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Does caffeine alter muscle carbohydrate and fat metabolism during exercise?

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Abstract:

Caffeine, an adenosine receptor antagonist, has been studied for decades as a putative ergogenic aid. In the past 2 decades, the information has overwhelmingly demonstrated that it indeed is a powerful ergogenic aid, and frequently theories have been proposed that this is due to alterations in fat and carbohydrate metabolism. While caffeine certainly mobilizes fatty acids from adipose tissue, rarely have measures of the respiratory exchange ratio indicated an increase in fat oxidation. However, this is a difficult measure to perform accurately during exercise, and small changes could be physiologically important. The few studies examining human muscle metabolism directly have also supported the fact that there is no change in fat or carbohydrate metabolism, but these usually have had a small sample size. We combined the data from muscle biopsy analyses of several similar studies to generate a sample size of 16-44, depending on the measure. We examined muscle glycogen, citrate, acetyl-CoA, glucose-6-phosphate, and cyclic adenosine monophosphate (cAMP) in resting samples and in those obtained after 10-15 min of exercise at 70%-85% maximal oxygen consumption. Exercise decreased (p < 0.05) glycogen and increased (p < 0.05) citrate, acetyl-CoA, and glucose-6-phosphate. The only effects of caffeine were to increase (p < 0.05) citrate in resting muscle and cAMP in exercise. There is very little evidence to support the hypothesis that caffeine has ergogenic effects as a result of enhanced fat oxidation. Individuals may, however, respond differently to the effects of caffeine, and there is growing evidence that this could be explained by common genetic variations.

Depuis des décennies, la caféine, un antagoniste du récepteur de l’adénosine, fait l’objet d’études en tant que facteur ergogène potentiel. Au cours des deux dernières décennies, les études démontrent fortement le puissant agent ergogène qu’est le café et, souvent, on a élaboré des théories pour expliquer son effet par son action sur le métabolisme des graisses et des sucres. Même si la caféine mobilise, on le sait, les acides gras du tissu adipeux, il y a très peu d’études portant sur la mesure du ratio d’échanges gazeux pour démontrer l’augmentation de l’oxydation des graisses. C'est cependant une mesure difficile à effectuer au cours d’un effort physique d’autant plus que de légères variations ont un impact physiologique important. Les quelques études qui ont analysé directement le métabolisme musculaire chez l’humain rapportent qu’il n’y a aucune modification du métabolisme des graisses et des sucres, mais leur échantillon est plutôt de faible taille. Nous combinons les observations issues de l’analyse des biopsies musculaires réalisées dans des études semblables pour obtenir des échantillons dont l’effectif varie entre 16 et 44 spécimens selon le type de mesure. Nous analysons le contenu musculaire de glycogène, de citrate, d’acétyl-CoA, de glucose 6-phosphate et de cAMP dans des échantillons prélevés au repos et après 10 à 15 min d’effort physique réalisé à une intensité suscitant 70 à 85 % du consommation d’oxygene maximale. L’exercice physique diminue (p < 0,05) la teneur en glycogène et augmente (p < 0,05) les concentrations de citrate, d’acétyl-CoA et de glucose 6-phosphate. Les seuls effets suscités par la caféine sont l’augmentation (p < 0,05) de la concentration de citrate dans le muscle au repos et de la cAMP au cours de l’exercice physique. Il y a très peu d’évidence à l’appui de l’hypothèse selon laquelle les effets ergogènes de la caféine sont dus à l’augmentation de l’oxydation des graisses. Néanmoins, des individus peuvent réagir différemment aux effets de la caféine; d’ailleurs, il y a de plus en plus d’études suggérant que la cause serait naturelle et d’origine génétique.

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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