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Effect of caffeine on the neuromuscular system - potential as an ergogenic aid

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Abstract:

The ergogenic effect of caffeine on endurance exercise performance is multifactorial; however, there is evidence for an effect on both the central nervous system and the excitation-contraction coupling of skeletal muscle. The increase in exercise performance seen following intracerebroventrical caffeine injection in rats provides strong evidence for a central ergogenic effect. The central ergogenic effect is not likely related to the ability of caffeine to promote wakefulness, but could be due to an increase in the pain and effort perception threshold. There is no evidence that caffeine alters peripheral nerve conduction velocity or neuromuscular transmission, and 1 study showed that motor unit synchronization was not altered by caffeine. Studies have also shown that caffeine can have a direct effect on skeletal muscle that could be ergogenic. For example, patients with high cervical spinal cord lesions showed improvements in stimulated contractile force during cycling, in spite of the fact that they have no peripheral pain input and no sympathetic nervous system response. Two studies have found a potentiation of force production during submaximal stimulation intensities, and 1 found that the M-wave amplitude was not altered by caffeine. Together, these studies suggest that caffeine can enhance contractile force during submaximal contractions by potentiating calcium release from the ryanodine receptor, not by altering sarcoplasmic excitability. Furthermore, the potentiation of force during submaximal electrical stimulation is identical in habitual and nonhabitual caffeine consumers. In summary, the ergogenic effects of caffeine during endurance activity are mediated partly by enhanced contractile force and partly by a reduction in perceived exertion, possibly though a blunting of effort and (or) pain.

L’effet ergogène de la caféine sur la performance physique en endurance est multifactoriel; on s’entend néanmoins à propos d’un effet sur le système nerveux central et sur le mécanisme du couplage excitation-contraction dans le muscle squelettique. L’augmentation de la performance physique consécutive à l’injection de caféine dans les ventricules cérébraux de rats constitue une solide démonstration de l’effet ergogène central de la caféine. L’effet ergogène central n’est vraisemblablement pas dû à l’influence de la caféine sur le degré de vigilance, mais plutôt à son influence sur l’augmentation du seuil de douleur / perception de l’intensité de l’effort. Il n’y a pas d’études confirmant l’effet de la caféine sur la modification de la vitesse de conduction nerveuse périphérique et de la transmission neuromusculaire; de plus, une étude démontre que la caféine ne modifie pas le degré de synchronisation des unités motrices. Des études dévoilent aussi la possibilité que l’effet direct de la caféine sur le muscle squelettique soit ergogène. Ainsi, des patients présentant des lésions médullaires des premières vertèbres cervicales voient une amélioration de leur force de contraction lors d’une stimulation durant un exercice de pédalage, et ce, même en l’absence de signaux de douleur afférents en périphérie et de réponse du système nerveux sympathique. Deux études rapportent une potentialisation de la production de force au cours de séances de stimulation sous-maximale de faible intensité et une étude démontre que la caféine ne modifie pas l’amplitude de la réponse M. Globalement, ces dernières études suggèrent que la caféine augmente la force de contraction durant les contractions sous-maximales par la potentialisation de la libération de calcium des récepteurs à la ryanodine et non par la modification de l’excitabilité du réticulum sarcoplasmique. En outre, l’augmentation de la force au cours de la stimulation électrique sous-maximale est du même ordre chez les buveurs de café occasionnels et réguliers. En bref, les effets ergogènes de la caféine sur l’endurance physique sont en partie dus à l’amélioration de la force contractile et à la diminution de la perception de l’intensité de l’effort causée probablement par l’émoussement de l’effort ou de la douleur.

Document Type: Research Article

Publication date: December 1, 2008

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  • This bimonthly journal has a 30-year history of publishing, first as the Canadian Journal of Sport Sciences, and later as the Canadian Journal of Applied Physiology. It publishes original research articles, reviews, and commentaries, focussing on the application of physiology, nutrition, and metabolism to the study of human health, physical activity, and fitness. The published research, reviews, and symposia will be of interest to exercise physiologists, physical fitness and exercise rehabilitation specialists, public health and health care professionals, as well as basic and applied physiologists, nutritionists, and biochemists.
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