劉怡宏 梁銳

在運(yùn)動(dòng)前攝入咖啡因能提高人體運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，從而被廣泛的應(yīng)用于比賽和訓(xùn)練之中。運(yùn)動(dòng)前攝入咖啡因提升運(yùn)動(dòng)能力的效果存在爭(zhēng)議，受多種因素的影響。本文主要分析咖啡因?qū)θ梭w的作用機(jī)制，以及運(yùn)動(dòng)前攝入時(shí)間和攝入劑量對(duì)有氧耐力產(chǎn)生的影響。本文在知網(wǎng)、萬(wàn)方、Web of Science核心合集數(shù)據(jù)、EBSCO等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，根據(jù)納入和排除標(biāo)準(zhǔn)綜述了國(guó)內(nèi)外近些年來(lái)咖啡因提高有氧耐力的作用機(jī)制和效果最新研究進(jìn)展。咖啡因作為腺苷A1和A2A的非特異性拮抗劑通過(guò)抑制腺苷來(lái)延緩疲勞受體，能促進(jìn)多巴胺的釋放以提高中樞神經(jīng)興奮性和減少神經(jīng)對(duì)疲勞的感知和疼痛率，且使細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度增加，肌漿網(wǎng)釋放更多的Ca2+ 和Na+/K+ATP酶活性改變等作用機(jī)制提高運(yùn)動(dòng)中有氧耐力表現(xiàn)。諸多研究表明在運(yùn)動(dòng)前60～120分鐘攝入劑中低劑量的咖啡因，對(duì)提高有氧耐力的效果更明顯。

咖啡因是甲基黃嘌呤類化合物，自從被世界反興奮劑機(jī)構(gòu)移除禁藥名單后，被公認(rèn)為世界上最常用的藥物，主要用于競(jìng)技體育領(lǐng)域，現(xiàn)在也越來(lái)越多的應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。因?yàn)榭Х纫蚰軌虼碳ぶ袠猩窠?jīng)興奮性，所以運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練和比賽中經(jīng)常使用它作為一種營(yíng)養(yǎng)助益，咖啡因常被用于足球、自行車、馬拉松等耐力性項(xiàng)目中。

1 咖啡因起源

咖啡因（caffeine）又稱茶毒、馬黛因、瓜拉納因子、甲基可可堿。甲基可可堿是甲基黃嘌呤類化合物一種植物生物堿，是一種中樞神經(jīng)興奮劑，在許多植物中都能夠被發(fā)現(xiàn)。人類最常使用的含咖啡因的植物包括咖啡、茶及一些可可。世界上最主要的咖啡因來(lái)源是咖啡豆，同時(shí)咖啡豆也是咖啡的原料，另一個(gè)重要來(lái)源是茶，尤其是紅茶和烏龍茶。在北美地區(qū)90%的成年人在他們?nèi)粘ｏ嬍衬Ｊ街袛z入咖啡因，2004年之前咖啡因被世界反興奮劑機(jī)構(gòu)（WADA）列為禁藥，之后重新進(jìn)行評(píng)估，在2004年正式將咖啡因移除禁用清單，官方移除禁用清單后，咖啡因的使用更加頻繁，攝入咖啡因的情況在運(yùn)動(dòng)員中非常普遍，許多國(guó)家將咖啡因應(yīng)用于非處方藥、能量飲料、糖果和運(yùn)動(dòng)食品以及含有咖啡因或瓜拉那的補(bǔ)品。但國(guó)際奧林匹克委員會(huì)規(guī)定允許限值為12μg/ml咖啡因賽后尿濃度，超過(guò)15μg/ml則被認(rèn)為是非法的，而比賽前1小時(shí)攝入9～13mg/kg將達(dá)到比賽允許最大尿濃度。世界反興奮劑機(jī)構(gòu)并不認(rèn)為咖啡因是一種有害物質(zhì)而是將其納入了監(jiān)督計(jì)劃，該計(jì)劃旨在確定體育比賽中濫用咖啡因的模式。

