Kofein (II.): Vliv na sportovní výkon

Kofein (I.): Zdroje, žádoucí a nežádoucí účinky

V minulém díle týkajícím se kofeinu jsme se podívali na to, jaké jsou nejčastější zdroje kofeinu přijímané v potravě, jaký je mechanismus jeho účinku, jak je to s kofeinem a hydratací. Byly také popsány nežádoucí účinky nadměrného příjmu kofeinu a jeho bezpečné dávky, jak je uvádí EFSA (Evropský úřad pro kontrolu potravin). V tomto díle minisérie o kofeinu se blíže podíváme na efekt přijímaného kofeinu na sportovní výkon.

Vliv kofeinu na sportovní výkon

Konzumace kofeinu v jeho různých podobách je široce rozšířená po celém světě. Kofein je mezi sportovci široce užívanou látkou, ať již v podobě šálku kávy, či ve formě různých předtréninkových suplementů díky svému ergogennímu (výkon zvyšujícímu) efektu. Efekt zvýšení výkonnosti u řady sportovních disciplín je podpořen množstvím studií a byla doba, kdy byl kofein zařazen Světovou antidopingovou agenturou (WADA) do seznamu zakázaných látek. Kofein na daném seznamu figuroval do roku 2004. Momentálně je kofein zařazen do tzv. monitorovacího programu - sleduje se užívání dané látky při sportovním výkonu a není považován za zakázanou látku.

První zmínka o ergogenním efektu kofeinu se objevila již v roce 1907 v práci Riverse a Webbera a v následujících letech byl tento efekt potvrzen dalšími studiemi, kdy některé z nich poukazovaly na rozdílný vliv kofeinu u trénovaných a netrénovaných osob.¹⁶ Doherty a Smith (2005) se domnívají, že jedním z důvodů, jak kofein zlepšuje výkon, je zvýšení schopnosti tolerovat nepříjemné pocity související s únavou vyvolanou cvičením. Toto "maskování" bolesti je jedním z důvodů, proč se kofein vyskytuje v některých analgetických přípravcích (léky proti bolesti). Například ve studii, kterou provedli Motl s kolektivem (2006), byla po požití kofeinu (oproti placebu) výrazně snížena bolestivost svalů participujících osob při jízdě na kole do vyčerpání.

Jaká koncentrace kofeinu v plazmě je potřeba pro dosažení pozitivního efektu na sportovní výkon? Dle autorů T. McLellana s kolektivem (2016), kteří analyzovali výsledky 27 studií uvádějících koncentraci kofeinu v krvi, je potřeba dosáhnout koncentrace 15 - 20 μM kofeinu v plazmě, aby se mohl dostavit pozitivní efekt na výkon.

Ve většině studií je kofein podáván jednu hodinu před výkonem pro dosažení úplné absorpce a dostatečného zvýšení jeho koncentrace v plazmě a jako optimální dávka pro dosažení ergogenního efektu se považuje 3 - 7 mg/kg tělesné hmotnosti (rozmezí 250 - 500 mg), vyšší dávky již mohou mít negativní dopad (negativní účinky byly zmíněny v prvním díle). Vzhledem ke zlepšení výkonu je třeba počítat také s faktem, že je rozdíl, zda kofein přijmeme po jídle, či nalačno. Dávka kofeinu 4 mg/kg (cca 300 mg) přijatá po jídle před cvičením může vést k nedostatečné koncentraci v plazmě bez dosažení ergogenního efektu,^3,4 přičemž tyto dávky při podání nalačno ergogenní efekt vyvolat dokážou.⁵

