咖啡因与运动健康有什么关系和影响?

来源:营养健康 日期:2018年09月01日 浏览(33)

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咖啡是世界范围内消费最为广泛的饮料之一。咖啡豆是一种植物产品,含有咖啡因,理论认为它可以增强运动性能。大多数高水平的加拿大运动员都会摄入膳食咖啡因,主要是通过喝咖啡的形式。除咖啡因外,咖啡还含有许多具有生物活性的植物营养素,如抗氧化剂,研究人员已经针对它们的健康益处和害处作了研究。

咖啡因概念及食物获取

咖啡因

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咖啡因是一种无味、苦涩、白色的生物碱,存在于许多植物中。从工艺上讲,咖啡因可以被归类为食物配料成分、膳食补剂或药物。作为一种食物配料成分,我们每天吃的许多食物和饮料中都有咖啡因,不仅是咖啡中含有咖啡因,茶、可乐、含咖啡因的水、果汁、能量饮料、运动饮料和运动棒、还有巧克力都含咖啡因。我们常喝的饮料中,一杯提神咖啡的咖啡因含量近似有 80-135 毫克,一杯茶含 40-60 毫克,一罐可乐含 35-45 毫克,一份 8 盎司的能量饮料含有咖啡因 80-120 毫克或更多。85% 的美国人每天都会至

少喝一杯含咖啡因的饮料,咖啡是主要形式。各种膳食补剂也含有咖啡因,如可乐果和瓜拉那,甚至一些针对运动员的非处方兴奋剂中也含有咖啡因。咖啡因还是一种合法药物,可引发强有力的生理效应。常规的咖啡因治疗剂量在 100 到 300 毫克之间。一些食品和补品的咖啡因含量已经达到了常规治疗剂量,符合咖啡因的药物分类标准。确实,咖啡因已经被认为是美国最流行的社会性药物。

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咖啡因对身体和运动表现的影响

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咖啡因的主要效应之一是阻断神经递质腺苷,影响全身多种代谢途径。此外,咖啡因还可刺激肾上腺分泌并释放肾上腺素进入血液循环。咖啡因与肾上腺素一起可刺激多种身体组织。

它们可以刺激中枢神经系统、增强肌肉收缩、提高肌糖原和肝糖原的分解速度、增多脂肪组织对游离脂肪酸(FFAs)的释放,以及增加肌肉内甘油三酯的利用率。在休息时,可以观察到明显的血液中FFAs浓度增加。

人们对咖啡因的增补效应已经进行了 100 多年的研究。早期研究主要集中在强度、力量和精神运动参数的改善上,比如反应时间。到了20世纪70年代末,研究人员猜测咖啡因可以通过增加脂肪氧化、减少人体对肌糖原的利用率来提高有氧耐力运动员的运动性能,比如马拉松运动员。多年来,许多调查人员都对这一假说进行了验证。Terry Graham 是著名的咖啡因研究者。最近,他和其他研究人员得出结论:几乎没有研究证据支持这一假设——长时间有氧耐力运动中咖啡因可通过增加脂肪氧化、减少人体对肌糖原的利用来增强运动表现。

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研究显示,咖啡因对耐力运动性能的机能增进影响是多因素的。首先,咖啡因可能会刺激中枢神经系统,加速大脑和脊髓神经细胞的活动,并降低运动过程中的自感用力度(RPE)。在对 21 项研究进行分析后得出结论,与安慰剂相比,咖啡因降低了 5.6% 的 RPE,同时提高了 11.2% 的运动性能。研究人员认为,29% 的运动性能的改善可能要归因于咖啡因对 RPE 的影响,咖啡因对运动员的心理影响似乎是其增进机能效应的一个重要因素。咖啡因还可增加肌肉收缩的力量。

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研究显示,咖啡因可能会通过刺激神经组织到肌肉组织运动传导通路上的各个作用点来影响肌肉性能。咖啡因还可以刺激肌肉细胞中的肌质网释放更多的钙,这一效应可能会促进肌肉收缩力量增加。在研究过程中,研究人员采用了肌肉组织电刺激方案,结果支持了这样一种假设:咖啡因在耐力运动中的一些机能增进效应可直接作用于骨骼肌。

总的来说,咖啡因可影响中枢和外围的代谢过程,以及心理过程,进而延缓疲劳;理论认为这些效应可以提高多种运动的表现,包括耐力、强度、速度和力量。

咖啡因与运动表现

有关咖啡因的机能增进效果,目前已经有数百项研究。各个研究的实验设计上存在相当大的差异:

●咖啡因递释系统(咖啡形式或胶囊形式)


●咖啡因剂量(3-15毫克/公斤体重)


●运动测试类型(力量型、强度型、反应时间、短时间耐力运动、长时间耐力运动)


