Kaffee und Koffein beim Sport

Der morgendliche Kaffee ist bei den meisten ein absolutes Muss. Koffein gilt als Fitmacher und die meisten brauchen Koffein, um überhaupt wach zu werden. Ein Kaffee in der Früh, mindestens einen Kaffee über den Tag verteilt (vor allem um das Mittagstief zu überstehen) und dann noch ein Espresso nach dem Essen. Der beliebte Kaffee ist bei den Meisten nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken. Auch beim Sport wird Koffein gerne als „Helferchen“ verwendet. In diesem Artikel erfahrt ihr, ob Koffein wirklich die versprochene Wirkung beim Sport hat und wie es in unserem Körper wirkt.

Auf einen Blick

• Die leistungssteigernde Wirkung von Koffein konnte schon in vielen Metaanalysen nachgewiesen werden.
• So sind ergogene Wirkungen im Ausdauersport, aber auch bei Maximalkraft und Sprunghöhe beschrieben.
• Insgesamt kann mit der Einnahme von 3-6 mg Koffein pro kg Körpergewicht etwa 60 min vor der Belastung die beste Wirkung erreicht werden.
• Viele Detailfragen wie individuelle Unterschiede, die Auswirkungen der Tageszeit, des Alters oder Geschlechts sind aber noch ungeklärt.

Wie wurde Kaffee entdeckt?

Glaubt man der Legende, dann waren es Ziegen, die vor mehr als 1.300 Jahren im äthiopischen Hochland den Kaffee entdeckten: Immer, wenn sie von bestimmten Sträuchern mit roten und grünen, kugeligen Früchten fraßen, waren sie anschließend und für einige Zeit kaum zu bändigen. Ihr Hirte probierte die Früchte selbst aus und spürte ebenfalls eine belebende Wirkung. Daher brachte er einige der Früchte zu den Mönchen eines nahen Klosters, die jedoch einen grässlich schmeckenden Sud daraus zubereiteten. Die restlichen Früchte warfen sie ins Feuer – und erkannten am angenehmen Duft, dass erst die Röstung Kaffee für uns Menschen genießbar macht.

Was bedeutet „Kaffee“?

Ebenso wenig eindeutig ist die Herkunft des Namens „Kaffee“: Es wird vermutet, dass die Bezeichnung sich ableitet von dem arabischen „Kahweh“ oder „qahwah“, dem „Wein des Propheten“. In der islamischen Welt war das Getränk beliebt, denn Wein war verboten und es wurde vermutet, dass ein vermehrter Kaffeekonsum zur Verminderung des Konsums alkoholischer Getränke beiträgt. Auch Ludwig XIV förderte das Trinken von Kaffee, um das vermehrte Trinken von Alkohol zu bekämpfen (Eichler, 1938).

Kaffee ist ein beliebtes Getränk

Mittlerweile gehört Kaffee zu den meist getrunkenen Getränken in Deutschland: Im Jahr 2020 lag der Pro-Kopf-Konsum von Kaffee bei 168 Litern (Reinermann, 2020). Zum Vergleich: Der Pro-Kopf-Verbrauch von Tee lag 2020 bei 70 Litern (Statista Research Department, 2021).

Vor allem im Sport ist eine steigende Beliebtheit von Koffeinsupplementation zur Leistungssteigerung zu beobachten. Auch und gerade in der sportwissenschaftlichen Literatur werden positive Effekte von Koffein auf die sportliche Leistungsfähigkeit diskutiert. Studien wie die von Desbrow and Leveritt (2007) belegen leistungssteigernde, sogenannte ergogene Wirkungen von Koffein: 83% der untersuchten Athleten zeigten verbesserte Konzentrationsfähigkeit und 73% nahmen einen positiven Einfluss auf die Ausdauer wahr.

Ist Koffein Doping?

Als vor allem in den 80er Jahren versucht wurde, stimulierende Wirkungen durch Koffein hervorzurufen, deklarierte das International Olympic Committee (IOC) daraufhin Koffein als verbotene Substanz, deren Wirkung für den Wettkampf verboten ist. Um den Genuss von koffeinhaltigen Getränken aber nicht vollständig zu verbieten, wurde für Koffein ein Grenzwert von 12 µg/ml im Urin festgelegt.

