Caffeina, che cos’è?
La caffeina è un alcaloide appartenente alla categoria dei lipidi solubili denominati “purine”. Chimicamente, la caffeina è denominata 1,3,7 trimetilxantina.
La caffeina, in natura, è contenuta nei chicchi di caffè, nelle foglie di tè, nel cacao, nella noce di cola, nell’erba mate, nel guaranà.
Per quanto il tè contenga teina e il guaranà la guaranina, tali alcaloidi corrispondono chimicamente alla molecola della caffeina (1,3,7-trimetil-1H-purin-2,6(3H,7H)-dione-3,7-diidro-1,3,7-trimetil-1H-purin-2,6-dione) ma, tuttavia, a questi è stato attribuito un nome similare alla specie botanica di origine, anche se come detto trattasi sostanzialmente di caffeina.
La caffeina è altresì contenuta in molte bevande gassate e bevande energetiche, farmaci nonché integratori alimentari rientranti nella categoria dei termogenici o brucia grassi ma anche in seno ai pre-workout (categoria di integratori alimentari che si assumono nell’immediato periodo che precede l’allenamento e/o la competizione).
Negli Stati Uniti d’America circa il 75% del consumo totale di caffeina proviene dal caffè, il 15% dal tè ed il rimanente 10% da bevande, cioccolato e farmaci. (1)
Per vedere la tabella delle più comuni bevande che contengono caffeina clicca su: CAFFEINA TABELLA.
Per quanto concerne, invece, la farmacodinamica della caffeina, i picchi di concentrazione ematica (picchi nel sangue) vengono raggiunti entro i 60 minuti per via di un veloce assorbimento da parte del tratto intestinale. L’emivita della molecola è di circa 3-6 ore. (1)
Per gli sportivi che fanno utilizzo di caffeina è da tenere presente che le normative antidoping consentono il suo consumo prima di una prestazione purché non si superino determinati cutoff ematici: 12 microgrammi/ml per il CIO e 15 microgrammi/ml per il National College Athletic Association.
A tal proposito è interessante sapere che solamente lo 0,5-3% della caffeina che si assume sarà presente a livello urinario dato che gran parte di essa è metabolizzata a livello epatico.
Tirando le somme, in modo approssimativo (in quanto è necessario tenere presente le caratteristiche biochimiche individuali del singolo sulla farmacocinetica caffeina-specifica) 12 microgrammi/ml possono essere superati con il consumo di un numero di tazze di caffè che può andare da 4 a 7 per un valore complessivo di caffeina assunta pari a 800mg. (2)
Tuttavia, è da tenere anche presente che in casi in cui si riporta un tasso di degradazione lenta della caffeina o elevate quantità di essa non vengano metabolizzate a livello del fegato – e siano, quindi, abbondantemente presenti nelle urine – aumentano esponenzialmente le possibilità di squalifica dell’atleta. (1)
Effetti sulle performance
Alla luce di studi condotti su sportivi si è riscontrato che l’assunzione di 10 mg di caffeina pro kg di peso corporeo ha fatto registrare un miglioramento del 19% della performance erogata nella corsa sul treadmill (tapis roulant) laddove, invece, non si è riscontrato nessun miglioramento relativamente a coloro che avevano assunto del placebo. (3)
Per quanto i valori inerenti al consumo di ossigeno ed alla frequenza cardiaca non fossero differenti, coloro che avevano assunto la caffeina riportavano di avvertire una maggior facilità nell’eseguire l’esercizio fisico.
L’effetto ergogenico della caffeina è stato dimostrato anche nel nuoto.
Il miglioramento della performance si è registrato in prove che prevedevano una durata inferiore ai 25 minuti.
6 mg di caffeina pro kg di peso corporeo sono stati somministrati, 2,5 ore prima della prestazione, a 11 nuotatori agonisti di gran fondo (7 maschi e 4 femmine) che registravano tempi inferiori ai 25 minuti sui 1500 m. (4)
Gli atleti che hanno assunto la caffeina prima della prova hanno riportato un miglioramento dell’1,9% sui tempi.
Tuttavia, è da sottolineare che non esiste una relazione dose-risposta in modo crescente in seguito all’assunzione di caffeina.
Ciò è stato dimostrato in uno studio nel quale gli atleti hanno assunto dosi di caffeina per 5, 9 o 13 mg pro chilo di peso corporeo. L’assunzione è stata fatta un’ora prima di un esercizio fisico eseguito all’80% del massimo consumo d’ossigeno (VO2 max).
