为啥你喝一口咖啡就睡不着，他喝多少都没事？

一千多年前羊品尝咖啡的珍贵影像（误）丨作者自制
咖啡，这种深受人们喜爱的饮料，它的香气、味道和提神效果使得无数人为之倾倒，可谓是学生和打工人的“续命神器”。但奇怪的是，咖啡的提神效果堪称“玄学”：有人喝一杯就能顶一天，有人得一天喝两三杯才能支棱起来；有人大晚上喝上一杯，照睡不误，有人坚持“过午不喝”，不然失眠一整夜……这背后的原因是什么？咖啡提神的背后又有怎样的奥秘？
撰文 | Childe 来源 | 中科院物理所（ID：cas-iop）

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  为什么喝咖啡就能不犯困？

咖啡原产于 非洲的埃塞俄比亚 。据相传，一千多年以前，非洲的一位牧羊人发现羊吃了一种植物（咖啡树）后，变得非常兴奋活泼，进而发现了咖啡。 我们今天常喝的咖啡，就是用经过烘焙的咖啡豆制作出来的饮料，与可可、茶同为流行于世界的主要饮品。 咖啡为什么能让羊和人兴奋呢？主要的原因就是咖啡中含有一种中枢神经系统的兴奋剂-- 咖啡因 。咖啡因不只存在于咖啡中，像能量饮料、茶叶、奶茶、可乐中都有。我们大脑中负责产生困意的是 腺苷和腺苷受体 。咖啡因的分子结构类似于腺苷，能够抢先结合到腺苷受体，占据原属于腺苷的位置，从而 阻止腺苷与腺苷受体结合 ，使我们感到清醒和精神焕发。咖啡之所以能提神醒脑，正是因为咖啡因通过这种机制“挟持”了大脑，阻断了犯困信号的正常传递。

咖啡因和腺苷有相似的化学结构丨图源网络
咖啡因对我们身体的影响远不止于此。它还可以增加心脏的搏动频率，提高血压，甚至影响我们的情绪。这也就是为什么有些人在喝咖啡后会感到 焦虑 或者 亢奋 的原因。

为什么咖啡的效果因人而异？
每个人对咖啡因的反应都是不同的。不同个体之间对咖啡因代谢速率存在较大差异，可能主要归因于肝脏中与咖啡因代谢相关 酶的效率 。我们的基因、年龄、体重甚至是性别都会影响我们对咖啡因的反应。
更具体地说，有些人的 肝脏 可能具有更多的 细胞色素氧化酶等肝酶 ，这使得他们可以快速地 分解咖啡因 ，使其效果减弱；而有些人则可能因为缺少这些酶的原因，对咖啡因的敏感度更高，可能喝了咖啡心脏突突又手抖的。对于这部分人来说，还是要注意控制摄入咖啡因的量。
另外提一点，有些 奶茶 中的咖啡因含量甚至比咖啡还要高好几倍，这也是很多人喝完奶茶难以入眠的原因。

咖啡：乐。丨图源网络
有些 经常喝咖啡 的人可能会发现，咖啡越来越“不管用”了。这是因为如果持续性地摄入咖啡因，咖啡因老是抢占腺苷的受体， 体内游离的腺苷就越来越多 。这样反而会让人更加容易犯困。如果已经出现这种情况，就需要缓一缓，多进行休息，等体内腺苷被分解掉一部分，让大脑重新燃起对咖啡因的爱。另外，研究发现， 长期摄入咖啡因会增加腺苷受体的数量 ，来接收游离在外无家可归的腺苷。这反而会让人容易犯困，从而对咖啡更加依赖。

不想失眠如何喝咖啡？
有人喜欢咖啡的香醇，也有人不适应咖啡的苦涩。有人说喝咖啡有很多好处，也有人害怕喝咖啡后会心慌。如果你是恰好那种喝了咖啡就会失眠的人，那么有没有什么办法 在不失眠的情况下享受咖啡 的香醇呢？

我们知道咖啡因在体内是会逐渐代谢分解的。在这里我们可以引入 半衰期 的概念。在原子物理学中，半衰期（Half-life）是指放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间。
类比到医学领域，药物在体内的代谢过程也按 一级动力学过程 进行，故而药物在体内 也存在相对稳定的半衰期 ，遵从类似的规律，称作 药物消除半衰期 或 血浆半衰期 ，其具体定义是 药物在生物体内浓度下降一半 所需要的时间。因此t时刻体内药物浓度N满足：
N = N0×(1/2)t/T
其中N0是初始时刻药物浓度，T是半衰期。

浓度随时间变化曲线丨作者自制
咖啡因的 半衰期大约为3到5小时 （平均取4小时），也就是说，咖啡因在被人体完全吸收后，大约 4小时后 ，体内的咖啡因 浓度减半 ，8个小时后减到四分之一，以此类推。所以，对咖啡因敏感的人应该尽量避免在睡前几小时内喝咖啡。
知道了这个原理，你也可以对照不同咖啡的咖啡因含量表，然后来 计算需要在睡前提前多长时间来喝咖啡！