Am 1. Januar 2004 nahm jedoch die Welt Anti-Doping Agentur (WADA) Koffein wieder von der Dopingliste. Eines ihrer Hauptargumente dafür war die vergleichsweise geringe Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit, zumal sich auch methodisch Probleme gezeigt hatten bei der Festlegung eines Grenzwertes, da Koffein individuell sehr unterschiedlich abgebaut wird (Neue Züricher Zeitung, 2011). Denn Untersuchungen hatten gezeigt, dass bereits bei einer Zufuhr von etwa 300 mg Koffein (zwei Tassen mit je 150ml eines starken Kaffees) innerhalb einer Stunde Werte von über 12 µg/ml erreicht werden können. Da die Halbwertszeit von Koffein etwa bei vier bis sechs Stunden liegt, kann es im Laufe des Tages bei kontinuierlichem Genuss von koffeinhaltigen Getränken zur Akkumulation der Koffeinwerte kommen und somit der Grenzwert schnell überschritten werden. Auch ein individuell abweichender Stoffwechsel (Koffeinmetabolismus) kann zu einer erhöhten Koffeinausscheidung führen (Deutsche Sporthochschule Köln, 2021).

Untersucht wird die Wirkung von Koffein jedoch weiterhin. Und ist Koffein auch nicht mehr verboten, so gehört es auf der WADA-Verbotsliste auch noch zu den zu beobachtenden Substanzen (Puschner, 2021). Das zeigt, dass in dem Bereich „Koffein“ und Leistungssteigerung noch viel geforscht werden kann und sollte. Aber was kann Koffein beim Sport leisten?

Kaffee schaffte es bis in den Weltraum

Pro Jahr werden weltweit über 1.3 Trillionen Tassen Kaffee und Tee konsumiert. Koffein ist die einzige Substanz mit Suchtpotenzial, die nahezu überall und ohne wesentliche gesetzliche Einschränkungen verkauft werden darf. Koffein befindet sich sogar in Nahrungsmitteln wie beispielsweise dunkler Schokolade. Zudem ist es wohl die einzige Droge, die es in den Weltraum geschafft hat: Damit im All auch nicht auf Koffein verzichtet werden muss, nahm eine italienische Astronautin im Jahr 2014 zur internationalen Weltraumstation ISS – aufgrund der Schwerelosigkeit – eine spezielle, von einem italienischen Kaffeeröster und der italienischen Raumfahrtbehörde entwickelte Espressomaschine mit (Beiglböck, 2016).

Für die große Beliebtheit koffeinhaltiger Getränke ist nicht nur deren Geschmack verantwortlich, sondern auch – oder vielleicht sogar besonders – ihre anregende Wirkung (Weiß, 2007). Die übliche Dosis eines Erwachsenen liegt ca. bei 200 mg pro Tag. Das entspricht ungefähr zwei Tassen Filterkaffee (Beiglböck, 2016). Die Tabelle zeigt, wie viel Koffein pro Getränke und Portionseinheit enthalten ist (Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit, 2017).

Ausgewählte Getränke nach absteigendem Koffeingehalt (Europäische Behörde Lebensmittelsicherheit [EFSA], 2017

Wie wirkt Koffein?

Doch um die Wirkung von Koffein auf unseren Organismus zu verstehen, sollte man zunächst die chemische Struktur näher betrachten. 1832 konnten Justus von Liebig und ein Kollege die Summenformel C₈H₁₀N₄O₂ von Koffein bestimmen (Forth & Adam, 2001). Damit setzt sich Koffein chemisch gesehen zusammen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff.

Koffein wird aus Pflanzen gewonnen – aus Kaffee, Tee, Mate, Guarana, Kolanuss und Kakao (Beiglböck, 2016; Weiß, 2007). Koffein (1,3,7-Trimethylxanthin), oder auch in der Fachsprache Thein genannt, ist ein Purin-Alkaloid oder auch Methylxanthin (Forth & Adam, 2001; Weiß, 2007).

Wie wird Koffein aufgenommen und verstoffwechselt?

