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。
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。
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。
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のエビデンス・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)。
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。
筋トレの重要なエビデンスをまとめた新刊です!
◆ 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
シリーズ⑧:筋トレの効果を最大にする運動強度(負荷)の実践論
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
シリーズ⑪:筋トレの効果を最大にするトレーニングの頻度について知っておこう
シリーズ⑫:筋トレの効果を最大にするタンパク質の品質について知っておこう
シリーズ⑬:筋トレの効果を最大にするロイシンについて知っておこう
シリーズ⑭:筋トレの効果を最大にするタンパク質の摂取方法まとめ
シリーズ⑮:筋トレの効果を最大にするベータアラニンについて知っておこう
シリーズ⑯:いつまでも若々しい筋肉を維持するためには筋トレだけじゃ不十分?
シリーズ⑰: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(2017年7月版)
シリーズ⑱:筋トレとアルコール摂取の残酷な真実
シリーズ⑲: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(2017年7月版)
シリーズ⑳:長生きの秘訣は筋トレにある
シリーズ㉑:筋トレの最適な負荷量を知っておこう(2017年8月版)
シリーズ㉒:筋トレが不安を解消するエビデンス
シリーズ㉓:筋肉量を維持しながらダイエットする方法論
シリーズ㉔:プロテインの摂取はトレーニング前と後のどちらが効果的?
シリーズ㉕:筋トレの前にストレッチングをしてはいけない理由
シリーズ㉖:筋トレの効果を最大にするウォームアップの方法を知っておこう
シリーズ㉗:筋トレの効果を最大にするセット間の休憩時間を知っておこう(2017年9月版)
シリーズ㉘:BCAAが筋肉痛を回復させるエビデンス
シリーズ㉙:筋トレの効果を最大にするタマゴの正しい食べ方
シリーズ㉚:筋トレが睡眠の質を高める〜世界初のエビデンスが明らかに
シリーズ㉛:筋肉の大きさから筋トレをデザインしよう
シリーズ㉜:HMBが筋トレの効果を高める理由~国際スポーツ栄養学会のガイドラインから最新のエビデンスまで
シリーズ㉝:筋トレの効果を高める最新の3つの考え方〜Schoenfeld氏のインタビューより
シリーズ㉞:筋トレによって脳が変わる〜最新のメカニズムが明らかに
シリーズ㉟:ホエイプロテインは食欲を抑える〜最新のエビデンスを知っておこう
シリーズ㊱:筋トレが病気による死亡率を減少させる幸福な真実
シリーズ㊲:プロテインは腎臓にダメージを与える?〜現代の科学が示すひとつの答え
シリーズ㊳:筋トレとアルコールの残酷な真実(続編)
シリーズ㊴:筋トレの効果を最大にする「関節を動かす範囲」について知っておこう
シリーズ㊵:筋トレが続かない理由〜ハーバード大学が明らかにした答えとは?
シリーズ㊶:筋トレと遺伝の本当の真実〜筋トレの効果は遺伝で決まる?
シリーズ㊷:エビデンスにもとづく筋肥大を最大化するための筋トレ・ガイドライン
シリーズ㊸:筋トレしてすぐの筋肥大は浮腫(むくみ)であるという残念な真実
シリーズ㊹:時間がないときにやるべき筋トレメニューとは〜その科学的根拠があきらかに
シリーズ㊺:筋トレの効果を最大にする新しいトレーニングプログラムの考え方を知っておこう
シリーズ㊻:筋トレは心臓も強くする〜最新のエビデンスが明らかに
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
シリーズ㊽: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
シリーズ㊾:睡眠不足は筋トレの効果を低下させる~その科学的根拠を知っておこう
シリーズ㊿:イメージトレーニングが筋トレの効果を高める〜その科学的根拠を知っておこう
シリーズ51:筋トレ後のアルコール摂取が筋力の回復を妨げる?〜最新の研究結果を知っておこう
シリーズ52:筋トレ後のタンパク質の摂取は「24時間」を意識するべき理由
シリーズ53:筋トレが高血圧を改善させる〜その科学的根拠を知っていこう
シリーズ54:ケガなどで筋トレできないときほどタンパク質を摂取するべきか?
