zdjęcie główne: mark-daynes-QKylkd3HS6o-unsplash_Easy-Resize.com
Kofeina jest jedną z najpopularniejszych i najczęściej spożywanych substancji psychoaktywnych na świecie. I choć sama nazwa przywołuje w większości na myśl widok i smak świeżo palonej kawy to jest ona zawarta w wielu roślinach takich jak herbata czy kakao. Co więcej, jest ona nierzadko spożywana nieumyślnie za sprawą konsumpcji dużej ilości napojów gazowanych. Dla przykładu 1L popularnej Coca-coli dostarcza około 100mg kofeiny, zaś napój Mountain Dew 150mg co stanowi odpowiednik 500ml napoju energetycznego. Spożycie tejże substancji jest więc codziennością dla znakomitej większości osób a sama kawa i herbata posiada bogatą historię. Choć w większości kofeina jest kojarzona z tymi dwoma ciepłymi napojami to w dzisiejszych czasach jej spożycie znacząco wzrasta ze względu na wysoką popularność napojów energetycznych szczególnie pośród osób młodych.
Kofeina i jej wpływ na zdrowie są od dawna przedmiotem zainteresowania i jest składnikiem nadal budzącym obawy w zakresie zdrowia publicznego. Jednocześnie substancja ta stała się wszechobecna w świecie sportu gdzie istnieje żywe zainteresowanie lepszym zrozumieniem wpływu kofeiny na różne rodzaje wyników sportowych. W związku z tym kofeina zdominowała środki ergogeniczne i domenę badań suplementów sportowych w ciągu kilku ostatnich dekad. Jak wykorzystać w pełni jej potencjał?
MECHANIZM DZIAŁANIA KOFEINY
Kofeina jest białym, gorzkim, bezwonnym proszkiem, rozpuszczalnym zarówno w wodzie i tłuszczach. Substancja ta jest natychmiastowo wchłaniana z poziomu przewodu pokarmowego, głównie jelita cienkiego oraz w mniejszym stopniu w żołądku. To co kluczowe z perspektywy absorpcji to fakt, że kofeina jest substancją wysoce hydrofobową. Oznacza to, że jest ona skutecznie rozprowadzana po całym organizmie. Zdolność odpychania cząsteczek umożliwia jej łatwe przejście przez większość, jeśli nie wszystkie, błony biologiczne, w tym najistotniejszą barierę krew-mózg. Po spożyciu kofeiny oralnie, już po kilku minutach pojawia się ona w krwioobiegu, jednak jej maksymalne stężenie występuje na 30 do 120 minut po spożyciu a zależność ta różni się w odniesieniu do źródła jej pochodzenia.
Kofeina metabolizowana jest w wątrobie przy pomocy wyspecjalizowanych enzymów, które metabolizują i detoksyfikują różnego rodzaju ksenobiotyki w organizmie. Ponad 95% kofeiny jest metabolizowane przez enzym cytochromu p450 1A2 (CYP1A2), który przynależy do układu oksydazy o mieszanej funkcji cytochromu p450. Nazwa ta może brzmieć skomplikowanie jednak to co kluczowe z perspektywy naszej dywagacji to jedynie funkcja wspomnianego enzymu w kontekście metabolizmu kofeiny. Należy zapamiętać, że CYP1A2 i jego sprawność determinuje to jak skutecznie i szybko kofeina zostanie usunięta z naszego organizmu. Enzym ten katalizuje bowiem jej rozpad do 3 głównych metabolitów – paraksantyny, teobrominy oraz teofiliny które stanowią kolejno 84, 12 i 4% całkowitej eliminacji kofeiny. Następnie, metabolity te ulegają dalszemu rozpadowi i utlenieniu do moczanów w wątrobie, przy czym około 3-5% pozostaje w postaci kofeiny po wydaleniu z moczem. Jako ciekawostkę, warto wspomnieć, że metabolity kofeiny można również spotkać jako naturalny składnik żywności. Dla przykładu, kakao jest bogate w teobrominę i co więcej sugeruje się, że jest to jeden ze składników warunkujących pozytywny wpływ na ciśnienie tętnicze za sprawą rozszerzenia naczyń krwionośnych.
