Kofeina
wpływ na wydolność wytrzymałościową w sporcie
Mechanizm działania kofeiny na organizm
- antagonizm wobec receptorów adenozyny
- hamowanie enzymu fosfodiesterazy
- uwalnianie wapnia z magazynów międzykomórkowych
- antagonizm wobec receptora GABA
Antagonizm wobec receptorów adenozyny
Kofeina ma strukturę podobną do adenozyny i może nieselektywnie wiązać się z jej receptorami konkurencyjnie je blokując (Ribeiro i Sebastiao 2010, Reddy i in. 2024). Gdy nie spożywamy kofeiny wiązanie adenozyny z receptorami w ośrodkowym układzie nerwowym będzie sprzyjać spadkowi aktywności (Roberts 2021). Komórki nerwowe nie potrafią jednak odróżnić adenozyny od kofeiny. W związku z tym, po przyjęciu kofeiny, ta wiąże się z receptorami zamiast adenozyny dezaktywując je (Ribeiro i Sebastiao 2010, Reichert i in. 2022). Powoduje to obniżenie senności, dlatego jesteśmy bardziej czujni po wypiciu filiżanki kawy.
Hamowanie enzymu fosfodiesterazy
Uwalnianie wapnia z magazynów międzykomórkowych
Kofeina w bardzo wysokich stężeniach (powyżej przeciętnego spożycia) może łatwo dyfundować do komórek i aktywować kanały wapniowe znajdujące się w siateczce śródplazmatycznej i sarkoplazmatycznej, co powoduje uwolnienie zmagazynowaneych jonów wapnia i stanowi tzw. sygnał wapniowy odgrywający kluczową rolę w skurczu wszystkich typów mięśni. Wzrost uwalniania Ca2+ może przyczynić się do poprawy kurczliwości mięśni i ogólnego wzrostu siły podczas treningów (Allen i Westerblad 1995, Endo 2009, Ferreira i in. 2022).
Antagonizm wobec receptora GABA
Mechanizm ten występuje tylko przy toksycznych stężeniach kofeiny i nie jest zbyt powszechny. Kofeina ma słabe powinowactwo do receptorów benzodiazepinowych, a zatem wykazuje słabe działanie antagonistyczne na receptory GABA (Kaplan i in. 1989).
- stymulacja ośrodkowego układu nerwowego
- opóźnianie procesów zmęczenia
- poprawa czasu reakcji
- poprawa koncentracji
- zmniejszenie percepcji bólu
Zespół odstawienia kofeiny wywołuje takie objawy jak: ból głowy, zmęczenie, obniżoną energię i aktywność, obniżoną czujność, senność, zmniejszone zadowolenie, obniżony nastrój, trudności z koncentracją, drażliwość i brak jasności umysłu (Ferré 2008, Juliano i in. 2012).
Wśród suplementów diety o działaniu pobudzającym spotkać się można także z paraksantyną, która jest dominującym metabolitem kofeiny (80%). Nieliczne dostępne badania toksyczności paraksantyny sugerują, że cząsteczka ta jest stosunkowo bezpieczna. Naturalnie występuje w niewielkich ilościach w niektórych produktach spożywczych m.in. w zielonych ziarnach kawy, liściach liścieniowych Coffea arabica, owocach Theobroma cacao, palonych ziarnach kawy, kwiatach cytrusowych i miodzie z kwiatów sycylijskiej pomarańczy (Szlapinski i in. 2023). Wykazano, że paraksantyna prezentuje wiele takich samych korzyści jak kofeina, w tym poprawę funkcji poznawczych, krótkotrwałą pamięć i wydłużenie uwagi u zdrowych dorosłych. Jednorazowe spożycie 200 mg przyspieszyło czas reakcji na wyzwania poznawcze, a także poprawiło wskaźniki pamięci, rozumowania i uwagi w ciągu sześciu godzin u zdrowych dorosłych (Xing i in. 2021, Yoo i in. 2021 Yoo i in. 2014).
