運動パフォーマンスを向上させるためのカフェインの使用は広く認識されており、強さ、持久力、パワー、さらには認知機能にまでカフェインの利点が証明されている数多くの研究やメタ分析が行われています。カフェインの有効性を裏付ける膨大な量の証拠にもかかわらず、カフェインのエルゴジェニック効果に関する研究の数は大幅に増加し続けています。
カフェインに関する知識は定着しているにもかかわらず、理解における重要なギャップは依然として残っています。このため、最近の研究では、将来の科学研究の指針となることを目的として、さらなる調査が必要な主要領域を特定し、正当化することを目指しています。この研究の目的は、10 の研究優先事項に焦点を当て、カフェインのエルゴジェニックの可能性を実際のスポーツのシナリオに実際に応用できるようにすることです。
スポーツ選手にとってのカフェインの理想的な摂取量についてはまだ疑問がある
カフェインとパフォーマンス向上の間に明確な用量反応関係はないという一般的な認識は、一般に、用量が効果のレベルに影響を及ぼさないことを示したメタ分析に基づいています。しかし、この結論は、投与方法、概日変動、運動方法、個人のトレーニングレベル、習慣的な摂取、さらには遺伝学など、カフェインへの反応に相互作用する要因が複雑であるため、不正確である可能性があります。
これらの調節物質を探索することの重要性にもかかわらず、急性カフェイン摂取とパフォーマンス上の利点の用量反応関係は、制御された実験条件下でさまざまな用量の効果を直接比較する研究を通じてのみ正確に決定できます。驚くべきことに、この点に関する具体的な研究は限られています。
この問題を直接調査した研究はほとんどありません。多くは、試験したどの用量でも効果を示さなかったが、他のものは、異なる状況では再現されなかった単回用量で効果を示したり、複数回の用量で同様の効果を示したりした。以前の研究間の比較は、分析された用量、研究された集団、および使用された運動様式の違いにより困難になっています。したがって、カフェインの用量反応関係についての現在の理解は依然として脆弱です。
さらに、証拠は、用量と反応の間の関係は、単なる利益の大きさよりも複雑である可能性があることを示しています。たとえば、特定の用量のカフェインは筋力を向上させることができますが、持続的な収縮やより高い負荷でのパフォーマンスを向上させるのはより高い用量でのみであることが研究で示されています。
この画像は、一連の神経筋検査後にカフェインの用量を増やしたことに関連して副作用を報告した参加者の割合を示しています。データは、レジスタンストレーニングを受けた男性 13 人を対象とした Pallarés らの研究から適応され、胃腸 (GI) への影響も含めてプラセボ (PLAC) とカフェイン (CAFF) を比較しました。
カフェインの用量反応関係を理解するには、さらなる研究が必要であることは明らかです。カフェイン反応が二値的である場合、パフォーマンスや運動方法のさまざまな面で効果を得るために必要な用量を決定するために、今後の研究が非常に重要です。いくつかのメタ分析では、用量が高くなるほど利益の大きさが増加する可能性があることがすでに示唆されているため、直接的な証拠がないからといって用量反応関係の可能性を排除するべきではない。
カフェインの理想的な用量をめぐる議論は、より低い用量の有効性の分析によって拡大しています。長年にわたり、3 mg.kg⁻¹ が身体能力を向上させるための最小用量と考えられていました。しかし、垂直跳びなどのパフォーマンスの特定の側面では、3 mg.kg-¹ 未満、最大 1 mg.kg-¹ の量でも効果がある可能性があるという証拠が増えています。
研究では、低用量では二項反応を引き起こす可能性があることが示されています。ある研究では、2 mg.kg-¹ で下半身の筋力が増加しましたが、上半身の筋力をわずかに増加させるには 4 mg.kg-¹ が必要でした。他の研究では、3 mg.kg-¹ で最大パワーが向上することが実証されましたが、1 mg.kg-¹ では観察されませんでした。 3 mg.kg-¹ 未満の用量では特定の利点が得られる可能性がありますが、ほとんどの証拠は 3 mg.kg-¹ の用量でより広範囲の改善が見られることを示しています。