Głównym i zarazem podstawowym mechanizmem kofeiny optymalizującym wysiłek fizyczny jest jej wpływ na ośrodkowy układ nerwowy. Nie jest żadnym zaskoczeniem fakt, że właśnie temu działaniu przypisuje się najwięcej benefitów. To właśnie mózg jest organem, który koordynuje nasze ruchy w przestrzeni i determinuje pobudliwość naszych mięśni. Jeżeli dana substancja cechuje się stymulującym działaniem w układzie nerwowym, posiada ona wysoki potencjał wspierający zdolności wysiłkowe.
Nie inaczej jest z kofeiną. Substancja ta nazywana jest antagonistą receptorów adenozynowych, gdyż posiada zdolność ich blokowania co uniemożliwia przyłączanie się do nich cząsteczek adenozyny. Tutaj na chwilę należałoby się zatrzymać, celem zdefiniowania poszczególnych nazw i działania wspomnianych wyżej receptorów i substancji. Na pierwszy ogień kluczowe jest zrozumienie funkcji adenozyny. Cząsteczka ta jest wysoce biologicznie aktywną substancją, posiadającą funkcje sygnalizacyjną. Co więcej adenozyna jest jednym ze składników podstawowej jednostki energetycznej jaką jest Adenozynotrójfosforan (ATP). W procesie wysiłku fizycznego i tym samym rozpadu ATP w celu uzyskania energii zasilającej skurcz mięśniowy, logicznie będzie dochodzić do kumulacji adenozyny, która po połączeniu się z docelowym receptorem będzie wywierać określoną reakcje fizjologiczną.
W ludzkim organizmie znajdują się cztery różne receptory dla adenozyny – A1, A2A, A2B i A3, z czego w mózgu silnie skoncentrowane są podtypy A1 i A2A i to one będą kluczowe w tej dywagacji nad rolą kofeiny. Wraz z trwaniem treningu będzie dochodzić do kumulacji cząsteczek adenozyny, która będzie ostatecznie łączyć się ze swoim docelowym receptorem. Przyłączenie adenozyny do receptorów zlokalizowanych w mózgu ma charakter poniekąd obronny, gdyż w dużym uproszczeniu jest informacją o stanie zmęczenia organizmu. Można więc powiedzieć, że sama adenozyna jest nośnikiem informacji – kopertą z listem, w którym zapisane jest, że twój organizm odczuwa zmęczenie. Gdy list trafi do skrzynki pocztowej, jaką jest receptor adenozynowy, zostaje odczytany i przyjęty do świadomości odbiorcy. Przyłączenie adenozyny do receptorów skutkuje hamowaniem wydzielania neuroprzekaźników, które mają charakter stymulujący w układzie nerwowym. Oznacza to, że adenozyna będzie wpływać tonizująco co potwierdza doniesienia związane choćby z jej wpływem na regulację snu. Kofeina posiada zdolność do przyłączania się do receptorów będących celem głównym dla adenozyny. Kofeina w sposób efektywny łączy się z receptorami A1 i A2A, które jak zostało wspomniane, są w głównej mierze zlokalizowane w mózgu. W początkowej części rozdziału wspomniane zostało, że kofeina to antagonista receptorów adenozynowy i w tym momencie określenie to nabiera znaczenia. Antagonizm oznacza bowiem działanie odwrotne co z perspektywy kofeiny będzie związane z działaniem przeciwnym do adenozyny.
KOFEINA Z TEANINĄ ODD APOLLO’S HEGEMONY – wzrost siły mięśniowej bez uczucia „zjazdu” – KUP TUTAJ
BEZPOŚREDNI WPŁYW KOFEINY NA TKANKĘ MIĘŚNIOWĄ
Kofeina poza swoim wpływem na centralny układ nerwowy, wywołuje zmiany na poziomie samej tkanki mięśniowej, które z perspektywy wysiłków oporowych będą rozpatrywane jako potencjalnie sprzyjające. Działanie to wiąże się z optymalizacją procesów samego skurczu mięśniowego oraz poniekąd zapobieganiu zmęczenia, które jest procesem wieloczynnikowym.
