Kofeina (synonimy: metylteobromina,  teina, guaranina,1,3,7-trimety-lo-3,7-dihydro-1H-puryno-2,6-dion, 1,3,7-trimetyloksantyna, 7-metyloteofilin) jest jedną z najczęściej używanych substancji ergogenicznych. Alkaloid jest spotykany w kawie, herbacie, kakao, napojach energetycznych i słodzonych (np. cola) oraz suplementach diety („spalaczach tłuszczu”, środkach przedtreningowych). Ogółem na chwilę obecną ocenia się, iż kofeina występuje w 60 różnych gatunkach roślin, z tego najważniejsze to: kawa arabska  (coffea arabica), orzechy kola (cola acuminata), herbata (thea sinensis, camellia sinensis) oraz w ziarnach kakaowca (cocoa bean), paullinia cupana (guarana). 

Kofeina jest niezmiernie popularna, ale także zmitologizowana. Między innymi nie należy utożsamiać kofeiny z piciem kawy. Graham i wsp. udowodnili, iż kofeina w dawce 4,45 mg/kg masy ciała ma zupełnie inne działanie, w zależności od formy w jakiej jest podana.

W cytowanym eksperymencie wytrenowani biegacze z intensywnością 85% VO2 max (maksymalnego pochłaniania tlenu) mieli biec do wyczerpania. 60 minut przed biegiem otrzymali:

  • kapsułki  z kofeiną + wodę,
  • zwykłą kawę,
  • bezkofeinową kawę,
  • bezkofeinową kawę plus kapsułki z kofeiną lub placebo.

Tylko kofeina w kapsułkach zwiększyła wydolność, pozwalając na dodatkowe 7,5 do 10 minut biegu z zadaną intensywnością [2]. W kawie znajdują się substancje, które znoszą efekt ergogeniczny kofeiny! Teorię tą popiera np. Paulis i wsp., wykazał on obecność pochodnych kwasów chlorogenowych powstających w procesie prażenia kawy. Przez swoją aktywność te kwasy hamują działanie kofeiny jako antagonisty adenozyny (kofeina jest inhibitorem  konkurencyjnym adenozyny) [3].  W kawie zawarte są 3,4-dicaffeoyl-1,5-quinide oraz 3,4-dicoumaroyl-1,5-quinide – bliskie budową analogi strukturalne do związku znanego jako: 3,4-diferuloyl-1,5-quinolactone (DIFEQ). DIFEQ to pochodna kwasu chlorogenowego. Zarówno ekstrakty zwykłej kawy, jak i bezkofeinowej w ilości trzech filiżanek, odpowiadają dawce 30-40 mg DIFEQ. Posiadają one wysokie powinowactwo do transportera adenozyny, podnosząc jej poziom pozakomórkowy. Wysoki poziom adenozyny sprawia, iż kofeina nie działa.  

Ponieważ w badaniu, które omówię dalej, za kluczowy uznano fakt wpływu kofeiny na IL-6, muszę opisać w skrócie klasyfikację cytokin w organizmie człowieka. 

Dlaczego IL-6 uznaje się za czynnik częściowo przeciwzapalny?

Ogólnie klasyfikuje się

  • IL–15,
  • TNF–alfa,
  • IL–1–beta,
  • IL–6,
  • IL–8,
  • IL–2,
  • IL–12,
  • IFN–gamma,
  • GM–CSF,
  • IL–17,
  • IL–18

jako czynniki prozapalne (w RZS) [5].

Z kolei:

  • IL–15R–alfa,
  • sTNF–alfaR,
  • IL–1Ra, sIL–1R,
  • IL–4,
  • IL–13,
  • IL–10,
  • TGF–beta,
  • IL–18 BP 

jako czynniki przeciwzapalne (w RZS) [5]. Co prawda jest to klasyfikacja z ok. 2000 roku, a dużo się w tej materii zmienia co roku.

Dlaczego IL-6 uznaje się za czynnik częściowo przeciwzapalny?

  • Gdyż wpływa na poziom kortyzolu, a u sportowców kortyzol ma działanie przeciwzapalne. „Straszne opowieści” dotyczące kortyzolu odnosić się powinny do stanu hiperkortyzolemii, a więc rzadko spotykanej patologii.
  • Ponadto IL-6 obniża produkcję czynnika martwicy nowotworów (TNF-alfa).
  • IL-6 opóźnia wydzielanie z wątroby białka C-reaktywnego [4].
  • IL-6 obniża też produkcję IL-1 oraz antagonisty receptora dla IL–1(IL–1Ra) [5].

Pod względem prozapalnym IL-6 pobudza produkcję IL-2, przeciwciał, metaloproteinaz, PGE2, indukuje odpowiedź ostrej fazy [5].

Kofeina a hipertrofia mięśni 

Teorię, zgodnie z którą kofeina ma wspierać budowanie masy mięśniowej, poprzez wpływ na IL-6 wysnuli Viviane Martins Mana Salicio i wsp. [1]. Nie zgadzam się z nią, ale nie wyprzedzajmy faktów. IL-6 należy do cytokin uwalnianych w reakcji na stres, jest częścią reakcji ostrej fazy.

