Кофеин в спорте: краткая история
В начале 1900-х годов тренеры и спортсмены тайно использовали смеси растительных стимуляторов, включая кофеин,(ряд веществ, которые сейчас запрещены и признаны наркотиками) и нитроглицерин, чтобы получить преимущество в соревнованиях. Использование таких "коктейлей" продолжалось, пока эти вещества не стали отпускаемыми по рецепту в 1920-х годах, а Международный олимпийский комитет (МОК) не ввел антидопинговые программы в конце 1960-х.
Ранние исследования кофеина были проведены психологами Уильямом Риверсом и Харальдом Веббером в Кембриджском университете. Они исследовали влияние кофеина на мышечную усталость, используя двойные слепые плацебо-контролируемые эксперименты. Эти исследования заложили основу для дальнейших работ, которые активно развивались с 1940-х годов. В 1970-х исследования в Ball State University показали преимущества кофеина в выносливых видах спорта, что привлекло внимание к его роли в спортивной производительности.
Источники кофеина: Помимо кофе, чая и какао, кофеин добавляется в продукты питания и напитки, включая энергетические напитки, а также используется в лекарствах. Около 96% потребления кофеина происходит из кофе, чая и безалкогольных напитков.
Законность кофеина в спорте: В 1984 году МОК добавил кофеин в список запрещённых веществ, если концентрация в моче превышала 15 мкг/мл, а в 1985 году порог был снижен до 12 мкг/мл. В 2004 году кофеин исключили из списка запрещённых веществ, но он остаётся под наблюдением. Спортсменам рекомендуется поддерживать концентрацию кофеина в моче ниже 12 мкг/мл.
Механизм действия
Хотя воздействие кофеина на центральную нервную систему широко признано основным механизмом, с помощью которого кофеин изменяет производительность, было предложено несколько механизмов для объяснения эргогенных эффектов кофеина, включая увеличение доступности кальция в миофибриллах, оптимизацию метаболизма во время упражнений и доступность субстратов, а также стимуляцию центральной нервной системы. Одним из ранних предложенных механизмов, связанных с эргогенными эффектами кофеина, было наблюдаемое усиление окисления свободных жирных кислот, вызванное адреналином после употребления кофеина, что привело к экономии гликогена и улучшению выносливости. Однако эта гипотеза была оспорена и впоследствии отвергнута, так как в ряде исследований стало ясно, что повышенные уровни свободных жирных кислот наблюдаются в начале упражнений, когда можно было бы ожидать повышенного спроса на топливо за счет окисления жиров. Более того, этот механизм не мог объяснить эргогенные эффекты кофеина при коротких высокоинтенсивных упражнениях, где уровень гликогена не является лимитирующим фактором. Несколько исследований, использующих различные виды упражнений и их интенсивность, не показали снижения дыхательного коэффициента и/или изменений в уровне свободных жирных кислот в крови, что свидетельствовало бы о повышенном метаболизме жиров во время упражнений, когда употреблялась только вода. Употребление более низких доз кофеина, которые не вызывают значительных физиологических реакций (например, дыхательный коэффициент, изменения уровня лактата и глюкозы в крови), также демонстрирует измеримые эргогенные эффекты, что дает серьезные основания полагать, что ЦНС является основным источником наблюдаемых улучшений. Таким образом, внимание сместилось на воздействие кофеина на центральную и периферическую нервные системы во время упражнений, что может изменить субъективное восприятие нагрузки, уровень мышечной боли и, возможно, способность скелетных мышц генерировать силу.
Кофеин, вероятно, оказывает прямое влияние на мышцы, что может способствовать его эргогенности. Наиболее вероятный путь, с помощью которого кофеин может способствовать мышечному сокращению, заключается в мобилизации ионов кальция, что способствует выработке силы каждым двигательным блоком. Уменьшение высвобождения кальция, вызывающее усталость, может быть ослаблено после употребления кофеина. Точно так же кофеин может частично действовать на периферии, увеличивая активность натриево-калиевого насоса, что может усилить возбуждение-сокращение, необходимое для мышечного сокращения. Кофеин воздействует на различные участки тела, но самые надежные данные указывают на то, что основная его цель — это центральная нервная система, которая в настоящее время широко признана основным механизмом, с помощью которого кофеин изменяет умственную и физическую производительность. Считается, что кофеин оказывает влияние на ЦНС путем блокировки аденозиновых рецепторов, что приводит к увеличению высвобождения нейромедиаторов, увеличению частоты разрядов двигательных единиц и подавлению боли.
