Kofeina a metabolizm glukozy i stan zapalny

Gdyby kofeinę zsyntetyzowano czy też odkryto w roślinach, wyekstrahowano i próbowano dopuścić do obrotu teraz, zapewne podzieliłaby los DMAA (do dzisiaj toczą się spory o dopuszczenie geranium ponownie do obrotu np. w USA), efedryny (wycofana i zakazana do stosowania w suplementach diety w USA i UE, pozostała w nielicznych lekarstwach) czy johimbiny (istnieje w niszy, nie do końca wiadomo, co znajduje się w opakowaniach oferowanych w aukcjach internetowych, istnieje bardzo niewiele badań na jej temat).

1. Czy kofeina jest groźna dla zdrowia?
2. Kofeina VS metabolizm glukozy i stan zapalny
3. Kofeina a redukcja tkanki tłuszczowej i insulinooporność

Wbrew pozorom kofeina, to silna substancja. Podobnie wiele osób nie postrzega alkoholu jako jednego z najgroźniejszych na świecie narkotyków – tymczasem już same statystyki przestępstw popełnianych pod wpływem różnego rodzaju „napojów” mówią o tym wyraźnie.

Czy kofeina jest groźna dla zdrowia?

Według licznych badań – nie. Problemy zdrowotne mają osoby nadużywające alkoholu, często mieszające napoje energetyczne z wódką (popularny drink). Osoby pijące nałogowo energy-drinki również doczekają się problemów zdrowotnych, ale raczej nie ze względu na kofeinę (ciężko ją przedawkować - dawka śmiertelna jest szacowana na 10-20 g) – tylko ... na cukier (np. red bull zawiera podobną ilość cukru co sok owocowy, czyli 11 g w 100 ml).

Nie od dzisiaj wiadomo, iż nadużywanie cukru niesie za sobą plagę otyłości oraz liczne choroby (zespoły metaboliczne, insulinooporność, cukrzycę typu II, różnego rodzaju nowotwory). Powiązano np. picie napojów słodzonych z rakiem śluzówki macicy.

W przypadku raka jelita grubego podejrzewa się, że udział w jego rozwoju mają właśnie cukry proste (których pełno znajduje się w energy-drinkach, napojach słodzonych czy sokach). Z nowotworami (np. trzustki) bezsprzecznie jest powiązana otyłość, a nadmierna konsumpcja słodzonych napojów to prosta droga do problemów zdrowotnych, najpierw w postaci nadwagi, później otyłości.

„Znane są związki pomiędzy wysokim wskaźnikiem masy ciała BMI (body mass index) a wzrostem ryzyka zachorowania na takie nowotwory jak: rak jelita grubego, rak pęcherzyka żółciowego, rak piersi u kobiet po menopauzie, rak jajnika, rak endometrium, rak gruczołu krokowego, rak nerki, rak tarczycy, białaczka, szpiczak mnogi i niektóre chłoniaki.

W krajach rozwiniętych otyłość występuje u ponad 20% populacji, a jednocześnie otyłość zwiększyła ryzyko zachorowania na wymienione nowotwory nawet 3,5-krotnie”.

Mało tego, w badaniach Fagherazzi G i wsp. dowiedziono, iż nawet niewielka konsumpcja słodzonych cukrem lub słodzikami napojów może mieć wpływ na rozwój cukrzycy typu II. Studium objęto 66 118 kobiet, trwało ono od 1993 do 2013 r. Odnotowano w tym czasie 1369 przypadków cukrzycy. W porównaniu do osób nie pijących napojów słodzonych panie spożywające > 603 ml na tydzień sztucznie słodzonych napojów (zamiennikami cukru stołowego) były narażone na dwukrotnie większe ryzyko cukrzycy typu II. Napoje słodzone klasycznym cukrem, spożywane w ilości większej niż 359 ml/tydzień również znacząco zwiększały ryzyko cukrzycy.

Co do cytowanego badania istnieje wiele zastrzeżeń i wątpliwości (m.in. z powodu tego, iż naturalne soki również nie są obojętne dla zdrowia), ale pomimo tego powinno zmusić ono do chwili zastanowienia. Tym bardziej, iż podobne wnioski płyną z innych obserwacji, a Matthew P. Pase i wsp. wykazali, iż spożywanie sztucznie słodzonych napojów może zwiększać ryzyko demencji (prawie trzykrotnie), choroby Alzheimera (2,8 raza) i udaru niedokrwiennego. Oczywiście, istnieje wiele kontrowersji związanych ze stosowaniem napojów słodzonych „sztucznie”, a potencjalne mechanizmy nadal czekają na naukowe wyjaśnienie.

Kofeina VS metabolizm glukozy i stan zapalny

Przechodząc do tytułowego zagadnienia, jak się okazuje, kofeina może mieć wpływ na system immunologiczny oraz metabolizm glukozy. Mówią o tym dane z badania Fabrício Eduardo Rossi i wsp. opublikowanego 30 kwietnia 2017 r.

