Kofeina bezwodna – mechanizm działania, wpływ na zdolności wysiłkowe oraz efekty uboczne stosowania

Bezwodna kofeina staje się coraz bardziej popularna jako suplement diety stosowany w celu redukcji masy ciała oraz środek poprawiający wyniki sportowe. Wiele osób, odczuwa po jej spożyciu przypływ energii i zwiększenie koncentracji. Przyjmowanie bezwodnej kofeiny umożliwia dostarczenie większych jej ilości do organizmu bez konieczności picia dużych ilości herbaty lub kawy. Niemniej jednak, z podażą kofeiny związane jest także pewne ryzyko, ponieważ przyjęcie zbyt dużej dawki może przynieść niebezpieczne dla zdrowia skutki uboczne. Obok gotowych preparatów, kofeina jest także obecna w produktach spożywczych, takich jak guma kofeinowa i batony sportowe.

Kofeina bezwodna- czym jest?

Kofeina występuje naturalnie w roślinach, takich jak: ziarna kawy i  herbata oraz w ziarnach kakaowca, które są surowcem do produkcji  kakao i czekolady. Kofeina zawarta w kawie pochodzi głównie z Coffea arabica– krzewu lub drzewa rosnącego na dużych wysokościach w subtropikalnych i równikowych regionach świata. Dzięki specyficznym procesom laboratoryjnym, obejmującym odfiltrowywanie wody i innych składników chemicznych z kofeiny, otrzymuje się tzw. kofeinę bezwodną w postaci białego, krystalicznego proszku, która jest bardziej skoncentrowana, a zatem ma silniejsze działanie od jej „zwykłej” formy. Kofeina, znana również jako 1,3,7-trimetyloksantyna, stanowi jeden z najbardziej popularnych i akceptowanych powszechnie środków wspomagających zdolności wysiłkowe stosowany przez zawodników trenujących sporty o charakterze wytrzymałościowym. Wiele badań z udziałem sportowców potwierdziło jej ergogeniczne działanie, trwające do godziny po spożyciu. Najczęściej, podczas badań naukowych, stosowana jest czysta, czyli bezwodna forma kofeiny w postaci kapsułek w dawkach dostosowanych do masy ciała badanych. Natomiast, w praktyce, np. w trakcie treningu lub zawodów sportowych, kofeina spożywana jest przeważnie wraz z żywnością, suplementami i napojami. Tutaj, należy wspomnieć także o przemysłowo produkowanych napojach energetycznych, które są mocno promowane jako zdolne do poprawy wydolności ze względu na obecność szeregu składników aktywnych, w tym kofeiny. Tymczasem, zgodnie z rekomendacjami, stosowanie tego typu napojów przez sportowców nie jest wskazane.

Mechanizm działania kofeiny

Niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z kofeiną zawartą w naturalnych składnikach czy z kofeiną bezwodną, mechanizm działania jest taki sam. Kofeina jest szybko wchłaniana przez przewód pokarmowy i przemieszcza się przez błony komórkowe do tkanek z podobną skutecznością. Natomiast, metabolizowana jest w wątrobie i wydalana przez nerki, w tym w około 3- 10% usunięta zostaje w niezmienionej postaci wraz z moczem. Podwyższone stężenie kofeiny w krwioobiegu można obserwować w ciągu 15- 45 minut od jej spożycia, a maksymalny wzrost poziomu następuje po godzinie. W trakcie kolejnych 3- 6 godzin, dochodzi do spadku ilości kofeiny w krążeniu o 50- 75%. Jednym z głównych miejsc działania kofeiny jest centralny układ nerwowy, ale również, z uwagi na obserwowany efekt w postaci zwiększenia zdolności wysiłkowych, wpływ na komórki mięśni szkieletowych. W szczególności, wyniki badań sugerują, że podczas ćwiczeń kofeina wykazuje działanie zmniejszające wykorzystanie glikogenu na korzyść większej mobilizacji wolnych kwasów tłuszczowych podczas produkcji energii dla pracujących mięśni. Kolejny możliwy mechanizm, dzięki któremu kofeina może poprawiać wytrzymałość jest zwiększenie wydzielania b-endorfin. Znany jest także wzrost reakcji termogenicznej-  w jednych z badań wykazano, że przyjęcie dawki wynoszącej 100 mg spowodowało polepszenie efektu pomimo faktu, że zwyczajowe spożycie kofeiny u badanych kształtowało się  na poziomie 100-200 mg na dzień.