Кофеин и выносливость
Менее 1% изменения в средней скорости достаточно, чтобы повлиять на распределение медалей в интенсивных олимпийских соревнованиях на выносливость продолжительностью ~45 с до 8 мин. В других соревнованиях, таких как мужская индивидуальная гонка на шоссе, разница между первыми тремя медалистами составляла менее 0,01%. На высшем уровне спорта конкуренты близки к своему генетическому потенциалу, они тренируются интенсивно, соблюдают протоколы восстановления и используют все возможные стратегии для улучшения своих результатов — использование эргогенных средств, когда они легальны, безопасны и эффективны, является заманчивой возможностью.
Кофеин постоянно демонстрировал улучшение выносливости на 2–4% в десятках исследований с использованием доз 3–6 мг/кг массы тела. Соответственно, кофеин является одним из самых популярных эргогенных средств и используется спортсменами и активными людьми в широком спектре видов спорта и занятий, связанных с аэробной выносливостью. Было показано, что кофеин приносит пользу в нескольких видах спорта на выносливость, включая велоспорт, бег, лыжные гонки и плавание.
Большая часть литературы о влиянии кофеина на упражнения сосредоточена на упражнениях на выносливость, поскольку именно в этой области его использование наиболее распространено и приносит пользу большинству, хотя и не всем, спортсменам. Например, в более чем двадцати тысячах проб мочи, собранных для контроля допинга с 2004 по 2008 год после официальных национальных и международных соревнований, было обнаружено, что около 74% элитных спортсменов использовали кофеин как эргогенное средство перед или во время спортивных мероприятий, при этом наиболее высокий уровень выделения кофеина с мочой был зафиксирован в выносливых видах спорта.
Недавний мета-анализ, охватывающий 56 испытаний на выносливость среди спортсменов (79% — велоспорт), показал, что разница в процентах между группами, принимавшими кофеин и плацебо, варьировалась от −3,0 до 15,9%. Этот широкий диапазон результатов подчеркивает значительную индивидуальную вариабельность в масштабах воздействия кофеина. Эти индивидуальные различия могут быть связаны с методологическими различиями между исследованиями, привычным потреблением кофеина участниками и/или частично с вариациями генов, связанных с метаболизмом кофеина и реакцией на него.
В недавнем систематическом обзоре рандомизированных плацебо-контролируемых исследований, изучающих влияние кофеина на выносливость, и мета-анализе, проведенном для определения эргогенного эффекта кофеина на выносливость, было установлено, что кофеин оказывает небольшое, но значительное влияние на выносливость при приеме в умеренных дозах (3–6 мг/кг), а также общее улучшение средней мощности на 2,9±2,2% и небольшое значение эффекта 0,22±0,15. Время завершения испытаний на выносливость также улучшилось на 2,3±2,6% со значением эффекта 0,28±0,12. Однако отмечалась вариабельность в результатах в зависимости от реакции на потребление кофеина, включая случаи ухудшения результатов.
В общем, кофеин неизменно демонстрирует свою эффективность как эргогенное средство при приеме в умеренных дозах (3–6 мг/кг) в упражнениях и спорте на выносливость. Многочисленные исследования показывают устойчивые, хотя и разные по величине, улучшения в выносливости под воздействием кофеина.
Кофеин и мышечная выносливость, сила и мощность
Развитие силы и мощности посредством упражнений с отягощениями является важной частью программ подготовки как для фитнеса, так и для соревновательного спорта. Чаще всего в исследованиях, посвященных силовым заданиям, используют дозы кофеина от 3 до 6 мг/кг массы тела (с полным диапазоном от 2 до 11 мг), принимаемые в виде таблеток или капсул за 30–90 минут до тренировки. В упражнениях с отягощениями сила обычно оценивается с помощью максимального одного повторения (1RM) или различных тестов изометрической и изокинетической силы. Мышечная выносливость оценивает способность мышцы сопротивляться утомлению и важна в многих спортивных дисциплинах (например, плавание, гребля).
Хотя после публикации позиции ISSN в 2010 году было проведено несколько исследований, изучающих влияние кофеина на силовые показатели, существует некоторая неопределенность относительно его пользы в деятельности, связанной с мышечной выносливостью, силой и мощностью.
Кофеин был признан эргогенным для мышечной выносливости в двух мета-анализах, где значения эффектов варьировались от 0,28 до 0,38. Однако другие исследования показали, что кофеин увеличивает силу, но не мышечную выносливость.
Некоторые исследования, в которых изучались несколько задач, связанных с силой и мышечной выносливостью, показали положительный эффект кофеина по всем показателям, тогда как другие исследования не выявили никакой пользы или даже показали ухудшение мышечной выносливости после приема кофеина. Вероятно, потребление кофеина перед выполнением задач на мышечную выносливость может задерживать утомление, но эти эффекты не были единообразно продемонстрированы во всех исследованиях.