Na poziomie mięśnia, kofeina zwiększa uwalnianie jonów wapnia w komórce co ułatwia wytwarzanie siły i generowanie mocy mięśniowej. Jony wapnia skumulowane są w retikulum sarkoplazmatycznym i muszą zostać uwolnione aby mięsień mógł się kurczyć. Proces ten to pewnego rodzaju ciąg zdarzeń rozpoczynający się od sygnału nerwowego. Zmiana w potencjale elektrycznym w sarkolemmie jest właśnie tym sygnałem, który dociera do retikulum sarkoplazmatycznego powodując uwolnienie wspomnianych jonów wapniowych, które wchodzą w interakcję z elementami kurczliwymi. Na skutek wiązania jonów wapnia z troponiną, która znajduje się na filamencie aktynowym dochodzi do odsłonięcia białka tropomiozyny, do którego przyłączają się główki miozyny. Jest to oczywiście bardzo skrótowo przedstawiony model skurczu mięśniowego jednak ma on za zadanie jedynie posłużyć jako zobrazowanie działania kofeiny w jego kontekście. Wiedząc, że jony wapnia są istotnym czynnikiem w skurczu mięśniowym, ich stymulacja za sprawą suplementacji kofeiny będzie więc optymalizować generowanie siły mięśniowej. Co więcej, efekt ten ogranicza nagromadzenie zmęczenia mięśniowego wraz z serią. Jak ukazuje literatura naukowa, stopniowa redukcja uwalniania jonów wapnia jest jednym z czynników zmęczeniowych, a więc aktywność kofeiny przyczynia się nie tylko do hamowania fatygi na poziomie układu nerwowego, ale również w pewnym, nie koniecznie wysokim stopniu, na poziomie samej tanki mięśniowej
DAWKOWANIE KOFEINY
W oparciu o szereg danych naukowych dotyczących ergogeniczności kofeiny w sporcie oszacowano zalecenia wspierające dawkę 3-6mg/kgmc jako optymalną i skuteczną. W sportach o charakterze oporowym wydaje się, że przedział ten można przesunąć w kierunku wyższych wartości. Jest to związane przede wszystkim z dostępnością prac naukowych, które w znacząco większej ilości badały dawki rzędu 5-6mg/kgmc a co więcej część prac sugeruje zależność efektu ergogenicznego od zastosowanej dawki choć związek ten nie zawsze jest liniowy.
Teza związana z większymi benefitami przy zastosowaniu większych dawek kofeiny w sportach siłowych może mieć swoje podłoże w mechanizmach jej działania. Wydaje się bowiem, że w przypadku podnoszenia ciężarów o wiele istotniejszym czynnikiem poprawiającym zdolności wysiłkowe jest wpływ na rekrutację jednostek motorycznych. Z dużą dozą prawdopodobieństwa wartości 4-6mg/kgmc kofeiny lepiej przekładają się na szybkość „przesyłania impulsów” z układu nerwowego do tkanki mięśniowej. Zależność tą można zauważyć w badaniach wykazujących wzrost prędkości sztangi w zależności od zastosowanej dawki i wielkości obciążenia. Jedna z prac wykazała potrzebę zastosowania aż 9mg/kgmc aby wykazać efekt wspierający zdolności neuromuskularne na 90%1RM w wyciskaniu leżąc. Co więcej, kofeina wykazuje mechanizm działania również obwodowo i na poziomie samej tkanki mięśniowej i prawdopodobnie górne wartości zalecanych dawek będą indukować wsparcie uwalniania jonów wapnia z siateczki sarkoplazmatycznej. Upraszczając, może istnieć potrzeba zastosowania wyższych wartości aniżeli jedyne 3mg/kgmc aby uzyskać wsparcie procesów skurczowych tkanki mięśniowej a nie tylko samo wytłumienie odczucia zmęczenia, które związane jest stricte z blokowaniem receptorów adenozynowych.
