Koffein og fysisk prestasjon

Intro

Koffein har blitt inntatt av mennesker siden steinalderen for å redusere trøtthet og øke oppmerksomhet ved å bla tygge på kaffeinnholdige bønner og blader (1). I dag blir koffein hovedsakelig inntatt gjennom væskeholdige dagligvareprodukter (Figur 1), og i 2021 var det globale inntaket av koffein estimert å være 150 000 tonn pr år. Dette tilsvarer omtrent 200 millioner sekker (som veier 60 kg) med kaffebønner i året, og gir ett gjennomsnittlig inntak hos voksne mennesker på ca 75mg pr dag i vestlige land (2). Det er nettopp kaffe de fleste av oss assosier med koffein. Kaffe er derimot bare ett av mange dagligvareprodukter som inneholder koffein. Andre kjente dagligvareprodukter er energidrikker, brus og/eller mørksjokolade (Tabell 1). Disse produktene blir hovedsakelig inntatt fordi en liker smaken. Mange av produktene inntas derimot også for å øke oppmerksomheten, redusere trøtthet, eller få det lille ekstra «kicket» i hverdagen før en skal yte i jobb eller på trening. Hos idrettsutøvere og mosjonister benyttes derimot koffein under fysisk aktivitet hovedsakelig for de prestasjonsfremmende effektene stoffet har rykte på seg å gi. Derimot forbedrer egentlig koffein fysiskprestasjonsevne?

I denne artikkelen vil en besvare:

• Forbedrer koffein fysisk prestasjons evne 

• Hvor mye mengde koffein må en innta for å få en prestasjonsfremmende effekt

• Hvordan forbedrer koffein prestasjonsevnen 

• Kan koffein være helseskadelig

Forbedrer koffein fysisk prestasjonsevne

Grunnet koffeins popularitet og lette tilgjengelighet i samfunnet har koffeins effekt knyttet opp mot fysisk prestasjonsevne blitt studert siden starten av 1900-tallet (3). En av de første studiene innen tematikken av Rivers and Webber i 1907, observerte at ved et oralt inntak på 300 mg koffein øket dette to testpersoner sin evne å utføre biceps curls (med en 4.5 kg vekt) til utmattelse (3). Det var allikevel først rundt 1970-80 tallet med studiene fra Costill sin vitenskapelige gruppe en virkelig fikk øynene opp for koffeins evne å forbedre utholdenhetsprestasjoner. I ett av flere studier på tematikken fant de ut at ett oralt koffein inntak på 300mg øket ni syklister sin varighet til utmattelse på anaerobterskel (80% av O2max). Fra 1980 og frem til i dag er det gjort flere tusen studier på tematikken, og en kan med stor sikkerhet si at ett tilstrekkelig koffein inntak vil hos de fleste personer medføre en økt utholdenhetskapasitet (5, 6). Det er også dokumenter at koffein kan forbedre fysisk prestasjonsevne av kortere aktiviteter hvor de anaerobe energi prosessene og aktivering av motoriske enheter er avgjørende for prestasjonen som ved f.eks. 200m løping eller styrkeløfting (7,8). Resultatene fra anaerobe og kraft øvelser er likevel ikke like entydige som ved typiske utholdenhetsprestasjoner der aerobe energi prosesser begrenser yte evnen (6,7,8,9).

Hvor mye mengde koffein må en innta for å få en prestasjonsfremmende effekt

Så hvor store doser må en innta for å få en prestasjonsfremmende effekt av koffein? Om en oppsummerer litteraturen virker det som om inntaket må være mellom 3-5.0 mg · kg-1 kroppsvekt (For total mengde se tabell 1). Dette er illustrativt vist i figur 1 som viser prestasjonsforbedring ved inntak av ulike mengder koffein pr. kg-1 kroppsvekt. Større doser større enn 5 mg · kg-1 virker å ikke medfører en større økning i prestasjonsevne. Dessuten har en observert at dette i større grad medfører flere uheldige bivirkninger som; hodepine, kvalme, kramper, innsovingsproblemer og synsforvirringer. 

Figur 1: Prosentvis prestasjons forbedring ved ulik dosering på koffein inntak på time trial prestasjoner. Figurene er basert på 58 studier mellom 2010-2022.

