1.對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用：咖啡主要有效成分咖啡因和其結構類似物茶堿有很強的中樞興奮作用。但茶堿較咖啡因作用更強，維持時間更長。人服用咖啡因或飲用含咖啡因的飲料常常表現(xiàn)睡意消失，疲勞減輕，思維敏捷。劑量加大，中樞興奮作用更加明顯，出現(xiàn)緊張、焦慮、不安、失眠、震顫等。更大劑量則產(chǎn)生局部或全身痙攣。茶堿在這方面的作用明顯強于咖啡因?？Х纫?、茶堿等甲基黃嘌呤類化合物能增加呼吸中樞對CO2的敏感性。對呼吸中樞也有興奮作用，這種作用在Cheyne－Stoke呼吸（Cheyne－Stoke respiration）和早產(chǎn)兒呼吸暫停等病理狀態(tài)和用阿片類藥物抑制呼吸的情況下更加明顯。這類化合物尚可導致惡心和嘔吐，這部分與其中樞作用有關。人服用85-250mg咖啡因可使長時間腦力勞動工作能力增強，反應時間縮短，但涉及精巧肌肉協(xié)調(diào)和準確計時或算術的工作能力有所下降。有恐懼癥的患者對甲基黃嘌呤類化合物尤其敏感，在一項研究中，大多數(shù)這類患者服用咖啡因血漿濃度達8μg/ml時即表現(xiàn)焦慮、恐懼和其他恐懼癥的典型癥狀。當中樞神經(jīng)系統(tǒng)被用藥物抑制時，低劑量的咖啡因等甲基黃嘌呤類化合物即可表現(xiàn)明顯的中樞興奮作用。另有資料表明這類化合物可特異性地對抗包括鎮(zhèn)痛在內(nèi)的阿片類制劑的作用。小鼠鞘內(nèi)注射不產(chǎn)生痛覺過敏（hyperalgesia）劑量的咖啡因即可提高嗎啡止痛的半數(shù)有效量。但尚無資料表明酒精中毒時，咖啡因可提高大腦功能。研究表明，長期服用咖啡因可產(chǎn)生耐受性和藥物依賴性。
2.對心血管系統(tǒng)的作用：咖啡因、茶堿等甲基黃嘌呤類化合物對循環(huán)系統(tǒng)有明顯的作用。但它們的作用是復雜的，有時是矛盾的。這在很大程度上取決于當時的機體狀態(tài)、劑量以及是否以前服用過這類藥物。從前未用過這類藥物的人服用咖啡因250-350mg可使心率稍有增加，同時收縮壓和舒張壓也有所上升。但上述劑量對常期服用咖啡因的人常常無任何作用。過去未服用過這類化合物的人服用咖啡因后引起的心率和血壓升高是否與兒茶酚胺等化合物和血漿腎素活性升高有關還有待于進一步研究。但目前一致認為對于常期服用者，體內(nèi)上述物質濃度并無明顯變化。在高劑量下，咖啡因和茶堿都可造成心動過速。敏感患者可能出現(xiàn)期前收縮等心律失常。過量服用含咖啡因的飲料也可能出現(xiàn)心律失常，然而，對正常人這種誘發(fā)心律失常的危險性很小，對有缺血性心臟病或心室異位（ventricular ectopy）的患者通常也能耐受中等劑量的咖啡因。甲基黃嘌呤類對腦血管有收縮作用，使腦血管阻力上升，并伴有腦血流量和腦氧張力下降。
3.對平滑肌的作用：甲基黃嘌呤類化合物可舒張各種平滑肌，其中最重要的是對氣管平滑肌的舒張，尤其是在臨床哮喘和實驗中使用藥物使氣管平滑肌收縮的情況下作用尤為明顯。茶堿是該類化合物中最為有效的平滑肌舒張藥，但對其作用機制仍不清楚。此外，該類化合物尚能特異性地對抗阿片類藥物對胃腸道的作用。
4.其他作用：咖啡因有增強人骨骼肌工作能力的作用，也能增加貓間接刺激四頭肌的抽搐張力。在治療劑量下，咖啡因和茶堿均可提高人膈肌的收縮力，減輕膈肌疲勞。此外，甲基黃嘌呤類化合物，特別是茶堿有利尿作用，其增加水和電解質的排泄與噻嗪類化合物相似，長期飲用咖啡可使血漿膽固醇濃度升高，但這并非由于咖啡因所致，而與咖啡所含其他成分有關。（《中華本草》）
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