Studie zur Untersuchung der Auswirkungen von Koffein auf den Pupillographischen Schläfrigkeitstest bei gesunden Probanden

Abstract

Einleitung: Koffein gehört zur Gruppe der Methylxanthine (diese Substanzen werden von Pflanzen als Fraßschutz gebildet). Nach Kaffeegenuss erreicht die Koffeinwirkung nach ca. 30 Minuten ihr Maximum und hält im Normalfall zwischen zwei und fünf Stunden an. Koffein wirkt vor allem auf die Großhirnrinde. Eine wichtige Wirkung des Koffeins ist die Blockierung von Adenosin-Rezeptoren. Dies führt unter anderem dazu, dass bei schläfrigen Personen Schläfrigkeitserscheinungen aufgehoben werden und die geistige Leistungsfähigkeit gesteigert wird. Wegen der sympathomimetischen Wirkung von Koffein ist zu erwarten, dass Koffein die sympathische Hemmung verstärkt und dadurch zu einer Dämpfung schläfrigkeitstypischer, spontaner Pupillen-oszillationen im Dunkeln führt. Letztere dienen beim Pupillographischen Schläfrigkeitstest (PST) zur objektiven Erfassung von Tagesschläfrigkeit. Bisher fanden alle PST-Studien und -Untersuchungen unter der Bedingung statt, dass der Konsum von Koffein vier Stunden vor der Messung nicht erlaubt war. In dieser Studie wollten wir herausfinden, wie groß der Koffeineffekt auf die Messergebnisse des PST ist und wie lange dieser Effekt anhält. Es sollte eine Antwort gefunden werden auf die Frage: reichen vier Stunden Koffeinkarenz vor Messbeginn aus oder muss die Zeitspanne verändert werden?

Methodik: Mit dem Pupillographischen Schläfrigkeitstest werden die spontanen Pupillenoszillationen in Dunkelheit 11 Minuten lang aufgezeichnet und automatisch mit einer Software ausgewertet. Der Messparameter ist der PUI. Hohe PUI-Werte sprechen für Tagesschläfrigkeit. Vor jeder Messung sollten die Probanden für zehn Minuten entspannt sitzen und z.B. lesen. Wir untersuchten 20 freiwillige Personen, die üblicherweise Kaffee trinken. Jede Person durchlief vier verschiedene Koffein-Bedingungen A bis D. Insgesamt wurden in der ersten Tageshälfte sieben PST-Messungen durchgeführt, gefolgt von einer subjektiven Schläfrigkeitsbewertung (Visuelle Analogskala und Stanford Schläfrigkeitsskala). Das Ausmaß des häuslichen Koffeinkonsums war den Probanden freigestellt. Dagegen war die Labortasse nach der Ausgangsmessung standardisiert. Zwisc Mahlzeiten eingenommen werden. Die vier Bedingungen wurden auf Äquivalenz geprüft. Der Differenzbereich von 0,3 lnPUI war festgelegt worden.

Ergebnisse: Der Konsum von Koffein führte unter allen geprüften Bedingungen zu niedrigeren PUI-Werten, d.h. zu einer Erhöhung der zentralnervösen hen den Messungen war weder Alkohol noch Koffein oder Nikotin erlaubt. Es sollten auch nur leichte Aktivität. Damit konnten Koffeineffekte auf die PST-Messergebnisse eindeutig nachgewiesen werden. Nach der standardisierten Labortasse zeigte sich nach ca. 1.15 Stunden der größte Effekt. Die subjektive Schläfrigkeit der Probanden ähnelte in ihrem Verlauf der objektiv gemessenen.

Diskussion: Der PUI zeigte Koffeinwirkungen überaus deutlich an; diese waren länger als erwartet nachweisbar. Bezüglich der Dauer und Dynamik des Effekts gibt es Parallelen zu Veränderungen des EEG. Limitierungen der Studie liegen im offenen Design. Vor allem die sich ähnlich wie die objektiven PUI-Werte verhaltende subjektive Schläfrigkeit dürfte dadurch beeinflusst worden sein.

Schlussfolgerung: Das Ergebnis dieser Studie führt dazu, dass die bisherige Standardbedingung bzgl. der Koffeinkarenz von vier Stunden vor der PST-Messung geändert werden muss. Nach vier Stunden sind noch deutliche Koffeineffekte sichtbar. Da die Messzeit für den PST in der ersten Tageshälfte liegt (7.30 Uhr – 13.00 Uhr), sollten die Probanden bereits ab Mitternacht vor einer Messung auf Koffein verzichten.

Introduction: Caffeine belongs to the methylxanthine group; these substances are formed by plants for insect protection. Following coffee consumption the caffeine effect reaches its maximum after approx. 30 minutes and normally stops between two and five hours. Caffeine has an effect on the cerebral cortex primarily. An important effect of caffeine is adenosine receptor blocking. Therefore caffeine is a countermeasure against drowsiness and causes an increase of intellectual efficiency. Due to the sympathomimetic effect of caffeine it is expected to enhance central sympathetic inhibition and to dampen sleepiness-related spontaneous pupillary oscillations in darkness. The latters serve for the objective recording of daytime sleepiness during the pupillographic sleepiness test (PST). Up to now all PST studies and examinations have been performed without caffeine intake during the last four hours before the test. In this study we investigated the existence, size and duration of caffeine effects on the PST results. The practical question behind this study was: Do four hours of caffeine restriction before the measurement suffice or should the test preconditions regarding caffeine be changed?

Methods: With the PST the spontaneous pupillary oscillations are recorded in darkness for 11 minutes and evaluated automatically. The parameter of analysis is the PUI. High PUI values indicate daytime sleepiness. Before each recording the subjects should sit quietly and for example read for 10 minutes. We examined 20 healthy volunteers habitually drinking coffee. Each person underwent four different conditions A to D. Altogether, seven PST recordings were carried out, followed by a subjective estimation of sleepiness (visual analogous scale and Stanford sleepiness scale), in the first half of the day. The extent of domestic caffeine consumption in conditions A and B was left up to the subjects. The laboratory cup after the start of the experiments was standardised. Between the measurements neither alcohol nor caffeine or nicotine was permitted; also only light meals were permitted. Conditions were tested for equivalence with a threshold set on 0.3 lnPUI and a level of significance at p=0.05.

Results: Consumption of caffeine during conditions A, B and D resulted in lower PUI values, this means an increase of the central nervous activity. By that, caffeine effects on the results of the PST could be proven clearly. These effects were still visible during the last recording of the series. After the standard coffee cup in the lab the effect showed its maximum after approx. 1.15 h. Even dose effects were found after different coffee habits in conditions A and B. Subjectively perceived sleepiness resembled a similar course as objective PUI values.

Discussion: The PUI clearly reveals caffeine effects lasting longer than four hours. Regarding the duration and dynamics of the effect there are parallels to changes of the EEG reported in the literature. Limitations of the study mainly are related to its open design.

Conclusion: As a result of this study the previous standard conditions concerning caffeine have to be changed. Due to the fact that the recommended recording time for the PST is the first half of the day (7.30-13.00) the subjects must not consume caffeine from midnight before a recording.