Účinek kofeinu je rovněž ovlivněn délkou trvání aktivity a její intenzitou. Zkráceně lze konstatovat, že čím kratší a intenzivnější je aktivita, tím méně výrazný je efekt kofeinu na výkon.⁶ Ovšem i v případě odporového tréninku, který se vyznačuje krátkými intervaly cvičení o relativně vysoké intenzitě, kofein zřejmě může mírně výkon zvýšit. Podkladem pro to může být metaanalýza G.L. Warrena a kol. (2010), kde po analýze 34 relevantních studií dospěli k závěru, že kofein zvyšuje svalovou sílu a vytrvalost. Zajímavostí je, že efekt zvýšení svalové síly je průkazný především u svalstva přední strany stehna, u ostatních svalových skupin tento efekt z analyzovaných dat průkazný nebyl. Metaanalýza autorů J. Grgice a kol (2018) ohledně vlivu kofeinu na svalovou sílu přinesla odlišné výsledky. Autoři analyzovali 17 studií, které splňovaly podmínky pro zařazení do analýzy. Byly vyvozeny závěry, že suplementace kofeinem může mít výraznější pozitivní efekt u svalstva horní poloviny těla. V souhrnu tedy nelze vyloženě říci, kdo z autorů má pravdu, jelikož efekt kofeinu může ovlivňovat celá řada parametrů. Jedním z nich může být varianta genu CYP1A2 (základní pojmy genetiky potřebné pro orientaci v následujících odstavcích si můžete připomenout zde), kterou se zabývaly některé další studie. Pojďme tedy zjistit, jaké výsledky tyto studie přinesly a co je možno vyvodit.

Interakce genetiky a kofeinu vzhledem k výkonnosti

Gen CYP1A2 kóduje jaterní enzym o stejném názvu, který ovlivňuje rychlost metabolismu kofeinu, a vypadá to, že právě varianta tohoto genu by mohla být zodpovědná rovněž za odpověď organismu ve smyslu sportovní výkonnosti po příjmu kofeinu.⁹

Vzhledem k tomu, že gen CYP1A2 může být tvořen dvěma alelami (C a A), existují 3 možné genotypy:

• AA
• AC
• CC

U europoidní rasy je výskyt AA genotypu asi 46 %, AC genotypu 44 % a CC genotypu 10 %.¹⁰ Právě AA genotyp je popisován jako "rychle metabolizující kofein" a degraduje kofein rychleji nežli AC či CC.

Jaký vztah vzhledem ke genotypu a sportovnímu výkonu při užití kofeinu prokázaly vědecké studie?

V jedné studii zabývající se vlivem genetiky na výkon po příjmu kofeinu zjišťovali Ch. Womack a kol. (2012), jaký rozdíl ve výkonnosti bude u osob (celkem 35 zúčastněných osob) disponujících genotypem AA oproti osobám s genotypem AC a CC. Ve výsledku si nositelé varianty AA v průměru vylepšili po suplementaci kofeinem čas o 3,8 minuty, oproti tomu nositelé C alely v průměru o 1,3 minuty, tento rozdíl byl shledán jako statisticky významný. Autorský kolektiv v čele s N. Guestovou (2018) zjišťoval efekt kofeinu na vzorku 101 osob (49 % AA, 43 % AC, 8 % CC, tedy čísla velmi podobná výskytu genotypu, jak jej uvádí Sachse a kol., 1999) při cyklistickém testu na 10 km. Každá z osob podstoupila tento test za tří odlišných podmínek (obdrželi placebo, 2 mg kofeinu na kg tělesné hmotnosti či 4 mg/kg). Byla zjištěna významná interakce kofein - varianta genu. Byl zjištěn pozitivní efekt na výkon při podání 2 mg/kg i 4 mg/kg kofeinu, ale pouze u jedinců AA genotypu. Nebyl zjištěn žádný vliv na výkon při podání kofeinu u jedinců AC a byl zjištěn dokonce negativní vliv na výkon při podání 4 mg/kg kofeinu u genotypu CC. Tato zjištění nejsou v souladu s některými dalšími studiemi, kdy Pataky s kolektivem (2016) zjistili výraznější zlepšení výkonu u nositelů C alely nežli u homozygotu AA při jízdě na cyklistickém ergometru na vzdálenost 3 km.

