יורם אהרוני | תזונה | 28/11/2014

השפעת קפאין וקפה על סבולת

מאת: יורם אהרוני

מחקרים רבים הראו כי צריכת קפאין מביאה לשיפור בביצועי סבולת במאמצים תת-מרביים ובמאמצים מרביים הנמשכים מספר דקות. ב-1978 פרסמו Costill  וחבריו מחקר שטען כי הקפאין משפיע על שיפור הסבולת בעיקר על ידי כך שהוא מעודד את גוף להשתמש בחומצות שומניות כמקור לאנרגיה ובכך מביא לחסכון בגליקוגן שכמותו בגוף מוגבלת. בספר "גישה מדעית לריצות ארוכות" כותב קוסטיל: "...כיצד נגרום לתאי השומן לשחרר יותר חומצות שומן חופשיות? תשובה פשוטה היא לעורר את מערכת העצבים הסימפתטית ע"י שתיית קפאין, כ-60 דקות קודם למאמץ. כתוצאה משתיית קפה, המכיל כ-4 עד 5 מיליגרם של קפאין לכל קילוגרם של משקל הגוף (שתי כוסות קפה), צפינו בעליה של 19% בזמן "מאמץ עד למצב של תשישות". במחקר מאוחר יותר מצאנו, כי שתיית כמות דומה של קפה, קודם למאמץ גופני האורך כשעתיים, הביאה לעלייה של 7% בכמות העבודה שהיה בידי הנחקרים לבצע. למרות שלנחקרים לא היה ידוע טיב המשקה ששתו, הם מצאו את המאמץ קל יותר בסיוע הזנת קפאין. מה משמעות כל זאת עבור רץ למרחקים? משמעות הדבר היא כי רץ מרתון שזמנו עומד על 2:30 שע', עשוי לשפר את יכולתו עד כדי 10 דקות. באם רמתך דומה לשלי, עשויה יכולת מרתונית של 3:30 להתקזז ל-3:15 שע'. אין פירושו של דבר כי רץ של 2:10 יקבע זמן של 2:01 שע' אחרי שתיית הקפה. על מנת לרוץ כה מהר, בטוחני כי הרץ מסוגל כבר לשחרר כמויות ניכרות של חומצות שומן מתאי השומן בגופו. לכן, לא תהיה תגובתו להזנת הקפה בולטת כל כך. יהיה עלינו לחכות למידע נוסף על מנת לאמת את התיאוריה..." (עמוד 118).

כפי שניתן להתרשם מדבריו של קוסטיל, הוא לא ממש בדק את השפעת הקפאין על רצי מרתון והוא עצמו מודה כי  חלק ממה שהוא כותב הוא בגדר השערה בלבד.  אין הרבה מחקרים שבוצעו בשנים שעברו מאז שמצאו תמיכה בתיאוריה של קוסטיל על המנגנון בו משפיע הקפאין על הסבולת. מחקרים שנעשו בשנים האחרונות הראו כי הקפאין משפיע על הסבולת בעיקר עלי ידי כך שהוא  מתחרה עם אדנוזין על הרצפטורים שלו ובכך יש לו השפעה הן על מערכת העצבים המרכזית והן על מערכת העצבים ההיקפית. ההשפעה הזו מתבטאת בתחושת כאב מופחתת, הערכה כי עוצמת המאמץ היא נמוכה מאשר היא בפועל, שיפור בגיוס היחידות המוטוריות בשריר ושיפור התיאום בין הגירוי העצבי לשריר לפעולת התכווצותו.