Три мета-анализа изучали острые эффекты кофеина на силу, и все они показали эргогенные эффекты. Однако эти эффекты были небольшими и варьировались от 0,16 до 0,20, что эквивалентно изменению в пределах 2–7%. Такие незначительные улучшения мышечной силы, скорее всего, имеют наибольшее практическое значение для спортсменов, соревнующихся в силовых видах спорта, таких как пауэрлифтинг и тяжелая атлетика, где потребление кофеина также наиболее распространено.
Мощность часто оценивается во время коротких интенсивных спринтерских упражнений, таких как тест Вингейта, где участники выполняют предельные усилия в течение 30 секунд. Результаты относительно влияния кофеина на такие показатели разнятся: некоторые исследования показывают улучшения, а другие не подтверждают положительных эффектов. Например, в одном исследовании с участием 10 спортсменов было установлено, что прием кофеина увеличил среднюю мощность и работу в спринтерских заданиях на 7–8,5%. Однако другие исследования не выявили значительных улучшений в результатах тестов.
В общем, потребление кофеина может улучшить показатели силы и мощности, особенно в силовых видах спорта и при выполнении одиночных и интервальных спринтов, однако его влияние на повторные спринты и мышечную выносливость остается непоследовательным.
Кофеин и спортивно-специфическая производительность
Хотя прием кофеина может улучшать показатели в лабораторных условиях, существует ограниченное количество доказательств того, что эти улучшения напрямую переносятся на специфические спортивные задачи. Чтобы решить эту проблему, несколько исследований также изучили влияние кофеина на спортивные задания, используя симуляцию матчей. Многие исследования, проведенные среди спортсменов, участвующих в командных и индивидуальных видах спорта, показали, что кофеин может улучшать производительность в ряде спортивных задач. Однако существуют исследования, которые не выявили таких эффектов:
- Баскетбол: увеличение высоты прыжка, но только у тех, у кого была версия гена CYP1A2 AA; увеличение количества выполненных и успешных штрафных бросков, а также общее число подборов, но кофеин не улучшил время спринта и скорость ведения мяча.
- Футбол: увеличение общего расстояния, пройденного за матч, точности передач и высоты прыжков, но энергетический напиток с кофеином не улучшил результаты теста "Т" у женщин-футболисток и не повлиял на игру у юных футболистов.
- Волейбол: увеличение числа успешных действий и уменьшение количества ошибок, однако кофеин не улучшил физическую производительность в тестах у профессиональных спортсменок и не повлиял на результаты соревнований.
- Американский футбол: не было улучшений в анаэробных тестах, используемых на NFL Combine.
- Регби: увеличение количества телесных столкновений, скорости бега и мощности прыжка, но не повлияло на ловкость.
- Хоккей на траве: увеличение числа интенсивных забегов и спринтов, возможно, нивелирование ухудшения техники, связанного с утомлением.
- Хоккей: ограниченное влияние на спортивные навыки, но возможное увеличение физической активности во время тренировочных матчей.
- Боевые виды спорта: увеличение числа наступательных действий и количество бросков.
- Лыжные гонки: уменьшение времени на преодоление дистанции и улучшение времени до отказа.
В целом, хотя обзоры литературы показывают, что в среднем кофеин оказывает положительное влияние на широкий спектр спортивных задач, его использование может не подходить каждому спортсмену. Применение кофеина требует учета возможных побочных эффектов, и поэтому рекомендуется экспериментировать с дозировками, чтобы определить индивидуальную реакцию и оценить, перевешивают ли положительные эффекты возможные негативные последствия. Спортсменам следует наблюдать за своей физической реакцией на кофеин во время тренировок и соревнований, а также отслеживать изменения настроения и нарушения сна.
Межиндивидуальная вариативность в ответе на кофеин
Исследований, касающихся возможных межиндивидуальных различий в упражнениях на силу или анаэробную мощность, недостаточно, но это не касается выносливости. Во множестве исследований по влиянию кофеина на выносливость не наблюдается зависимости от пола, возраста, VO2 max, вида спорта или эквивалентной дозы кофеина. Однако существуют значительные межиндивидуальные различия в ответе на кофеин при физических нагрузках, что может быть связано с рядом факторов, рассмотренных ниже.
Генетика
Генетические вариации влияют на то, как мы усваиваем, метаболизируем, используем и выводим питательные вещества. Взаимодействие генов и диеты, влияющее на метаболические пути, связанные с физическим состоянием и производительностью, теперь широко признано. В области нутригеномики кофеин является наиболее исследованным соединением. Были проведены несколько рандомизированных контролируемых исследований, посвященных влиянию генетических вариаций на спортивные результаты.
