Wpływ kofeiny wydolność fizyczną sportowców

Dziś piszę bardzo „sucho” i naukowo o tym, jaki jest wpływ kofeiny na wydolność fizyczną sportowców.

Krótko – co jest ta kofeina

Kofeina jest substancją chemiczną (alkaloidem), która występuje w sposób naturalny w liściach, ziarnach i owocach co najmniej 63 gatunków roślin na całym świecie, w tym:

• Nasionach krzewu kawowego (Coffea Arabia);
• Liściach krzewu herbacianego (Camelia sinesis);
• Liściach ostrokrzewu paragwajskiego Mate (Ilex paraguainesis);
• Nasionach drzewa kakaowego (Theobroma cacao);
• Lianie brazylijskiej paulinia gwarana (Paulinia guarana);
• Zarodkach nasion (orzeszków) coli (Cola vera);

Kofeina występuje pod postacią białego lub białawego krystalicznego proszku o gorzkim smaku, jednak jej powszechnym źródłem są napary z kawy i herbaty.

W kawie parzonej zawartość kofeiny różni się w zależności od sposobu przygotowania, preferowanej mocy napoju, marki produktu oraz gatunku kawy. W kawie Robusta zawartość kofeiny jest dwukrotnie wyższa niż w Arabica – 150 ml

Kofeina wchłania się szybko i całkowicie z przewodu pokarmowego, a jej podwyższony poziom pojawia się w krwi po ok. 15-45 minutach od spożycia. Maksymalne stężenie we krwi występuje po 1godzinie i zmniejsza się o 50-75% w ciągu kolejnych 3-6 godzin. Biologiczny okres półtrwania wynosi 2,5 – 4,5h.

Metabolizm kofeiny zachodzi w wątrobie i skutkuje powstaniem trzech metabolitów: paraksantyny, teofiliny i teobrominy.

Kofeina przechodzi przez barierę krew-mózg i wszystkie błony komórkowe w organizmie, rozmieszcza się w poszczególnych tkankach proporcjonalnie do ich uwodnienia. Wydalana jest z moczem w postaci nie zmienionej (3-10%) jako pochodne kwasu mocznikowego i ksantyny.

Wpływ kofeiny na organizm człowieka

Działanie kofeiny opiera się na kilku mechanizmach – część z nich zależna jest od przyjętej dawki.

Kofeina

• Jest antagonistą receptorów, adenozyny, mechanizm działania polega na blokadzie receptorów adenozyny. Adenozyna z kolei jest nukleozydem o dużej aktywności biologicznej. między innymi, wywiera wpływ na układ sercowo-naczyniowy, moczowo płciowy, immunologiczny, oddechowy i nerwowy.
• Zwiększa przepływ krwi w mięśniu sercowym, przez naczynia wieńcowe, w mięśniach szkieletowych,
• Ogranicza aktywność neuronów przez zmniejszenie ilości neuroprzekaźników pobudzających,

Kofeina, jako antagonista receptorów adenozyny wpływa na:

• sen i pobudzenie organizmu,
• powoduje przyspieszenie akcji serca,
• rozszerzenie naczyń krwionośnych,
• zwiększenie lipolizy,
• zwiększenie uwalniania neuroprzekaźników,
• zwiększenie aktywności dopaminy,
• skurcz mięśni naczyń krwionośnych,
• aktywuje kinazę fosforylazy, co prowadzi do rozkładu glikogenu i utworzenia aktywnego kwasu glukuronowego. Kofeina poprzez wspomniany mechanizm degraduje glikogen i lipidy, dostarczając energii komórkom.

Kofeina posiada właściwości pobudzające układ nerwowy, niweluje uczucie zmęczenia i senność, przedłuża wydolność umysłową i psychiczną oraz podtrzymuje stan czuwania.

Wpływ kofeiny na wydolność fizyczną sportowców

Kofeina wpływa na szereg efektów fizjologicznych w organizmie które mogą wpływać na poprawę wyników sportowych. Efekty te są zależne od stopnia wytrenowania sportowca, sposobu, czasy trwania i intensywności ćwiczeń oraz od dawki kofeiny.

 I tak:

Zmniejszenie wykorzystywania glikogenu i zwiększenie mobilizacji kwasów tłuszczowych.