את השפעת הקפאין מודדים בדרך כלל במבחן שבו נדרשים הנבדקים להתמיד כמה שיותר זמן בעת ביצוע הספק תת-מרבי ידוע שנקבע להם - "מאמץ עד תשישות". מאחר שתנאי מבחן כאלה לא מבטאים ממש סיטואציה תחרותית אמיתית, יש המביעים ספקות לגבי אפשרויות ההשלכה ממנו לתנאי תחרות אמיתיים.  יש מחקרים שהראו השפעה של קפאין גם ב"מבחן זמן". בשיטה כזו על הנבחנים לעבור כמה שיותר מהר מרחק ידוע או לעבוד בהספק גבוה ככל האפשר בזמן קצוב. ברוב המחקרים אלה מסופק הקפאין בכמוסות או כאשר הוא מומס במים. בהסתמך על תוצאות מחקרים אלה יש הטוענים כי שתיית קפה לפני ביצוע מאמץ סבולת כמו ריצה למרחקים ארוכים, עשויה לתרום לשיפור בהישג. יש מעט מחקרים שהראו שיפור בהישג אחרי שתיית קפה אך יש גם מחקרים שהראו כי שתיית קפה לא הביאה לתוצאות המקוות ורק לצריכת קפאין בכמוסות או באבקה שהומסה במים יש השפעה כזו והסיבה לכך אולי היא שבקפה יש תרכובות אחרות המבטלות האת ההשפעה החיובית של הקפאין על ביצועי הסבולת. אולם בכל זאת, זה נראה מוזר כי לקפה אין השפעה על סבולת בעוד שלקפאין בכמות זהה לזו הנמצאת בקפה, יש השפעה. המחקר המצוטט ביותר שהראה כי לקפאין יש השפעה על שיפור הישג בעוד שלקפה אין השפעה כזו הוא של Graham וחבריו שהתפרסם ב-1998.  במחקר שלהם השתתפו 8 גברים ואישה אחת שהיו רצים מאומנים (גיל ממוצע של הגברים 27.8, טווח 47-21, גיל האישה 22, צריכת חמצן מרבית  ממוצעת של הגברים 69.1 מ"ל/ק"ג/דקה ושל האישה 52.5)  הנבדקים התבקשו לרוץ על מסילה נעה במהירות ושיפוע כאלו שהביאו אותם ל-85% בערך מצריכת החמצן המרבית שלהם. נמדד "זמן עד תשישות" בחמש ריצות שביניהן הפסקה של לפחות שבוע אחד, אחרי צריכה בסדר מקרי של: א) פלסבו (כמוסות דקסטרוז עם מים); ב) כמוסות קפאין עם מים; ג) קפה רגיל  בו תכולת הקפאין הייתה 4.45 מ"ל קפאין לק"ג משקל (כדי להשיג את הכמות הזו הרצים היו צריכים לשתות 600-500 מ"ל קפה; ד) קפה נטול קפאין, ה) קפה נטול קפאין שאליו הוסף קפאין כדי לקבל אותה כמות של קפאין במשקה כמו בקפה ובכמוסות הקפה עם המים. למרות שריכוזי הקפאין והמטבוליטים שלו בדם היו דומים אחרי צריכת קפאין, קפה רגיל וקפה נטול קפאין שאליו הוסף קפאין, "הזמן עד תשישות" אחרי צריכת כמוסות הקפאין היה גדול ב-10-7.5 דקות מאשר בארבעת הריצות האחרות. 6 מתוך 9 הנבדקים השיגו את התוצאה הטובה ביותר שלהם אחרי צריכת כמוסות הקפאין. לא נמצא הבדל מובהק בממוצע זמן הריצה בין ארבעת הטיפולים האחרים. בארבעת הטיפולים האלה - שלושה מתוך תשעה הרצים קבעו זמן טוב יותר אחרי צריכת קפה נטול קפאין (מאשר בשלושת הטיפולים האחרים), שלושה קבעו את ההישג הטוב ביותר אחרי צריכת קפה ושלושה אחרי קפה נטול קפאין+קפאין מוסף. הזמן הממוצע של הריצה אחרי צריכת כמוסות קפאין היה 40 דקות בערך, אחרי שלושת "טיפולי הקפה" – 33 דקות בערך ואחרי הפלסבו – 31 דקות בערך. עוד נמצא כי ריכוז האדרנלין אחרי צריכת כמוסות הקפאין היה גבוה יותר מאשר אחרי שני הטיפולים בהם צרכו הרצים קפאין בצורה אחרת (קפה רגיל וקפה נטול קפאין+ קפאין מוסף) בעוד הריכוז הנמוך ביותר היה אחרי צריכת פלסבו וקפה נטול קפאין. לפיכך שיערו גרהאם וחבריו כי יש  חומר או חומרים בקפה הגורמים לכך שריכוז האדרנלין יעלה פחות מאשר הוא עולה כתגובה לצריכת קפאין ומים בלבד. עם זאת, גרהאם וחבריו שיערו כי ההבדלים בריכוז האדרנלין לא יכולים להסביר הרבה מההבדלים בתוצאות הריצה שהם מצאו והם שיערו כי תרכובת אחרת בקפה הפריעה לפעילות הארגוגנית של הקפאין.