Il risultato ha evidenziato che dosaggi superiori a 5 mg pro chilo di peso corporeo non hanno sanzionato addizionali miglioramenti di performance rispetto a coloro che ne hanno assunto meno. (1)
Altri studi, invece hanno monitorato gli effetti della caffeina sull’attivazione neurale.
In particolare si sono osservati gli effetti derivanti dall’assunzione di 7 milligrammi di caffeina pro chilo di peso corporeo sul tasso di attivazione muscolare e la forza muscolare dei tricipiti surali (polpacci).
I ricercatori monitoravano le risposte muscolari attraverso l’utilizzo dell’elettromiografo che misura i cambiamenti dell’attivazione elettrica muscolare in corso di esercizio fisico.
Si è constatato che la caffeina è in grado di incrementare il tasso di attivazione dei muscoli agli stadi iniziali dell’evento contrattile sebbene non abbia alcuna influenza sullo stadio di attivazione assoluta o sulla massima forza dinamica.
Tuttavia, questa è un’importante validazione scientifica sugli effetti della caffeina anche perché il tasso di attivazione muscolare è più importante delle espressioni di forza assoluta soprattutto relativamente alle performance (forza esplosiva) proprie dei giochi di squadra.
Infatti, negli sport di squadra più comuni come calcio, football, basket è tanto più importante migliorare nelle espressioni di forza esplosiva che non in quella della forza massimale. Trattasi, infatti, di sport dove è cruciale performare al meglio negli sprint (forza esplosiva) e non il più forte in senso assoluto.
La caffeina migliora la forza esplosiva e non la forza massimale. (9)
Meccanismi d’azione della caffeina
La caffeina agisce sul miglioramento delle performance per interazione fisica diretta con il muscolo scheletrico striato quanto per mediazioni ormonali ed interazioni metaboliche.
Per quanto concerne l’azione della caffeina sul tessuto muscolare, si è constatato che fa incrementare le espressioni di forza durante esercizi condotti ad intensità sub massimale laddove, invece, non determina effetto alcuno sulle espressioni massimali di forza. (1)
Il miglioramento indotto dalla caffeina sulla forza sub massimale potrebbe occorrere verosimilmente per due vie:
1) Per incremento della permeabilità del reticolo sarcoplasmatico agli ioni calcio. In tal modo, una maggior disponibilità di calcio significherebbe una maggior disponibilità di tale substrato per la contrazione muscolare. (1)
2) Per incremento della sensibilità delle miofibrille agli ioni calcio e conseguente incremento del processo accoppiamento tra le teste di miosina e le sub unità di actina e del colpo di forza da parte delle teste della miosina; fattori questi che presiedono alla contrazione muscolare. (5)
Per quanto, invece, riguarda la sua azione attraverso la mediazione ormonale, la caffeina esercita un effetto tropico sulla secrezione di adrenalina da parte della midollare del surrene.
L’adrenalina agisce contemporaneamente su due vie che promuovono la lipolisi (effetto brucia grasso):
1) L’adrenalina agisce da antagonista all’adenosina sui recettori per la stessa. L’interazione dell’adenosina con il suo specifico recettore determina “blocco della lipolisi” (cioè induce un “ALT” ai processi che presiedono alla distruzione dei trigliceridi per il conseguente utilizzo a scopo energetico degli acidi grassi che ne derivano). (6)
In tal modo, l’adrenalina occupando il sito dell’adenosina “inibisce” l’azione “inibitoria” sulla lipolisi da parte dell’adenosina favorendo in tal modo l’occorrere della stessa lipolisi (cioè la distruzione dei trigliceridi).
2) L’adrenalina induce un incremento dei livelli intracellulari di AMP ciclico. Quest’ultimo è responsabile dell’attivazione dell’HSL (Lipasi Ormono-Sensibile), un enzima deputato nel favorire il catabolismo dei trigliceridi.
L’effetto ultimo è che, in tal modo, viene ad incrementare la quota di acidi grassi liberi nel sangue disponibili per il loro utilizzo a scopo energetico. A sua volta l’utilizzo del substrato lipidico a scopo energetico consente di risparmiare le scorte energetiche di glicogeno muscolare e glicogeno epatico. Si ricorda che il calo dei livelli di glicogeno equivale all’insorgere della fatica fisica e, pertanto, preservarne le loro scorte significa anche apportare miglioramenti qualitativi e quantitativi alla performance erogabile.
Interessanti sono i seguenti riscontri presenti in letteratura sull’efficacia di caffè e caffeina.
