Co to jest kofeina
Kofeina w naturze pełni funkcję pestycydu, czyli chroni rośliny przed szkodnikami. Paraliżuje, a czasami nawet zabija owady, które żerują na poszczególnych roślinach. Występuje naturalnie m.in. w ziarnach kawy i kakao, liściach herbaty i ostrokrzewu paragwajskiego, nasionach guarany czy też orzechach cola.
Dzisiaj możemy znaleźć ją również w napojach energetyzujących, coli, a nawet pod postacią tabletek lub gum do żucia. Czystą substancję pozyskuje się głównie w procesie dekofeinizacji, czyli ekstrakcji kofeiny z ziaren kawy.
Jak kofeina wpływa na mózg
Kofeina stymuluje ośrodkowy układ nerwowy. Jest antagonistą adenozyny, co oznacza, że ma do niej podobną budowę cząsteczkową, dzięki czemu zajmuje miejsce w jej receptorach i blokuje jej dostęp.
Adenozyna to neuroprzekaźnik hamujący, który obniża wydzielanie neuroprzekaźników pobudzających takich jak adrenalina czy dopamina. W ten sposób zmniejsza aktywność komórek. Kofeina, blokując adenozynę, ogranicza jej funkcję hamującą i pobudza ośrodkowy układ nerwowy. Zwiększa wydzielanie adrenaliny, acetylocholiny, dopaminy czy też serotoniny.
Przyrost adenozyny na przestrzeni dnia odpowiada również za poczucie senności. Dlatego też, kiedy wypijemy kawę, a cząsteczki kofeiny zajmują miejsce w receptorach adenozyny, czujemy się mniej senni. Nie oznacza to jednak, że adenozyna znika i przestaje funkcjonować. Gromadzi się przez cały czas, czekając aż miejsca w receptorach się zwolnią i zajmuje je natychmiastowo, kiedy tylko do tego dojdzie. To właśnie dlatego czujemy nagły spadek energii po pewnym czasie od spożycia kofeiny, kiedy jej pobudzający wpływ przestaje działać. Warto to zrozumieć: kofeina nie produkuje energii, a raczej zaciąga dług w naszym systemie.
Co daje nam kofeina
Kofeina jest środkiem ergogenicznym. Badania na sportowcach, m. in. piłkarzach, kolarzach, triathlonistach, rugbystach czy golfistach pokazały, że poprawia ona performance wpływając na szereg zdolności fizycznych i poznawczych. Najsilniej oddziałuje na czujność i pobudzenie, energię i wytrzymałość, motywację i przyjemność oraz pamięć i uczenie się.
Czujność i pobudzenie
Kofeina zwiększa pobudzenie, a także czujność, skupienie i jasność myślenia. Są to warunki niezbędne do odniesienia sukcesu w sporcie i w innych dziedzinach cechujących się wysokim wykonaniem i rywalizacją. Kofeina spełnia je głównie poprzez wzrost stężenia acetylocholiny i dopaminy w obszarach czołowych mózgu.
W jednym z badań żołnierze przechodzili przez okres kilkudniowego treningu w warunkach bojowych z ograniczonymi możliwościami snu. Jedna grupa wspomagała się kofeiną, druga nie stosowała żadnej suplementacji. Żołnierze, którzy stosowali kofeinę wykazali znacznie większą czujność w trakcie wykonywania zadań, mimo niedoboru snu. Spisywali się również wyraźnie lepiej na płaszczyźnie fizycznej, m.in. w zadaniach biegowych.
W kolejnym badaniu wzięło udział 24 wytrenowanych kolarzy. Zostali oni podzieleni na trzy grupy. Pierwsza z nich spożyła batona z kofeiną, druga batona bez kofeiny, a trzecia napój placebo przed i w trakcie zadania. Ich zadanie polegało na tym, by jechać na rowerze przez 2.5 godziny na poziomie 60% VO2max. Po ukończeniu tego odcinka następowało 5 minut przerwy, po czym przechodzili oni do jazdy do wyczerpania na poziomie 75% VO2max.
