenant de grandes quantités de caféine) ont été interdites dans de nombreuses écoles de par le monde(139) mais elle a d'autres effets secondaires indésirables, dont problèmes d'estomac, de nervosité, de tremblements, d'accélération du rythme cardiaque, d'insomnie et d'irritabilité(138).

Maladie de Parkinson(edit | change the code)

Plusieurs études réalisées à grande échelle ont montré que la prise de caféine est associée à une réduction du risque de développer la maladie de Parkinson chez l'homme, tandis que les études chez la femme ne sont pas concluantes(140),(141),(142),(143). Le mécanisme par lequel la caféine est inversement corrélée à cette maladie demeure un mystère. Chez les modèles animaux, les chercheurs ont montré, sans pouvoir l'expliquer, que la caféine peut prévenir la perte de cellules nerveuses dopaminergiques que l'on observe dans la maladie de Parkinson(144).

Un café dit « décaféiné » ne l'est en fait pas totalement ; pour la plupart des marques, cinq à dix tasses de café « décaféiné » procurent une dose de caféine équivalente à celle de deux tasses de café caféiné, selon une étude nord-américaine qui a testé les cafés de neuf marques par chromatographie en phase gazeuse : hormis une marque, toutes contenaient de 8,6 mg à 13,9 mg de caféine. Selon le Dr Mark S. Gold, professeur de psychiatrie à l'université de Floride, cette quantité est suffisante pour provoquer une dépendance physique au café chez certains consommateurs(145),(146).

L'extraction de caféine est un procédé industriel courant qui peut être réalisé selon trois voies :

  1. Extraction par un solvant organique ;
  2. Extraction par un fluide supercritique (du dioxyde de carbone) ;
  3. Extraction à l'eau.

La première méthode, qui a été utilisée pendant des années, tend à être remplacée par la deuxième pour des raisons sanitaires (traces résiduelles de solvants), d'impact sur l'environnement, de coût et de saveur. La dernière est la moins efficace et peut dénaturer le goût.

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C'est le procédé classique qui repose sur la solubilité différentielle (coefficient de partage) de la caféine. La caféine du café est dissoute dans le solvant organique, généralement un solvant chloré (chloroforme, trichloréthylène ou dichlorométhane) ou le benzène, qui est ensuite éliminé par distillation.
Des solvants organiques tels que l'acétate d'éthyle présentent bien moins de risques pour la santé et l'environnement que les solvants aromatiques et chlorés utilisés par le passé.

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Le dioxyde de carbone fluide supercritique est un excellent solvant apolaire pour la caféine et de plus, il est plus sain que les solvants organiques synthétiques. Le processus d'extraction est simple : le CO2 est forcé à passer au travers des grains de café à des températures supérieures à 31,1 °C et des pressions supérieures à 73 atm. Sous ces conditions le CO2, qui est dans un état supercritique, a les propriétés d'un gaz, ce qui lui permet de pénétrer profondément dans les grains de café, mais a également celles d'un liquide qui dissout 97-99 % de la caféine. Le CO2 chargé de caféine passe ensuite au travers d'un jet d'eau sous haute pression pour en retirer la caféine. La caféine peut enfin être isolée par adsorption sur charbon activé, par distillation, recristallisation ou osmose inverse(147).

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Les grains de café sont mis à tremper dans l'eau. Cette eau, qui ne contient pas seulement de la caféine mais également beaucoup d'autres composés qui participent au goût du café, est ensuite passée à travers du charbon activé, qui retient la caféine. L'eau peut ensuite être remise avec les grains puis évaporée, ce qui laisse un café décaféiné doté d'un bon arôme(147).

La caféine retirée est commercialisée comme ingrédient de sodas ou comme base de comprimés de caféine vendus sans ordonnance.

Certains adeptes de l'Église de Jésus-Christ des saints des derniers jours(148) (Mormons), de l'Église adventiste du septième jour, de l'Église de Dieu restaurée et de la Science chrétienne(149) évitent de consommer de la caféine ou n'en consomment pas du tout, arguant que Dieu est opposé à un usage non médical de substances psychoactives ou, pour les adventistes, que la consommation d'une substance pouvant avoir des effets néfastes sur la santé n'est pas compatible avec le respect du corps que les chrétiens devraient avoir.
Les hindous vaishavistes s'abstiennent généralement de consommer de la caféine alléguant qu'elle trouble l'esprit et hyperstimule les sens. Pour être initié par un guru, on doit ne pas avoir consommé de caféine (de même pour l'alcool, la nicotine et d'autres drogues) pendant au moins une année.

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