De fleste vil derimot slite å få i seg tilstrekkelig mengde koffein ved å innta koffeinholdige dagligvareprodukter som vist i Tabell 1. Det er derfor veldig vanlig at koffein blir inntatt i pilleform, eller gjennom ulike koffeinholdige «energi shots» om en ønsker å nyttiggjøre seg av produktet. Inntaket burde da bli gjort rundt 45-60 minutter før det fysiske arbeidet, og ved en dosering på mellom 3-5 · kg-1 vil dette resultere i plasmakonsentrasjon av koffein i blodet på ~20-50 µmol/L (5,6,7,8). Ved plasma konsentrasjoner innenfor dette området får en nyttiggjort seg av koffeins unike molekylære struktur som er med å forklare produktets prestasjonsfremmende mekanismer.

Hvordan forbedrer koffein prestasjonsevnen  

Det har vært flere teorier knyttet til hvordan koffein øker menneskelig yteevne fra de første studiene på 70 -tallet og frem til 2022. Forklaringen på dette er knyttet til den unike molekylære strukturen koffein har som gjør at den kan passere alle biologiske membraner i den menneskelige kroppen. Spesifikt er prestasjonsforbedringene knyttet opp mot evnen koffein har til å kunne passere hjernebarrieren å blokkere (inhiberer) adenosine reseptorer, samt påvirke det sentrale nervesystem. Adenosine reseptorene er viktige i reguleringen av flere fysiologiske og hormonelle prosesser i menneskekroppen, bla vår fortolking av smerte og opplevd anstrengelse (15). Konkret vil koffein (ved tilstrekkelig dosering) inhibere adenosine A1 og A2 reseptorene som er viktige i det sentrale nervesystemet i fortolking av opplevd anstrengelse og smerte. Når disse reseptorene blir blokkert vil en person ved en gitt arbeidsbelastning oppleve den som lettere. Som ett illustrativt eksempel kan en si at person A løper på en tredemølle på 12 km/t, og ved denne hastigheten oppgir han/hun opplevd anstrengelse som 9 av 10. Ved ett koffein inntak i forkant av samme arbeid vil person A oppleve den samme hastigheten som 7 av 10, og øker dermed hastigheten på tredemøllen til 13 km/t for å oppnå same psykologiske belastningen (9 av 10 i anstrengelse) (7,9,10,11). For langvarige utholdenhetsaktiviteter (1t +) er det også grunnlag for å konkludere med at koffein påvirker metabolismen positivt ved å øke forbrenning av fett under aktiviteten, og vil dermed «spare karbohydrater» (5). Dette medfører at en kan holde same arbeidshastighet over en lengre periode, og/eller øke varigheten en kan opprettholde på en gitt arbeidsbelastning over en gitt distanse. Mekanismene knyttet opp mot dette er tydelig assosiert med en økning av frie fettsyrer i blodbanen og en reduksjon av Respiratorisk Ekspiratorisk Ratio (RER) (4,11,12,13). I typiske stryke og kraft øvelser er det en økning av adrenalin, fyring av motoriske enheter, samt redusert smerte som er forklaringen for økt kraft og anaerob kapasitet etter ett koffeinntak (6,7,8,10,11). Disse mekanismene er også knyttet til inhibering av adenosine reseptorer og vårt sentrale nervesystem. Disse mekanismene er allikevel i mindre grad vel dokument, og det virker å være større individuell variasjon i responsen koffein har på disse sammenlignet med aerobe aktiviteter.

Kan koffein være helseskadelig

Det er en grunn til at vi skal oppleve anstrengelse og smerte under fysisk aktivitet. Dette er kroppens sikkerhetsnettverk for å sikre at en ikke overanstrenger kroppen eller organene sin funksjon. Det er derfor viktig å bemerke at redusert opplevd anstrengelse, smerte og/eller økt arbeidsbelastning etter koffein inntak også medfører større muskulær skade. Dette vil øke risikoen for skader, sykdom og behov for restitusjon mellom hver økt. For personer med hjerteproblematikk er det også en reel risiko da det kan øke risiko for problematikk nyttet opp mot dette (16). Med andre ord «there is nothing like a free lunch», ei heller for koffein og prestasjon. Øker arbeidsbelastningen må de fysiologiske systemene i kroppen yte mer, og dette må videre «betale for». Det er altså viktig å gjøre en vurdering rundt denne problematikken før en bestemmer seg for å benytte koffein for å øke prestasjonsevnen. Spesielt for person under 18 år som ikke er ferdig utviklet skal en være spesielt forsiktig å nyttiggjøre seg av koffein da det for eksempel er assosiert med økt forekomst av myokarditt hos personer som inntar større mengder med energidrikker (16).