Koffein wird durch die Magensäure gespalten, dadurch liegt das Alkaloid in freier Form vor. Die Resorption erfolgt im Magen und Duodenum. Nach etwa 20-60 Minuten hat Koffein seine volle Wirkung entfaltet und seine maximale Blutkonzentration erreicht. Die Aufnahme kann allerdings auch durch eine gleichzeitige Aufnahme einer Mahlzeit, einen niedrigen pH-Wert, Flavonoide im Tee, Zucker, Kaffeesatz und Guarana-Ballaststoffe verzögert werden. Koffein verteilt sich gleichmäßig im Körper. 95% der zugeführten Menge werden in der Leber durch Oxidation und Demethylierung abgebaut. Der Hauptmetabolit ist Paraxanthin. Die restlichen 5% des zugeführten Koffeins werden mit dem Urin ausgeschieden. Die Halbwertszeit für den Abbau von Koffein liegt im Normalfall bei etwa 3.7 Stunden. Diese kann sich jedoch beispielsweise durch eine vorliegende Schwangerschaft, Einnahme von Kontrazeptiva oder Leberschäden verzögern. Bei Rauchern liegt eine beschleunigte Elimination vor. Allerdings können genetische Faktoren auch immer eine Rolle spielen und die Halbwertszeit beeinflussen.

Die Wirkung beruht auf verschiedenen Faktoren

Die Wirkungen der Methylxanthine beruhen auf drei Mechanismen: Sie blockieren die Adenosinrezeptoren, sie hemmen Phosphodiesterasen und sie setzen intrazelluläres Calcium in das Zytoplasma frei. In erster Linie wirkt Koffein aber auf das Zentralnervensystem (ZNS). Hier werden die Adenosinrezeptoren blockiert und wirken dadurch als Gegenspieler zum Adenosin, sodass zentrale Neuronen gedämpft werden. Somit wirkt Koffein zentral stimulierend und anregend auf das sympathische Nervensystem. Durch Koffein steigt die Konzentration an Katecholaminen im Plasma an, die Herzschlagfrequenz wird beschleunigt, der Blutdruck erhöht sich und Blutgefäße im Gehirn verengen sich. Des Weiteren erweitert Koffein die Atemwege (Bronchodilatation) und verbessert die Funktion der Atemmuskulatur. Zusätzlich wird der Zilienschlag des Flimmerepithels gefördert und damit die Reinigung der Atemwege verbessert. Aufgrund der positiven Wirkungen auf die Atmung wird Koffein auch teils therapeutisch bei Asthma bronchiale eingesetzt.

Kaffee verursacht Harndrang

Weiterhin ist zu erwähnen, dass Koffein die Nierendurchblutung steigert und die glomeruläre Filtrationsrate erhöht. Daraus resultiert eine diuretische Wirkung. Das macht sich vor allem bei einer einmaligen Zufuhr bemerkbar. Dies ist jedoch nicht bedenklich, da es sich um eine isotone Ausscheidung von Natrium und Wasser handelt. Es wird lediglich das Flüssigkeitsvolumen im Extrazellulärraum vermindert. Bei niedriger Flüssigkeitsversorgung kann jedoch auch der für den Zellstoffwechsel bedeutende Intrazellulärraum betroffen sein. Koffeinhaltige Getränke sind demnach nicht geeignet, um ein Flüssigkeitsdefizit auszugleichen. Bei chronischer Koffeinzufuhr geht die diuretische Wirkung zwar innerhalb weniger Tage verloren, diese Regulation ist jedoch sehr individuell.

Koffein steigert den Energieverbrauch

Zum Energieverbrauch und Thermogenese kann gesagt werden, dass Koffein den Plasma-Adrenalinspiegel erhöht und die Lipolyse und die Thermogenese steigert. Damit einher geht ein erhöhter Energieverbrauch. Dieser kann auch bis zu 24 Stunden nach Koffeinaufnahme nachgewiesen werden. Bei schlanken Personen ist dieser Effekt ausgeprägter als bei Übergewichtigen. Man könnte schlussfolgernd vermuten, dass Koffein zur Verminderung von Körperfett beiträgt, das konnte bereits in Tierversuchen gezeigt werden. Jedoch konnte dies in Studien am Menschen bisher nicht nachgewiesen werden, daher kann aktuell nicht davon ausgegangen werden, dass Koffeinkonsum eine Gewichtsreduktion signifikant unterstützt.