Kofeina a jej bezwodna forma: korzyści i wady stosowania

Spożywanie kofeiny i jej bezwodnej postaci wywiera na organizm człowieka zarówno pozytywny, jak i negatywny efekt. Spośród zalet stosowania bezwodnej kofeiny należy wymienić:

  • łatwiejsze dostosowanie właściwej dawki w porównaniu do spożycia napojów parzonych, np. kawy,
  • lepsza dostępność w postaci proszku, pigułki, gumy lub żelu,
  • poprawa wyników osiąganych w sporcie.

Tymczasem, ze spożyciem bezwodnej kofeiny związane jest także ryzyko, mające nieobojętny wpływ na zdrowie:

  • przyjmowanie jej w postaci sproszkowanej, która jest mocno skoncentrowana, może spowodować przedawkowanie związane z niewłaściwym obliczeniem dawki przypadającej na kilogram masy ciała.

Tymczasem, dla porównania, „zwykła” kofeina jest łatwo dostępna i bezpieczna do spożycia w umiarkowanych ilościach stwarzając poczucie zwiększenia uwagi i redukcji zmęczenia, ponieważ jest centralnym stymulantem nerwowym. Ponadto, w połączeniu z lekami przeciwbólowymi łagodzi napięciowe bóle głowy, a także wpływa na zwiększenie zdolności wysiłkowych.  Jeśli kofeina spożywana jest w nadmiarze, może to prowadzić do bezsenności, stanów lękowych, zwiększenia diurezy, czyli wzmożonego oddawaniu moczu, co sprzyja odwodnieniu (szczególnie, jeśli nie jest dostarczana wystarczająca ilość wody lub treningi cechuje wysoka intensywność).

Efekty uboczne, jak i czynniki ryzyka, zarówno dla kofeiny, jak i bezwodnej jej formy są podobne. Według Agencji Żywności i Leków (FDA- Food and Drug Administration), zdrowi dorośli mogą spożywać do 400 mg kofeiny dziennie (co odpowiada około 4 lub 5 filiżankom kawy) w dowolnej formie bez pojawienia się działań niepożądanych. W sytuacji, gdy dana osoba wypija więcej kofeiny, niż wynosi dozwolona dawka, mogą pojawić się skutki uboczne, których nasilenie będzie zależeć od jej tolerancji na kofeinę. Wpływ na to mają, między innymi, wielkość masy ciała, możliwe interakcje z przyjmowanymi lekami lub, zwyczajnie, czynniki genetyczne. Typowe efekty uboczne nadmiernego spożywania kofeiny obejmują:

  • problemy z zasypianiem,
  • niepokój,
  • bóle głowy,
  • rozdrażnienie,
  • nudności,
  • biegunkę,
  • zmniejszenie lub brak apetytu.

Czasami, nawet jednorazowe spożycie kofeiny może wywołać nieregularne bicie serca, co związane jest ze zwiększonym ryzykiem nagłej śmierci sercowej.

Objawy przedawkowania kofeiny bezwodnej

Nieumiejętne stosowanie kofeiny i bagatelizowanie zaleceń dotyczących dawkowania prowadzą do pojawienia się objawów zatrucia, związanych z jej przedawkowaniem. Symptomy spożycia zbyt dużej ilości kofeiny obejmują:

  • zwiększenie częstości skurczów serca,
  • nieregularne bicie serca,
  • nudności i wymioty,
  • ból i/lub ucisk w klatce piersiowej,
  • ból brzucha,
  • zaburzenia orientacji,
  • drżenie mięśni,
  • nadpobudliwość,
  • w skrajnych przypadkach: śmierć.

W przypadku zaistnienia któregokolwiek z powyższych objawów po spożyciu suplementu zawierającego kofeinę, zaleca się natychmiastową konsultację z lekarzem.

Oczywiście, toksyczność kofeiny jest bardzo mało prawdopodobna przy umiarkowanym spożyciu żywności i napojów dla sportowców. Tymczasem, ryzyko wzrasta w przypadku przyjmowania czystej, sproszkowanej formy bezwodnej kofeiny, z uwagi na, jak wcześniej już wspomniano, trudność w dokładnym zmierzeniu dawki.

Objawy odstawienia kofeiny

Należy także wspomnieć o wystąpieniu możliwych objawów wynikających z odstawienia kofeiny, które mogą pojawić się już w kolejnym dniu po spożyciu ostatniej dawki. Typowe symptomy mogą obejmować:

  • zmęczenie,
  • bóle głowy,
  • rozdrażnienie.