Siedmiu mężczyznom podano:

• placebo
• kofeinę (5 mg/kg masy ciała)
• węglowodany (20% roztwór maltodekstryny)

Wykonali trzy treningi obejmujące 5 km biegu (interwałowy na bieżni: 1 minuta pracy MAX oraz 1 minuta odpoczynku) oraz trening siłowy (4 serie półprzysiadów z ciężarem 80% maksymalnego). Pobrano próbki krwi przed oraz po treningu. Suplementacja nie miała wpływu na ilość powtórzeń i objętość w ćwiczeniach siłowych.

Najciekawsze wyniki dotyczą:

Wpływu kofeiny na poziom glukozy: po wysiłku odnotowano wzrost poziomu glukozy o 5,0±10,4 mg/dL u mężczyzn, którym podano kofeinę, w porównaniu do wzrostu o 27,8±20 mg/dL w grupie węglowodanów oraz wzrostu o 15,1±14 mg/dL w grupie placebo.

Wpływu kofeiny na system immunologiczny: cytokina prozapalna (IL-6) wzrosła o 11,9±9,2 pg/mL w grupie kofeiny. Dla porównania w grupie węglowodanów odnotowano spadek o 2,4±1,7 pg/mL, w grupie placebo niewielki wzrost: 4,3± 11,7 pg/mL.

Wpływu kofeiny na ilość mleczanów – odnotowano najwyższy wzrost ilości mleczanów grupie kofeiny, jednakże naukowcy nie uznali efektu za znaczący.

Wpływu kofeiny na ilość WKT/NEFA – efekt był nieznaczny i nieistotny.

Wpływu maltodekstryny na osiągi siłowe i biegowe, wyrzut insuliny powinien zaszkodzić mężczyznom, a tak się nie stało.

Komentarz i wyjaśnienie:

IL-6 – cytokina w dużej mierze prozapalna, podawana jako mogąca mieć działanie przeciwzapalne: „Badania prowadzone u myszy z doświadczalnie wywołanymi zakażeniami, zapaleniem alergicznym lub zapaleniem stawów uwidaczniają natomiast bardziej złożony obraz, ponieważ zależnie od modelu IL-6 promuje powstawanie komórek Th1 lub Th2 i w różny sposób wpływa na odpowiedź zapalną […] Prozapalne lub przeciwzapalne właściwości IL-6 zależą od swoistości tkanki i czynników indukujących zapalenie, które tworzą mikrośrodowisko wytwarzające m.in. zestaw cytokin współdecydujących o kierunku różnicowania limfocytów T”. 

Obecnie wiadomo, że jej główną rolą jest udział w odpowiedzi immunologicznej i reakcji zapalnej oraz w krwiotworzeniu. Naukowcy spekulują, iż zarówno IL-6 jak i TNF-alfa mają wpływ na glikogenolizę oraz lipolizę, przez co organizm uzupełnia swoje zasoby energetyczne (rozbija zmagazynowany glikogen mięśniowy, wątrobowy oraz zasoby tłuszczu podskórnego w adipocytach). Jednakże osiągnięte w grupie kofeiny stężenie NEFA nie koreluje z tą tezą.

Teoretycznie wyrzut insuliny powinien zaszkodzić mężczyznom w grupie, w której podawano węglowodany. Nie stało się tak zapewne przez wysoką intensywność treningu. Jony H+ zakwasiły środowisko komórkowe. Zakwaszenie wywołało inhibicję fosfofruktokinazy oraz upośledziło funkcjonowanie mięśni szkieletowych. Deficyt energetyczny upośledził również funkcjonowanie ATP-azy w kanałach sodowych i potasowych w błonie komórkowej oraz wapniowych w siateczce sarkoplazmatycznej. Zapewne jony Ca2+ i upośledzenie ich uwalniania oraz wychwytu mają wpływ na translokację GLUT4 (transportera glukozy).

Jak widać, czysta kofeina (nie kawa!) ma wpływ na metabolizm glukozy oraz odpowiedź na wysiłek ze strony systemu immunologicznego. Oczywiście, na powyższe badanie należy wziąć dużą poprawkę, gdyż było prowadzone na zbyt małej liczbie osób. Kolejny raz potwierdza się fakt, iż przy stosunkowo krótkiej pracy wytrzymałościowej nie opłaca się podawać znacznych ilości węglowodanów. Mają one znaczenie raczej przy wysiłku długotrwałym oraz przy prowadzeniu kilku treningów jednego dnia (uzupełnianie zasobów glikogenu po zakończeniu wysiłku).