Przed, w trakcie i po ukończeniu trasy przystąpili oni do Testu Stroopa i testu RVIP (Rapid Visual Information Processing). Test Stroopa polega na hamowaniu zautomatyzowanej reakcji – uczestnik stawia czoła mylącym bodźcom wzrokowym. RVIP mierzy ciągłą uwagę – na ekranie pojawia się strumień cyfr, a uczestnik ma zareagować wtedy, gdy wystąpią one w przedstawionej mu wcześniej sekwencji.
Kolarze, którzy zjedli batona z kofeiną, byli znacznie szybsi w testach z przetwarzaniem skomplikowanych informacji wzrokowych, przy czym ich przewaga wzrosła po ukończeniu jazdy do wyczerpania. Kofeina wydłużyła również czas jazdy do wyczerpania o 354 sekundy, czyli 27% względem grupy z batonem bez kofeiny oraz 751 sekund, czyli 84% w porównaniu z napojem bez źródła energii (placebo).
Kofeina przyspiesza również czas reakcji. Chodzi zarówno o reakcję ruchową jak i o czas potrzebny do przywołania informacji z pamięci. Zwiększona czujność i skupienie wzrokowe wpływają korzystnie także na celność zagrań.
W jednym z badań gracze tenisa, którzy zastosowali kofeinę, poprawili celność uderzeń, szybkość biegu, zwinność, czas reakcji i czujność umysłową. Raportowali też wyższe poziomy energii i motywacji w trakcie gry. Czynniki te wpłynęły na ogólną poprawę wyników. Piłkarze, którzy przyjęli 6 mg kofeiny na kilogram masy ciała, również poprawili celność podań oraz kontrolę nad piłką.
W kolejnym badaniu gracze rugby wykonywali zadanie polegające na sprincie i rzucie piłki. Trwało ono od 3 do 14 sekund i było powtarzane na przestrzeni czasu, który odwzorowywał rzeczywistą długość meczu z 10-minutową przerwą. Rugbiści, którzy wspomagali się kofeiną osiągnęli celność rzutu na poziomie 90%, natomiast zawodnicy z grupy placebo trafiali w 83% przypadków. Oznacza to, że kofeina poprawiła celność rzutu o około 10%.
Energia i wytrzymałość
Kofeina zwiększa wydajność pracy i wydłuża czas do osiągnięcia zmęczenia. Podnosi również zdolność do utrzymania intensywności, gdy zmęczenie nadejdzie. Zmniejsza odczuwanie bólu i zwiększa wolę do zaangażowania mocniejszego wysiłku. Wpływ ten odbywa się głównie na poziomie ośrodkowego układu nerwowego.
Ośrodkowy układ nerwowy nie jest jednak jedynym mechanizmem, na który oddziałuje kofeina, by podnieść poziomy energii. Sprawia ona również, że bardziej oszczędnie wykorzystujemy zapasy glikogenu mięśniowego. Wspiera też lipolizę, czyli proces, dzięki któremu otrzymujemy wolne kwasy tłuszczowe. Stanowią one dodatkowe źródło energii.
Z uwagi na swoje właściwości kofeina działa najlepiej w sportach wytrzymałościowych oraz tam, gdzie potrzebujemy szybkiego czasu reakcji. Sprawdzi się również w sportach zespołowych, w których następują intensywne zrywy przeplatane momentami umiarkowanej aktywności na przestrzeni wydłużonego czasu. Badania na piłkarzach i hokeistach pokazały, że pod wpływem kofeiny ich całkowity czas sprintu wydłużył się o 8.5% w pierwszej oraz 7.6% w drugiej połowie meczu, względem grupy placebo.
Kofeina wspiera zatem głównie dużą objętość wysiłku. Nie jest tak korzystna w przypadku dynamicznych i krótkotrwałych wyzwań.
Przyjemność i motywacja
Na początku nie lubimy smaku kawy. Jest dla nas gorzki i nieprzyjemny. Po jakimś czasie przyzwyczajamy się do niego i zaczynamy go lubić, wraz z kubkiem, z którego ją pijemy, a nawet z porą dnia, w której mamy to w zwyczaju. Istnieją pewne przesłanki, że kofeina pełni funkcję wzmacniającą. Sprawia, że lepiej kojarzy nam się wszystko co robimy pod jej wpływem. Co za tym idzie, zwiększa prawdopodobieństwo, że powrócimy do tej czynności w przyszłości. Ciekawe obserwacje płyną m.in. z badań nad pszczołami. Znacznie bardziej preferują one kwiaty, których nektar zawiera kofeinę.