Niemniej jednak, stopniowe zmniejszanie spożycia kofeiny poprzez redukcję dawki może pomóc złagodzić te objawy.

Kto nie powinien stosować bezwodnej kofeiny?

Spożywanie bezwodnej kofeiny jest, w zasadzie, bezpieczne, o ile będą ściśle przestrzegane zalecenia dotyczące jej dawkowania. Dlatego też, FDA w swoich komunikatach ostrzega przed jej silnie skoncentrowaną sproszkowaną i płynną formą. Różnica między bezpieczną a toksyczną dawką jest minimalna, a jej zalecana ilość jest, często, trudna do zmierzenia przy użyciu standardowych narzędzi kuchennych. Na przykład, jedna łyżeczka czystej sproszkowanej kofeiny zawiera taką samą ilość kofeiny jak 28 filiżanek kawy! Dlatego, w trakcie suplementacji bezwodnej jej postaci należy zachować szczególną ostrożność i obligatoryjnie stosować się do rekomendacji producentów. Zwłaszcza, nie zaleca się stosowania bezwodnej kofeiny przez:

  1. Kobiety w ciąży. Powinny one unikać przyjmowania tego typu suplementu, ponieważ, zgodnie z rekomendacjami, dzienna dawka kofeiny zawarta m.in. w kawie, czekoladzie, herbacie powinna wynosić nie więcej niż 200 miligramów. Ponadnormatywne spożycie kofeiny może negatywnie wpłynąć na rozwijający się płód, w tym zwiększać ryzyko poronienia. Wymagane są jednak dalsze badania, aby to potwierdzić, dlatego zalecana jest tutaj szczególna ostrożność.
  2. Kobiety w trakcie laktacji. Podobnie, jak wyżej, osoby karmiące piersią również powinny ograniczyć spożycie kofeiny do 200 mg dziennie. Noworodki i wcześniaki są szczególnie wrażliwe na jej działanie.
  3. Dzieci i młodzież. Zgodnie z zaleceniami Amerykańskiej Akademii Pediatrycznej, stosowanie kofeiny jest niewskazane nawet przez młodych sportowców, mimo potwierdzonego pozytywnego wpływu na zdolności wysiłkowe u dorosłych sportowców.
  4. Osoby stosujące leki. Bezwodna kofeina może wchodzić w interakcje z niektórymi lekami i suplementami ziołowymi, dlatego osoby przyjmujące te leki powinny skonsultować się z lekarzem przed rozpoczęciem suplementacji kofeiną.
  5. Osoby z zaburzeniami psychicznymi. Kofeina może sprzyjać nasileniu objawów, takich jak uogólnione reakcje lękowe lub napady paniki.
  6. Osoby, u których stwierdzono choroby serca, wątroby lub cukrzycę. W tym przypadku, decyzja o rozpoczęciu suplementacji kofeiny powinna być podjęta tylko i wyłącznie po konsultacji z lekarzem i stosowana w wyjątkowych sytuacjach pod jego ścisłym nadzorem.

Czy suplementacja bezwodnej kofeiny jest bezpieczna?

Kluczem do bezpiecznego stosowania bezwodnej kofeiny jest wybór produktu wysokiej jakości, unikanie zakupu w formie czystych proszków (jeśli istnieje problem w dokładnym zmierzeniu każdorazowo przyjmowanej dawki) i ścisłe stosowanie się do zaleceń podanych na etykiecie przez producenta.

Formy występowania bezwodnej kofeiny

Najczęściej, suplement ten występuje w postaci tabletek, kapsułek lub proszku. Jak wcześniej wspomniano, pomiędzy bezpieczną i niebezpieczną dawką istnieje cienka granica i już niewielki błąd w pomiarze może prowadzić do pojawienia się niebezpiecznych skutków ubocznych związanych z przedawkowaniem. Wystarczy jedna łyżeczka czystej sproszkowanej bezwodnej kofeiny, aby spowodować potencjalnie śmiertelne konsekwencje, ponieważ odpowiada ona 2700 miligramom kofeiny. Mówiąc inaczej, należałoby jednorazowo wypić 28 filiżanek kawy, 68 filiżanek czarnej herbaty lub 68 puszek coli, aby spożyć taką samą ilość kofeiny. Dlatego, wybór innej formy bezwodnej kofeiny, np. kapsułki, powinien ułatwić przestrzeganie wytycznych bezpieczeństwa. Kofeina bezwodna jest często stosowana jako składnik różnych rodzajów suplementów, takich jak „przedtreningówki” lub tabletki zmniejszające tkankę tłuszczową (popularne „spalacze”). Również, niektóre produkty spożywcze zawierają dodatek bezwodnej kofeiny (batony sportowe, gumy do żucia).