Kofeina w sporcie
Stosowanie kofeiny przed wysiłkiem
- wzrost poziomu wolnych kwasów tłuszczowych i opóźnienie wykorzystanie zapasów węglowodanów w organizmie podczas intensywnej aktywności
- podwyższenie stężenia poziom hormonów stresu, kortyzolu i ACTH, w osoczu (wyższa wydajność)
- wzrost wapnia wewnątrzkomórkowego w mięśniach szkieletowych
- wyższa aktywność pompy sodowo-potasowej, co nasila sprzężenie skurczu pobudzenia
Dawkowanie
Ogólne wytyczne dotyczące kofeiny zalecają spożycie 3–6 mg/kg kofeiny, zazwyczaj 60 minut przed rozpoczęciem ćwiczeń. Jednak istnieje znaczna zmienność międzyosobnicza w reakcji na taki standardowy protokół, a wiele czynników potencjalnie może wpływać na tę zmienność. Indywidualna reakcja na kofeinę jest złożona i podlega wpływom genetycznym, epigenetycznym i niegenetycznym (tj. środowiskowym). Choćby samo regularne spożywanie kofeiny może osłabić jej ergogeniczne działanie podczas suplementacji tuż przed wysiłkiem (Pickering i Kiely 2018).
Forma przyjmowanej kofeiny przed wysiłkiem
Żele i batony z kofeiną
Guma do żucia z kofeiną
Płukanie ust kofeiną
Aerozole
Chociaż badania wykazały zdolność kofeiny do poprawy wydolności poprzez różne mechanizmy, w tym blokadę receptorów adenozyny, zwiększone uwalnianie wapnia z mięśni oraz wpływ na katecholaminy (np. dopamina), kofeina wpływa również pośrednio na rytmy dobowe poprzez zwiększenie reakcji na zmiany faz wywołane światłem. Jednak specyficzne ścieżki, poprzez które kofeina łagodzi poranny spadek wydolności, a następnie go poprawia, pozostają nie do końca poznane.
Źródła
Allen, D. G., & Westerblad, H. (1995). The effects of caffeine on intracellular calcium, force and the rate of relaxation of mouse skeletal muscle. The Journal of physiology, 487(2), 331-342.
Alsabri, S. G., Mari, W. O., Younes, S., Elsadawi, M. A., & Oroszi, T. L. (2018). Kinetic and dynamic description of caffeine. Journal of Caffeine and Adenosine Research, 8(1), 3-9.
Barcelos, R. P., Lima, F. D., Carvalho, N. R., Bresciani, G., & Royes, L. F. (2020). Caffeine effects on systemic metabolism, oxidative-inflammatory pathways, and exercise performance. Nutrition research, 80, 1-17.
Barreto, G., Loureiro, L. M. R., Reis, C. E. G., & Saunders, B. (2023). Effects of caffeine chewing gum supplementation on exercise performance: A systematic review and meta-analysis. European Journal of Sport Science, 23(5), 714-725.
Bjorness, T. E., & Greene, R. W. (2009). Adenosine and sleep. Current neuropharmacology, 7(3), 238-245.
Boyett, J. C., Giersch, G. E., Womack, C. J., Saunders, M. J., Hughey, C. A., Daley, H. M., & Luden, N. D. (2016). Time of day and training status both impact the efficacy of caffeine for short duration cycling performance. Nutrients, 8(10), 639.Boyett, J. C., Giersch, G. E., Womack, C. J., Saunders, M. J., Hughey, C. A., Daley, H. M., & Luden, N. D. (2016). Time of day and training status both impact the efficacy of caffeine for short duration cycling performance. Nutrients, 8(10), 639.
Collado-Mateo, D., Lavín-Pérez, A. M., Merellano-Navarro, E., & Coso, J. D. (2020). Effect of acute caffeine intake on the fat oxidation rate during exercise: a systematic review and meta-analysis. Nutrients, 12(12), 3603.