To bardzo wartościowa informacja, którą możemy wykorzystać jako potężne narzędzie, zwłaszcza w przypadku sportowców. Trening fizyczny sam w sobie podnosi poziomy dopaminy. Kofeina również je zwiększa, co w połączeniu daje nam wyższe dawki energii, motywacji i przyjemności czerpanej z treningu. Dodatkowo kofeina pełni funkcję pozytywnego wzmocnienia – sprawia, że całe doświadczenie treningu oraz dotyczące go wspomnienia stają się bardziej przyjemne. Wynik jest taki, że nie możemy doczekać się kolejnego treningu oraz całej związanej z nim otoczki, zarówno wskazówek i zapowiedzi jak i tego co po nim następuje. Wiemy przecież, że to właśnie gotowość do treningu jest najważniejszym wskaźnikiem sukcesu w sporcie. Dlatego tak ważne jest, by zawodnik czerpał z niego przyjemność i doceniał cały proces.
Regularne spożycie kofeiny jest również negatywnie skorelowane z poziomami depresji. Zależność ta może być bezpośrednia – kofeina zwiększa wrażliwość receptorów dopaminy w układzie nagrody. W ten sposób poprawia nastrój i samopoczucie, podnosi motywację i zwiększa poczucie ekscytacji. Zależność może być również pośrednia – kofeina wpływa pozytywnie na motywację do pracy lub aktywności społecznej, a w rezultacie podnosi satysfakcję z życia.
Kofeina a pamięć i uczenie się
Kofeina poprawia pamięć i uczenie się. W jednym z badań uczestnicy uczyli się zestawu obrazów, a następnie część z nich spożyła kofeinę. Po 24 godzinach badacze przedstawili im zmieniony zestaw zawierający obrazy, które już widzieli, nowe obrazy oraz podobne do tych już znajomych. Badani, którzy spożyli kofeinę po nauce byli w stanie lepiej rozpoznawać obrazy, a zwłaszcza dostrzegać różnicę między starymi i podobnymi.
Mechanizm, za pomocą którego kofeina wpływa na pamięć, nie jest potwierdzony. Naukowcy podejrzewają, że ma to związek z pośrednim pobudzaniem adrenaliny, poprzez blokowanie adenozyny, która pełni funkcję hamującą. Adrenalina znana jest z pozytywnego wpływu na zapamiętywanie. Inne możliwości to wpływ kofeiny na hipokamp, korę przedniego zakrętu obręczy czy przyśrodkową korę przedczołową, czyli obszary mózgu, które odgrywają rolę w konsolidacji pamięci.
Oznacza to, że wpływ ten odbywa się nie tylko poprzez zwiększone skupienie przed sesją nauki, ale również poprzez wzrost katecholamin, np. adrenaliny lub dopaminy, po niej. W tekście o neuroplastyczności pisałem o tym, że adrenalina jest dla mózgu bodźcem do zmiany. Sygnalizuje, że trzeba zaadaptować się do nowych warunków. Nadaje wagę temu czego się uczyliśmy. Mózg realizuje również funkcję predykcyjną. Stara się zapamiętać to, co wydarzyło się przed wystrzałem adrenaliny. Próbuje zrozumieć co do niego doprowadziło.
Kofeina a performance fizyczny
Kofeina wpływa korzystnie również na performance fizyczny. Stymuluje rozszerzenie pęcherzyków płucnych i naczyń krwionośnych, nerwową aktywację skurczu mięśni, wydzielanie katecholamin czy też lipolizę. W rezultacie zwiększa m.in. moc maksymalną czy też pułap tlenowy. Wpływ ten odbywa się na poziomie metabolicznym, fizjologicznym i hormonalnym.