במחקר שהתפרסם בשנת 2013 ב- PLoS ONEביקשו Hodgson וחבריו לבדוק השפעה של קפאין וקפה ב"מבחן זמן". הנבדקים היו שמונה רוכבי אופניים או טריאתלטים, בגיל ממוצע  41 וצריכת חמצן מרבית ממוצעת של 58 מ"ל /ק"ג/דקה.  כל אחד מהנבדקים ביצע ארבעה "מבחני זמן" של כ-45 דקות, בהפרש של שבוע זה מזה, על אופניים סטטיים וזאת לאחר 30 דקות רכיבה בקצב קבוע בעוצמת מאמץ של 55% מצריכת החמצן המרבית. שעה לפני תחילת 30 הדקות של  הרכיבה התת-מרבית ב-55% מצריכת החמצן המרבית צרכו הנבדקים בסדר אקראי את  אחד המשקאות שהיו: א) פלסבו; ב) קפה נמס נטול קפאין (Nescafe Original Decaffeinated coffee, <97% caffeine free); ג) קפה נמס (Nescafe Original) כאשר תכולת הקפאין בו היא 5 מ"ג/ק"ג, שהוגש חם, בספל גדול שנפח הנוזל בו היה 600 מ"ל. ד) קפאין מומס במים בכמות של 5 מ"ג/ק"ג, שהוגש בבקבוק. בכל הטיפולים נפח הנוזל היה 600 מ"ל והוקצבו לנבדקים 15 דקות לשתות את כל הכמות. הוכנס חומר טעם מריר  למשקאות בכדי להקשות על הנבדקים להבדיל בין הקפאין המומס במים והפלסבו. בזמן המאמץ התת-מרבי של 30 דקות שקדם ל"מבחן הזמן" הוערך שיעור השימוש בחומצות שומן  על ידי חישוב מנת הנשימה, כל 10 דקות. מנת הנשימה היא היחס בין כמות הפחמן הדו-חמצני שנפלטת בנשיפה לכמות החמצן שנקלטת בנשימה. ככל שהערך קרוב יותר ל-1.0 הדבר מצביע על שיעור גבוה של שימוש בפחמימות וככל שהערך קרוב יותר ל-0.7 הדבר מעיד על שימוש מוגבר בחומצות שומן כמקור לאנרגיה בשעת המאמץ.