Conger, S. A., Tuthill, L. M., & Millard-Stafford, M. L. (2022). Does caffeine increase fat metabolism? A systematic review and meta-analysis. International journal of sport nutrition and exercise metabolism, 33(2), 112-120.
Cooper, R., Naclerio, F., Allgrove, J., & Larumbe-Zabala, E. (2014). Effects of a carbohydrate and caffeine gel on intermittent sprint performance in recreationally trained males. European journal of sport science, 14(4), 353-361.
Cox, G. R., Desbrow, B., Montgomery, P. G., Anderson, M. E., Bruce, C. R., Macrides, T. A., … & Burke, L. M. (2002). Effect of different protocols of caffeine intake on metabolism and endurance performance. Journal of applied physiology, 93(3), 990-999.
Davis, J. K., & Green, J. M. (2009). Caffeine and anaerobic performance: ergogenic value and mechanisms of action. Sports medicine, 39(10), 813-832.
DeVido, J. J. (2020). Stimulants: caffeine, cocaine, amphetamine, and other stimulants. Absolute Addiction Psychiatry Review: An Essential Board Exam Study Guide, 185-203.
Endo, M. (2009). Calcium-induced calcium release in skeletal muscle. Physiological reviews, 89(4), 1153-1176.
Ferreira, L. H., Forbes, S. C., Barros, M. P., Smolarek, A. C., Enes, A., Lancha-Junior, A. H., … & Souza-Junior, T. P. (2022). High doses of caffeine increase muscle strength and calcium release in the plasma of recreationally trained men. Nutrients, 14(22), 4921.
Ferré, S. (2008). An update on the mechanisms of the psychostimulant effects of caffeine. Journal of neurochemistry, 105(4), 1067-1079.
Frączek, B., Krysztofiak, H., Krzywański, J. (2024). Dietetyka sportowa. PZWL Wydawnictwo Lekarskie. Wydanie I – 9 dodruk.
Grgic, J. (2021). Effects of caffeine on resistance exercise: a review of recent research. Sports Medicine, 51(11), 2281-2298.
Harpaz, E., Tamir, S., Weinstein, A., & Weinstein, Y. (2017). The effect of caffeine on energy balance. Journal of basic and clinical physiology and pharmacology, 28(1), 1-10.
Hogervorst, E. E. F., Bandelow, S., Schmitt, J., Jentjens, R. O. Y., Oliveira, M., Allgrove, J., … & Gleeson, M. (2008). Caffeine improves physical and cognitive performance during exhaustive exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise, 40(10), 1841-1851.
Huang, Z. L., Urade, Y., & Hayaishi, O. (2011). The role of adenosine in the regulation of sleep. Current topics in medicinal chemistry, 11(8), 1047-1057.
Juliano, L. M., Huntley, E. D., Harrell, P. T., & Westerman, A. T. (2012). Development of the caffeine withdrawal symptom questionnaire: caffeine withdrawal symptoms cluster into 7
factors. Drug and alcohol dependence, 124(3), 229-234.
Kaplan, G. B., Greenblatt, D. J., Leduc, B. W., Thompson, M. L., & Shader, R. I. (1989). Relationship of plasma and brain concentrations of caffeine and metabolites to benzodiazepine receptor binding and locomotor activity. The Journal of pharmacology and experimental therapeutics, 248(3), 1078-1083.
Karayigit, R., Forbes, S. C., Osmanov, Z., Yilmaz, C., Yasli, B. C., Naderi, A., … & Esen, O. (2022). Low and moderate doses of caffeinated coffee improve repeated sprint performance in female team sport athletes. Biology, 11(10), 1498.
Kim, T. W., Shin, Y. O., Lee, J. B., Min, Y. K., & Yang, H. M. (2010). Effect of caffeine on the metabolic responses of lipolysis and activated sweat gland density in human during physical activity. Food Science and Biotechnology, 19(4), 1077-1081.
Layland, J., Carrick, D., Lee, M., Oldroyd, K., & Berry, C. (2014). Adenosine: physiology, pharmacology, and clinical applications. JACC: Cardiovascular Interventions, 7(6), 581-591.