Kofeina obniża:
- współczynnik wymiany oddechowej (RER);
- zmęczenie obwodowe;
- ocenę postrzeganego wysiłku (RPE);
- próg uwalniania kortyzolu i beta-endorfin.
Kofeina zwiększa:
- pobór tlenu;
- pojemność minutową serca;
- wentylację;
- poziom adrenaliny w obiegu;
- tempo metabolizmu;
- utlenianie tłuszczu.
Jak stosować kofeinę
Dawkowanie kofeiny
Przede wszystkim trzeba wspomnieć, że optymalna dawka kofeiny zależy od indywidualnych uwarunkowań, m.in. genetycznych i środowiskowych lub nabytej tolerancji.
Dawki w badaniach na sportowcach wahały się od 1 do nawet 9 mg kofeiny na kilogram masy ciała. Stosowanie dawek tak wysokich jak 6 lub 9 mg kofeiny na kilogram masy ciała nie ma jednak większego sensu. Nie przynosi znacznych, dodatkowych korzyści i wiąże się z dużym ryzykiem skutków ubocznych, takich jak niepokój, roztrzęsienie, rozkojarzenie, a nawet drżenie ciała.
Optymalną ilością kofeiny wydaje się być wartość 3 mg na kilogram masy ciała. Taka dawka przynosi znaczną większość pozytywnych rezultatów bez wspomnianych już skutków ubocznych. Niemniej jednak, jeżeli nie jesteś przyzwyczajony do kofeiny, uważaj z dawką, zwłaszcza jeżeli stoisz przed ważnym zadaniem. Lepiej zapoznać się z działaniem kofeiny w trakcie nauki lub treningu, zanim wykorzysta się ją jako środek wzmacniający przed wyzwaniem fizycznym lub mentalnym. Eksperymentować i stopniowo sprawdzać indywidualną wrażliwość na kofeinę.
Tolerancja na kofeinę
Twój organizm buduje tolerancję na kofeinę z każdą kolejną filiżanką kawy, łykiem yerba mate czy przełkniętą tabletką. Im większa jest tolerancja na kofeinę tym słabsze jej działanie. Dlatego też warto jest podejść do jej stosowania strategicznie. Ograniczyć spożycie kofeiny do momentów, w których jej działanie jest Ci naprawdę potrzebne, np. przed treningiem lub ważną sesją nauki. W ten sposób zmaksymalizujesz jej wpływ i odniesiesz największe korzyści.
Sam lubię wypić kubek kawy przeglądając media społecznościowe, to z pewnością przyjemnie spędzony czas. Jeżeli jednak zależy nam na maksymalizacji performance, to trzeba spojrzeć na tę sprawę pod kątem priorytetów i wypracować właściwe nawyki.
Patrząc strategicznie, jeżeli chcesz zwiększyć wpływ kofeiny w trakcie zawodów, to warto zmniejszyć codzienną dawkę na co najmniej tydzień przed zawodami albo całkowicie ją odstawić, jeżeli jesteś w stanie bez niej funkcjonować. Najlepiej stopniowo obniżać dawkę na przestrzeni kilku dni, nie zmniejszać jej drastycznie. Zacząć na 10 dni przed startem, odstawić całkowicie na 4 dni do zawodów i zastosować przed rozpoczęciem rywalizacji.
Kofeina najsilniejsze efekty wywiera po okresie abstynencji. Co jednak zrozumiałe, dla większości z nas abstynencja od kofeiny jest w praktyce nieosiągalna i może prowadzić do syndromu odstawienia. Warto zatem po prostu zadbać o to, by nie przesadzać z jej dawkowaniem i stosować ją wtedy, kiedy najbardziej jej potrzebujemy, np. przed bardziej wymagającymi treningami czy zawodami.
W ramach anegdoty wspomnę, że sam spróbowałem kiedyś odstawić kofeinę. Piłem wtedy po 5 kubków kawy dziennie (obecnie ograniczyłem tę ilość do jednego kubka dziennie i tabletki przed wzmożonym wysiłkiem) i zdecydowałem, że posunąłem się za daleko. Oczywiście zamiast zejść z mojej wysokiej dawki stopniowo, postanowiłem pójść na wojnę z moim organizmem i zaszokować go nagłym i kompletnym odcięciem dopływu kofeiny. Poskutkowało to bardzo, bardzo silnymi bólami głowy i ogólnym marazmem, który utrzymywał się przez pełne dwa tygodnie.