Wskazówki dotyczące stosowania kofeiny

Przed treningiem fizycznym, w celu zwiększenia zdolności wysiłkowych, zaleca się suplementowanie bezwodnej kofeiny w dawce około 3- 6 mg/ kg masy ciała. Ważne, by przyjmowanie preparatu zacząć od dolnej granicy tego zakresu i sukcesywnie zwiększać jej ilość. Pozwoli to na określenie minimalnej dawki, jaką należy przyjąć, by uzyskać oczekiwany efekt w postaci zwiększenia wytrzymałości w trakcie treningów. Warto pamiętać, że dawki powyżej 6 mg/ kg nie zapewniają żadnych dodatkowych korzyści wynikających z suplementacji i mogą powodować działania niepożądane oraz stanowić bezpośrednie zagrożenie życia, jeśli dojdzie do przedawkowania kofeiny. Biorąc pod uwagę czas, to kofeinę najlepiej jest przyjąć na około godzinę przed planowanym treningiem lub zawodami.

Kofeina bezwodna a efekt ergogeniczny: przegląd badań

Badania nad fizjologicznym wpływem kofeiny na wyniki sportowe u ludzi są szeroko zakrojone. W rzeczywistości, nadal przeprowadzane są eksperymenty, które służą do jeszcze głębszego poznania mechanizmu jej działania na różnych grupach sportowców w określonych sytuacjach, między innymi, podczas treningu wytrzymałościowego i siłowego, w trakcie regeneracji po wysiłku fizycznym oraz w strategii nawadniania. Liczne badania donoszą o wspomagającym działaniu na wysiłek fizyczny bezwodnej kofeiny dostarczonej w postaci kapsułek lub rozpuszczonej w ciepłej wodzie. Z drugiej strony, nie ma jednoznacznych wyników potwierdzających ergogeniczny efekt, gdy jej źródłem jest spożywana kawa. Przykładowo, na podstawie przeprowadzonego eksperymentu stwierdzono, że wypicie kofeiny w postaci kawy znacznie wpłynęło na poprawę czasu przebiegnięcia dystansu 1,5 km, a z drugiej strony istnieją nowsze badania, które podważają te ustalenia. Zaskakujący może być fakt, że po osiągnięciu podobnych stężeń kofeiny we krwi po spożyciu kawy lub bezwodnej kofeiny rozpuszczonej w bezkofeinowej kawie, wyniki nie uległy poprawie. Prawdopodobnie, jest to związane z obecnością niektórych składników wspólnych dla zwykłej i bezkofeinowej kawy, zmieniających wrażliwość receptora adenozynowego na poziom kofeiny we krwi, co skutkuje tłumieniem działania ergogenicznego suplementu. Co więcej, autorzy innych badań wykazali, że znajdujące się w ziarnach kawy pochodne kwasów chlorogenowych mogą zakłócać wiązanie kofeiny ze wspomnianym wyżej receptorem. Z drugiej strony, są jednak osoby, które na co dzień konsumują jednocześnie suplement wraz z kawą, co zwiększa ich ekspozycję na kofeinę. W związku z tym, można stwierdzić, że forma przyjęcia bezwodnej kofeiny ma tutaj istotne znaczenie, aby uzyskać efekt wspomagający zdolności wysiłkowe. Badania oceniające wpływ kofeiny na wyniki sportowe początkowo koncentrowały się głównie na sportach wytrzymałościowych (tj. jazda na rowerze, wioślarstwo, biegi długodystansowe, narciarstwo biegowe), jednak w ostatnich latach skupiono uwagę na ocenie wpływu spożycia kofeiny na wydolność w protokołach ćwiczeń oporowych. Miało to związek z tym, że spożywana jest ona często przed treningami siłowymi, najczęściej w formie suplementu, np. tzw. “przedtreningówki”, co umotywowane jest zwiększeniem wytrzymałości sportowej tudzież siły/mocy. I w tym przypadku, istnieją rozbieżne wyniki badań, które z jednej strony sugerują, że po spożyciu kofeiny może znacznie wzrosnąć siła mięśni, a z drugiej- nie obserwowano poprawy podczas ćwiczeń. Zatem, przyjmowanie kofeiny może wpływać na polepszenie wyników sportowych, ale zależy to także od pozostałych czynników, takich jak: poziom wytrenowania, rodzaj ćwiczeń, intensywność i czas trwania treningu, a w końcu- od zastosowanej dawki i indywidualnie zaplanowanej strategii suplementacji.