W badaniach oceniających wpływ kofeiny na wydolność fizyczną rowerzystów odnotowano znaczą wzrost wewnątrzmięśniowego utleniania tłuszczu podczas treningu rowerowego – dawka kofeiny ok. 5 mg / kg. ( Essig i wsp.),

W innym badaniu, po spożyciu dawki 9 mg/kg glikoneoliza zmniejszyła się na początku intensywnego treningu (80% VO _2max ) . Wydajność również znacznie wzrosła. Wynik badania potwierdza zwiększone utlenianie tłuszczu w mięśniach. ( Spriet i in.).

Po spożyciu kofeiny i dwugodzinnym treningu izokinetycznym stwierdzono również zwiększenie ilości wolnych kwasów tłuszczowych o 30%w stosunku do grupy placebo ( Bluszcz i wsp).

Zwiększone wydzielanie beta-endorfin.

W porównaniu do grupy placebo, spożycie kofeiny w dawce 6 mg / kg spowodowało wzrost stężenia β-endorfin w osoczu po dwugodzinnym treningu rowerowym 65% VO _2max i gwałtownym zwiększeniu intensywności treningu. Stwierdzono wzrost stężenia endorfin i potwierdzono ich działanie w zmniejszeniu odczuwania intensywności bólu. (Laurent i in.).

Zmiany w funkcjonowaniu układu mięśniowo-nerwowego i/lub skurczach mięśni. Wzrost wytrzymałości i siły:

W badaniu dawka kofeiny 6 mg / kg znacząco zwiększyła siłę izometryczną nóg oraz czas odczuwania zmęczenia podczas maksymalnego treningu nóg .

Dawka 100 mg spowodowała znaczny efekt termogeniczny, pomimo zwyczajowego przyjmowania kofeiny w dawce 100-200 mg dziennie u osoby badanej. Wzrost wydatków na energię nie wrócił do normy 3 godziny po zażyciu kofeiny (Kalmar i Cafarelli).

W dyscyplinach kulturystycznych wyniki badań wskazują na zwiększenie wytrzymałości mięśni klatki piersiowej podczas treningu powtórzeniowego, (Woolf i wsp) oraz tzw. mocy szczytowej podczas testu Wingate ( test tlenowej zdolności wysiłkowej) ( Wofl i wsp.)

Badania biegaczy również wykazały znacznie lepszą wydajność – podczas biegu czas do wyczerpania przy 85% VO _2maxwzrósł z 49 min. w grupie placebo do 71 min przy suplementacji kofeiną 9 mg/kg m/c, podczas jazdy rowerem z 39 min w grupie placebo do 59 min.( Graham i Spriet).

Trening kolarzy górskich podczas badania przy suplementacji 6 mg/kg m/c poskutkował znacznym zwiększeniem odległości przejechanej podczas 1 godziny w porównaniu do grupy kontrolnej placebo.( McNaughton).

Funkcje poznawcze i szybkość reakcji

Kofeina wykazuje działanie:

• Poprawiające czujność, czas reakcji, czas czuwania, pamięć, zdolność do uczenia się (w dawce 200-300 mg ( jednorazowo). ( Lieberman, Mc. Lean – badania żołnierzy US Navy Seals).
• Poprawia reakcje psychomotoryczne, szybkości reakcji, koncentracji kontroli i dokładności u piłkarzy, jak również czasu trwania treningu piłkarskiego ( sprint, przerwa). ( Foskett i wsp).
• Przyspiesza wykonywanie czynności, powodowała wydłużenie czasu trwania treningu rowerowego po trzech dniach suplementacji kofeiną. (Trening 150 min. jazdy (60% VO _2max ), 5 min odpoczynku, Jazda (75% VO _2max ) do wyczerpania).

Wpływ kofeiny na zwiększenie syntezy glikogenu po wysiłku

Udowodniono, że połączenie węglowodanów i kofeiny spożyte po intensywnym treningu pozwala odnowić szybciej i skuteczniej rezerwy glikogenu mięśniowego.

Badania potwierdziły, że suplementacja tylko kofeiną przed i w trakcie wyczerpujących ćwiczeń nie wpłynęła negatywnie na resyntezę glikogenu. (Battran).

W innym badaniu, gdzie wytrenowani rowerzyści i thriatloniści spożywali węglowodanowe odżywki dla sportowców oraz dodatkowo kofeinę w dawce 8 mg/kg m/c, resynteza glikogenu zwiększyła się aż o 66% w porównaniu do przyjmowanie tylko węglowodanów (Pedersen i in.).