Take home message

I tilstrekkelige doser 3 – 5.0 mg · kg-1 kroppsvekt er koffein ett effektivt prestasjonsfremmende middel for å øke fysisk prestasjonsevne. Spesielt er dette vel dokumentert for utholdenhetsaktiviteter. Litteraturen rundt styrke og kraftøvelser er ikke like entydig, og her har folk i større grad individuell respons av koffein. Prestasjonsforbedringene en observerer er nært knyttet opp mot blokkering av adeonsine reseptorer og reduksjon av opplevd anstrengelse og smerte. Konsekvensen av dette er at en undertrykker kroppens beskyttelse mekanismer, og presse de ulike organene og fysiologiske prosessene i kroppen hardere.

Referanser

1. Escohotado A. A brief history of drugs: from the stone age to the stoned age.  1999.

2. https://www.statista.com/statistics/292595/global-coffee-consumption/

3. Rivers WH, W. H. The action of caffeine on the capacity for muscular work. J. Physiol:33-47, 1907.

4. Costill, D. L., G. P. Dalsky, and W. J. Fink. Effects of caffeine ingestion on metabolism and exercise performance. Med Sci. Sports 10:155-158, 1978.

5. Graham, T. E. Caffeine and exercise: metabolism, endurance and performance. Sports Med. 31:785-807, 2001.

6. Burke, L. M. Caffeine and sports performance. Appl. Physiol Nutr. Metab 33:1319-1334, 2008.

7. Beck, T. W., T. J. Housh, R. J. Schmidt, G. O. Johnson, D. J. Housh, J. W. Coburn, and M. H. Malek. The acute effects of a caffeine-containing supplement on strength, muscular endurance, and anaerobic capabilities. J. Strength. Cond. Res. 20:506-510, 2006.ghgh

8. Davis, J. K. and J. M. Green. Caffeine and anaerobic performance: ergogenic value and mechanisms of action. Sports Med 39:813-832, 2009.

9.  Stadheim, Hans Kristian; Kvamme, Bent; Olsen, Raymond; Ivy, John L.; Drevon, Christian A.; Ivy, John L.; Jensen, Jørgen. Caffeine increases performance in cross-country double-poling time trial    exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise. 2013, 45, 2175-2183

10. Stadheim HK, Spencer M, Olsen R, Jensen J. Caffeine and performance over consecutive days of simulated competition. Medicine and Science in Sports and Exercise, 01 Sep 2014, 46(9):1787-1796

11. Stadheim HK, Stensrud T, Brage S, Jensen J. Caffeine Increases Exercise Performance, Maximal Oxygen Uptake, and Oxygen Deficit in Elite Male Endurance Athletes. Medicine and Science in Sports and Exercise, 01 Nov 2021, 53(11):2264-2273

12. Graham, T. E., D. S. Battram, F. Dela, A. El-Sohemy, and F. S. Thong. Does caffeine alter muscle carbohydrate and fat metabolism during exercise? Appl. Physiol Nutr. Metab 33:1311-1318, 2008.

13. Graham, T. E., J. W. Helge, D. A. MacLean, B. Kiens, and E. A. Richter. Caffeine ingestion does not alter carbohydrate or fat metabolism in human skeletal muscle during exercise. J. Physiol 529 Pt 3:837-847, 2000.

14. Graham, T. E., E. Hibbert, and P. Sathasivam. Metabolic and exercise endurance effects of coffee and caffeine ingestion. J. Appl. Physiol 85:883-889, 1998.

15. Fredholm, B. B., K. Battig, J. Holmen, A. Nehlig, and E. E. Zvartau. Actions of caffeine in the brain with special reference to factors that contribute to its widespread use. Pharmacol. Rev. 51:83-133, 1999.

16. Muhammad Wajih Ullah,1 Sunita Lakhani,2 Wardah Siddiq,3 Arshi Handa,4 Yamini Kahlon,5 and Tariq Siddiqui6 Energy Drinks and Myocardial Infarction. Cureus. 2018 May; 10(5): e2658.