Timing w stosowaniu kofeiny
Podejrzewam, że niemal każda osoba pijąca kawę bierze pierwszy jej łyk z samego rana, zanim dokładnie zorientuje się co się wokół niej dzieje. Jak się okazuje, po przebudzeniu nie potrzebujemy kofeiny. Wybudza nas kortyzol, który osiąga w tej porze dnia swój dobowy szczyt i podnosi nasze poziomy energii.
Z tego właśnie względu warto odłożyć poranną kawę na 1.5 lub 2 godziny po przebudzeniu. Przynosi to szereg korzyści. Pomaga uniknąć spadku energii w godzinach popołudniowych, tzw. afternoon crash. Zbyt szybkie blokowanie działania adenozyny tuż po pobudce sprawia, że atakuje ona ze zdwojoną mocą po południu. Poranny wyrzut kortyzolu naturalnie obniża poziom adenozyny, z kolei kofeina ją blokuje i zaciąga dług.
Rozbudź się w inny sposób, podbijając kortyzol: nawodnij się, wykonaj poranny rozruch, wyeksponuj się na światło. Dzięki temu pobudzenie po porannej kawie, którą wypijesz dwie godziny po przebudzeniu będzie silniejsze, a popołudniowy spadek energii mniej dotkliwy. W ten sposób wypijasz mniej kawy w ciągu dnia i unikasz tolerancji, a jednocześnie odnosisz większe korzyści.
Afternoon crash sprawia również, że próbujemy podbić poziomy energii jeszcze większą ilością kofeiny. Przez to, że robimy to w godzinach popołudniowych, niszczymy jakość swojego snu. Kofeina utrzymuje się w organizmie nawet do 12 godzin, zachowując 25% swojej aktywności względem szczytu. Może nie sprawić problemów z zaśnięciem, ale obniży głębokość snu i rozreguluje rytm dobowy.
Kofeina osiąga szczytowe stężenie w organizmie około godzinę po zażyciu. Większość korzystnego wpływu utrzymuje się nawet do 3 godzin. Z tego względu najlepiej przyjąć kofeinę na 30 – 60 minut przed docelową aktywnością. Stosowanie mniejszych dawek na przestrzeni całego dnia może się sprawdzić, jeżeli zależy nam na umiarkowanym i długotrwałym wpływie, np. w przypadku turniejów szachowych. Trzeba jednak uważać na to, by nie przesadzić z kofeiną po południu i nie wpłynąć negatywnie na sen.
Skutki uboczne kofeiny
Kofeina działa na zasadzie prawa Yerkesa-Dodsona. W rozsądnych dawkach wspiera, w nadmiarze może szkodzić. Do skutków ubocznych zbyt dużej dawki kofeiny zaliczamy:
- niepokój;
- zdenerwowanie, drażliwość;
- nadmierne pobudzenie, roztrzęsienie;
- zbyt szybkie bicie serca, podwyższone ciśnienie;
- bóle głowy;
- drgawki;
- problemy żołądkowe, mdłości;
- bezsenność;
- wypłukiwanie elektrolitów.
Część z tych niepożądanych skutków może zostać zniwelowana przez teaninę. Teanina to substancja, która występuje naturalnie w zielonej herbacie. Zmniejsza niepokój i drażliwość. Obniża czujność i pobudzenie, rywalizując o miejsce w receptorach z neuroprzekaźnikami pobudzającymi komórki, takimi jak glutaminian. W połączeniu z kofeiną pomaga osiągnąć stan jednoczesnego relaksu i umiarkowanego pobudzenia. Zalecana dawka to 200 – 400 mg dziennie.
Naukowcy spierają się w kwestii tego, czy kofeina odwadnia organizm. Jak mówi przysłowie, strzeżonego Pan Bóg strzeże, dlatego też pijąc kawę warto wypić przynajmniej taką samą objętość wody. Najlepiej ze szczyptą soli. Najwyżej szybciej skorzystasz z toalety.
