リハビリmemo

大学病院勤務・大学院所属の理学療法士・トレーナーによる「最新の研究をトレーニングにつなげるための記録」

筋トレのパフォーマンスを最大にするカフェインの最新エビデンス


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 2012年に開催されたロンドン・オリンピック。

 

 控室である飲み物を口にしている選手がいました。競泳女子のアメリカ代表として出場したエリザベス・ベイセル選手です。ベイセル選手はその後のレースでみごとに銀メダル1個と銅メダル1個を勝ち得ました。

 

 彼女が口にしていたのは「コーヒー」です。

 

 カフェインはアスリートが摂取しても違反にならない合法的なドーピングとして注目されているエルゴジェニック・エイド(パフォーマンスを高める栄養素)とされています。カフェインが筋持久力を高める効果は広く知られており、ベイセル選手はコーヒーでカフェインを摂取し、自己ベストを更新する記録で名誉を手に入れたのです。

Caffeine: The Performance Enhancer in Your KitchenーThe Wall Street Journal

 

 カフェインが筋持久力を高めるエビデンスは示されていますが、筋力に対する効果のエビデンスは不十分なままでした。

 

 そして2018年、カフェインによる筋力増強の効果のエビデンスが報告されたのです。

 

 今回は、カフェインの最新エビデンスとその正しい摂取方法や注意点についてご紹介しましょう。



Table of contents



◆ カフェインが筋力を増強させるメカニズム

 

 1907年、ロンドン大学のRiversらは、カフェインを摂取すると筋持久力が高まることを世界ではじめて証明しました(Rivers WH, 1907)。Riversらの報告を契機に、カフェインが筋持久力を高め、運動のパフォーマンスを向上させる研究結果が多く報告されるようになったのです。

 

 筋肉のエネルギーはアデノシン三リン酸(ATP)から作られますが、筋肉にはATPがわずかしかありません。そのため、筋肉を収縮させるとすぐに枯渇してしまいます。そこでATPを再合成する仕組みが必要となり、その仕組みのひとつに解糖系があります。

 

 解糖系は、筋肉にある筋グリコーゲンを分解することによってATPを再合成する仕組みです。これは糖を分解してエネルギーを作ることから解糖系といわれており、30秒ほどのエネルギーの供給時間をもっています。そして、カフェインは筋グリコーゲンの利用効率を高め、解糖系によるエネルギー代謝を高める効果があると考えられてきました(Costill DL, 1978)。

 

 しかし、その後、カフェインの摂取が30秒より短時間の運動でもパフォーマンスを高めることが報告され、カフェインが作用するのは筋肉ではない別の部位であることが明らかになってきたのです(Graham TE, 2001)。

 

 それが「脳」です。

 

 運動をして疲れるとパフォーマンスは低下してしまいます。これは疲労の信号を受け取ったアデノシン受容体が運動をつかさどる脳の神経活動を抑制するためです。カフェインはこのアデノシン受容体に作用して、その感受性を低下させることによって疲労を軽減し、運動パフォーマンスを高める効果があるのです(Motl RW, 2003)。

 

 これがカフェインが筋持久力を高めるメカニズムとされています。

 

 そして、近年ではこのようなカフェインによる神経系への作用から、筋力を増強させるメカニズムが明らかにされつつあります。

 

 筋肉が大きいと筋力も強いと感じますが、筋肉量だけでは筋力を説明することはできません。なぜなら、筋力には神経活動が大きく関与しているからです。

 

 強い筋力を発揮するためには、大きな運動単位を動員しなければなりません。一本の運動神経はいくつかの筋線維を支配しており、これを運動単位といいます。

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 運動単位は一本の運動神経が支配する筋線維の数に応じてそのサイズが決まります。強い筋力を発揮するためには大きいサイズの運動単位を筋収縮に参加(動員)することが必要であり、そのためには脳の神経活動を高め、運動単位の動員や同期、発射頻度(レートコーディング)を増加させなければなりません。

筋力増強と筋肥大の効果を最大にするトレーニング強度の最新エビデンス

 

 このように筋力には脳の神経活動が関与しているのです。これは、右手の筋トレをすると左手の筋力が増強したり、イメージトレーニングをすると筋力が増強することからも、筋力が筋肉量だけでなく、脳の神経活動により影響を受けていることがわかります。

筋力を簡単にアップさせる方法~筋力と神経の関係を知っておこう

 

