在大脑中咖啡因可以阻挡 腺嘌呤核苷接受器。腺嘌呤核苷与它的接受器结合后可以减缓神经细胞的活动。一般在睡眠时两者结合。咖啡因分子与腺嘌呤核苷类似，可以与同一种接受器结合。但它不促使细胞活动降低，相反地，它阻止腺嘌呤核苷与它的接受器结合。其结果是神经细胞活动增高，神经细胞分泌激素肾上腺素。肾上腺素导致心跳加快，血压增高，肌肉中的血流量提高，皮肤和内脏的血流量降低，肝脏向血液释放葡萄糖。此外咖啡因与 氨基丙苯一样可以提高脑内的神经递质多巴胺。
 

　　与其它刺激中枢神经系统的物质和酒精不同的是，咖啡因的作用相当短。对大多数人来说，咖啡因不影响他们的注意力和其它智力功能，因此含咖啡因的饮料往往在工作场所饮用。
 

　　长时间饮用咖啡因可以导致身体对咖啡因的习惯化。假如这时中断使用咖啡因，身体会对腺嘌呤核苷过分灵敏，血压会过度降低，导致头疼和其它症状。zui近的一些研究似乎说明饮用咖啡因可以减低获得 帕金逊症的危险，但这个研究的结论还有待证实。
 

　　太多咖啡因可以导致咖啡因中毒。其症状是烦躁、紧张、刺激感、失眠、面红、多尿和消化道不适。有些人在每日服用250毫克以下时就会有这些症状。每天多于1克可以导致痉挛、思想和语言突然转换、心跳不稳、心动过速和 精神运动性激越。咖啡因中毒的症状有点类似 恐慌症和 全面化焦虑症。192毫克/体重千克[来源请求]或对普通成年人来说72杯咖啡可能可以导致半数人死亡。
 

　　对人来说，咖啡因是安全的，但咖啡因和其它与它类似的物质如茶碱、咖啡碱等可以对其它动物毒性很大，比如对狗和马，原因是这些动物肝脏的新陈代谢与人不同。目前医学界认为咖啡因与骨质流失及骨质疏松症有相关性，因此建议适量摄取咖啡、茶等饮料。

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