Stężenie IL-6 w surowicy w spoczynku wynosi 1 pg/ml, w następstwie wysiłku fizycznego rośnie 100 razy (w trakcie biegów długodystansowych może wzrosnąć nawet 8000 razy), w czasie infekcji stężenie może sięgać nawet 10 000 pg/ml [4].

Z jednej strony IL-6 oddziałuje na kortyzol – co wcale nie musi być anaboliczne, bardziej kataboliczne (szczególnie, iż IL-6 wykazuje działanie lipolityczne oraz wzmaga oksydację tłuszczy => lipoliza i uwalnianie glukozy z wątroby). Z drugiej strony większe stężenia IL-6 mogą wywoływać wzrost stężenia glukagonu oraz hormonu wzrostu. Ale... jak wiadomo powysiłkowe wahania hormonu wzrostu, IGF-1, testosteronu, kortyzolu, adrenaliny, noradrenaliny nie mają zbyt wiele wspólnego ze wzrostem mięśni. Jest to proces związany bardziej ze zjawiskami, które zachodzą wiele godzin później, gdy powysiłkowe wahania hormonów są już historią.

W cytowanym eksperymencie metodą podwójnie ślepej próby przydzielono 24 aktywne osoby w wieku 18-30 lat do grup kofeiny lub placebo. Kofeinę podawano w dawce 6 mg/kg masy ciała (czyli odpowiedniej).

Sprawdzono jak badani reagują na test wytrzymałościowy:

  • 1 minuta z prędkością 3km/h,
  • zwiększone nachylenie o 1%,
  • zwiększona prędkość do 6 km/h,
  • prędkość kolejno zwiększano 1 km/h co minutę, aż do uzyskania 15 km/h.

Badano wpływ kofeiny (lub placebo) oraz wysiłku na IL-6, IL-10, dysmutazę ponadtlenkową (SOD), TBARS. IL-6 omawiałem obszerniej wcześniej. Jeśli chodzi o dysmutazę ponadtlenkową - jest kluczowym enzymem bariery antyoksydacyjnej organizmu, chroni przed oddziaływaniem wolnych rodników tlenowych (reaktywnych form tlenu, ROS ang. reactive oxygen species) [6]. Wolne rodniki tlenowe powstają np. podczas treningu oraz po jego zakończeniu – gdy pojawia się stan zapalny. Do najbardziej znanych antyoksydantów egzogennych należą: witaminy A,C,E, koenzym Q10, flawonoidy, kreatynina,  neopteryna,  melatonina,  antocyjany,  bilirubina, hormony płciowe (estron, estradiol) [7,8].

Wyniki badania:

  • w pierwszym tygodniu, po kofeinie uzyskano stężenie IL-6 wynoszące przed treningiem: 2,1 pg/mL, z kolei po treningu: 2,3 pg/mL; WZROST,
  • w pierwszym tygodniu, bez kofeiny (w grupie placebo) uzyskano stężenie IL-6 wynoszące przed treningiem: 1,4 pg/mL oraz stężenie 1,2 pg/mL – po treningu; SPADEK,
  • w drugim tygodniu, po kofeinie uzyskano stężenie IL-6 wynoszące: przed treningiem 1,22 pg/mL, z kolei po treningu: 1,9 pg/mL; WZROST,
  • w drugim tygodniu, bez kofeiny odnotowano zmianę IL-6 z 1,5 pg/mL (przed treningiem) do 0,14 pg/mL (po treningu); ZDECYDOWANY SPADEK,
  • po kofeinie uzyskano stężenie IL-10 wynoszące 0,71 pg/mL  przed treningiem oraz 1,53 pg/mL  po treningu (w drugim tygodniu); WZROST,
  • bez kofeiny (w grupie placebo) uzyskano stężenie IL-10 wynoszące 2,1 pg/mL  (w drugim tygodniu), taki sam poziom przed i po treningu.

Podsumowanie artykułu: bez kofeiny odnotowano adaptację do wysiłku, wyrzut IL-6 był zdecydowanie mniejszy w drugim tygodniu ćwiczeń. Z kolei w grupie 6 mg kofeiny na kg masy ciała wyrzut IL-6 był zdecydowanie większy. Po kofeinie odnotowano wzrost IL-10, ale tylko po treningu. Przedtreningowe stężenie IL-10 (w drugim tygodniu badania) w grupie suplementacji kofeiną było zdecydowanie niższe w porównaniu do placebo. Grupa, której nie podawano kofeiny miała wyższe stężenia IL-10. IL-10 jest czynnikiem przeciwzapalnym – hamuje IL1, TNF-α oraz chemokiny (IL-8 i MIP) [4]. Dlaczego nie zgadzam się z tezą, iż wzrost IL-6 buduje mięśnie? Bo nikt tego nie udowodnił (poza badaniami na liniach komórkowych [9], które z reguły nie wnoszą nic do tematu organizmu sportowca), mało tego – w długotrwałych biegach (np. półmaraton, maraton) powstaje najwięcej IL-6, a przecież taka aktywność jest antyanaboliczna, nie buduje mięśni (wpływa wręcz na redukcję umięśnienia, gdyż nie są tam znacząco wykorzystywane włókna IIa oraz wcale nie są rekrutowane włókna IIx, z kolei gro pracy przejmują włókna typu I). W badaniach opublikowanych 22 czerwca 2017 r. Ronni E. Sahl i wsp. [10] udowodniono również, iż wielodniowa jazda długodystansowa na rowerze (ponad 10 h dziennie, dystans 2706 km pokonany w ciągu 14 dni) – wpływa na znaczące zwiększenie się stężenia IL-6 u kolarzy.  Z kolei stężenia TNFα oraz IL-18 pozostały niezmienione (podobnie jak C-reaktywna proteina). Zresztą taka jazda wcale nie okazała się zdrowa, u badanych pojawił się trend w kierunku zwiększania się oporności insulinowej (wpływ na HbA1c).