 カフェインはアデノシン受容体に作用することによって、脳の神経活動を高めるドーパミンなどの神経伝達物質の放出を促進し、運動単位の動員や発射頻度を増加させ、筋力を増強させることが示唆されているのです(Davis JK, 2009)。

 

 このようなメカニズムから、カフェインの摂取は筋持久力だけでなく、筋力も増強させる可能性が示唆され、多くの検証が行われてきました。

 

 そして2018年、これまでに報告されたカフェインによる筋力増強の効果についての研究結果をまとめて解析したメタアナリシスが報告されたのです。



◆ 筋力とカフェインの最新エビデンス

 

 ビクトリア大学のGrgicらは、10の研究結果をもとにメタアナリシスを行うとともにサブグループ解析を行った結果、このように結論づけています。

*メタアナリシスとは、これまでの研究結果を統計的手法により全体としてどのような傾向があるかを解析するエビデンスレベルがもっとも高い研究デザイン。

 

 「カフェインは最大筋力を増強させる」

 

 カフェインの摂取により、最大筋力の増強効果(SMD=0.20)、パワーの増強効果(SMD=0.17)が認められました。

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Fig.1:Grgic J, 2018より筆者作成

 

 さらにサブグループ解析の結果、カフェインによる筋力増強の効果にはいくつかの特徴があることがわかりました。

 

・脚と腕ともに効果的だが、腕への効果が高い。

・男女ともに効果的だが、男性への効果が高い。

・トレーニング経験に関わらず効果的だが、トレーニング未経験者への効果が高い。

 

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Fig.2:Grgic J, 2018より筆者作成

 

 これらの結果から、Grgicらは、カフェインの摂取は最大筋力を増強させることがエビデンスとして示されたと述べるとともに、その効果にはいくつかの傾向が示されたが、その実証にはさらなる検証が必要であるとしています。

 

 これがカフェインが筋力を増強させるエルゴジェニック・エイドとされる現在のところのエビデンスとなっています。

 

 そして近年では、このようなカフェインの筋力増強効果から、筋トレの効果を高める研究結果が報告されるようになりました。

 

 GrgicとMikulicらはトレーニング経験のある被験者がカフェインを摂取することによってスクワットの最大筋力を増強させることを報告しています(Grgic J, Mikulic P, 2017)。さらにコヴェントリー大学のDuncanらは、カフェインの摂取がトレーニングによる疲労を軽減し、総負荷量の増大に寄与することを示唆しています(Duncan MJ, 2013)。

 

 しかしながら、カフェインによるトレーニング効果についての研究結果をまとめたメタアナリシスの実施には至っておらず、高いレベルのエビデンスを示すには今後の解析が必要になるでしょう。

 

 では、カフェインの効果的な摂取量や摂取タイミングはどの程度が最適なのでしょうか?また、カフェインの摂取における注意点や副作用はあるのでしょうか?

 

 

◆ カフェインの正しい摂取方法と注意点

 

 トレーニングの効果を高めるカフェインの最適な摂取量と摂取タイミング、注意点については、2018年に報告されたGrgicらのレビューが参考になります。

 

 カフェインの摂取は脳にあるアデノシン受容体の感受性を低下させ、神経活動の低下を抑制し、高める効果があります。このような効果を得るためには、1日で体重1kgあたり2mgでは不十分とされており、3mg以上のカフェインを摂取することが推奨されています(Arazi H, 2016)。

 

 また、カプセルやパウダー状のカフェインを摂取した場合、血液中のカフェインの濃度がもっとも高まる時間は、摂取後1時間であることが報告されています。そのため、トレーニング1時間前にカフェインを摂取することが推奨されています。

 

 カフェイン摂取の注意点として挙げられているのが、血圧の上昇です。カフェインを摂取すると神経伝達物質であるドーパミンの放出が促進され、これにより血管の収縮作用が促されます。ホースの栓を細くすると水圧が高くなるのと同じように、血管の収縮は血圧を上昇させます。そのため、Grgicらは高血圧がある場合は、カフェイン摂取による血圧の上昇に注意すべきであると述べています。

 

 また、副作用としては不眠が挙げられています。カフェインを体重1kgあたり9mg以上の高用量で摂取すると不眠の副作用が顕著になることが示唆されています。それ以外の副作用の報告はなく、過度な高用量を摂取しなければ安全性に問題はないとされています。

 

 カフェインの摂取形態には、カプセルやパウダーの他にガムなどもありますが、これらの形態による効果の違いについては一定の見解は得られていません。その中でも近年では、コーヒーとしてカフェインを摂取すると、より吸収が高まることが報告されています。しかしながら、摂取する水分量も多くなるため、より高い用量のカフェインの摂取には適していないとされています。