不同咖啡的咖啡因含量表丨图源网络
打个比方，小编睡前喝咖啡因含量较低的红茶拿铁，发现不会影响睡眠，也就是在要睡觉的时候N=40mg。那么如果我有天想喝咖啡因含量较高的美式咖啡N0=150mg，就需要提前t=ln(15/4)/ln2 ▪T≈ 1.91 T，也就是需要提前大约 7小时零38分钟 来喝。这样通过简单的计算，就可以精确而优雅地喝咖啡啦！

或者，你可以干脆选择 低咖啡因或者无咖啡因的咖啡 （没错，无咖啡因咖啡真的存在）。现在市场上有低咖啡因或者无咖啡因的咖啡供你选择，这些咖啡的味道和普通咖啡几乎没有区别，但是却可以让你避免失眠。再睡不着，就只能用 助眠的热牛奶或者热巧克力 代替咖啡了。

喝咖啡的正确姿势
首先，想用咖啡提神，得先下手为强，赶在犯困之前喝！
咖啡从入口到吸收是需要时间的。一般 喝完咖啡后 45 分钟 左右，咖啡才被人体充分吸收，99% 的咖啡因会开始发挥作用。半衰期就按 4 小时来计算，也就是说，喝咖啡后的 45 分钟到 4 小时零45 分钟内 ，咖啡因浓度较高，会持续发挥提神作用。当然，提神效果应该是越来越差的。（ 这也说明了为什么喝完咖啡越工作越困 ......）如果你总在早上 10 点犯困，那就在 9 点半左右来一杯咖啡。想在下午保持清醒，那就赶 1 点左右喝咖啡。
另外，喝完咖啡后先睡一会儿再工作，也是个很好的提神方法。据英国一项新的研究发现， 午睡前先喝一杯咖啡，能让午觉醒来后精神更好 。这是由于短时间的睡眠能帮助大脑清除产生睡意的腺苷，与此同时，咖啡因需要一定时才能发挥功效，而这时午睡刚好醒来。研究人员将这种模式称为 咖啡小憩 ，他们声称，在午睡前喝杯咖啡能提高咖啡因对大脑的影响，提高记忆。

其次，喝咖啡一定要适量！ 适量饮用咖啡不仅可以提神，还 对健康有一定好处 。近年来，咖啡被世界各地的研究者证实对健康具有多重有意的功效。喝咖啡或可 降低患大肠癌和肝癌的风险，降低心血管疾病风险 。发表在《英国医学杂志》上的一项研究还表明，咖啡因可能还具有减肥功效，血液中咖啡因含量高可能会 抑制体内的脂肪含量 ，并且降低患Ⅱ型糖尿病的风险。

咖啡确实有诸多好处，但是过量饮用也会带来一些不良后果。短期表现有 失眠、心慌 等。长期、重度（每天 6 杯或以上）的咖啡摄入反而能 增加血液中脂肪的量 ，并且显著提高患心血管疾病的风险。

所以，即便非常喜欢，我们也应该 适量有节制地饮用咖啡 ，控制摄入咖啡因的量。一般来说，每天 最多喝3-4杯 （约400毫克咖啡因）的咖啡是安全的。另外，也应该注意咖啡的糖分和奶油含量，过多的糖分和奶油会增加热量摄入。
最后，不要依赖咖啡，忙碌过后适当休息才是最好的 。
要记住， 咖啡只会推迟疲惫的到来，但不能消除疲惫 。当咖啡因被代谢，疲惫依然会显现。腺苷虽说能通过休息清除， 常年睡眠不足会引起更多健康问题 。当你松弛下来再去喝杯咖啡，会发现咖啡最迷人的不是清醒和克制，而是它的香醇。

如果喝咖啡不提神，那就把咖啡打翻。如果不够，就打翻在电脑上……丨图源网络
咖啡是一种神奇的饮料，它既可以提神醒脑，又可以带给我们愉悦的口感。只要我们正确地、适量地饮用，就可以从中获益。下次当你手中拿着一杯咖啡时，不妨想一想这背后的科学原理，或许会有不同的体验哦！

参考文献

“Caffeine and the central nervous system: mechanisms of action, biochemical, metabolic and psychostimulant effects.” Fredholm, B.B., Bättig, K., Holmén, J., Nehlig, A., & Zvartau, E.E. (1999). Pharmacological reviews, 51(2), 83-133. “Coffee and health: a review of recent human research.” Higdon, J.V., & Frei, B. (2006). Critical reviews in food science and nutrition, 46(2), 101-123. “The World of Caffeine: The Science and Culture of the World’s Most Popular Drug.” Bennett Alan Weinberg, Bonnie K. Bealer. (2001). Routledge. Healthline: 9 Unique Benefits of Coffee 喝了咖啡睡不着，请问如何解咖啡？，知乎 《喝咖啡不仅能减肥，还能降低死亡风险？但很多人都没喝对……》，科普中国

编辑：Childe 本文转载自公众号“ 中科院物理所 ” （id：ios-iop）
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