Different brain structures exhibit the same caffeine levels after the administration of a single dose of caffeine / Estructuras encefálicas distintas muestran concentración de cafeína similar después de la administración de una dosis única

ABSTRACT

Caffeine is a highly consumed stimulant of the nervous system. Although caffeine has diverse effects on different brain functions, little is known about the specific pharmacokinetics of this substance in the brain. For instance, most studies that assessed caffeine distribution in the rat brain have only measured caffeine levels in the cortex and striatum but not in more specific brain areas. Aims: The purpose of this work was to measure the caffeine concentration in blood and different brain regions (i.e. cortex, striatum, hippocampus, cerebellum and brainstem) at different times after the administration of a single intraperitoneal dose of caffeine. Methods: Adult Wistar rats (250 to 300 gr) were injected with a single intraperitoneal dose of 30 mg/Kg of caffeine. 20, 40, 60 and 80 minutes after administration, subjects were sacrificed by decapitation and samples of plasma, cerebral cortex, striatum, hippocampus, cerebellum and brainstem were obtained. Caffeine levels in the blood and each brain structure were measured by RP-HPLC and statistical analysis was performed. Results: Caffeine levels were higher in the plasma compared to all the brain structures studied. Different brain regions displayed similar caffeine concentrations. For all brain regions, the maximal concentration levels of caffeine were reached in the first 40 minutes after caffeine administration. Conclusions: The results support previous studies that show similar caffeine concentration between cortex and striatum, but also extend the results to other brain structures. Furthermore, caffeine concentration increases similarly in the plasma and brain structures. 40, 60 and 80 minutes after administration, caffeine concentration in the blood is almost two times higher than in the brain. This suggests that the effects of caffeine on different brain functions do not depend on pharmacokinetic differences between brain areas and are rather explained by pharmacodynamics.

RESUMEN

Antecedentes La cafeína es el estimulante del sistema nervioso más consumido a nivel mundial. Aunque, la cafeína tiene diferentes efectos sobre las funciones cerebrales, poco se sabe acerca de su farmacocinética en el cerebro. Por ejemplo, la mayoría de estudios que evaluaron la distribución de cafeína en el cerebro de rata han medido niveles de cafeína en corteza y estriado, pero no en áreas cerebrales más específicas. Objetivo: El propósito del trabajo fue medir la concentración de cafeína en sangre y diferentes regiones encefálicas (corteza, estriado, hipocampo, cerebelo, tallo cerebral), a diferentes tiempos, después de administrar una única dosis de cafeína. Método: Ratas Wistar adultas (250-300 gr) recibieron una dosis intraperitoneal de cafeína de 30mg/Kg de peso. 20, 40 60 y 80 minutos después de la administración, los sujetos se sacrificaron por decapitación y se obtuvieron muestras de plasma, corteza cerebral, estriado, hipocampo, cerebelo y tallo cerebral. Los niveles de cafeína en plasma y estructuras encefálicas se determinaron por RP-HPLC y se realizó análisis estadístico. Resultados: Los niveles de cafeína fueron mayores en plasma que en las regiones encefálicas estudiadas. Las distintas regiones encefálicas presentaron concentraciones similares de cafeína. En todas las regiones, la mayor concentración de cafeína se obtuvo 40 minutos después de la administración de cafeína. Conclusiones: Este estudio soporta resultados previos que muestran concentraciones similares de cafeína entre la corteza y el estriado, además los extiende a otras regiones encefálicas. La concentración de cafeína aumenta similarmente en plasma y estructuras encefálicas. 40, 60 y 80 minutos después de la administración, la concentración de cafeína en plasma es casi el doble de la encontrada en el cerebro. Lo anterior sugiere que los efectos de la cafeína en distintas funciones cerebrales no dependen de diferencias farmacocinéticas entre regiones encefálicas sino que son más bien explicadas por factores farmacodinámicos.