コーヒーが筋トレのパフォーマンスを高める〜その科学的根拠を知っておこう

 

 これらの背景から、Grgicらはトレーニング効果を高めるためのカフェインの摂取方法として、トレーニングの1時間前に体重1kgあたり3mgの摂取から試してみることを推奨しています(Grgic J, 2018)。

 このようにカフェインの摂取は、過度な高用量(9mg/kg以上)を摂取しなければ安全性に問題ないことが示されているのです。

 

 これらの研究結果から、国際スポーツ栄養学会(ISSN)が報告したトレーニングのパフォーマンスを高めるサプリメントエビデンス・カテゴリーにおいて、カフェインはエビデンスAの「明らかに安全で効果のある強力なエビデンスを示すもの」に分類されているのです(Kerksick CM, 2018)。

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Fig.3:Kerksick CM, 2018より筆者作成

 

 さいごにカフェインの効果と摂取方法についてまとめておきましょう。

 

・カフェインの摂取は最大筋力、パワーを増強させるエビデンスがある。

・これを背景に、筋トレのパフォーマンスを高めることが示唆されている。

・トレーニングのパフォーマンスを高めるためには、3mg/kg以上の摂取が必要。

・摂取のタイミングはトレーニングの1時間前が最適。

・高血圧症では、血圧上昇を招く可能性があるため、摂取には医師の確認が推奨される。

・9mg/kg以上の摂取では不眠の副作用を併発することがある。

 

 

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◆ 読んでおきたい記事

シリーズ①:筋肉を増やすための栄養摂取のメカニズムを理解しよう

シリーズ②:筋トレの効果を最大にするタンパク質の摂取量を知っておこう

シリーズ③:筋トレの効果を最大にするタンパク質の摂取タイミングを知っておこう

シリーズ④:筋トレの効果を最大にするタンパク質の摂取パターンを知っておこう

シリーズ⑤:筋トレの効果を最大にする就寝前のプロテイン摂取を知っておこう

シリーズ⑥:筋トレの効果を最大にする就寝前のプロテイン摂取の方法論 

シリーズ⑦:筋トレの効果を最大にする運動強度(負荷)について知っておこう

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シリーズ⑨:筋トレの効果を最大にするセット数について知っておこう 

シリーズ⑩:筋トレの効果を最大にするセット間の休憩時間について知っておこう

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シリーズ㊼:プロテインは骨をもろくする?〜最新の研究結果を知っておこう

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シリーズ87:筋トレとアルギニンの最新エビデンス

シリーズ88:筋トレとシトルリンの最新エビデンス

 

 

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◆ 参考論文

Rivers WH, et al. The action of caffeine on the capacity for muscular work. J Physiol. 1907 Aug 27;36(1):33-47.

Costill DL, et al. Effects of caffeine ingestion on metabolism and exercise performance. Med Sci Sports. 1978 Fall;10(3):155-8.

Graham TE, et al. Caffeine and exercise: metabolism, endurance and performance. Sports Med. 2001;31(11):785-807.

Motl RW, et al. Effect of caffeine on perceptions of leg muscle pain during moderate intensity cycling exercise. J Pain. 2003 Aug;4(6):316-21.

Davis JK, et al. Caffeine and anaerobic performance: ergogenic value and mechanisms of action. Sports Med. 2009;39(10):813-32.

Grgic J, et al. Effects of caffeine intake on muscle strength and power: a systematic review and meta-analysis. J Int Soc Sports Nutr. 2018 Mar 5;15:11.

Grgic J, Mikulic P. Caffeine ingestion acutely enhances muscular strength and power but not muscular endurance in resistance-trained men. Eur J Sport Sci. 2017 Sep;17(8):1029-1036.  

Duncan MJ, et al. Acute caffeine ingestion enhances strength performance and reduces perceived exertion and muscle pain perception during resistance exercise. Eur J Sport Sci. 2013;13(4):392-9.

Kerksick CM, et al. ISSN exercise & sports nutrition review update: research & recommendations. J Int Soc Sports Nutr. 2018 Aug 1;15(1):38.

Arazi H, et al. The effects of different doses of caffeine on performance, rating of perceived exertion and pain perception in teenagers female karate athletes. Braz J Pharm Sci. 2016;52(4):685–92.

Grgic J, et al. The Influence of Caffeine Supplementation on Resistance Exercise: A Review. Sports Med. 2018 Oct 8.