בעת המאמץ התת-מרבי, צריכת החמצן הייתה דומה בכל הטיפולים והייתה קצת יותר מ-2.5 ליטר חמצן לדקה. מאחר שהמשקל הממוצע של הנבדקים היה כ-79 ק"ג הרי שהצריכה התת-מרבית יחסית למשקל הגוף הייתה כ-32 מ"ל/ק"ג/דקה והייתה בגבולות 58-55% מהצריכה המרבית. לא נמצאו הבדלים בדופק בעת המאמץ התת-מרבי והוא היה כ-120 פעימות בדקה בכל אחד מארבעת הטיפולים.  גם הערכת עוצמת המאמץ הסובייקטיבית (RPE) לפי הסקלה של בורג (מ-6 עד 20) הייתה דומה בכל אחד מארבעת הטיפולים ונעה בממוצע מ-10 עד 11 (מאמץ קל). ככל שהתקדם המאמץ התת-מרבי, ירד חלקן של הפחמימות כמקור לאנרגיה ועלה חלקן של חומצות השומן, ללא הבדל בין ארבעת הטיפולים.  לפני תחילת המאמץ המרבי (ושעה אחרי צריכת אחד המשקאות) הייתה עליה בריכוז הגלוקוז בדם (בהשוואה למצב לפני השתייה) רק אחרי צריכת קפאין או קפה רגיל. שתיית קפה נטול קפאין או פלסבו לא הביאה לשינוי בריכוז הגלוקוז בדם. בזמן המאמץ התת-מרבי המשיכה רמת הגלוקוז לעלות אחרי צריכת קפאין וקפה בעוד שאחרי צריכת קפה נטול קפאין או פלסבו נצפתה תחילה ירידה בריכוז הגלוקוז, ועליה בריכוזו לקראת תום מאמץ זה. גם ריכוז החומצות השומניות בדם עלה כתגובה לצריכת קפאין או קפה, לפני תחילת המאמץ. במהלך המאמץ עלה ריכוז חומצות השומן בדם, בכל ארבעת הטיפולים. ריכוזי הלקטט בדם עלו כמובן בשעת המאמץ, מעל רמתה בזמן מנוחה, בכל ארבעת הטיפולים, אבל ריכוזה היה גבוה יותר אחרי צריכת קפה או קפאין. ריכוז הקפאין בדם עלה כמובן רק אחרי צריכת קפה או קפאין ולא נמצאו הבדלים מובהקים בפרמטר זה אחרי צריכת קפאין או קפה. רמת הקפאין בדם הגיעה לשיאה 60 דקות אחרי צריכתו, כלומר ממש לפני תחילת המאמץ התת-מרבי.

ב"מבחן הזמן" נדרשו הנבדקים לדווש על האופניים הסטטיים ולבצע משימה של השלמת כמות מסוימת של עבודה, מהר ככל האפשר. מאחר שכמות העבודה שהיו צריכים הנבחנים לבצע במבחנים הייתה זהה אחרי כל אחד מארבעת הטיפולים, הרי ככל שהשלימו את המשימה מהר יותר, ההספק שלהם היה גבוה יותר ( הספק = עבודה חלקי זמן). חלק מהממצאים "מבחן הזמן" מוצגים בטבלה:

ההבדלים בדופק הממוצע בין הטיפולים לא היו מובהקים סטטיסטית. לא נמצאו הבדלים מובהקים בין הטיפול בקפאין ובקפה בפרמטרים כלשהם וכמו כן לא נמצאו הבדלים מובהקים בין הטיפול בפלסבו והטיפול בקפה נטול קפאין.

תוצאות המחקר של הודג'סון וחבריו מ-2013 אינן מתיישבות עם המסקנות של קוסטיל וחבריו מ-1978 וגם עם אלה של גרהאם מ-1998.  אין למעשה כל תמיכה מחקרית למה שכתב קוסטיל על השפעת קפאין על זמן ריצת מרתון. יתר על כן, הנטייה כיום היא לחשוב כי עיקר ההשפעה של קפאין על הסבולת היא דרך מנגנונים המפחיתים כאב וגורמים לספורטאי לעבוד בקצב גבוה יותר מאשר הוא חש. מאחר שבריצת מרתון יש חשיבות עליונה לרוץ בקצב הנכון, הרי שפתיחה בקצב מהיר מדי עלולה לפגוע בזמן הסופי. כמו כן, לא ברור אם קפה הנצרך כשעה לפני הזינוק, עדיין משפיע על הרץ לקראת סיום הריצה. יש רצים העוקפים בעיה זו בכך שהם צורכים משקאות עתירי קפאין או ג'לים המכילים קפאין, במהלך הריצה. מאז המחקרים של קוסטיל בשנות השבעים, לא מצאו חוקרים אחרים תמיכה לרעיון שלו כי קפאין מגדיל את חלקן של החומצות השומניות באספקת האנרגיה בזמן מאמץ ממושך. במחקר של הודג'סון, בעת ביצוע המאמץ התת-מרבי, לא נמצא הבדל בשיעור השימוש בחומצות שומניות בין הטיפולים השונים (עם קפאין או בלעדיו).