Kofeina a redukcja tkanki tłuszczowej i insulinooporność

Kofeina może mieć znaczenie dla redukcji tkanki tłuszczowej oraz dla insulinooporności. Wykazano, iż stałe spożycie kofeiny upośledza tolerancję glukozy, zwiększając jej stężenie we krwi, zwiększa stężenie insuliny, obniża wrażliwość tkanek na ten hormon. Wykazano, że u ludzi zdrowych, spożywających dwa razy dziennie kofeinę w dawce 200 mg przez tydzień, zmniejsza się wrażliwość tkanek o 35% na insulinę. W cytowanym badaniu kofeina poprawiała tolerancję glukozy. Jak wyjaśnić tę sprzeczność? Wysiłkiem fizycznym wysokiej intensywności.

Zupełnie inaczej na człowieka może działać kawa, gdyż oprócz kofeiny zawiera ponad 700 innych związków. Podawanie czystej kofeiny np. w tabletkach nie jest jednoznaczne z piciem określonej ilości kawy. Przypomina to porównywanie podawania wyizolowanej nikotyny z paleniem papierosów. Graham i wsp. udowodnili, iż kofeina w dawce 4,45 mg/kg masy ciała ma zupełnie inne działanie, w zależności od formy, w jakiej jest podana.

W cytowanym eksperymencie wytrenowani biegacze z intensywnością 85% VO2 max (maksymalnego pochłaniania tlenu) mieli biec do wyczerpania. 60 minut przed biegiem otrzymali: kapsułki z kofeiną + woda, zwykłą kawę, bezkofeinową kawę, bezkofeinową kawę plus kapsułki z kofeiną lub placebo. Tylko kofeina w kapsułkach zwiększyła wydolność, pozwalając na dodatkowe 7,5 do 10 minut biegu z zadaną intensywnością.

Referencje:

• Inoue-Choi M1, Robien K, Mariani A, Cerhan JR, Anderson KE. “Sugar-sweetened beverage intake and the risk of type I and type II endometrial cancer among postmenopausal women.” https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24273064
• Emilia Kałędkiewicz, Anna Doboszyńska „Dietoprofilaktyka raka jelita grubego” Zakład Pielęgniarstwa Klinicznego, Wydział Nauki o Zdrowiu, Warszawski Uniwersytet Medyczny
• Piotr Potemski, Wojciech Polkowski „Nowotwory układu pokarmowego” Zespół autorski: Piotr Potemski, Wojciech Polkowski, Krzysztof Bujko, Joanna Didkowska, Zuzanna Guzel, Roman Herman, Aleksandra Łacko, Włodzimierz Olszewski, Jakub Pałucki, Jarosław Reguła
• Sylwia Grodecka-Gazdecka „Związki otyłości z rakiem piersi” Katedra i Klinika Onkologii Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu
• Fagherazzi G1, Vilier A, Saes Sartorelli D, Lajous M, Balkau B, Clavel-Chapelon F „Consumption of artificially and sugar-sweetened beverages and incident type 2 diabetes in the Etude Epidemiologique aupres des femmes de la Mutuelle Generale de l'Education Nationale-European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition cohort.” https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23364017
• Ruanpeng D1, Thongprayoon C2, Cheungpasitporn W3, Harindhanavudhi T3. “Sugar and artificially-sweetened beverages linked to obesity:A systematic review and meta-analysis.” https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28402535
• Matthew P. Pase, Jayandra J. Himali, Alexa S. Beiser, Hugo J. Aparicio, Claudia L. Satizabal, Ramachandran S. Vasan, Sudha Seshadri, Paul F. Jacques “Sugar- and Artificially Sweetened Beverages and the Risks of Incident Stroke and Dementia A Prospective Cohort Study” http://stroke.ahajournals.org/content/48/5/1139
• Mark A. Pereira” Sugar-Sweetened and Artificially-Sweetened Beverages in Relation to Obesity Risk” http://advances.nutrition.org/content/5/6/797.full
• Fabrício Eduardo Rossi,1,2,* Valéria Leme Gonçalves Panissa,2 Paula Aulves Monteiro,1 José Gerosa-Neto,1 Érico Chagas Caperuto,3 Jason Michael Cholewa,4 Alessandro Moura Zagatto,5 and Fábio Santos Lira1 “Caffeine supplementation affects the immunometabolic response to concurrent training” https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5412491/
• dr hab. biol. Włodzimierz Maśliński „Sieć cytokin w patogenezie reumatoidalnego zapalenia stawów” 01.09.2000
• Ewa Kontny, Włodzimierz Maśliński “Interleukina 6 – znaczenie biologiczne i rola w patogenezie reumatoidalnego zapalenia stawów” Reumatologia 2009; 47, 1: 24-33 https://www.termedia.pl/Interleukina-6-8211-znaczenie-biologiczne-i-rola-w-patogenezie-reumatoidalnego-zapalenia-stawow,18,12203,1,0.html
• Graham TE, Hibbert E, Sathasivam P. Metabolic and exercise endurance effects of coffee and caffeine ingestion. J Appl Physiol. 1998;85:883–889. [PubMed]
• Halina Bojarowicz, Małgorzata Przygoda „Kofeina. Cz. I. Powszechność stosowania kofeiny oraz jej działanie na organizm”