ADAPTACJA DO KOFEINY
Kofeina jest niezwykle skutecznym suplementem i bez wątpienia z legalnych dostępnych substancji na próżno szukać lepszego wsparcia zdolności ergogenicznych. Niestety istnieje ryzyko „wyczerpania” jej potencjału gdy konsumpcja będzie wykraczać poza racjonalnie zaplanowany protokół uwzględniony w oparciu o periodyzację treningową.
Zjawisko adaptacji do kofeiny jest obszarem mającym swoje podłoże w literaturze naukowej. Już w latach 90′ starano się sprawdzić czy odstawienie suplementacji na dany okres czasu przyczyni się do nasilenia jej efektu przy ponownej konsumpcji przed-wysiłkowej. Zwykle czas ten był krótki, wynoszący kilka dni a więc nie wykazano szczególnie istotnych różnic w przypadku osób spożywających codziennie średnio ponad 700mg kofeiny.
O wiele ciekawsze wyniki można zauważyć w przypadku protokołów badawczych sprawdzających stałe spożycie kofeiny przed-treningowo na wielkość efektu. Nawykowe spożycie kofeiny w większym stopniu przypomina rzeczywiste podejście do suplementacji, gdzie większość osób traktuje tą używkę jako stały element nie tylko treningu, ale i dnia codziennego. W pracy autorstwa Lara i współpracowaników zastosowano stałe spożycie 3mg kofeiny na kilogram masy ciała przez okres 20 dni. Na przestrzeni projektu zastosowano testy wysiłkowe 3 razy w tygodniu w celu określenia wpływu kofeiny w odniesieniu do wartości wyjściowej, zbadanej w pierwszym dniu.
W literaturze naukowej stosuje się specjalną miarę nazywaną wielkością efektu, będącą statystyczną wartością ukazującą jak duży wpływ wywiera konkretna zmienna. Bazując więc na wielkości efektu względem pierwszego dnia testowego, widoczna jest tendencja spadkowa wraz z czasem trwania projektu badawczego. Oznacza to, że w pierwszych dniach stosowanie kofeiny istotnie przyczyniło się do poprawy wyniku względem wartości bazowej jednak na przestrzeni czasu efekt ten był coraz mniejszy. Stanowi to podstawę sugerującą proces adaptacji do kofeiny, przez co wraz z jej stałym stosowaniem, uzyskanie szalenie istotnej poprawy zdolności wysiłkowych może być niemożliwe.
Zjawisko adaptacji jest standardową procedurą obronna organizmu, która odnosi się do wszelakich substancji o charakterze pobudzającym w centralnym układzie nerwowym. Ludzki organizm nie jest głupi i nie może pozwolić na stałą pracę na wysokich obrotach, gdyż doprowadziłoby to ostatecznie do wyczerpania zarówno fizycznego jak i psychicznego.
NUMBER ONE OD TESTOSTERONE.PL – suplement przedtreningowy z dużą ilością kofeiny – KUP TUTAJ
PERIODYZACJA SPOŻYCIA KOFEINY
Wiedząc, że kofeina jest najlepszym dostępnym suplementem przedtreningowym oraz znając przesłanki mówiące o adaptacji organizmu do jej działania, należy kierować jej spożyciem w sposób optymalizujący zdolności wysiłkowe, unikając przy tym potencjalnej kumulacji zmęczenia. Nadmierne spożycie kofeiny w ciągu dnia może w perspektywie czasu przyczynić się do istotnego nasilenia zmęczenia o charakterze centralnym, co paradoksalnie przyczyni się do istotnie mniejszej efektywnej stymulacji treningiem.