גרהאם וחבריו מצאו כי קפאין תרם לשפור בביצועי סבולת אך לצריכת קפה לא הייתה השפעה כזו. יש כמה סיבות אפשריות להבדלים בממצאים:

א) סוג המבחן. המבחן בו השתמשו הודג'סון וחבריו היה "מבחן זמן" ואילו גרהם וחבריו השתמשו במבחן של "זמן עד תשישות".  יש  מספר חוקרים שיצאו נגד השימוש ב"זמן עד תשישות" בטענה כי אין ענף ספורט בו הניצחון נקבע בצורה כזו. בנוסף לכך, מבחנים כאלה נוטים לסבול מתנודות קיצוניות בהישגי הנבחנים שאי אפשר להסביר אותן רק באמצעות השפעת הטיפול. המהימנות של "מבחני זמן" היא גדולה יותר והם גם מדמים סיטואציות תחרותיות אמיתיות.

ב) גיל הנבדקים אצל גרהאם וחבריו היה נמוך מאשר אצל הודג'סון וחבריו. הנבחנים של גרהאם וחבריו היו גם בעלי כושר אירובי גבוה יותר, כפי שהשתקף הדבר במבחן צריכת חמצן מרבית.

ג) צורת הכנת הקפה הייתה שונה: קפה שחור או פילטר אצל גרהאם וחבריו לעומת קפה נמס אצל הודג'סון וחבריו. יתכן כי יש תרכובות הנמצאות בקפה שחור אך לא בקפה נמס, המפריעים לביצועי סבולת.

ד) הבדלים בצריכת הקפה השגרתית. צריכת הקפה של הנבדקים במחקר של גרהאם ושותפיו הייתה כדלקמן:  נבדק אחד לא שותה קפה כלל, שניים שותים מעט מאד (פחות מכוס קפה  אחת בממוצע ליום) ועד "משתמשים ברמה בינונית" (פחות מחמש כוסות  קפה ביממה). במחקר של הודג'סון וחבריו, אחד התנאים להשתתפות במחקר היה צריכת קפה שגרתית ברמה נמוכה – לא יותר משלוש כוסות קפה ביממה. גם להבדלים אלה עשויה להיות השפעה על התוצאות מאחר שכלל שהנבדק מורגל בצריכה יותר גדולה של קפה, ניתן להניח שהוא צריך גם מנה גדולה יותר של קפאין בכדי להשיג השפעה ארגוגנית. במחקר של הודג'סון וחבריו, כמות הקפאין הייתה גדולה מעט מאשר במחקר של גרהאם ושותפים (5.0 לעומת 4.45 מ"ג/ק"ג).

מקורות

1. קוסטיל, דיויד ל.  (1985). גישה מדעית לריצות ארוכות. עברית: גד יאיר. עריכה: ד"ר אורי גולדבורט. הוצאת מרתון בע"מ.
2. Graham TE, Hibbert E, Sathasivam P. (1998). Metabolic and exercise endurance effects of coffee and caffeine ingestion. J Appl Physiol 85: 883–889.
3. Hodgson AB, Randell RK, Jeukendrup AE (2013). The Metabolic and Performance Effects of Caffeine Compared to Coffee during Endurance Exercise. PLoS ONE 8(4): e59561. doi:10.1371/journal.pone.0059561

יש לך שאלה למומחים של המרכז האקדמי לוינסקי-וינגייט (קמפוס וינגייט)? אין צורך להתבייש, רק ללחוץ כאן.