この分野における研究の不足と結果の一貫性のなさは、さまざまな治療法における低用量のカフェインの影響に関する将来の研究の必要性を浮き彫りにしています。 3 mg.kg⁻¹ 未満の用量は市販製品での摂取に近いため、この種の研究は貴重です。低用量での利点は、副作用や睡眠障害の減少に関連するだけでなく、カフェインの習慣化を管理するのにも役立ちます。さらに、影響は身体機能と認知機能の違いによって大きく異なる可能性があるため、将来の研究では、パフォーマンスのさまざまな側面に対するカフェイン摂取量の影響が考慮される可能性があります。
カフェインの身体への影響の時間的進化
スポーツパフォーマンスに対するカフェインの影響は、一般に最適な摂取期間の後、通常は運動の約 1 時間前に現れます。この範囲での筋力、パワー、持久力活動に利点があるという証拠はありますが、カフェインのエルゴジェニック効果の全時間経過はよくわかっていません。
カフェインの効果の持続期間をさらに理解することは、長時間にわたるスポーツや一日にわたるイベントに参加するアスリートにとって非常に重要です。さらに、サッカーなどのスポーツではカフェインを繰り返し投与するのが一般的ですが、その必要性や価値についてはほとんど研究されていません。繰り返し服用すると効果が長引く可能性がありますが、カフェインの半減期が 1.5 ～ 9.5 時間であることを考慮すると、これらの効果と潜在的な副作用や睡眠への影響とのバランスを考慮することが重要です。
エルゴジェニック効果の持続時間は、その物質の習慣的な摂取によっても影響を受ける可能性があります。研究によると、カフェインを定期的に摂取しない人では、最大 6 時間効果が見られることが示されています。通常の消費者では、運動の1～3時間前に摂取した場合にのみパフォーマンスが向上したことから、習慣化によって効果の発現時間が変化する可能性があることが示唆されました。
ある研究では、戦闘員を対象に、高用量の単回投与、中用量、反復投与などの異なる投与戦略を比較した。その結果、単回の高用量投与で最初の試合でパフォーマンスが向上し、反復投与で中間試合で効果があり、個別の戦略のみが5試合目までパフォーマンスを維持できることが示された。これは、単回投与の効果は短期間である可能性があることを示唆していますが、反復投与の有効性については依然として議論の余地があり、いくつかの研究では優れた利点が発見されていません。
投与経路もカフェインの急性効果の持続期間に影響を与える可能性があります。カフェインチューインガムは、わずか 5 分で有酸素運動のパフォーマンスを向上させることが示されていますが、摂取後 60 分または 120 分後に運動を開始した場合には効果がありません。最近のメタ分析では、チューインガムの利点は、摂取後 50 分後に血漿カフェイン濃度の 2 番目のピークが発生するにもかかわらず、最初の 15 分間に最も明白であることが裏付けられています。
この分野の証拠は限られており、さまざまな治療法にわたるカフェインの影響のタイムライン、反復投与戦略の有効性、習慣的な摂取がこれらの影響をどのように調節するかを理解するには、さらなる研究が必要です。将来の研究では、徐放性カフェイン製品が検討される可能性があります。これは、吸収が遅く、血漿中濃度がより持続し、気分や注意力に対する効果が長続きすることが示されていますが、身体パフォーマンスへの影響はまだ調査されていません。
パフォーマンスのためにカフェインを摂取する革新的な方法
スポーツに対するカフェインの影響に関する現在の知識のほとんどは、カフェインを無水の形、カプセル、または液体に溶かして摂取する研究から得られています。しかし、より最近の研究では、チューインガム、点鼻スプレー、うがい薬、カフェイン入りのジェルやバーなどの代替方法の有効性が調査されています。
これらの方法の中には、既存の商品を代表するものであるため調査に値するものもありますが、その他の方法は、従来の形式と比較して明確な物流的および機械的利点を提供する可能性があります。図 2 は、カフェインのさまざまな投与方法を示しており、身体パフォーマンスに対するカフェインの影響を裏付ける証拠のレベルを示しています。