Celem suplementacji jest wsparcie treningu, zapewniając dodatkowe kilka procent ponad nasze 100% możliwości względem warunków niesuplementacyjnych. Oznacza to, że dla uzyskania najlepszych efektów należy ograniczyć kofeinizowanie się jedynie do okresu przed-treningowego. Co więcej, konkretne dawkowanie oraz potrzebę stosowania kofeiny należałoby rozważyć w odniesieniu do okresu treningowego i obciążeń w danym cyklu. Dla przykładu, okres roztrenowania gdzie objętość treningowa jest relatywnie niska, nie będzie wymagał dodatkowego wsparcia zewnętrznego w postaci suplementacji kofeiną. Można więc, całkowicie zrezygnować ze spożycia kofeiny podczas charakterystycznego okresu nazywanego „deload’em” bądź ograniczenia się do skrajnie niskich ilości w postaci pojedynczej lub podwójnej espresso co stanowić będzie dawkę mniejszą od optymalnych wartości zalecanych. Zasada ta jest również racjonalna w początkowych okresach bloków treningowych gdzie trenujemy z dużym „zapasem”.
Dawki obejmujące 3-6mg/kgmc to wartości, które warto rozważyć w momencie kumulacji obciążeń treningowych. Będą to więc okres środkowy bloku akumulacyjnego bądź środek fazy intensyfikacji, wiedząc że kofeina sprzyja szczególnie na wyższych obciążeniach względnych. Kluczowe jest aby dawkowanie rozpoczynać od dolnej granicy i wraz z narastaniem obciążeń treningowych dokonywać ewentualnych modyfikacji.
Okres treningowy o najcięższym charakterze, zwykle będącym końcową fazą akumulacji oraz intensyfikacji, to moment w którym istnieje szansa doświadczenia dodatkowych benefitów na skutek wywindowania dawek kofeiny w okolice 4-6mg/kgmc. Szczególnie subiektywny wzrost zdolności wysiłkowych możemy zanotować gdy dawka ta ogranicza się jedynie do suplementacji przedtreningowej, unikając spożycia kofeiny w każdym innym momencie. Logicznie gdy przychodzi czas roztrenowania po skończonym bloku treningowym, warto rozważyć całkowitą abstynencję od kofeiny w celu ponownego „uwrażliwienia” oraz uniknięcia potencjalnej kumulacji niechcianego zmęczenia.
Pozostaje ostatecznie kwestia skrajnie wysokich dawek kofeiny w przedziale 6-9mg/kgmc. Należy zwrócić uwagę, że w 90% przypadków nie będzie potrzeby stosowania tak „końskiej” ilości kofeiny za względu na wysokie ryzyko skutków ubocznych. Mimo wszystko są to wartości opcjonalne po wcześniejszym przetestowaniu w warunkach roboczych. Istnieje mała grupa osób mogąca czerpać korzyści z wartości ponad optymalnych. Spożycie tak istotnie wysokich dawek, w oparciu o literaturę naukową, może być pomocne przy blisko maksymalnych obciążeniach bądź nagromadzeniu objętości treningowej. Być może ostatni tydzień akumulacji oraz okresy realizacji, mające na celu test naszych możliwości maksymalnych to odpowiednie momenty na przetestowanie skrajnie wysokich dawek kofeiny.
BIBLIOGRAFIA:
Chvasta TE, Cooke AR. Emptying and absorption of caffeine from the human stomach. Gastroenterology. 1971;61(6):838–43.
Carrillo JA, Benitez J. Clinically significant pharmacokinetic interactions between dietary caffeine and medications. Clin Pharmacokinet. 2000;39(2): 127–53.
Graham TE, Spriet LL. Metabolic, catecholamine, and exercise performance responses to various doses of caffeine. J Appl Physiol (1985). 1995;78(3):867–74.
Meeusen R, Roelands B, Spriet LL. Caffeine, exercise and the brain. Nestle Nutr Inst Workshop Ser. 2013;76:1–12.
Fredholm BB, Battig K, Holmen J, Nehlig A, Zvartau EE. Actions of caffeine in the brain with special reference to factors that contribute to its widespread use. Pharmacol Rev. 1999;51(1):83–133.