Podkreśla się również, że połączenie węglowodanów i kofeiny nie ma większego wpływu na wydajność i wytrzymałość sportowców ( Sasaki, Jacobson, Yeo), w innych badaniach sugeruje się się jednak taką możliwość (Hulston, Kovacs).

Odwodnienie organizmu

Badanie wpływu spożycia kofeiny na diurezę w stanie spoczynku nie powinny być brane pod uwagę w odniesieniu do wyników sportowych.

W badaniach nie potwierdzono powszechnego poglądu o zwiększeniu, po zażyciu kofeiny, odwodnienia podczas wysiłku.

Wybrane badania:

• Badanie podczas dwugodzinnego marszu z 22 kg plecakiem (75%VO _2max )( Falk i wsp).
• Badanie podczas treningu na rowerze, 180 min ( (60% VO _2max )( Wemple i in.).
• Kilkudniowe badania podczas treningów na bieżni, z różną dawką kofeiny ( Roti i in.).
• Badanie przeprowadzone w ciepłych i wilgotnych warunkach ( Millard-Stafford)

W przedstawionych badaniach suplementacja kofeiną nie wpływała na zwiększenie potliwości i zaburzenia równowagi wodno – elektrolitowej podczas wysiłku oraz na termoregulację ciała.

Wnioski dotyczące działania kofeiny podczas wysiłku fizycznego

W przedstawianych publikacjach, suplementacja kofeiną zapewnia ergogeniczną odpowiedź organizmu podczas stałych wysiłków tlenowych o umiarkowanej do wysokiej intensywności w sportach wytrzymałościowych, np. treningi wioślarskie, piłka nożna, rugby, hokej na trawie.

Powyższe treningi charakteryzowały się długim czasem trwania (80-90 min), sprintem przerywanym, krótkimi okresami odpoczynku. Badania potwierdziły tu zwiększenie wydolności, utrzymanie tempa sprintu, poprawę koncentracji w porównaniu do badanej grupy placebo. (Stuart i in, Schneiker i in.).

Suplementacja kofeiną może być korzystna zarówno w krótkim i przerywanym treningu oraz podczas długotrwałych wysiłków o dużej intensywności wyłącznie u wytrenowanych sportowców.

Wytrenowanie

W badaniu osób średnio aktywnych fizycznie podawano 5 mg kofeiny przed 30 sekundowym testem Wintage – nie stwierdzono zwiększenia wydajności w porównaniu do placebo ( Collomp i in.)

Oprócz braku zwiększenia wydolności odnotowano spadek wytrzymałości w czasie ostatnich testów Wingate ( Greer i wsp).

W badaniu pływaków zanotowano znaczny wzrost prędkości pływania stylem dowolnym tylko u osób trenujących (Collomp i in.)

Wnioski:

Kofeina nie jest skuteczna w podnoszeniu wytrzymałości i czasu maksymalnego wysiłku u osób nietrenujących intensywnie lub osób o sporadycznej aktywności sportowej.

Sugeruje się, że możliwe są tutaj określone adaptacje fizjologiczne u osób intensywnie trenujących.

Formy i dawki suplementacji kofeiną a wyniki sportowe

Forma przyjmowanej kofeiny

W badaniu oceniającym jakie źródło kofeiny ma największe znaczenie, podawano biegaczom kofeinę w kapsułkach, zwykłą kawę parzoną, kawę bezkofeinową, kawę bezkofeinową plus w kapsułkach oraz placebo.

Kofeina w kapsułkach znacznie zwiększyła zdolność do wysiłku (85% VO _2max pozwalając zwiększyć przebyty dystans o dodatkowe 2-3 km podczas treningu „do wyczerpania” niż inne jej formy ( Graham i in.).

Podczas parzenia kawy powstają związki chlorogenowe, które maja potencjał do zmiany działania kofeiny jako antagonisty do adenozyny (osłabienie działania kofeiny)(Paulis i wsp).

W kolejnym badaniu potwierdza się, że kofeina bezwodna uzupełniona filiżanką kawy może być nieco mniej skuteczna niż tylko w kapsułkach, jednak nie ma to znaczenia przy stosowaniu dawek małych i umiarkowanych( Mc Lellan i Bell).

Dawki przyjmowanej kofeiny bezwodnej

W badaniach stwierdzono, że kofeina jest skuteczna dla zwiększenia wytrzymałości sportowców, jeśli jest stosowana w niskich do umiarkowanych dawkach (~ 3-6 mg / kg), za to brak jest większych efektów przy stosowaniu w wyższych dawkach (≥ 9 mg / kg).