1.1 咖啡因攝入劑量

咖啡因是一種無(wú)色無(wú)氣味的粉末，有一點(diǎn)苦味但被認(rèn)為相對(duì)無(wú)毒，可通過(guò)氣體腸道被快速吸收，由肝臟進(jìn)行代謝腎臟進(jìn)行排出。由于其脂溶性，咖啡因能夠輕易穿過(guò)血腦屏障和體內(nèi)所有組織細(xì)胞膜，從而達(dá)到對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)和刺激肌肉收縮的作用。在15～45分鐘血液呈現(xiàn)高濃度，60分鐘可到峰值濃度，峰值可維持2小時(shí)，咖啡因的濃度在攝入后3～6小時(shí)內(nèi)下降50-75%最長(zhǎng)可維持12小時(shí)?？Х纫蚓哂谐砂a性，咖啡因攝入劑量對(duì)于人體而言并不是絕對(duì)安全，成年人血液濃度為15～60μg/mL能夠使人中毒，血液濃度為80μg/mL就能使人致死，成年人咖啡因口服致死量在10g。研究顯示超過(guò)劑量的咖啡因還會(huì)出現(xiàn)不良生理反應(yīng)，安全且風(fēng)險(xiǎn)低的劑量應(yīng)為：未經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的成年人每日攝取的咖啡因不超過(guò)400mg或者每千克體重不超過(guò)6mg，未經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的成年人在這個(gè)范圍內(nèi)攝入是十分安全的。

專業(yè)運(yùn)動(dòng)員一次性服用超大劑量咖啡因具有致毒性，咖啡因一次性或短期內(nèi)服用大劑量會(huì)出現(xiàn)不良反應(yīng)，焦躁不安、神經(jīng)質(zhì)、肌肉抽搐、心律失常等現(xiàn)象，專業(yè)運(yùn)動(dòng)員使用咖啡因攝入量一般分為低劑量（3mg/kg）、中等劑量（5～6mg/kg）、和大劑量（10～13mg/kg），現(xiàn)有研究中當(dāng)攝入咖啡因攝入低至中等劑量（3～6 mg/kg）時(shí)對(duì)提高訓(xùn)練有素運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績(jī)有效，總體上不會(huì)因攝入更高劑量（≥9mg/千克）而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)成績(jī)的進(jìn)一步提高，大劑量咖啡因攝入會(huì)誘發(fā)焦慮，還可能誘發(fā)低血壓，增大出現(xiàn)副作用的幾率。

1.2 咖啡因的應(yīng)用人群

咖啡因是一種能夠提高人體運(yùn)動(dòng)能力的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)劑，但并不是對(duì)所有人都有明顯的影響效益，咖啡因?qū)\(yùn)動(dòng)的功效受使用人群的影響，業(yè)余運(yùn)動(dòng)的愛(ài)好者或者受過(guò)非專業(yè)訓(xùn)練的一般運(yùn)動(dòng)員使用咖啡因后對(duì)運(yùn)動(dòng)成績(jī)雖有提高但不明顯，研究證明咖啡因?qū)ξ唇?jīng)訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員沒(méi)有明顯的效果。受運(yùn)動(dòng)員自身水平高低的影響，對(duì)訓(xùn)練水平高的運(yùn)動(dòng)員效果更明顯。

2 資料來(lái)源與方法

2.1 文獻(xiàn)檢索策略

以“咖啡因”“有氧耐力”“疲勞”“caffeine”“Aerobic endurance”“fatigue”等為檢索詞在中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方等中文數(shù)據(jù)庫(kù)采用單獨(dú)或互相組合的方式進(jìn)行檢索;Web of Science核心合集數(shù)據(jù)、EBSCO等外文數(shù)據(jù)庫(kù)采用單獨(dú)或組合的方式進(jìn)行檢索。檢索時(shí)間為1990年1月～2021年1月。

2.2 納入標(biāo)準(zhǔn)

（1）文獻(xiàn)的研究設(shè)計(jì)為雙盲隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)或自身對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組在人群類型、年齡、項(xiàng)目上未見(jiàn)顯著差異;

（2）實(shí)驗(yàn)對(duì)象為運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者、專業(yè)運(yùn)動(dòng)員、業(yè)余運(yùn)動(dòng)員、青少年、健康成年人等;

（3）延緩人體疲勞相關(guān)的機(jī)制;

（4）文獻(xiàn)能提供實(shí)驗(yàn)方法、步驟、具體數(shù)據(jù)。

2.3 排除標(biāo)準(zhǔn)

（1）綜述文獻(xiàn)、會(huì)議論文、普刊文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)重復(fù)文獻(xiàn);

（2）無(wú)詳細(xì)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的文獻(xiàn)。

3 結(jié)果

3.1 咖啡因延緩運(yùn)動(dòng)性疲勞的成因

運(yùn)動(dòng)性疲勞是機(jī)體不能將它的機(jī)能保持在某一特定的水平或不能維持某一特定的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。軀體性疲勞是人體運(yùn)動(dòng)性疲勞的表現(xiàn)形式之一，根據(jù)其發(fā)生部位可將其分為中樞性疲勞和外周性疲勞，中樞性疲勞主要發(fā)生在大腦皮質(zhì)至脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的疲勞，外周性疲勞主要發(fā)生在神經(jīng)—肌肉接點(diǎn)、肌細(xì)胞膜、細(xì)胞器和肌肉收縮蛋白等部位。