R. Rahimi (2018) zkoumal, jak je to s výskytem výše uvedených genotypů a sportovní výkonností v souvislosti s odporovým tréninkem. Vzorek 30 trénovaných mužů prováděl tři série do selhání o intenzitě 85 % maxima u následujících cviků: bench-press, legpress, veslování, tlaky na ramena. Probandi podstoupili testování po příjmu kofeinu (6 mg/kg) či placeba (6 mg/kg maltodextrinu). Po příjmu kofeinu došlo ke znatelnému navýšení výkonnosti u jedinců genotypu AA a nikoliv u nositelů alely C.

Jeden z možných mechanismů vedoucích k ergogennímu efektu kofeinu u jedinců disponujících AA genotypem je vyšší vazebná afinita adenosinových receptorů pro metabolity kofeinu nežli pro samotný kofein.¹³

Výsledky studií týkající se vlivu genotypu na sportovní výkon při použití kofeinu tedy nejsou příliš jednoznačné. Nad rozporuplnými výsledky se zamýšlí C. Pickering (2018) ve svém dopise editorům periodika Irish Journal of Medical Science. Jako hlavní důvod absence ergogenního efektu u nositelů C alely udává časování příjmu, kdy tito jedinci metabolizují kofein pomaleji, přičemž by možná bylo třeba zvážit suplementaci kofeinu nikoliv hodinu před výkon (jak je to u drtivé většiny studií), ale například 90 - 120 minut, kdy by již mohl být kofein plně metabolizován. Jak dále udává, je potřeba tuto variantu zvážit a následně otestovat, aby bylo možné vyvodit závěry.

V každém případě to ovšem vypadá, že zjištění varianty genotypu by mohlo být užitečné při určování dalších kroků v personalizaci nutričních doporučení sportovcům snažícím se o maximalizaci sportovní výkonnosti.

Právě personalizace výživy vzhledem k interakcím potravina - genotyp je jedním z cílů vědního oboru nutrigenomiky. Nutrigenomika zkoumá, jak složky potravy, kterou přijímáme, ovlivňují naši genetickou informaci. Do tohoto vědního oboru jsou vkládány velké naděje do budoucna, především pokud se jedná o předcházení a léčbu určitých onemocnění.

Vzhledem k tréninkovému snažení je třeba brát v potaz také časování příjmu kofeinu ve vztahu k denní době. Jelikož kofein může interagovat s tkáněmi až 7 hodin, není zcela ideální příjem kofeinu před tréninkem v pozdním odpoledni či navečer, kofein pak může působit ještě v době ulehnutí do postele, a tím pádem může nastat situace, kdy bude velmi obtížné usnout anebo s usnutím problém nebude, ovšem může být výrazně ovlivněna kvalita spánku. To můžete poznat následující ráno, kdy přesto, že jste spali svých obvyklých 8 hodin, tak se nemusíte cítit zcela "fresh". Není snad třeba připomínat, jak důležitá je kvalita spánku pro regenerační procesy našeho organismu. Tento negativní vliv na spánek se může projevit po dosažení hranice příjmu 100 mg kofeinu v krátkém časovém horizontu před ulehnutím do postele.¹⁵ Je tedy třeba zvážit, či je kofein před tréninkem v pozdních hodinách opravdu potřebný, zdali nebudou převažovat spíše negativní dopady nad těmi pozitivními.

Závěrečné shrnutí poznatků

• Kofein ve stravě přijímáme z různých zdrojů - čaj, káva, čokoláda, energetické či kolové nápoje.
• Hlavní mechanismus účinku kofeinu je blokace adenosinových receptorů a zabránění navázání adenosinu, který navozuje ospalost.
• Již dávky od 32 mg kofeinu mohou podporovat kognitivní funkce jako bdělost, ostražitost, reakční čas, ovšem příliš vysoké dávky mohou mít negativní dopad (roztěkanost, nervozita, třes apod.).
• Dle EFSA je obvyklá spotřeba 400 mg kofeinu denně u dospělých považována za bezpečnou (u těhotných žen je hranice posunuta níže, a to na 200 mg/den).
• Příjem kofeinu u zdravého jedince nevyvolává nadměrné vylučování tekutin.
• Optimální dávka kofeinu pro dosažení ergogenního efektu se uvádí v rozmezí 250 - 500 mg kofeinu (3 - 7 g/kg tělesné hmotnosti).
• Pozitivní účinek kofeinu je průkaznější u aktivit o delší době trvání a se zkracováním aktivity a zvyšováním její intenzity se tento účinek zmenšuje.
• Jedním z možných způsobů, jak kofein ovlivňuje sportovní výkon, může být zvýšení tolerance nepříjemných pocitů (únavy) vyvolaných cvičením.
• Někteří jedinci mohou po příjmu kofeinu vykazovat rovněž pokles výkonnosti, vypadá to, že by to mohlo být podmíněno variantou genu kódujícího jaterní enzym a s ním spojenou rychlostí metabolismu kofeinu.