シリーズ55:筋トレは脳卒中の発症リスクを高めるのか?〜筋トレによるリスクを知っておこう
シリーズ56:筋トレを続ける技術〜意志力をマネジメントしよう
シリーズ57:筋トレ後にプロテインを飲んですぐに仰向けに寝てはいけない理由
シリーズ58:筋トレは朝やるべきか、夕方やるべきか問題
シリーズ59:筋トレの効果を最大にする食品やプロテインの選ぶポイントを知っておこう
シリーズ60:ベンチプレスをするなら大胸筋損傷について知っておこう
シリーズ61: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(2018年4月版)
シリーズ62:筋トレ後のタンパク質摂取に炭水化物(糖質)は必要ない?
シリーズ63:ホエイ・プロテインと筋トレ、ダイエット、健康についての最新のエビデンスまとめ
シリーズ64:筋トレの効果を最大にする「牛乳」の選び方を知っておこう
シリーズ65:そもそもプロテインの摂取は筋トレの効果を高めるのか?
シリーズ66: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
シリーズ67: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
シリーズ68:筋トレは疲労困憊まで追い込むべきか?〜最新のエビデンスを知っていこう
シリーズ69:筋トレで疲労困憊まで追い込んではいけない理由(筋力増強編)
シリーズ70:筋トレで筋肥大の効果を最大にする「運動のスピード」を知っておこう
シリーズ71:筋トレで筋力増強の効果を最大にする「運動のスピード」を知っておこう
シリーズ72:ネガティブトレーニングは筋肥大に効果的なのか?〜最新エビデンスを知っておこう
シリーズ73:筋トレを続ける技術〜お金をもらえれば筋トレは継続できる?
シリーズ74:プロテインは腎臓にダメージを与える?〜ハーバード大学の見解と最新エビデンス
シリーズ75:筋トレによる筋肥大の効果は強度、回数、セット数を合わせた総負荷量によって決まる
シリーズ76:筋トレの効果を最大にするタンパク質の摂取方法まとめ(2018年8月版)
シリーズ77:筋トレとHMBの最新エビデンス(2018年8月版)
シリーズ78:筋トレによる筋肉痛にもっとも効果的なアフターケアの最新エビデンス
シリーズ79:筋肥大のメカニズムから筋トレをデザインしよう
シリーズ80:筋トレの効果を最大にする週の頻度(週に何回?)の最新エビデンス
シリーズ81:筋トレ後のクールダウンに効果なし?〜最新のレビュー結果を知っておこう
シリーズ82:筋トレの総負荷量と疲労の関係からトレーニングをデザインしよう
シリーズ83:筋トレのパフォーマンスを最大にするクレアチンの最新エビデンス
シリーズ84:筋トレのあとは風邪をひきやすくなる?〜最新エビデンスと対処法
シリーズ85: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
シリーズ86:筋トレとグルタミンの最新エビデンス
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
シリーズ89:筋トレするなら知っておきたいサプリメントの最新エビデンスまとめ
シリーズ90:筋トレをするとモテる本当の理由
シリーズ91:高タンパク質は腎臓にダメージを与えない〜最新エビデンスが明らかに
シリーズ92:筋トレするなら知っておきたい食事のキホン〜ハーバード流の食事プレート
シリーズ93:筋トレを続ける技術〜マシュマロ・テストを攻略しよう
シリーズ94:スクワットのフォームの基本を知っておこう
シリーズ95:スクワットのフォームによって筋肉の活動が異なる理由
シリーズ96:スクワットの効果を最大にするスタンス幅と足部の向きを知っておこう
シリーズ97:ベンチプレスのフォームの基本を知っておこう【ベンチプレスの科学】
シリーズ98:ヒトはベンチプレスをするために進化してきた【ベンチプレスの科学】
シリーズ99:デッドリフトのフォームの基本を知っておこう【デッドリフトの科学】
シリーズ100:デッドリフトのリフティングの基本を知っておこう【デッドリフトの科学】
シリーズ101:筋トレを続ける技術~脳をハックしよう!
シリーズ102:腕立て伏せの回数と握力から心臓病のリスクを知ろう!
シリーズ103:筋トレは朝やるべきか、夕方やるべきか?〜最新エビデンスを知っておこう
シリーズ104:筋トレによる筋肥大の効果は「週のトレーニング量」で決まる!【最新エビデンス】
◆ 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.