L’efficacia ergogenica di una data quantità di caffeina risulta maggiore se somministrata in capsule rispetto alla sua introduzione attraverso il caffè.
Questo avverrebbe poiché gli altri microelementi presenti nel caffè blandirebbero l’azione della caffeina in esso contenuta. (7)
Nonostante ciò si è riscontrato che il caffè – ma non la caffeina ed i suoi altri micronutrienti come trigonellina (precurose dell’aroma del caffè), acido caffeico e acido clorogenico, – agirebbe nel decrementare i livelli di deposito lipidico durante i processi di differenziazione adipocitaria nel tessuto adiposo nonché nell’inibire il PPAR-Y, gene responsabile dei processi di differenziazione adipocitaria.
Inoltre, sempre il caffè ridurrebbe l’attività dei geni che codificano per la “Lipasi Lipoproteica” (enzima deputato alla lipogenesi, cioè all’accumulo di trigliceridi nel tessuto adiposo). (8)
Effetti non desiderati della caffeina.
La caffeina è uno stimolante e come tale il suo uso deve avvenire con criterio, coscienza e conoscenza!
Infatti, in qualità di stimolante eccita il sistema nervoso centrale determinando stati di allerta, nervosismo, mal di testa, insonnia, tremolio, ipertensione, agitazione, aumento del battito cardiaco a riposo ed anche diuresi.
A tal fine, un utilizzo non cautelativo della caffeina potrebbe portare facilmente a disidratazione e ciò, se la si consuma prima di una prova fisica in ambiente caldo, induce sicuramente ad un sensibile calo della performance. Pertanto, per il suo utilizzo a tal fine ed in tali circostanze – oltre ad un appropriato stile nutrizionale ed uso coscienzioso della caffeina stessa – è fondamentale soddisfare un ottimale stato di idratazione.
La “LD-50” della caffeina e cioè la dose letale risultante per il 50% della popolazione si attesta a valori pari a 150 mg per chilo di peso corporeo.
Ciò significa che per un individuo di 70 kg, la LD-50 è pari a 10.500 mg.
Considerando il quantitativo di caffeina che mediamente è contenuto in un caffè espresso (75 mg circa), la LD-50 per un individuo di 70 kg equivarrebbe al consumo di circa 140 tazzine di caffè espresso al giorno!
Le ragioni ed i meccanismi d’azione che rendono valido il suo contributo al miglioramento delle performance hanno spinto il mercato dell’integrazione alimentare ad inserire la caffeina all’interno di formulazioni facenti parte della categoria fat burner (brucia grassi) ed altresì degli attivatori pre allenamento (preworkout).
Ottimizzazione degli effetti derivanti dall’assunzione di caffeina
Ai fini del miglioramento delle performance, è emerso che la caffeina produce effetti ergogenici quando assunta al mattino e non al pomeriggio. Al pomeriggio, per di contro produce effetti collaterali.
Ciò è stato constatato da parte di ricercatori spagnoli che hanno potuto registrare miglioramenti della performance su prove di distensioni su panca orizzontale ed allo squat quando la caffeina è stata assunta la mattina ma non nella finestra pomeridiana-serale. (10)
Del Dott. Francesco Casillo
Referenze scientifiche
1. W.D. Mc Ardle, F.I. Katch, V.L. Katch. Alimentazione nello sport. Casa editrice Ambrosiana.
2. Williams, M.H.: Ergogenic and ergolytic substances. Med. Sci. Sports Exerc., 22:S344, 1992.
3. French, C., et al.: Caffeine ingestion during exercise to exhaustion in elite distance runners. J. Sports Med. Phys. Fitness, 31:425, 1991.
4. MacIntosh, B.R., Wright, B.M.: Caffeine ingestion and performance on a 1500 m. swim. Can. J. Appl. Physiol., 20:168, 1995.
5. Nehlig, A., Debry, G.: Caffeine and sport activity: A review. Int. J. Sports Med., 15:215, 1994.
6. Dodd, S., et al.: Caffeine and exercise performance. Sports Med., 15:14, 1993.
7. Graham, T.E., et al.: Metabolic and exercise endurance effects of coffee and caffeine ingestion. J. Appl. Physiol.,85:883,1998.
8. Biol Pharm Bull. 2014 Sep 11. Coffee inhibits adipocyte differentiation via inactivation of PPARγ. Aoyagi R, Funakoshi-Tago M, Fujiwara Y, Tamura H.
9. Scandinavian Journal Medicine Science in Sports, published online May 6, 2014).
10. Journal of Science and Medicine Sport, published online April 26, 2014.