Lorenzo Calvo, J., Fei, X., Domínguez, R., & Pareja-Galeano, H. (2021). Caffeine and cognitive functions in sports: a systematic review and meta-analysis. Nutrients, 13(3), 868.
Mielgo-Ayuso, J., Marques-Jiménez, D., Refoyo, I., Del Coso, J., León-Guereño, P., & Calleja-González, J. (2019). Effect of caffeine supplementation on sports performance based on differences between sexes: a systematic review. Nutrients, 11(10), 2313.
Pickering, C., & Kiely, J. (2018). Are the current guidelines on caffeine use in sport optimal for everyone? Inter-individual variation in caffeine ergogenicity, and a move towards personalised sports nutrition. Sports Medicine, 48(1), 7-16.
Reddy, V. S., Shiva, S., Manikantan, S., & Ramakrishna, S. (2024). Pharmacology of caffeine and its effects on the human body. European Journal of Medicinal Chemistry Reports, 10, 100138.
Reichert, C. F., Deboer, T., & Landolt, H. P. (2022). Adenosine, caffeine, and sleep–wake regulation: state of the science and perspectives. Journal of sleep research, 31(4), e13597.
Ribeiro, J. A., & Sebastiao, A. M. (2010). Caffeine and adenosine. Journal of Alzheimer’s disease, 20(s1), S3-S15.
Roberts, A. (2021). Caffeine: an evaluation of the safety database. In Nutraceuticals (pp. 501-518). Academic Press.
Silva-Cavalcante, M. D., Correia-Oliveira, C. R., Santos, R. A., Lopes-Silva, J. P., Lima, H. M., Bertuzzi, R., … & Lima-Silva, A. E. (2013). Caffeine increases anaerobic work and restores cycling performance following a protocol designed to lower endogenous carbohydrate availability. PLoS One, 8(8), e72025.
Simmonds, M. J., Minahan, C. L., & Sabapathy, S. (2010). Caffeine improves supramaximal cycling but not the rate of anaerobic energy release. European journal of applied physiology, 109(2), 287-295.
Sinclair, C. J., & Geiger, J. D. (2000). Caffeine use in sports. A pharmacological review. J Sports Med Phys Fitness, 40(1), 71-79.
Spriet, L. L. (2014). Exercise and sport performance with low doses of caffeine. Sports medicine, 44(Suppl 2), 175-184.
Szlapinski, S. K., Charrette, A., Guthrie, N., & Hilmas, C. J. (2023). Paraxanthine safety and comparison to caffeine. Frontiers in toxicology, 5, 1117729.
Wickham, K. A., & Spriet, L. L. (2018). Administration of caffeine in alternate forms. Sports Medicine, 48(Suppl 1), 79-91.
Xing, D., Yoo, C., Gonzalez, D., Jenkins, V., Nottingham, K., Dickerson, B., … & Kreider, R. B. (2021). Dose-response of paraxanthine on cognitive function: A double blind, placebo controlled, crossover trial. Nutrients, 13(12), 4478.
Yoo, C., Xing, D., Gonzalez, D., Jenkins, V., Nottingham, K., Dickerson, B., … & Kreider, R. B. (2021). Acute paraxanthine ingestion improves cognition and short-term memory and helps sustain attention in a double-blind, placebo-controlled, crossover trial. Nutrients, 13(11), 3980.
Yoo, C., Xing, D., Gonzalez, D. E., Jenkins, V., Nottingham, K., Dickerson, B., … & Kreider, R. B. (2024). Paraxanthine provides greater improvement in cognitive function than caffeine after performing a 10-km run. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 21(1), 2352779.
Zhang, Y., Yang, W., Xue, Y., Hou, D., Chen, S., Xu, Z., … & Liu, C. (2024). Timing matters: Time of day impacts the ergogenic effects of caffeine – A narrative review. Nutrients, 16(10), 1421.
Porozmawiajmy o naszej współpracy
Formularz kontaktowy