Исследования показали значительную межиндивидуальную вариативность эффекта кофеина, когда речь идет о спортивных показателях, или его отсутствии по сравнению с плацебо. Из-за редкой публикации индивидуальных данных сложно точно определить степень различий в ответах. В некоторых случаях результаты отдельных участников сильно контрастируют с общими результатами исследования, которые могут показывать положительное, отрицательное или нейтральное влияние кофеина на производительность. Например, в исследовании, проведенном Roelands et al., не было обнаружено эргогенного эффекта кофеина у тренированных велосипедистов. В исследовании 50% участников улучшили результаты на кофеине по сравнению с плацебо, а 50% — ухудшили, что, как предположили авторы, связано с межиндивидуальными различиями в ответе на кофеин.
Эти различия частично объясняются вариациями генов, таких как CYP1A2 и, возможно, ADORA2A, которые связаны с метаболизмом кофеина, чувствительностью к нему и реакцией организма. Около 95% кофеина метаболизируется ферментом CYP1A2, который кодируется геном CYP1A2 и участвует в деметилировании кофеина до параксантинов, теофиллина и теобромина. Полиморфизм однонуклеотида -163A > C (rs762551) изменяет активность фермента CYP1A2 и используется для классификации людей как "быстрых" или "медленных" метаболизаторов кофеина. Люди с генотипом AC или CC (медленные метаболизаторы) имеют повышенный риск сердечного приступа, гипертонии и преддиабета при увеличении потребления кофеина, тогда как те, у кого генотип AA, не подвержены этим рискам.
В крупнейшем исследовании о взаимосвязи кофеина, генетики и физической активности изучалось влияние генотипа CYP1A2 на результаты 10-километрового велозаезда у спортсменов после приема кофеина или плацебо. Обнаружено, что улучшение производительности наблюдалось только у "быстрых метаболизаторов" (генотип AA), у которых время заезда сократилось на 6,8% при дозе 4 мг/кг. В группе медленных метаболизаторов (генотип CC) производительность ухудшилась на 13,7% при той же дозе кофеина.
Роль гена ADORA2A также изучается как генетический модификатор влияния кофеина на физическую производительность. Этот ген кодирует аденозиновый рецептор A2A, который регулирует потребление кислорода миокардом и расширение коронарных сосудов. В одном пилотном исследовании было установлено, что кофеин оказывает положительное влияние на физическую производительность у женщин с генотипом TT, в то время как среди носителей аллеля C таких улучшений не наблюдалось.
Кроме того, ADORA2A генетически связан с реакциями на кофеин, влияющими на качество сна. Например, носители генотипов CC и TC более склонны к нарушению сна после употребления кофеина. Важно учитывать, что нарушение сна может негативно сказаться на восстановлении спортсменов и их способности к выполнению физических упражнений.
Ключевые выводы:
- Общая польза кофеина: В большинстве случаев кофеин улучшает выносливость, мощность, скорость и некоторые другие физические показатели в спорте. Однако результаты не всегда однозначны, и в ряде исследований не наблюдается улучшений или даже фиксируются негативные эффекты.
- Генетические факторы: Основной генетический фактор — это вариации генов CYP1A2 и ADORA2A. Эти гены влияют на скорость метаболизма кофеина и его действие на нервную систему. Люди с "быстрым" метаболизмом кофеина (генотип AA в гене CYP1A2) получают наибольшую выгоду от кофеина, особенно в упражнениях на выносливость. В то же время люди с "медленным" метаболизмом (генотип CC) могут испытывать ухудшение спортивных показателей при употреблении кофеина.
- Влияние на сон и тревожность: Вариации гена ADORA2A могут объяснять чувствительность к кофеину в плане сна и уровня тревожности. Люди с генотипом TT в этом гене более подвержены тревожности и нарушениям сна после употребления кофеина, что может негативно сказаться на восстановлении и концентрации в спорте.
- Межиндивидуальные различия: Помимо генетики, индивидуальные реакции на кофеин зависят от привычек его потребления, типа спорта, физического состояния и даже психоэмоциональных факторов. Поэтому универсальные рекомендации относительно употребления кофеина не подходят для всех спортсменов.
Заключение:
Кофеин может быть мощным эргогенным средством, но его использование требует индивидуального подхода. Для спортсменов важно экспериментировать с дозировками и отслеживать свои реакции на кофеин в тренировочных и соревновательных условиях. Спортсмены с генетической предрасположенностью к чувствительности к кофеину должны особенно внимательно подходить к его употреблению, учитывая возможные риски для сна и психического состояния.
ИСТОЧНИКИ: Dunford, Marie; Doyle, J. Andrew. Nutrition for Sport and Exercise (p. 360-362). Cengage Learning. Kindle Edition.
https://jissn.biomedcentral.com/artic...
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/arti...