Použité zdroje:
1. Doherty, M. a P. M. Smith, 2005. Effects of caffeine ingestion on rating of perceived exertion during and after exercise: a meta-analysis. Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports [online]. 15(2), 69-78 [cit. 2019-02-02]. DOI: 10.1111/j.1600-0838.2005.00445.x. ISSN 0905-7188. Dostupné z: http://doi.wiley.com/10.1111/j.1600-0838.2005.00445.x
2. Motl, Robert W., Patrick J. O'Connor, Leslie Tubandt, Tim Puetz a Matthew R. Ely, 2006. Effect of Caffeine on Leg Muscle Pain during Cycling Exercise among Females. Medicine & Science in Sports & Exercise [online]. 38(3), 598-604 [cit. 2019-02-02]. DOI: 10.1249/01.mss.0000193558.70995.03. ISSN 0195-9131. Dostupné z: https://insights.ovid.com/crossref?an=00005768-200603000-00028
3. Desbrow, Ben, Clare M. Barrett, Clare L. Minahan, Gary D. Grant a Michael D. Leveritt, 2009. Caffeine, Cycling Performance, and Exogenous CHO Oxidation. Medicine & Science in Sports & Exercise [online]. 41(9), 1744-1751 [cit. 2019-02-03]. DOI: 10.1249/MSS.0b013e3181a16cf7. ISSN 0195-9131. Dostupné z: https://insights.ovid.com/crossref?an=00005768-200909000-00009
4. Skinner, Tina L., David G. Jenkins, Jeff S. Coombes, Dennis R. Taaffe a Michael D. Leveritt, 2010. Dose Response of Caffeine on 2000-m Rowing Performance. Medicine & Science in Sports & Exercise [online]. 42(3), 571-576 [cit. 2019-02-03]. DOI: 10.1249/MSS.0b013e3181b6668b. ISSN 0195-9131. Dostupné z: https://insights.ovid.com/crossref?an=00005768-201003000-00023
5. Lane, Stephen C., Jose L. Areta, Stephen R. Bird, Vernon G. Coffey, Louise M. Burke, Ben Desbrow, Leonidas G. Karagounis a John A. Hawley, 2013. Caffeine Ingestion and Cycling Power Output in a Low or Normal Muscle Glycogen State. Medicine & Science in Sports & Exercise [online]. 45(8), 1577-1584 [cit. 2019-02-03]. DOI: 10.1249/MSS.0b013e31828af183. ISSN 0195-9131. Dostupné z: https://insights.ovid.com/crossref?an=00005768-201308000-00019
6. Magkos, Faidon a Stavros A. Kavouras, 2005. Caffeine Use in Sports, Pharmacokinetics in Man, and Cellular Mechanisms of Action. Critical Reviews in Food Science and Nutrition [online]. 45(7-8), 535-562 [cit. 2019-02-02]. DOI: 10.1080/1040-830491379245. ISSN 1040-8398. Dostupné z: http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/1040-830491379245
7. Warren, Gordon L., Nicole D. Park, Robert D. Maresca, Kimberly I. Mckibans a Melinda L. Millard-stafford, 2010. Effect of Caffeine Ingestion on Muscular Strength and Endurance. Medicine & Science in Sports & Exercise [online]. 42(7), 1375-1387 [cit. 2019-02-03]. DOI: 10.1249/MSS.0b013e3181cabbd8. ISSN 0195-9131. Dostupné z: https://insights.ovid.com/crossref?an=00005768-201007000-00019
8. Grgic, Jozo, Eric T. Trexler, Bruno Lazinica a Zeljko Pedisic, 2018. Effects of caffeine intake on muscle strength and power: a systematic review and meta-analysis. Journal of the International Society of Sports Nutrition [online]. 15(1) [cit. 2019-02-03]. DOI: 10.1186/s12970-018-0216-0. ISSN 1550-2783. Dostupné z: https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12970-018-0216-0