この画像は、著者の専門家の意見に基づいて、各ステートメントを裏付ける現在の証拠レベルを示す記号とともに、カフェイン投与のさまざまな方法の概要を示しています。
大きな個人差と潜在的な遺伝的影響がありますが、血漿中のカフェイン濃度が最大になるのは通常、摂取後約 60 分です。したがって、カプセルまたは液体を使用したほとんどの研究は、この期間中に性能の評価を開始します。特に、カフェインチューインガムは、吸収が速く、薬理効果の発現が早いため、注目を集めています。カフェインはガムから放出され、口腔粘膜を通じて急速に吸収されることが示唆されています。
さらに、カフェイン入りうがい薬は、口内の苦味受容体を活性化し、情報処理と報酬に関連する脳領域を刺激することにより、パフォーマンスを向上させる効果を生み出す可能性があります。カフェインのエルゴジェニック効果は、興奮性神経伝達物質の増加を促進するアデノシン受容体のアンタゴニストとしての作用によるものであり、アデノシン受容体は哺乳動物の口腔内に存在します。
カフェイン入りチューインガムを摂取すると、約 10 分で血漿濃度の最初のピークが示され、続いて腸からの吸収により約 50 分後に 2 番目のピークが現れました。カフェイン入りガムが持久力、無酸素力、筋力、認知機能などのさまざまな活動にプラスの影響を与えることを示す証拠が増えています。メタ分析ではチューインガムの可能性が確認されましたが、その効果は摂取後15分以内に運動を開始した場合により顕著であり、トレーニングを受けていない参加者ではそれほど明らかではないことが強調されました。
飲み込まずに数秒間口の中で洗い流すカフェインマウスウォッシュのエルゴジェニックの可能性も注目を集めています。この方法により、摂取による副作用の問題を軽減できます。チューインガムと同様のメカニズムにより、カフェインうがい薬は、場合によっては、持久力活動、無酸素運動、筋力、認知機能のパフォーマンス向上効果を示しています。
しかし、その証拠はチューインガムの証拠に比べて説得力に欠けます。最近の系統的レビューでは、評価された 15 件の研究のうち 5 件のみで利点が示されており、その多くは方法論の質が低いものでした。限られた証拠に基づくと、カフェイン入りうがい薬は、運動前に 1 回だけ使用するよりも、繰り返し使用した方が効果的である可能性があります。観察された可能性を考えると、頻度、期間、用量反応に焦点を当てたさらなる研究が必要です。
現在までに、うがい薬の用量反応を評価した研究は 1 つだけで、3% カフェイン溶液 (750 mg) で繰り返しすすぐと、失敗の繰り返しが増加し、知覚される運動量が減少することが示されています。より低い用量 (1% または 2%) では同じ効果はありませんでした。将来の研究では、摂取によるマイナスの副作用が起こらない可能性があるため、摂取量よりも多い用量、おそらくは摂取量を考慮する必要があります。
点鼻スプレー、溶解性マウスストリップ、カフェインバーおよびジェルのエルゴジェニックの可能性に関しては、有利な証拠と矛盾する証拠の両方があります。研究の数が限られていること、多くの場合、特定のスポーツの状況が欠如していること、カフェインの効果に影響を与えるさまざまな要因により、これらの経路の使用の有効性とベストプラクティスについて正確な結論が得られません。点鼻スプレー、溶解性マウスストリップ、口用エアロゾルに関する証拠は大幅に不足しており、さらなる研究の必要性が示されています。
代替消費方法に関する一連の証拠は増えているにもかかわらず、それらの有効性を直接比較する研究は不足しています。いくつかの研究では、コーヒー、エナジードリンク、カプセル、溶解性マウスストリップに含まれる低用量のカフェイン（80 mg）が注意力、疲労、反応時間に同等の効果を及ぼすことが示されています。チューインガム、バッカルストリップ、カプセル（3～4.5 mg.kg⁻¹）がアマチュアのランニングパフォーマンスに同様の効果を及ぼすことを示した研究者もいます。
これらの研究は有益ではありますが、治療に盲検化ができないなどの重要な制限があり、カフェインに対する期待が原因で結果に影響を与えた可能性があります。さらに、摂取から評価までの時間は 15 分に標準化されていますが、これは腸管吸収法のピーク血漿濃度とは一致しません。したがって、より広範囲の運動強度と方法を考慮して、さまざまな投与方法のエルゴジェニック効果をより正確かつ直接比較するための将来の研究が必要です。
