تاثیر کافئین بر عملکرد استقامتی و هوازی

تعریف مفهومی استقامت هوازی

استقامت^[a] به توانایی انجام کار با شدت معین در یک دوره زمانی اشاره دارد. در عین حال اصلی ترین عامل محدود کننده عملکرد، خستگی است. یک ورزشکار  زمانی استقامت بالایی دارد که راحتی خسته نمی شود یا می تواند در حالت خستگی عملکرد خود را حفظ کند. در مجموع دو نوع استقامت در حوزه فیزیولوژی ورزشی وجود دارد، الف: استقامت هوازی^[b] (که معمولاً بر اساس حداکثر اکسیژن مصرفی، زمان رسیدن به درماندگی، یا سرعت رسیدن به حداکثر اکسیژن مصرفی تعیین می شود)، ب: استقامت بی هوازی^[c].  هوازی به معنی  « با اکسیژن» و استقامت هوازی به معنی کار و حرکت عضلانی است که با استفاده از اکسیژن برای آزادسازی انرژی از سوخت عضلانی انجام می شود. هر چه مدت زمان یک فعالیت ورزشی بیشتر باشد، استقامت هوازی از اهمیت بیشتری برخوردار می شود. بی هوازی به معنی «بدون اکسیژن» است و استقامت بی هوازی به سیستم های انرژی اشاره دارد که به عضلات اجازه می دهد با استفاده از انرژی موجود در خود (بدون دخالت اکسیژن) کار کنند.

تاثیر کافئین بر استقامت هوازی

در ده ها مطالعه ثابت شده است، کافئین با استفاده از دوزهای ۳-۶ میلی گرم بر کیلوگرم بدن استقامت را ۲-۴ درصد بهبود می بخشد. بر این اساس، کافئین یکی از بارز ترین کمک های ارگوژنیک است و توسط ورزشکاران و افراد فعال در انواع مختلف ورزش ها و فعالیت های مربوط به استقامت هوازی مورد استفاده قرار می گیرد. نشان داده شده است، کافئین برای چندین ورزش از جمله دوچرخه سواری ، دویدن ، اسکی روی زمین و شنا مفید است. بخش اعظم ادبیات ورزشی مربوط به کافئین بر تمرینات استقامتی متمرکز شده اند، زیرا در این زمینه به نظر می رسد، مکمل کافئین بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد و احتمالاً در اکثر ورزشکاران، اما نه در همه ، مفید است. یک فراتحلیل روی ۵۶ تایم تریال استقامتی در ورزشکاران (۷۹ درصد دوچرخه سواری) نشان داد، تفاوت درصد بین گروه کافئین و دارونما بین ۳.۰- تا ۱۵.۹ درصد است. این طیف وسیع از نتایج عملکردی، تنوع بین فردی بارزی را در میزان آثار کافئین نشان می دهد. این تفاوت های بین فردی ممکن است به دلیل تفاوت های روش شناختی بین مطالعات، مصرف معمول کافئین شرکت کنندگان و/یا تا حدی ناشی از تغییرات ژن های مرتبط با متابولیسم کافئین و پاسخ کافئین باشد. یک فراتحلیل نشان داد کافئین هنگامی که در دوزهای متوسط (۳-۶ میلی گرم در کیلوگرم) مصرف می شود، تأثیر کم اما معناداری بر عملکرد استقامتی دارد [۱]. یافته ها در این مطالعه نشان داد، برونده توان متوسط به دنبال مصرف کافئین در مقایسه با دارونما ۲/۲ ± ۹/۲ درصد با یک اندازه اثر کوچک بود [۱]. همچنین زمان کامل کردن تایم تریال ۶/۲ ± ۳/۲ درصد به دنبال مصرف کافئین بهتر شد [۱]. با این حال، در پاسخ به مصرف کافئین ، برخی ناهمگونی ها وجود داشت، دو مطالعه عملکرد تایم تریال آهسته تر را گزارش کردند، و پنج مطالعه میانگین برونده توانی پایین تر را در طول تایم تریال گزارش کردند [۱].

مطالعاتی که به بررسی آثار مصرف کافئین بر عملکرد استقامتی پرداخته اند ، در درجه اول از دو پروتکل مختلف ، زمان رسیدن درماندگی (TTE)^[d] یا تایم تریال ها (TT)^[e] استفاده کرده اند [۱]. مطالعاتی که از پروتکل های TTE استفاده کرده اند ضریب تغییرات بیشتری مشاهده کرده اند [۱]. اما TTE در محیط های واقعی کمتر کاربرد دارند زیرا هیچ ورزشی از معیارهای عملکرد TTE استفاده نمی کند. همچنین مشخص شده است یک تغییر کوچک در برونده توانی می تواند منجر به تغییرات بسیار زیادی در مدت زمان TTE شود، در حالی که تغییر در برونده توان هنگام TT با تغییرات مشابهی در مدت زمان تکمیل مسافت TT منعکس می شود [۱]. بنابراین ، TT محیط آزمایش واقعی تری را ارائه می دهد که برای مربیان و ورزشکاران قابل استفاده است زیرا نتایج را می توان به راحتی به یک محیط ورزشی تعمیم داد. این بدان معنا نیست که ارزیابی TTE شواهد معناداری را به مجموعه پیشینه پژوهشی اضافه نمی کند [۱].