3.1.1 咖啡因延緩疲勞的中樞機(jī)制

研究表明咖啡因可通過(guò)抑制腺苷來(lái)延緩疲勞受體，腺苷是一種內(nèi)源性神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，可發(fā)出一系列效應(yīng)，促進(jìn)睡意、增加感知疲勞及抑制多巴胺的分泌，它優(yōu)先抑制興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，并降低中樞神經(jīng)元的放電率，對(duì)中樞興奮性有抑制作用。攝入咖啡因后，在調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸傳遞及神經(jīng)元興奮性方面發(fā)揮重要作用，咖啡因能提升腺苷A1和A2A的非特異性拮抗劑導(dǎo)致多巴胺的釋放增加，從而促進(jìn)清醒和敏捷的感覺(jué)，降低運(yùn)動(dòng)期間的感覺(jué)勞累（RPE）和疼痛率。咖啡因?qū)ι窠?jīng)肌肉系統(tǒng)的積極作用可以部分抵消神經(jīng)肌肉疲勞的負(fù)面影響，因?yàn)樗梢詼p少大腦皮層運(yùn)動(dòng)前區(qū)和運(yùn)動(dòng)區(qū)的活動(dòng)，從而產(chǎn)生一定程度的次最大力量，導(dǎo)致對(duì)努力的感知降低，對(duì)RPE有抑制作用減少勞累和肌肉疼痛的感覺(jué)。

3.1.2 咖啡因延緩疲勞的外周機(jī)制

咖啡因可促使細(xì)胞內(nèi)鈣濃度增加，增強(qiáng)興奮—收縮耦聯(lián)效應(yīng)是提高力量和肌肉耐力最可能的機(jī)制，通過(guò)從肌漿網(wǎng)釋放更多的Ca2+和改善Na+/K+ATP酶的活性，在肌肉收縮期間，肌肉細(xì)胞的去極化導(dǎo)致K+流入細(xì)胞外液，然后擴(kuò)散到血漿中，增加肌肉的收縮咖啡因有助于促進(jìn)腎上腺釋放強(qiáng)大的刺激性腎上腺素。腺體可加快肌肉收縮的速度，增加心率，并增加游離脂肪酸的能量釋放，它通過(guò)調(diào)動(dòng)血液中的游離脂肪酸濃度作為耐力項(xiàng)目中肌肉收縮的主要燃料來(lái)源，在活動(dòng)肌肉中產(chǎn)生更大的脂肪代謝，抑制碳水化合物代謝，從而保護(hù)肌糖原。咖啡因能增加血漿兒茶酚胺，兒茶酚胺能刺激脂肪溶解并抑制脂肪生成，這增強(qiáng)了甘油和非酯化脂肪酸（NEFA）從脂肪組織釋放到血漿中，并增強(qiáng)它們肌肉的利用率，使碳水化合物減少和疲勞時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生強(qiáng)烈的肌肉收縮。

3.2 咖啡因?qū)Σ煌幕蝾愋偷男Ч?/p>

現(xiàn)有研究的另一個(gè)觀點(diǎn)攝入咖啡因后個(gè)體之間在運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)上的差異以及對(duì)睡眠或焦慮感的不良影響可能歸因于與咖啡因代謝以及身體和心理反應(yīng)有關(guān)的遺傳異。CYP1A2編碼細(xì)胞色素P450 1A2，該酶約占所有咖啡因代謝的95%，分別有AA基因型（咖啡因快速代謝者）和AC、CC基因型（咖啡因慢速代謝者）。AA、CC基因型在咖啡因使用劑量2～4mg/kg能增加效應(yīng)，AA效應(yīng)，CC基因型咖啡因使用劑量4mg/kg時(shí)表現(xiàn)不佳。AC基因型在任何劑量都不能增加效應(yīng)。咖啡因的下游代謝產(chǎn)物（對(duì)黃嘌呤，可可堿和茶堿）具有附加的產(chǎn)生作用，這就是為什么速代謝的AA基因型具有更多優(yōu)勢(shì)的原因由于咖啡因是血管收縮劑，CC基因型可能會(huì)經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的血管收縮，從而損害耐力表現(xiàn)。如果這些機(jī)制是正確的，并且應(yīng)該進(jìn)一步闡明這一點(diǎn)，那么在運(yùn)動(dòng)前更長(zhǎng)時(shí)間地?cái)z入咖啡因可能會(huì)改善咖啡因?qū)C基因攜帶者的致敏作用。