カフェインの慣れと遺伝子型がパフォーマンスに及ぼす影響
カフェインに対する個人の反応はさまざまであることが多く、遺伝子型や習慣的な摂取などの要因が影響する可能性があります。長い間、習慣的なカフェイン摂取がサプリメントのエルゴジェニック効果に影響を与えると考えられていました。しかし、最近のメタ分析では、慢性的なカフェイン摂取は急性エルゴジェニック効果に影響を与えないようであることが指摘され、体重当たり3～6mg・kg⁻¹の用量が習慣的カフェイン摂取量が多い人にも少ない人にも有益であることが示唆されています。
習慣化の影響の概要は、3 つの異なるタイプの研究からまとめられました。手順の前に消費習慣を測定すると、習慣的な消費者のエルゴジェニックの可能性を支持する、または場合によっては否定する証拠があります。これらの作品からの編集は、反応に影響を与えるいくつかの調整要因によって制限されます。
より適切なアプローチは、被験者間のデザインを使用して、飲酒習慣によって階層化された参加者のエルゴジェニック反応を測定することでした。これらの研究は限られていますが、カフェインは習慣的な摂取に関係なくエルゴジェニックであるというのが一般的なコンセンサスです。たとえば、研究によると、習慣的な摂取レベルは、コーヒー摂取後の5Kパフォーマンスの向上の大きさとは関連していませんでした。
それでも、これらの結果は注意して解釈する必要があります。グループを階層化するためにさまざまな摂取閾値が使用されますが、正確な測定が難しいため、グループは体重に比例するのではなくカフェインの絶対摂取量によって分類されることがよくあります。さらに、いくつかの要因がカフェインの効果を緩和し、グループ間の比較に影響を与える可能性があります。
所定の摂取期間の前後にカフェインのエルゴジェニックの可能性を評価する被験者内実験計画の方がより適切である可能性がある。このアプローチを使用した研究は稀であり、その結果は物議を醸しており、慢性的なサプリメントが急性反応に影響を及ぼさないことを示唆する証拠もあれば、効果を弱めることを示す証拠もある。この不一致は、処方用量、介入期間、研究前の習慣的なカフェイン使用の違いによるものと考えられます。
したがって、将来の研究では、飲酒習慣、用量特異性、および長期間処方されたカフェインの影響の分析の正確な測定に焦点を当てて、カフェインの習慣化がエルゴゲンの潜在力に及ぼす影響を調査し続ける必要があります。特定の遺伝子の多型とカフェインの消費習慣およびエルゴジェニック効果との関連性を考慮すると、遺伝子型を考慮することも不可欠です。
カフェインのエルゴジェニック性に最も大きな影響を与えると考えられる 2 つの遺伝子は、CYP1A2 と ADORA2A です。研究によると、カフェインはカフェインの代謝が速い人（CYP1A2 AA遺伝子型）では持久力のパフォーマンスを向上させるが、代謝が遅い人（ACまたはCCの遺伝子型）では効果がなかったり、パフォーマンスが損なわれたりすることが示されています。他の研究でもこの影響が裏付けられていますが、同数の研究では相関関係が発見されていません。
ADORA2A の多型がカフェイン感受性に影響を与えることが示されていますが、身体的パフォーマンスへの影響を評価する研究はまれです。一部の研究では、カフェインは特定の対立遺伝子 (TT) のキャリアではサイクリングのパフォーマンスに影響を与えるが、他のグループでは影響を及ぼさないことが示されています。対照的に、ADORA2A 遺伝子型はハンドボール選手の筋力パフォーマンスに影響を与えませんでした。 ADORA2A 遺伝子型や HTR2A などの他の遺伝子がスポーツのパフォーマンスに及ぼす影響を調査するには、さらなる調査が必要であることは明らかです。
遺伝子型の影響は運動方法に特有であり、用量によって影響を受ける可能性があるという証拠があります。ただし、この分野での研究は、サンプルサイズが小さいことと、調査されたモダリティの範囲が狭いことによって制限されています。現在の標準化されたアプローチでは代謝が遅い人への潜在的な影響が隠蔽される可能性があるため、将来の研究ではCYP1A2遺伝子型に基づいた摂取期間の最適化についても検討する必要がある。