گانیو و همکارانش، در یک مقاله مروری درسال ۲۰۰۹ برعملکرد های استقامتی با مدت زمان بیش از پنج دقیقه متمرکز شد و زمان اجرای برای طی کردن یک مسافت معین دویدن، رکاب زدن و دوچرخه سواری، ونه زمان فعالیت تا نقطه خستگی، را به عنوان معیار سنجش عملکرد در نظر گرفت [۲]. نتایج این پژوهش نشان داد، با مصرف کافئین عملکرد با میانگینی در حدود ۳.۲ تا ۴.۳ درصد بهتر می شود. این مطالعه نشان داد مصرف کافئین در مقادیر متوسط (۳-۶ میلی گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن، قبل ویا هنگام فعالیت ورزشی) می تواند یک کمک ارگوژنیک موثر برای ورزشکاران استقامتی باشد. اما، امتناع از مصرف کافئین حداقل ۷ روز قبل ازیک رویداد، اثر ارگوژنیک کافئین در عملکرد را هنگام رویداد ورزشی بهینه کرده بود [۲]. همچنین در یک جمع بندی کلی اتحادیه امنیت غذایی اروپا (EFSA) اظهار کرده است بین مصرف کافئین و افزایش عملکرداستقامتی، ظرفیت استقامتی وکاهش در تلاش درک شده یا فشارتمرین ارتباط وجود دارد (EFSA، ۲۰۱۱).

اگرچه بیشتر تحقیقات در ورزشکاران ورزیده انجام شده است ، مطالعات انجام شده در افراد کم تحرک و افرادی که سطح آمادگی کمتری دارند، نیز نشان می دهد،کافئین می تواند عملکرد را در افراد غیر ورزیده ، بهبودبخشد [۳, ۴].کافئین ممکن است اثرخود را از راه عمل آنتاگونیستی بر گیرنده های آدنوزین در مغز اعمال کند- مسیری که منجر به افزایش تولید آدرنالین می شود، تولید انرژی را تحریک می کند و جریان خون به عضلات و قلب را بهبود می بخشد. همچنین کافئین می تواند خستگی مرکزی را تعدیل کند، نوعی از خستگی ناشی از تغییرات عصبی-شیمیایی در مغز همراه با فعالیت ورزشی طولانی مدت، و به نوبه خود بر بهبود عملکرد ورزشی تأثیرمی گذارد [۵]. با توجه به توصیه های EFSA درباره ایمنی کافئین می توان گفت«دوزهای کافئین تا۲۰۰ میلی گرم (حدود ۳ میلی گرم به ازای هر کیلوگرم از وزن بدن) برای بزرگسالان، حتی اگر کمتر از دو ساعت قبل از فعالیت ورزشی شدید در شرایط های محیطی عادی مصرف شود، ایمن است» (EFSA، ۲۰۱۵). درسال ۲۰۱۱، مطالعه ای به بررسی منع استفاده ازکافئین و عملکرد دوچرخه سواری استقامتی باشد، زیاد پرداخت. این مطالعه نیز نشان داد مصرف کافئین به اندازه ۳ میلی گرم به ازای هرکیلوگرم وزن بدن عملکرد ورزشی را صرف نظر ازیک دوره ۴ روزه منع تحمیلی کافئین بر افرادی که به مصرف کافئین عادت دارند، بهبود می بخشد [۶]. مطالعه دیگری گزارش کرد مصرف کافئین به میزان ۳ میلی گرم به ازای هر کیلوگرم از وزن بدن باعث بهتر شدن عملکرد دوچرخه سواری می شود. با وجود این مصرف دو برابر کافئین (۶ میلی گرم به ازای هر کیلوگرم از وزن بدن) باعث افزایش بهبود عملکرد نشد [۷]. علاوه بر این، مطالعه ای در سال ۲۰۱۳ آثار عملکردی کافئین را مورد بررسی قرار داد و نشان داد کافئین مصرف شده در قهوه (۵ میلی گرم به ازای هر کیلوگرم از وزنبدن) به عنوان یک مکمل (۵ میلی گرم به ازای هر کیلوگرم از وزن بدن) یک ساعت قبل از فعالیت ورزشی می تواند عملکرد ورزش استقامتی را بهبود بخشد [۸]. مطالعه مروری درسال ۲۰۱۶ اظهار کرد استفاده از قهوه (برخلاف کافئین) به عنوان یک کمک ارگونوژنیک می تواند عملکرد دوچرخه سواری استقامتی و دویدن را بهبود بخشد. نویسندگان این مطالعه پیشنهاد کردند، قهوه حاوی ۳-۸.۱ میلی گرم در کیلوگرم وزن بدن کافئین است که ممکن است به عنوان یک جایگزین مطمئن برای کافئین بدون آب برای بهبود عملکرد استقامتی استفاده شود [۹]. همچنین، فراتحلیلی بسیار جدید توسط گلایستر و همکارانش درسال ۲۰۱۷ نشان داد كافئین تأثیر مهاركننده ای در مقایس تلاش درک شده داشته و تاثیری در اندازه گیری های ضربان قلب، نسبت تبادل تنفسی یا V̇O2  نداشته است [۱۰]. نویسندگان پیشنهاد کردند، درحالی که آثار مثبت مکمل کافئین بر عملکرد فعالیت ورزشی به خوبی پذیرفته شده است، مکانیسم های توضیح آن همچنان حل نشده است.

