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Repeated caffeine intake suppresses cerebral grey matter responses to chronic sleep restriction in an A1 adenosine receptor-dependent manner: a double-blind randomized controlled study with PET-MRI

Lin, Y.S. und Lange, D. und Baur, D.M. und Foerges, A. und Chu, C. und Li, C. und Elmenhorst, E.-M. und Neumaier, B. und Bauer, A. und Aeschbach, D. und Landolt, H.-P. und Elmenhorst, D. (2024) Repeated caffeine intake suppresses cerebral grey matter responses to chronic sleep restriction in an A1 adenosine receptor-dependent manner: a double-blind randomized controlled study with PET-MRI. Scientific Reports, 14 (1), Seite 12724. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41598-024-61421-8. ISSN 2045-2322.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://doi.org/10.1038/s41598-024-61421-8

Kurzfassung

Evidence has shown that both sleep loss and daily caffeine intake can induce changes in grey matter (GM). Caffeine is frequently used to combat sleepiness and impaired performance caused by insufficient sleep. It is unclear (1) whether daily use of caffeine could prevent or exacerbate the GM alterations induced by 5‑day sleep restriction (i.e. chronic sleep restriction, CSR), and (2) whether the potential impact on GM plasticity depends on individual differences in the availability of adenosine receptors, which are involved in mediating effects of caffeine on sleep and waking function. Thirty‑six healthy adults participated in this double‑blind, randomized, controlled study (age = 28.9 ± 5.2 y/; F:M = 15:21; habitual level of caffeine intake < 450 mg; 29 homozygous C/C allele carriers of rs5751876 of ADORA2A, an A 2A adenosine receptor gene variant). Each participant underwent a 9‑day laboratory visit consisting of one adaptation day, 2 baseline days (BL), 5‑day sleep restriction (5 h time‑in‑bed), and a recovery day (REC) after an 8‑h sleep opportunity. Nineteen participants received 300 mg caffeine in coffee through the 5 days of CSR (CAFF group), while 17 matched participants received decaffeinated coffee (DECAF group). We examined GM changes on the 2nd BL Day, 5th CSR Day, and REC Day using magnetic resonance imaging and voxel‑based morphometry. Moreover, we used positron emission tomography with [ 18 F]‑CPFPX to quantify the baseline availability of A 1 adenosine receptors (A 1 R) and its relation to the GM plasticity. The results from the voxel‑wise multimodal whole‑brain analysis on the Jacobian‑modulated T1‑weighted images controlled for variances of cerebral blood flow indicated a significant interaction effect between caffeine and CSR in four brain regions: (a) right temporal‑occipital region, (b) right dorsomedial prefrontal cortex (DmPFC), (c) left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), and (d) right thalamus. The post‑hoc analyses on the signal intensity of these GM clusters indicated that, compared to BL, GM on the CSR day was increased in the DECAF group in all clusters but decreased in the thalamus, DmPFC, and DLPFC in the CAFF group. Furthermore, lower baseline subcortical A 1 R availability predicted a larger GM reduction in the CAFF group after CSR of all brain regions except for the thalamus. In conclusion, our data suggest an adaptive GM upregulation after 5‑day CSR, while concomitant use of caffeine instead leads to a GM reduction. The lack of consistent association with individual A 1 R availability may suggest that CSR and caffeine affect thalamic GM plasticity predominantly by a different mechanism. Future studies on the role of adenosine A 2A receptors in CSR‑induced GM plasticity are warranted.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/204911/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Repeated caffeine intake suppresses cerebral grey matter responses to chronic sleep restriction in an A1 adenosine receptor-dependent manner: a double-blind randomized controlled study with PET-MRI
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lin, Y.S.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lange, D.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baur, D.M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Foerges, A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chu, C.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Li, C.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Elmenhorst, E.-M.Eva-Maria.Elmenhorst (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0336-6705NICHT SPEZIFIZIERT
Neumaier, B.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Aeschbach, D.Daniel.Aeschbach (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Landolt, H.-P.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Elmenhorst, D.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 Juni 2024
Erschienen in:Scientific Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:14
DOI:10.1038/s41598-024-61421-8
Seitenbereich:Seite 12724
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2045-2322
Status:veröffentlicht
Stichwörter:coffee, positron emission tomography, magnetic resonance imaging, gray matter plasticity
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Hinterlegt von: Sender, Alina
Hinterlegt am:20 Jun 2024 13:04
Letzte Änderung:20 Jun 2024 13:04

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