Fredholm BB, Chen JF, Cunha RA, Svenningsson P, Vaugeois JM. Adenosine and brain function. Int Rev Neurobiol. 2005;63:191–270.
Fredholm BB, Battig K, Holmen J, Nehlig A, Zvartau EE. Actions of caffeine in the brain with special reference to factors that contribute to its widespread use. Pharmacol Rev. 1999;51(1):83–133.
Black CD, Waddell DE, Gonglach AR. Caffeine’s ergogenic effects on cycling: neuromuscular and perceptual factors. Med Sci Sports Exerc. 2015;47(6): 1145–58
Lund JP, Donga R, Widemer C, et al. The pain-adaptation model: a discussion of the relationship between chronic musculoskeletal pain and motor activity. Can J Physiol Pharmacol 1991; 69: 683-94
Farina D, Arendt-Nielsen L, Merletti R, et al. Effect of experimental muscle pain on motor unit firing rate and conduction velocity. J Neurophysiol 2004; 91: 1250-9
Sohn KM, Graves-Nielsen T, Arendt-Nielsen L, et al. In- hibition of motor unit firing during experimental muscle pain in humans. Muscle Nerve 2000; 23: 1219-26
Sylvan C, Jonzono B, Fredholm BB, et al. Adenosine injec- tion into the brachial artery produces ischaemia like pain or discomfort in the forearm. Cardiovasc Res 1988; 22: 674-8
Davis JK, Green JM. Caffeine and anaerobic performance: ergogenic value and mechanisms of action. Sports Med. 2009;39(10):813-32. doi: 10.2165/11317770-000000000-00000. PMID: 19757860.
Astorino TA, Cottrell T, Talhami Lozano A, et al. Effect of caf- feine on RPE and perceptions of pain, arousal, and pleasure/ displeasure during a cycling time trial in endurance trained and active men. Physiol Behav. 2012;106(2):211–7.
Hurley CF, Hatfield DL, Riebe DA. The effect of caffeine ingestion on delayed onset muscle soreness. J Strength Cond Res. 2013;27(11):3101–9.
Pallarés JG, Fernández-Elías VE, Ortega JF, Muñoz G, Muñoz-Guerra J, Mora-Rodríguez R. Neuromuscular responses to incremental caffeine doses: performance and side effects. Med Sci Sports Exerc. 2013 Nov;45(11):2184-92. doi: 10.1249/MSS.0b013e31829a6672. PMID: 23669879.
Venier, S.; Grgic, J.; Mikulic, P. Caffeinated Gel Ingestion Enhances Jump Performance, Muscle Strength, and Power in Trained Men. Nutrients 2019, 11, 937.
Giráldez-Costas V, Ruíz-Moreno C, González-García J, Lara B, Del Coso J, Salinero JJ. Pre-exercise Caffeine Intake Enhances Bench Press Strength Training Adaptations. Front Nutr. 2021;8:622564. Published 2021 Jan 26. doi:10.3389/fnut.2021.622564
Van Soeren MH, Graham TE. Effect of caffeine on metabolism, exercise endurance, and catecholamine responses after withdrawal. J Appl Physiol (1985). 1998 Oct;85(4):1493-501. doi: 10.1152/jappl.1998.85.4.1493. PMID: 9760346.
Wilk M, Krzysztofik M, Filip A, Zajac A, Del Coso J. The Effects of High Doses of Caffeine on Maximal Strength and Muscular Endurance in Athletes Habituated to Caffeine [published correction appears in Nutrients. 2019 Nov 04;11(11):]. Nutrients. 2019;11(8):1912. Published 2019 Aug 15. doi:10.3390/nu11081912
Wilk M, Filip A, Krzysztofik M, Gepfert M, Zajac A, Del Coso J. Acute Caffeine Intake Enhances Mean Power Output and Bar Velocity during the Bench Press Throw in Athletes Habituated to Caffeine. Nutrients. 2020 Feb 4;12(2):406. doi: 10.3390/nu12020406. PMID: 32033103; PMCID: PMC7071256.