フィジカルトレーニングの適応における味方としてのカフェイン
スポーツパフォーマンスに対する急性カフェイン摂取のすでに確立されている影響を考慮すると、運動セッションでのパフォーマンスの向上または最大化と、綿密に計画されたトレーニングプログラム全体を通して掛け合わせることで、より顕著な適応が得られると考えるのは直感的でしょう。直接的な証拠が不足していることを考えると、この理論は、トレーニング前のサプリメントに大量のカフェインが含まれていることを正当化する可能性があります。
現在までに、慢性的なカフェイン摂取が身体トレーニングへの適応を高める可能性を分析した研究は 5 件のみで、そのうちレジスタンス運動に焦点を当てた研究は 1 件のみでした。
研究者らは、二重盲検、プラセボ対照、被験者間研究デザインを使用して、各トレーニングセッションの60分前に201 mg（約3 mg.kg⁻¹）のカフェインを補給すると、8週間のレジスタンストレーニングプログラム後の最大有酸素能力（VO2peak）と疲労までの時間が同等に増加することを実証しました。これは、特別な訓練を受けていない男性および女性の参加者で観察されました。
一方、他の研究では、特別なトレーニングを受けていない参加者では、6週間のレジスタンストレーニングプロトコルの後、各セッション前に3 mg.kg⁻¹のカフェインを摂取すると、プラセボ群と比較してスクワットとベンチプレスの最大筋力が優れた改善をもたらしたことが示されています。対照的に、同じ用量で同様の集団を用いた他の研究では、4週間のトレーニング後の最大筋力の変化はプラセボ群とカフェイン群で類似していたが、カフェイン群の方がリフティング速度の適応が大きかったことが示された。
さらに別の研究では、6週間の介入中に筋力トレーニングの前にカフェインを補給しても効果が見られないことが実証されました。ただし、比較はカフェイン群とプラセボ群のそれぞれ 5 人の参加者のみで行われたため、結果の一般化可能性が制限されています。
部分的には、これらの以前の研究は、サンプルサイズが小さいこと、カフェインの急性効果の定量化が不足していること、そして議論の余地があるものの、反復摂取に対する慣れの逆説的な影響を考慮していないことによって制限されています。ラグビー選手における7週間のレジスタンストレーニング介入中のセッション前カフェイン3 mg.kg⁻¹摂取の影響を調査した最近の研究は、これらの要因の一部を考慮したものだけである。
カフェインは介入全体を通して筋力と総挙上重量の増加に有益な効果をもたらしましたが、介入後の筋機能の改善はカフェイン群とプラセボ群で同等でした。カフェイン群では筋機能の測定に対するカフェインの急性影響が依然として明らかであったため、慣れの影響は除外された。使用されたトレーニング介入は効果的でしたが、固定負荷の反復から失敗までのプロトコルには運動の進歩が欠けているため、筋力トレーニングやパワートレーニングに最も効果的なアプローチではなく、アスリートのトレーニング計画を代表するものでもありません。
カフェインが身体トレーニングを強化する可能性に関する少数の研究とあいまいな結果は、この分野でさらなる研究の必要性を浮き彫りにしています。さまざまな運動方法、さまざまなトレーニング方法を考慮し、処方された用量への慣れを測定することに特に重点を置くことが重要です。このような研究では、睡眠への影響、回復のための睡眠の重要性、カフェインの作用タイミングの特異性、運動誘発性の筋肉損傷を悪化させる大量の作業の可能性などを考慮し、トレーニングを強化するサプリメントとしてのカフェインの効果をより広い文脈で考慮する必要がある。
筋肉損傷と運動後の回復に対するカフェインの影響
比較的注目されていない重要な研究分野は、運動誘発性筋損傷 (EIMD) と回復に対するカフェインの影響です。カフェイン摂取により、遅発性筋肉痛（DOMS）が緩和され、筋肉機能の一時的な喪失が軽減され、損傷を誘発する運動後の筋肉損傷の血液マーカーが減少する可能性があることが示唆されています。しかし、研究グループによって最近検討されたように、筋肉損傷の間接的なマーカーに対するカフェイン摂取の影響はまだ限られており、決定的なものではありません。