9. Womack, Christopher J, Michael J Saunders, Marta K Bechtel, David J Bolton, Michael Martin, Nicholas D Luden, Wade Dunham a Melyssa Hancock, 2012. The influence of a CYP1A2 polymorphism on the ergogenic effects of caffeine. Journal of the International Society of Sports Nutrition [online]. 9(1) [cit. 2019-02-03]. DOI: 10.1186/1550-2783-9-7. ISSN 1550-2783. Dostupné z: https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/1550-2783-9-7
10. Sachse, Christoph, Jürgen Brockmöller, Steffen Bauer a Ivar Roots, 1999. Functional significance of a C→A polymorphism in intron 1 of the cytochrome P450 CYP1A2 gene tested with caffeine. British Journal of Clinical Pharmacology [online]. 47(4), 445-449 [cit. 2019-02-02]. DOI: 10.1046/j.1365-2125.1999.00898.x. ISSN 03065251. Dostupné z: http://doi.wiley.com/10.1046/j.1365-2125.1999.00898.x
11. Guest, Nanci, Paul Corey, Jason Vescovi a Ahmed El-sohemy, 2018. Caffeine, CYP1A2 Genotype, and Endurance Performance in Athletes. Medicine & Science in Sports & Exercise [online]. 50(8), 1570-1578 [cit. 2019-02-03]. DOI: 10.1249/MSS.0000000000001596. ISSN 0195-9131. Dostupné z: http://Insights.ovid.com/crossref?an=00005768-201808000-00005
12. Pataky, M. W., C. J. Womack, M. J. Saunders, J. L. Goffe, A. C. D'lugos, A. El-sohemy a N. D. Luden, 2016. Caffeine and 3-km cycling performance: Effects of mouth rinsing, genotype, and time of day. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports [online]. 26(6), 613-619 [cit. 2019-02-14]. DOI: 10.1111/sms.12501. ISSN 09057188. Dostupné z: http://doi.wiley.com/10.1111/sms.12501
13. Rahimi, Rahman, The effect of CYP1A2 genotype on the ergogenic properties of caffeine during resistance exercise: a randomized, double-blind, placebo-controlled, crossover study. Irish Journal of Medical Science (1971 -) [online]. [cit. 2019-02-03]. DOI: 10.1007/s11845-018-1780-7. ISSN 0021-1265. Dostupné z: http://link.springer.com/10.1007/s11845-018-1780-7
14. Pickering, Craig, Caffeine, CYP1A2 genotype, and sports performance: is timing important?. Irish Journal of Medical Science (1971 -) [online]. [cit. 2019-02-04]. DOI: 10.1007/s11845-018-1811-4. ISSN 0021-1265. Dostupné z: http://link.springer.com/10.1007/s11845-018-1811-4
15. Scientific Opinion on the safety of caffeine, 2015. EFSA Journal [online]. 13(5) [cit. 2019-02-02]. DOI: 10.2903/j.efsa.2015.4102. ISSN 18314732. Dostupné z: http://doi.wiley.com/10.2903/j.efsa.2015.4102
16. McLellan, Tom M., John A. Caldwell a Harris R. Lieberman, 2016. A review of caffeine’s effects on cognitive, physical and occupational performance. Neuroscience & Biobehavioral Reviews [online]. 71, 294-312 [cit. 2019-02-14]. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2016.09.001. ISSN 01497634. Dostupné z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0149763416300690