Koffein regt an

Schon bei einer geringen Zufuhr zeigt Koffein eine stimulierende Wirkung. Müdigkeitserscheinungen werden beseitig, die Konzentrationsfähigkeit nimmt zu, die Leistungsbereitschaft steigert sich, die Lernfähigkeit und motorische Fähigkeiten nehmen zu. Durch Kaffee wurde eine steigernde Wirkung auf die Blutlipide nachgewiesen. Das zeigt sich vor allem im Blutcholesterinspiegel: Der Verzehr von fünf oder mehr Tassen kann den Blutcholesterinspiegel um etwa 20-40mg/dl erhöhen. Außerdem kann schon eine einmalige Koffeingabe von 250mg einen durchschnittlichen Blutdruckanstieg von 10-14mmHg systolisch und 7-10mmHg diastolisch bewirken. Bei einem wiederholten Konsum kommt es zu einer Toleranz mit geringer oder nicht nachweisbarer Blutdruckerhöhung. Allerdings ist mit erheblichen individuellen Unterschieden zu rechnen.

Stress durch Kaffee?

Auch eine stimmungsaufhellende Wirkung ist nachgewiesen. Doch bei einer zu hohen Dosierung kann es auch zu unerwünschten, stressähnlichen Symptomen kommen: Bei einer exzessiven Koffeineinnahme wird Calcium aus intrazellulären Speichern in das Zytoplasma freigesetzt und bewirkt dadurch eine Kontraktion der glatten Skelettmuskulatur. Dies kann Zittern, Unruhe und Erbrechen zur Folge haben. Wenn Koffein dauerhaft zugeführt wird, reagiert der Organismus mit einer erhöhten Anzahl an Adenosinrezeptoren. Dies kann ein Grund für die steigende Toleranz sein und somit zu einer verminderten Wirkung führen (Weiß, 2007).

Wie wirkt Koffein beim Sport?

Die leistungsfördernde Wirkung von Koffein bei Ausdauersport gilt als gesichert. Eine Leistungssteigerung wurde mit 3-6mg Koffein pro kg Körpergewicht (KG) nachgewiesen (López-González et al., 2018).  Das entspricht der Koffeinmenge von etwa vier Tassen Kaffee. Als Ursache wird die zentralnervöse Wirkung von Koffein diskutiert. Diese vermindert Ermüdungserscheinungen, verbessert die Stimmung und erhöht die Motivation. Allerdings ist auch in Bezug auf die leistungsfördernde Wirkung eine Toleranzentwicklung nachweisbar: Koffeingewöhnte Personen profitieren weniger von dem ergogenen Effekt. Aufgrund der Tatsache, dass Koffein von der Dopingliste entfernt wurde, aber immer noch zu den zu beobachtenden Substanzen zählt, sind weitere Forschungsarbeiten in diesem Gebiet von großem Interesse. (Weiß, 2007) Aufgrund der heterogenen Studienlage und des Status „zu beobachten“ auf der Anti-Dopingliste der WADA besteht ein akutes Interesse an der weiteren Erforschung der Substanz Koffein und seiner Beeinflussung von Leistung.

So ist die Studienlage

Die International Society of Sports Nutrition (ISSN) hat im Januar 2021 die bisher verfügbare Literatur zu Koffeinsupplementation und ihre Auswirkungen kritisch untersucht. Das Review der ISSN zeigt die bisherigen Erkenntnisse der derzeitigen Studienlage zum Thema Koffeinsupplementation und Leistungssteigerung (Guest et al., 2021).