Regulacje dotyczące suplementacji kofeiny

Stosowanie suplementów diety w sporcie profesjonalnym jest regulowane odpowiednimi zapisami udokumentowanymi istniejącymi wynikami badań naukowych. I tak, w przypadku kofeiny (mając na uwadze również jej bezwodną postać), według National Collegiate Athletic Association (NCAA) stosowanie kofeiny przez kolegialnego sportowca jest zakazane, jeśli spożywa ją w dawce powyżej 500 mg (co odpowiada 6 filiżankom kawy), a w próbce moczu jej stężenie wyniesie 15 mikrogramów/mililitr (lista zakazanych stymulantów NCAA 2019-2020). Tymczasem, Światowa Agencja Antydopingowa (WADA) nie zamieściła do tej pory kofeiny na liście substancji niedozwolonych, dlatego w sporcie wyczynowym, stosowanie suplementów z kofeiną jest w pełni legalne. Niemniej jednak, WADA włączyła kofeinę do swojego „programu monitorowania” i jego celem jest śledzenie substancji, które nie są obecnie zabronione, ale mogą być niewłaściwie wykorzystywane przez sportowców.

Bibliografia

1. European Food Safety Authority. Scientific opinion on the safety of caffeine. EFSA Journal. 2015;13(5):4102
2. Goldstein et al.: International society of sports nutrition position stand: caffeine and performance. Journal of the International Society of Sports Nutrition 2010, 7:5.
3. Grgic J, Grgic I, Pickering C, Schoenfeld BJ, Bishop DJ, Pedisic Z. Wake up and smell the coffee: caffeine supplementation and exercise performance-an umbrella review of 21 published meta-analyses. Br J Sports Med. 2019. doi:10.1136/bjsports-2018-100278
4. Hodgson AB, Randell RK, Jeukendrup AE. The metabolic and performance effects of caffeine compared to coffee during endurance exercise. PLoS ONE. 2013;8(4):e59561. doi:10.1371/journal.pone.0059561
5. McLellan T.M., Bell, D.G.: The Impact of Prior Coffee Consumption on the Subsequent Ergogenic Effect of Anhydrous Caffeine. International Journal of Sport Nutrition & Exercise Metabolis 2004, 14 (6), 698-708.
6. NCAA, Sports Science Institute. 2019-2020 NCAA banned substances.
7. Trexler E.T., Smith-Ryan A.E., Roelofs E.J., Hirsch K.R., Mock M.G. Effects of coffee and caffeine anhydrous on strength and sprint performance. Eur J Sport Sci. 2016 Sep;16(6):702-10.
8. Trexler ET, Smith-Ryan AE, Roelofs EJ, Hirsch KR, Mock MG. Effects of coffee and caffeine anhydrous on strength and sprint performance. Eur J Sport Sci. 2016;16(6):702–710. doi:10.1080/17461391.2015.1085097
9. U.S. National Library of Medicine, MedlinePlus. Caffeine in the diet. Updated April 30, 2019.
10. U.S. National Library of Medicine, National Center for Biotechnology Information, PubChem Database. Caffeine (CID 2519).
11. Willson C. The clinical toxicology of caffeine: A review and case study. Toxicol Rep. 2018;5:1140–1152. doi:10.1016/j.toxrep.2018.11.002
12. World Anti-Doping Agency. 2020 List of Prohibited Substances and Methods. Updated January 1, 2020.

mgr. inż. Jacek Przybylski
Studia inżynierskie ukończyłem w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie na Wydziale Nauk o Żywieniu Człowieka i Konsumpcji oraz studia podyplomowe z Poradnictwa Żywieniowego i Dietetycznego. Tytuł magistra dietetyki uzyskałem w Krakowskiej Wyższej Szkole Promocji Zdrowia o specjalizacji dietetyka kliniczna. Swoją praktykę opieram się na specjalistycznej literaturze i pracach popartych badaniami naukowymi. Dietetyka to nie tylko moja praca, ale przede wszystkim pasja i nierozłączny element mojej codzienności.