●运动强度(亚极量运动、最大运动)


●受试者的训练现状(训练有素、未受过训练)


●运动前饮食(高碳水化合物、混合)


●受试者的咖啡因摄入现状(使用者、节制者)


●个体差异(对咖啡因有反应、无反应)


这些差异使得研究结果的解释复杂化。此外,一些研究人员还将咖啡因与其它兴奋剂,如麻黄碱结合来进行研究。

运动员使用

咖啡因似乎是运动员们普遍使用的增剂。

研究人员采用了 270 名加拿大精英运动员的饮食数据,报告称有 67% 的运动员会摄入咖啡因,主要是以巧克力或咖啡的形式。

2005 年世界锦标赛铁人三项比赛中,有近 90% 的运动员打算在比赛前或比赛期间使用咖啡因,75% 的运动员认为咖啡因可以增强他们的运动表现。

自 WADA 将咖啡因从禁用清单上去除后,2004-2008 年期间,对近21000 份西班牙精英运动员的尿样进行检测后发现,有 73.8% 的尿样检测到了咖啡因,超过 99% 的样本其咖啡因含量低于 12 毫克 / 毫升。

总的来说,咖啡因是世界范围内最受欢迎的运动补剂之一,很多运动员都在使用。

对运动反应的影响

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咖啡因可能会影响一些人体的精神运动反应,进而提高运动者在某些运动类型中的表现。咖啡因可以提高人体警觉性,从而改善简单反应时间。

200 毫克的剂量就可以产生效果,特别是当受试者处于精神疲劳状态的时候。

研究人员发现,以训练有素的运动员为测试对象,在混合糖电解质注射液中加入咖啡因,受试者接受这种摄入方案后完成一项耐力骑行测试。结果发现,咖啡因提高了受试者运动过程中的认知能力。对于多种耐力型运动,在运动过程中保持认知功能可以增强运动表现。

在一轮持续近 4 小时的高尔夫球赛过程中,运动选手可能会因长时间走步而疲劳,或许会导致运动技能或认知能力受损。研究人员以富有经验的高尔夫球手为研究对象,发现在一轮高尔夫球赛之前和期间饮用含咖啡因的运动饮料可改善进球成绩,提高警觉性。国际运动营养学会在其关于咖啡因和运动表现的立场声明中指出,在反复的力竭性运动和睡眠被持续剥夺期间,摄入咖啡因可以提高警惕性。

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但是,超过 400 毫克的大剂量咖啡因会使一些人变得神经过敏、焦虑不安。对于要求运动员有良好运动技能和手部稳定控制力的运动来说,这反而会对运动表现造成不利影响,如手枪射击要求运动选手手部动作要稳。咖啡因可以增强视觉注意力,但研究人员指出,涉及快速视觉刺激的运动,比如足球,运动员需注意不要过量使用咖啡因,不然视觉信息处理过程可能会受到损害。

对有氧耐力性能的影响

大多数调查咖啡因机能增进效应的研究都集中于有氧耐力的表现。许多研究项目、综述、分析和运动协会的立场声明都支持咖啡因的增补效果。

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咖啡因与赛艇运动

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研究人员报告,与安慰剂相比,6 毫克 / 公斤、9 毫克 / 公斤的咖啡因剂量都使受试者完成 2000 米赛艇运动的时间缩短了 1.2%,运动力量增加了 2.7%,但是受试者对咖啡因的反应存在巨大的个体差异。

咖啡因与自行车运动

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研究人员观察到,40 公里骑行计时赛过程中,5 毫克 / 公斤的咖啡因剂量使受试者的运动力量显著增加3.5%。

他们还发现了 0.7% 的安慰剂和 21.9% 的反安慰剂(受试者明确表示之前从未使用过咖啡因)对运动力量的影响,这一发现具有潜在意义。研究人员报告,2 毫克 / 公斤至 3 毫克 / 公斤的咖啡因剂量,使得受试者在最大踏车测力计测试中的运动输出增加。

咖啡因与跑步运动

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实验显示,受试者接受 3 毫克 / 公斤的咖啡因摄入剂量后,8 公里跑步作业时间缩短了23.8秒;而另一项实验室研究发现,150-200毫克(2-3毫克/公斤)的咖啡因剂量改善了受试者1500米长跑的运动性能。然而,在无糖能量饮料中按照 2 毫克 / 公斤的剂量加入咖啡因,以安慰剂为对照,受试者在 80% VO2max 条件下完成跑步测试至体力耗竭。结果显示,咖啡因对运动表现没有影响。在 7 项关于咖啡因补充的研究中,跑步表现的平均改善率为 1.1%。