1. Eine Koffeinsupplementation hat in vielen, aber nicht in allen Studien gezeigt, dass es zu einer Verbesserung der sportlichen Leistung kommt. Zu den Verbesserungen zählen unter anderem: Muskuläre Ausdauer, Bewegungsgeschwindigkeit und Muskelkraft, Sprint-, Sprung- und Wurfleistung sowie ein breites Spektrum an aeroben und anaeroben sportartspezifischen Wirkungen.
2. Es zeigt sich, dass bei einer aeroben Belastung die Effekte einer Koffeinsupplementation am größten sind. Dabei muss aber natürlich beachtet werden, dass das Ausmaß der Auswirkung sich individuell unterscheidet.
3. Koffein verbessert nachweislich die sportliche Leistung, wenn es in Dosen von 3-6 mg/kg KG verabreicht wird. Wird weniger oder mehr eingenommen, kann es entweder zu keiner Wirkung kommen oder zu einer Überdosierung mit starken Nebenwirkungen.
4. Die Koffeinsupplementation sollte ca. 60 Minuten vor einem Training eingenommen werden, um die größtmögliche Entfaltung der Wirkung zu erzielen. Allerdings hängt das auch etwas von der Koffeinquelle ab. So kann beispielsweise ein Koffeinkaugummi im Vergleich zu Koffeinkapseln seine Wirkung schneller entfalten.
5. Es zeigte sich kein Unterschied zwischen untrainierten und trainierten Personen.
6. Studien haben gezeigt, dass der gewohnheitsmäßige Koffeinkonsum eine Rolle bei der Reaktion spielen kann. Des Weiteren zeigten sich interindividuelle Unterschiede in der sportlichen und körperlichen Leistung sowie Nebenwirkungen einer Koffeinsupplementation. Nebenwirkungen wie Schlaflosigkeit oder Angstgefühle nach einer Koffeineinnahme sind individuell und können auf genetische Variationen im Zusammenhang mit der Metabolisierung von Koffein sowie der psychologischen und physischen Reaktion zurückgeführt werden.
7. Koffein hat sich bei den meisten Versuchspersonen als ergogen in Bezug auf kognitive Funktionen herausgestellt. Besonders die Aufmerksamkeit und Wachsamkeit nimmt bei den meisten zu.
8. Zusätzlich zu erwähnen ist, dass Koffein die kognitive und körperliche Leistungsfähigkeit unter Schlafentzug verbessern kann.
9. Energiegetränke, Prä-Workout-Ergänzungen steigern nachweislich sowohl die anaerobe als auch die aerobe Leistung.

Zusammenfassung

An die optimale Dosis sollte man sich individuell herantasten. Die wirksamen Dosen liegen bei 2-9 mg/kg Körpergewicht. Für die meisten Anwendungen sind wohl 3-6 mg/kg ausreichend. Besonders Sportler, die sonst keinen Kaffee trinken oder Koffein auf andere Art und Weise zu sich nehmen, sollten die Dosis langsam steigern und im Training ausprobieren. Zu viel Koffein kann nämlich zu zentralnervösen und gastrointestinalen Nebenwirkungen bis hin zu Herz-Rhythmus-Störungen führen.

Quellen

Beiglböck, W. (2016). Koffein: Genussmittel oder Suchtmittel? Springer eBook Collection Medicine. Springer.

Deutsche Sporthochschule Köln. (2021). Coffein. Deutsche Sporthochschule Köln.

Desbrow, B., & Leveritt, M. (2007). Well-trained endurance athletes‘ knowledge, insight, and experience of caffeine use. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 17(4), 328–339.

Eichler, O. (1938). Kaffee und Koffein. Springer.

Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit. (2017). Koffein: FAQ, Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit.

Forth, W., & Adam, O. (2001). Coffein: Umgang mit einem Genussmittel, das auch pharmakologische Wirkungen entfalten kann. Deutsches Ärzteblatt(43), A-2816 / B-2412 / C-2242.

https://www.chemie.de/lexikon/Koffein.html

Guest, N. S., VanDusseldorp, T. A., Nelson, M. T., Grgic, J., Schoenfeld, B. J., Jenkins, N. D. M., Arent, S. M., Antonio, J., Stout, J. R., Trexler, E. T., Smith-Ryan, A. E., Goldstein, E. R., Kalman, D. S., & Campbell, B. I. (2021). International society of sports nutrition position stand: Caffeine and exercise per-formance. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 18(1), 1.

López-González, L. M., Sánchez-Oliver, A. J., Mata, F., Jodra, P., Antonio, J., & Domínguez, R. (2018). Acute caffeine supplementation in combat sports: A systematic review. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 15(1), 60.

Neue Züricher Zeitung. (2011). Wo Cancellara seine Grenzen zieht. http://www.nzz.ch/nachrichten/sport/aktuell/spritzen_setzen_ist_kein_guter_ausdruck__das_toent_abwertend_1.9870576.html

Priegnitz, J. (2007). Analyse von Koffein als Abwassermarker in Fließgewässern. Institut für Umweltsystemforschung Universität Osnabrück.

Puschner, K. (2021). Verbotsliste 2021: Welt Anti-Doping Code Internationaler Standard.

Reinermann, R. (2020). PM_Kaffeemarkt2020. https://www.kaffeeverband.de/de/presse/deutscher-kaffeemarkt-2020-20-tassen-pro-kopf-mehr-konsumiert

Statista Research Department. (2021). Pro-Kopf-Konsum von Heißgetränken in Deutschland nach Art bis 2020.

Weiß, C. (2007). Koffein. Ernährungs Umschau(4), 210–215.