3.3 咖啡因?qū)τ醒跄土Φ挠绊?/p>

不同項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員在攝入咖啡因后對(duì)比賽成績(jī)的影響，許多研究證明運(yùn)動(dòng)員在賽前或訓(xùn)練前攝入3mg·kg-1～6mg·kg-1的咖啡因，運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績(jī)有所提高?？Х纫蚰軌蜓泳忂\(yùn)動(dòng)疲勞對(duì)有氧耐力產(chǎn)生有利的影響。

之前的研究表明咖啡因能提高人體有氧耐力，咖啡因提高有氧耐力對(duì)普通成年人和運(yùn)動(dòng)員都有效果，前者較后者相比效果并不顯著。Andreas對(duì)為20名半職業(yè)足球運(yùn)動(dòng)員測(cè)試前60分鐘攝入中等劑量（6mg·kg-1）咖啡因在跑步機(jī)上進(jìn)行最大攝氧量測(cè)試（跑臺(tái)），研究結(jié)果表明咖啡因能夠有效的改善有氧耐力的表現(xiàn)。Ben對(duì)16名男性自行車運(yùn)動(dòng)員完成三次實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在測(cè)試前90分鐘分別攝入安慰劑和攝入低劑量（3mg·kg-1）咖啡因和中等劑量（6mg·kg-1）咖啡因在功率自行車上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的有氧耐力測(cè)試，研究結(jié)果表明攝入咖啡因能夠提高運(yùn)動(dòng)員的有氧耐力而劑量組的效果好于中等劑量組好于安慰劑組。Brandon對(duì)12名經(jīng)常鍛煉的普通男性在測(cè)試前攝入低劑量咖啡因（300mg）反應(yīng)時(shí)以及疲勞、心率血壓在開(kāi)始測(cè)試前和測(cè)試后進(jìn)行測(cè)量，采用雙盲、隨機(jī)、安慰劑對(duì)照的交叉研究設(shè)計(jì)。測(cè)試時(shí)首先在跑步機(jī)上以較低的速度進(jìn)行預(yù)熱坡度保持在0%，其次以每?jī)煞昼妼?duì)速度進(jìn)行遞增，最終階段達(dá)時(shí)速達(dá)到24km/h，結(jié)果表明咖啡因組比安慰劑組能降低疲勞的感覺(jué)，對(duì)測(cè)試成績(jī)并沒(méi)有顯著變化。Philip在對(duì)13名男性和5名女性的休閑跑步愛(ài)好者進(jìn)行最大攝氧量測(cè)試，采取雙盲、交叉、隨機(jī)的研究方式在運(yùn)動(dòng)前60分鐘攝入咖啡因劑量160mg，實(shí)驗(yàn)一為跑步機(jī)熱身三分鐘后以坡度0%速度5～8km/h為初使測(cè)試速度，之后以每2分鐘增加2.5%的坡度。實(shí)驗(yàn)二為在受試者被要求在0%坡度的機(jī)動(dòng)跑步機(jī)上以盡可能快的速度完成5公里的跑步，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的攝入劑量和時(shí)間一致。研究表明咖啡因組和安慰劑組相比都能提高男女受試者的運(yùn)動(dòng)成績(jī)。

攝入咖啡因均能提高人員有氧耐力的能力受運(yùn)動(dòng)水平影響顯著，有過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)前攝入咖啡因能對(duì)運(yùn)動(dòng)成績(jī)提高更多，攝入劑量、性別、項(xiàng)目均不會(huì)運(yùn)動(dòng)成績(jī)產(chǎn)生大的影響。

4 結(jié)論

咖啡因作為提高運(yùn)動(dòng)能力的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)給已被普遍用于比賽和訓(xùn)練，通過(guò)咖啡因?qū)ο佘誂1和A2A的非特異性拮抗劑來(lái)抑制腺苷延緩疲勞受體，促進(jìn)多巴胺的釋放提高中樞神經(jīng)興奮性減少神經(jīng)對(duì)疲勞的感知和疼痛率，使細(xì)胞內(nèi)鈣濃度增加肌漿網(wǎng)釋放更多的Ca2+和Na+/K+ATP酶的活性是延緩運(yùn)動(dòng)性疲勞的作用機(jī)制?？Х纫蛱岣呷梭w有氧耐力不受性別影響，中低劑量的使用相對(duì)于高劑量而言，達(dá)到效果的同時(shí)降低不良反應(yīng)的出現(xiàn)，咖啡因的使用時(shí)間在運(yùn)動(dòng)前60～120分鐘，60分鐘達(dá)到峰值濃度120分鐘后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，咖啡因提高人體有氧耐力受運(yùn)動(dòng)水平影響較小。

（作者單位：北京體育大學(xué)體能訓(xùn)練學(xué)院）