結果が矛盾する理由には、筋肉損傷を引き起こす方法、評価された筋肉群、実験デザイン（被験者間と被験者内）、カフェイン補給プロトコル（単回摂取と反復摂取、投与）、EIMD導入プロトコルに関連した摂取のタイミングなどの方法論的な違いが含まれます。たとえば、筋肉損傷を誘発するプロトコルの前にカフェインを摂取すると、その損傷が軽減される可能性があるという仮説が立てられました。ただし、運動誘発性筋損傷（EIMD）後に使用すると、急性ではあるが症状を軽減する可能性があります。
あるいは、運動前にカフェインを摂取すると、実行される総作業量が増加し、EIMD が増加する可能性があります。 EIMDに対するカフェインの影響を評価することを目的としたすべての研究が、カフェインがEIMDに対して保護効果を発揮するのか、単に回復期の症状を緩和するだけなのか、あるいはエルゴジェニック効果により大きな筋肉損傷を引き起こすのかを特定できる実験計画を持っているわけではありません。したがって、これらの研究を解釈する際には注意が必要であり、方法論的な側面を慎重に考慮する必要があります。
運動誘発性筋損傷（EIMD）の間接マーカーには、遅発性筋痛（DOMS）、血液マーカー（クレアチンキナーゼや乳酸デヒドロゲナーゼなど）、筋機能（最大随意等尺性収縮など）が含まれます。いくつかの研究では、カフェイン摂取により、筋肉損傷プロトコルの 24 ～ 48 時間後に痛みの知覚が弱まることが示されています。
しかし、他の調査では、カフェインとプラセボの間に差がなかったり、カフェイン群の方がDOMSが高かったりするなど、対照的な結果が判明しました。 EIMD の血液マーカーに対するカフェイン摂取の影響についても議論の余地があります。いくつかの研究では、カフェインにより循環クレアチンキナーゼレベルが低下することが判明しましたが、他の研究ではその逆、つまりより高いレベルが確認されました。しかし、ほとんどの研究では、EIMDの血液マーカーにおいてプラセボ群とカフェイン群の間に有意差は見出されなかった。
最後に、4 つの研究で、EIMD 後の最大随意収縮 (MVC) に対するカフェインの影響が調査されました。そのうちの1人は、カフェイン摂取により、プラセボと比較して、損傷後48時間のMVCが10.2%高くなったと指摘しました。しかし、ほとんどの研究では、EIMD後のMVC回復において、カフェイン条件とプラセボ条件の間に差がないことが実証されています。
まとめると、研究結果は、カフェイン摂取により痛みの知覚が減少する可能性があることを示唆していますが、運動による筋トレ後の筋力回復に対するカフェインの影響については、まだ議論の余地があります。前述したように、EIMD プロトコル (例: 実行された総作業量の一致) および/またはカフェイン補給レジメン (摂取のタイミング、単回または反復投与など) の違いにより、研究間の差異が説明される可能性があります。運動前にカフェインを摂取することが予防効果があるかどうかはまだ明らかではありません。
しかし、カフェイン摂取は筋肉のパフォーマンスと痛みの知覚に急性の影響を与えるため、激しい運動セッション間の回復のための有効な戦略である可能性があります。今後の研究では、AMD（前または後）および異なるサプリメントプロトコル（用量、単回または連続サプリメント、投与形態など）に関連するさまざまな時点でのカフェイン摂取の影響をさらに調査する必要があります。図 3 は、EIMD に対するカフェインの影響に関する研究を解釈する際に考慮すべきさまざまな補給レジメンを示しています。
この画像は、運動誘発性の筋肉損傷に対するカフェインの影響に関する研究を解釈する際に考慮すべきさまざまな補給レジメンを示しています。
さらに、挑戦的だが有望な研究分野には、EIMDに対するカフェインの影響に関与する可能性のある作用機序の理解が含まれます。したがって、カフェインが筋肉損傷に対して（例えば細胞レベルで）保護効果を発揮できるのか、それとも単に運動誘発性の筋肉損傷後の収縮機能を改善するエルゴジェニック補助として作用するのかを理解することが可能になるだろう。
