1. Les effets sur le cerveau et le système nerveux
La caféine a de nombreux effets sur l’organisme qui se font sentir à différents niveaux: notamment sur le système nerveux.
En effet, la caféine est capable comme d'autres substances qui sont considérées comme des drogues telles que l'alcool ou la nicotine contenue dans la fumée de tabac, de traverser la barrière hémato-encéphalique. Une fois cette barrière franchie, la caféine arrive dans le cerveau et les cellules nerveuses qui le composent : les neurones. Ces neurones communiquent entre eux par envoi de messagers chimiques : les neurotransmetteurs. Il s'agit de molécules qui assurent la transmission d’une information d’un neurone à l’autre. Cette transmission est permise par la présence de récepteur sur lesquels se fixent les neurotransmetteurs. Or, comme on peut le voir dans l'image ci-contre, la caféine a une structure moléculaire proche d'un neurotransmetteur présent dans le cerveau, l'adénosine. Cette caractéristique permet à la caféine de se fixer sur les récepteurs sensibles à l'adénosine, mais ne permet pas de les activer. On dit que la caféine est l'antagoniste de l'adénosine, car elle est "compatible" avec les récepteurs de l'adénosine, mais ne stimule pas son action, et donc empêche son fonctionnement. La caféine se fixe donc sur les récepteurs sensibles à l’adénosine, mais sans les activer. Ainsi, l’action de l’adénosine, dont le rôle est de ralentir l’activité nerveuse, afin de faciliter le sommeil notamment en ralentissant le rythme cardiaque, est empêchée par la présence de caféine. Par l'action de la caféine, l'activité neuronale ne diminue donc pas, c'est pour cela que beaucoup de gens consomment du café ou d'autres produits caféinés tels que les boissons énergisantes, pour supporter de longues journées de travail ou pour veiller tard. Toutefois, chez certaines personnes, la consommation de caféine peut diminuer la durée du sommeil ou même altérer sa qualité.
Parallèlement, chez les consommateurs réguliers de caféine, l'organisme s'adapte à la présence quasi-permanente de caféine dans le corps en augmentant le nombre de récepteur sensibles à l'adénosine. Cela implique que, pour une même dose de caféine, ses effets sont largement réduits, c'est le phénomène d'accoutumance : l'organisme s'habitue à cette substance. Cette accoutumance se développe en général rapidement chez les consommateurs réguliers de produits caféinés, puisqu'il faut consommer pendant une semaine trois cafés quotidiens contenant 400 mg de caféine pour qu'elle s'opère. En revanche, lors d'un arrêt brutal de la consommation de caféine, la hausse du nombre de récepteurs à l'adénosine accroît l'efficacité de celle-ci, comme par exemple la dilatation des vaisseaux sanguins dans la boite crânienne, ce qui peut causer des maux de tête. Un état de somnolence peut également être observé, cause de la hausse du nombre de récepteurs à l'adénosine.
Enfin, la consommation de caféine stimule la production de dopamine, parfois appelée à tort "hormone du plaisir" (il s'agit d'un neurotransmetteur). Cependant, l'usage de drogues telles que la caféine épuise la capacité de l'organisme à synthétiser la dopamine. Les récepteurs sensibles à la dopamine ne sont ainsi plus stimulés, ce qui peut amener, dans des cas extrêmes, à un état dépressif.
Modélisation de l'action de l'adénosine et de la caféine sur les neurones
Dans cette animation, on peut voir une représentation de l'antagonisme de la caféine par rapport à l'adénosine. Tout d'abord, on peut observer la présence d'un canal : il en existe plusieurs dans le cerveau, ils servent à la conduction nerveuse, c'est-à-dire à la stimulation électrique d'une cellule nerveuse (dans ce cas-là le neurone). Dans l'organisme, la stimulation des cellules nerveuses ne se fait pas par un courant électrique classique avec des câbles semblables aux câbles métalliques utilisés, mais par des ions chargés positivement ou négativement. Ainsi, dans cette animation, on constate que, sans adénosine, la libération des neurotransmetteurs se fait normalement. Leur libération permet l'ouverture d'un canal dans le neurone destinataire de ces neurotransmetteurs, permettant l'entrée d'un ion sodium Na+ qui stimule électriquement ce neurone. En présence d'adénosine, la libération des neurotransmetteurs s'opère bien de la même façon et l'ion Na+ stimule bien le neurone destinataire, mais l'action de l'adénosine présente sur le récepteur spécifique de ce neurone conduit au ralentissement de l'activité nerveuse. En revanche, en présence de caféine, qui prend la place de l'adénosine sur les récepteurs qui lui sont destinés mais sans les activer, la situation est la même que sans adénosine : l'activité nerveuse ne diminue pas et le neurone est toujours stimulé par l'ion Na +. On constate donc que la présence de caféine favorise l'activité nerveuse. Cette augmentation va, par le biais d'une hausse de la sécrétion d'une hormone, l'adrénaline, avoir des effets également sur le système cardiovasculaire du consommateur.