Kawa czy tabletka
Kofeina wykazuje największą skuteczność w czystej formie, a zatem w postaci tabletki lub gumy do żucia.
W jednym z badań biegacze zostali podzieleni na pięć grup. Pierwsza przyjęła kofeinę w formie suchej, druga wypiła kawę, trzecia kawę bez kofeiny, czwarta kawę bez kofeiny z dodatkiem kofeiny w kapsułce, a piąta przyjęła placebo. Niezależnie od formy podania, każdy sportowiec otrzymał 4.45 mg kofeiny na kilogram masy ciała na 60 minut przed wysiłkiem. Zadanie polegało na biegu do utraty siły na poziomie 85% VO2max. Biegacze, którzy przyjęli kofeinę w formie suchej (kapsułka) przebiegli średnio o 2 – 3 kilometry więcej niż pozostałe grupy.
Badacze nie są pewni dlaczego kofeina w kawie przyswaja się gorzej. Prawdopodobnie występują w niej pewne związki hamujące wpływ kofeiny na adenozynę. Kofeina w postaci kapsułki jest łatwa do spożycia, nawet jeżeli nie lubisz smaku kawy. Pozwala przyjąć całą dawkę jednocześnie, dzięki czemu jesteś w stanie dostosować timing. Co więcej, dokładnie znasz dawkę, którą spożywasz.
Kofeina na pusty żołądek
Kofeina przyjmowana na pusty żołądek działa silniej. Jej wpływ jest mniejszy, jeżeli jesteśmy mocno najedzeni i poziom cukru we krwi jest wysoki.
Podsumowanie
Kawa jest obok wody i herbaty najczęściej spożywanym napojem na świecie. Zawarta w niej kofeina posiada właściwości ergogeniczne. Oznacza to, że wspiera performance fizyczny i mentalny. Zwiększa moc maksymalną i pułap tlenowy, a także wzmaga czujność i skupienie, podnosi wytrzymałość i motywację oraz wspiera pamięć i uczenie się.
Badania wskazują, że optymalną dawką są 3 mg kofeiny na kilogram masy ciała. Warto zastosować ją na 30 – 60 minut przed docelową aktywnością. Dawka waha się oczywiście w zależności od indywidualnej tolerancji. Jeżeli tolerancja jest zbyt niska, wysoka dawka może wywołać szereg niepożądanych skutków. Z drugiej strony zbyt wysoka tolerancja znacznie zmniejszy korzyści, które płyną ze stosowania kofeiny. Z tego właśnie względu każdy powinien indywidualnie dostosować preferowaną ilość kofeiny, jej źródło i optymalny timing.
Źródła
- Andrew Huberman. (2022, December 5). Using Caffeine to Optimize Mental & Physical Performance | Huberman Lab Podcast 101 [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=iw97uvIge7c
- Borota, D., Murray, E., Keceli, G., Chang, A., Watabe, J. M., Ly, M., … & Yassa, M. A. (2014). Post-study caffeine administration enhances memory consolidation in humans. Nature neuroscience, 17(2), 201-203.
- Goldstein, E. R., Ziegenfuss, T., Kalman, D., Kreider, R., Campbell, B., Wilborn, C., … & Antonio, J. (2010). International society of sports nutrition position stand: caffeine and performance. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 7(1), 5.
- Hogervorst, E. E. F., Bandelow, S., Schmitt, J., Jentjens, R. O. Y., Oliveira, M., Allgrove, J., … & Gleeson, M. (2008). Caffeine improves physical and cognitive performance during exhaustive exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise, 40(10), 1841-1851.
- Lorenzo Calvo, J., Fei, X., Domínguez, R., & Pareja-Galeano, H. (2021). Caffeine and cognitive functions in sports: a systematic review and meta-analysis. Nutrients, 13(3), 868.
- Sökmen, B., Armstrong, L. E., Kraemer, W. J., Casa, D. J., Dias, J. C., Judelson, D. A., & Maresh, C. M. (2008). Caffeine use in sports: considerations for the athlete. The Journal of Strength & Conditioning Research, 22(3), 978-986.