Jakby tego było mało, po 14 dniach jazdy na dystansie 2706 km odnotowano:

  • o wiele wyższe stężenie insuliny,
  • niewielką zwyżkę stężenia glukozy w osoczu,
  • stężenie IL-6 wynosiło 0,7 ± 0,1 pg/mL przed oraz 1,1 ± 0,1 pg/mL (po zakończeniu trasy),
  • wzrost poziomu leptyny oraz adiponektyny.

Liczne dane wskazują na to, że adiponektyna działa jako endogenny czynnik zwiększający wrażliwość na insulinę (obniżający glikemię bez wzrostu stężenia insuliny) [11]. Z kolei leptyna może zwiększać insulinoporność wątrobową [12]. 

Referencje:

  1. Viviane Martins Mana Salicio,1,* Carlos Alexandre Fett,2 Marcos Adriano Salicio,3 Camila Fernanda Costa Cunha Moraes Brandäo,4 Luiz Fabrizio Stoppiglia,5 Waléria Christiane Rezende Fett,6 and and Clovis Botelho8 „THE EFFECT OF CAFFEINE SUPPLEMENTATION ON TRAINED INDIVIDUALS SUBJECTED TO MAXIMAL TREADMILL TEST.” https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5411867/
  2. Graham TE, Hibbert E, Sathasivam P. Metabolic and exercise endurance effects of coffee and caffeine ingestion. J Appl Physiol. 1998;85:883–889. [PubMed]
  3. Eur J Pharmacol. 2002 May 10;442(3):215-23. Dicinnamoylquinides in roasted coffee inhibit the human adenosine transporter. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12065074
  4. Marek Mędraś „Endokrynologia wysiłku fizycznego sportowców”, Wydanie I Medpharm
  5. dr hab. biol. Włodzimierz Maśliński „Sieć cytokin w patogenezie reumatoidalnego zapalenia stawów” 01.09.2000
  6. Michał Skrzycki, Hanna Czeczo; Kierownik: prof. dr hab. Anna Barańczyk-Kuźma „Rola dysmutazy ponadtlenkowej w powstawaniu nowotworów” Katedra i Zakład Biochemii Akademii Medycznej w Warszawie http://www.czytelniamedyczna.pl/2959,rola-dysmutazy-ponadtlenkowej-w-powstawaniu-nowotworow.html
  7. Agnieszka  Ciesielska, Ilona Joniec, Anna Członkowska „Rola estrogenów w patogenezie chorób neurodegeneracyjnych” http://old.ipin.edu.pl/fpn/archiwum/2002/02/FwPiN_2-2002-04.pdf
  8. ARKADIUSZ CZAJKA „WOLNE RODNIKI TLENOWE A MECHANIZMY OBRONNE ORGANIZMU” Nowiny Lekarskie 2006, 75, 6, 582–586 http://www.nowinylekarskie.ump.edu.pl/uploads/2006/6/582_6_75_2006.pdf
  9. Oishi Y, Tsukamoto H, Yokokawa T, Hirotsu K, Shimazu M, Uchida K, et al. „Mixed lactate and caffeine compound increases satellite cell activity and anabolic signals for muscle hypertrophy.” J Appl Physiol (1985). 2015 Mar 15;118(6):742-9. doi: 10.1152/japplphysiol.00054.2014. Epub 2015 Jan 8.  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25571987
  10. Ronni E. Sahl,1 Peter R. Andersen,1 Katja Gronbaek,1 Thomas H. Morville,1 Mads Rosenkilde,2 Hanne K. Rasmusen,3 Steen S. Poulsen,2 Clara Prats,1 Flemming Dela,1,4 and Jørn W. Helge1, “Repeated Excessive Exercise Attenuates the Anti-Inflammatory Effects of Exercise in Older Men” https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5479888/
  11. https://journals.viamedica.pl/eoizpm/article/download/25951/20761
  12. Magdalena Olszanecka-Glinianowicz1, Piotr Kocełak1, Bartłomiej Orlik2, Gabriela Handzlik2, Łukasz Juszczyk2 „Nowe adipokiny – korzystne czy niekorzystne w aspekcie patogenezy insulinooporności?”