مکانیزم اصلی که کافئین بر عملکرد ورزشی تاثیر می گذارد بر این اعتقاد استوار است که کافئین بر بافت های بدن تاثیر می گذارد [۱۰]. یکی از این آثار تعاملی کافئین، اثر آنتاگونیستی آن بر گیرنده های آدنوزینی است. آدنوزین یک مولکول پیام رسان خارج سلولی فراگیر است که غلظت آن هنگام فعالیت ورزشی به دلیل هیدرولیز ATP افزایش می یابد [۱۰]. آدنوزین آثار خود را با بر همکنش با گیرنده های غشایی ویژه جفت شده با پروتئین G در سطح سلول اعمال می کند. این گیرنده در شکل گسترده ای در بافت های کل بدن بیان می شوند. به طور کلی گیرنده های آدنوزین ۴ نوع هستند: A1، A2A، A2B و A3. هر چند بیشترین میل ترکیبی گیرنده های آدنوزینی به آدنوزین در گیرنده های نوع A1 و A2A مشاهده شده است، اما توانایی گیرنده های آدنوزینی در فعال کردن یا مهار آبشار های پیام رسانی یکسان، درک مکانیزم های دقیق عمل آن را مشکل ساخته است [۱۰]. با وجود این شواهدی وجود دارد که، پیام رسانی آدنوزین هوموستاز گلوکز را و متابولیسم چربی ها را تحت تاثیر قرار می دهد. همچنین به نظر می رسد عملکرد سیستم عصبی مرکزی و پاسخ های قلبی عروقی و تنفسی تحت تاثیر پیام رسانی های آدنوزین و گیرنده اش باشد (گلیاستر و همکارانش، ۲۰۱۸).

منابع

1. Southward, K., K.J. Rutherfurd-Markwick, and A. Ali, The effect of acute caffeine ingestion on endurance performance: a systematic review and meta–analysis. Sports Medicine, 2018. ۴۸(۸): p. 1913-1928.
2. Ganio, M.S., et al., Effect of caffeine on sport-specific endurance performance: a systematic review. The Journal of Strength & Conditioning Research, 2009. ۲۳(۱): p. 315-324.
3. Laurence, G., K. Wallman, and K. Guelfi, Effects of caffeine on time trial performance in sedentary men. Journal of sports sciences, 2012. ۳۰(۱۲): p. 1235-1240.
4. Astorino, T.A., et al., Effect of caffeine on RPE and perceptions of pain, arousal, and pleasure/displeasure during a cycling time trial in endurance trained and active men. Physiology & behavior, 2012. ۱۰۶(۲): p. 211-217.
5. Astorino, T.A., et al., Effect of caffeine intake on pain perception during high-intensity exercise. International journal of sport nutrition and exercise metabolism, 2011. ۲۱(۱): p. 27-32.
6. Irwin, C., et al., Caffeine withdrawal and high-intensity endurance cycling performance. Journal of sports sciences, 2011. ۲۹(۵): p. 509-515.
7. Desbrow, B., et al., The effects of different doses of caffeine on endurance cycling time trial performance. Journal of sports sciences, 2012. ۳۰(۲): p. 115-120.
8. Hodgson, A.B., R.K. Randell, and A.E. Jeukendrup, The metabolic and performance effects of caffeine compared to coffee during endurance exercise. PloS one, 2013. ۸(۴): p. e59561.
9. Higgins, S., C.R. Straight, and R.D. Lewis, The effects of preexercise caffeinated coffee ingestion on endurance performance: an evidence-based review. International journal of sport nutrition and exercise metabolism, 2016. ۲۶(۳): p. 221-239.
10. Glaister, M. and C. Gissane, Caffeine and physiological responses to submaximal exercise: a meta-analysis. International journal of sports physiology and performance, 2018. ۱۳(۴): p. 402-411.

[a] Endurance

[b] Aerobic endurance

[c] Anaerobic endurance

[d] time to exhaustion

[e]  time trials