研究人员针对 21 项只采用了一种计时耐力测试的研究进行了分析,这些测试具有很高的再现性,更适合检测运动性能。结果发现,受试者摄入咖啡因后运动表现的改善程度各不相同,平均改善率为 3.2%。研究人员认为,在运动前和过程中摄入低剂量咖啡因(3毫克/千克)可能会提高受试者运动过程中的警惕性、机敏性和认知功能,进而增强各种连续和间歇性任务的运动表现。

国际运动营养学会在其——咖啡因和运动表现——的立场声明中总结道,对于持续性最大耐力运动,咖啡因具有机能增进效应。如前所述,研究证明咖啡因在增强受试者计时试验的运动性能方面非常高效。美国运动医学院在其——运动过程中的补液——立场声明中也指出,咖啡因摄入可能有助于维持身体机能。尽管对咖啡因的反应存在个体差异,但现有证据支持咖啡因对耐力运动员的机能增进效应,以及受欢迎程度。

咖啡因与高强度缺氧运动

咖啡因对耐力运动表现的影响有充足的科学根据作支撑,但有关它增强无氧运动表现的研究相对较少。为了讨论这个问题,这里的高强度缺氧运动包括 10-180 秒最大运动或间歇性高强度运动,如足球、长曲棍球和陆上曲棍球等。

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1991 年的研究中得出过这样的结论,咖啡因并不能增强受试者在高强度缺氧运动中的表现。然而,过去进行的研究其结果无意义可能要归因于未经训练的实验对象和有缺陷的实验设计。最新的研究都选用了训练有素的实验对象,实验

设计也更适合运动测试。他们得出结论:对于 60 秒到 180 秒速度的速度型耐力运动,咖啡因具有机能增进效应。检测无氧功率和无氧代谢能力的传统模式,如30秒Wingate测试揭示咖啡因对运动性能的影响程度极小。而采用运动专项(即,曲棍球、橄榄球和足球)、高强度、4-6 秒持续时间的间歇运动测试则报告了咖啡因的机能增进效果。例如,研究人员以训练有素的男性为测试对象,受试者接受 5 毫克 / 公斤的咖啡因剂量,之后完成多项 6 秒循环冲刺测试,比较测试结果

后发现:咖啡因增加了受试者后期冲刺过程中的最大无氧功率和血乳酸水平。此外,对 17 项研究分析后发现,其中有 11 项研究认为咖啡因显著改善了受试者团队运动和功率型运动的性能,但主要是那些不经常摄入咖啡因的精英运动员。

国际运动营养学会在其咖啡因和运动性能的立场声明中表示,补充咖啡因有益于高强度运动的表现,包括足球和橄榄球等团队运动。

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对于高强度、间歇运动来说,咖啡因似乎具有增进机能的效果,尤其是在时限延长的运动过程中,比如一场足球赛。

对肌肉强度和耐力的影响

有关补充咖啡因对肌力和肌耐力的影响,研究结果有些模棱两可。涉及咖啡因和抗阻训练、肌力以及肌耐力的研究有限。最近的研究表明咖啡因对等距最大力量有一定的影响,还提供了一些咖啡因增强下肢肌肉组织肌耐力的证据。

然而,咖啡因对上肢肌肉组织的等速峰值力矩、一次最大重复值和肌耐力的影响还不太清楚。研究人员(Astorino 和 Robinson)指出,在 11 项研究中有 6 项表明,咖啡因可显著改善受试者的抗阻训练表现。总的来说,摄入咖啡因可提高最大自主收缩力量 7%,但主要是对膝伸肌而言,并没有涉及其他肌群。研究人员还报告说,咖啡因对肌耐力产生的积极影响较小,但仅限于某些特定的测试项目。然而,关于咖啡因和抗阻训练的研究相对较少,所以还无法得出咖啡因可影响运动性能这样的定论。

对膳食碳水化合物的作用

碳水化合物是有氧耐力运动过程的主要能量来源,体育科学家们也已针对碳水化合物、咖啡因对运动性能的影响作了研究,想要确定它们之间是否存在协同效应。

研究报告显示,在长时间有氧运动过程中摄入咖啡因(5 毫克 / 公斤)和葡萄糖,与单独摄入葡萄糖相比,外源碳水化合物和总碳水化合物的氧化分别增加了 26% 和 34%。研究人员在对 21 项研究进行分析后总结道,与单独摄入碳水化合物相比,同时补充碳水化合物和咖啡因对耐力运动性能有小而显著的积极效果。研究人员报告,与标准混合糖电解质注射液相比,在注射液中加入咖啡因可提高受试者 90 分钟间歇性往返跑步测试(模仿足球赛)的运动表现,研究结果暗示咖啡因 - 碳水化合物混合摄入可能也会有益于长时间、间歇性、高强度运动。

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