Badanie wytrenowanych rowerzystów podczas sześciu treningów z różnymi dawkami kofeiny bezwodnej ( 5, 9, 13 mg/kg m/c) wykazało znaczne zwiększenie wytrzymałości w porównaniu z grupą placebo. Nie stwierdzono tu istotnych różnic statystycznych między próbami o najniższej i najwyższej dawce ( Pasman i wsp).

Duże dawki kofeiny mogą stymulować OUN do pewnego momentu – punktu, w którym pobudzające reakcje przestają się nasilać ( Graham i Spriet).

Inne czynniki związane z kofeiną, wpływające na wydolność sportowców

Płeć

Badane dyscypliny: aerobik, stepper, intensywny spacer na bieżni.

W badaniach stwierdzono zmniejszenie odczuwania bólu mięśni nóg, wzrost o 30 min czasu chodzenia przy określonym tętnie, nie odnotowano znaczącej poprawy wytrzymałości podczas treningu stepu, aerobiku i tańca.

Wynik poprawy wytrzymałości zaobserwowano podczas treningu oporowego mięśni w górnej części ciała ( wyciskanie 70% masy ciała).

Przyzwyczajenie do kofeiny (picie kawy).

Efekt suplementacji bezwodną kofeiną powodował:

• Zwiększenie wytrzymałości u osób pijących kawę regularnie i niepijących jej, jednak trwał dłużej o ok. 3 godzin u osób które nie piją kawy (Bell i wsp).
• Większy wzrost poziomu adrenaliny w osoczu podczas ćwiczeń u osób nie przyzwyczajonych do kofeiny( Soeren i wsp).
• W większości badań dzienne spożycie kofeiny nie miało wpływu na wyniki sportowe.

Kofeina a doping

Międzynarodowy Komitet Olimpijski określił dopuszczalne stężenie kofeiny w moczu na 12 µg /1 ml . Według The National Collegiate Athletic Association, stężenie w moczu przekraczające 15 mg / ml uważa się za niezgodne z prawem.

Dawka kofeiny w przedziale 9 – 13 mg / kg, powoduje osiągnie maksymalne dopuszczalnego stężenia w moczu po ok. 1 godzinie,

Koncentracja kofeiny w moczu zależy od płci i masy ciała, 6-8 filiżanek kawy zawierające ok. 100 mg kofeiny na filiżankę skutkuje maksymalnym dopuszczalnym stężeniem w moczu.

Światowa Agencja Antydopingowa nie uważa kofeiny za substancję zakazaną i zaleca program monitorowania w celu prawidłowego stosowania kofeiny podczas zawodów sportowych.

Podsumowanie

• Suplementacja kofeiną zwiększa wytrzymałość i wydajność u osób wysportowanych,
• Suplementacja kofeiną może być korzystna zarówno w krótkim i przerywanym treningu oraz podczas długotrwałych wysiłków o dużej intensywności.
• Działanie kofeiny jest silniejsze, jeśli jest stosowana w postaci bezwodnej.
• Kofeina może zwiększać wydajność sportowców, jeśli jest spożywana 30 – 60 min. przed treningiem.
• Działanie kofeiny jest najbardziej skuteczne w niskich i umiarkowanych dawkach: 3-6 mg/kg m/c.
• Kofeina może zwiększać resyntezę glikogenu po wysiłku.
• Poprawa wydajności jest odmienna u różnych osób i zależna od uwarunkowań fizjologicznych.

Źródła:

GOLDSTEIN, Erica R., et al. International society of sports nutrition position stand: caffeine and performance. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 2010, 7.1: 5.

BOJAROWICZ, Halina; PRZYGODA, Małgorzata. Kofeina. Cz. I. Powszechność stosowania kofeiny oraz jej działanie na organizm. 2012.

JAROSZ, Mirosław, et al. Zawartość kofeiny w produktach spożywczych. Bromat. Chem. Toksykol, 2009, 42.3: 776-781.

SIWEK, Robert; WITKOWSKA-BANASZCZAK, Ewa; SZAMAŃSKI, Marcin. Kofeina w lekach i suplementach diety–znaczenie w lecznictwie. Farm Pol, 2013, 69.9.

Zdjęcia i grafiki pochodzą ze strony https://pixabay.com/pl