Caffeina e prestazioni atletiche

La caffeina è una delle sostanze ergogeniche più ampiamente studiate e utilizzate nell’ambito sportivo, le sue proprietà stimolanti sul sistema nervoso centrale, insieme alla sua capacità di modulare la percezione dello sforzo e di influenzare il metabolismo energetico, la rendono un alleato potenzialmente utile in diverse tipologie di attività fisica. L’interesse è inoltre accresciuto dalla rimozione, nel gennaio 2004, dall’elenco delle sostanze proibite da parte del Comitato Olimpico Internazionale. È interessante notare a tal proposito che, tra le ragioni che portarono alla rimozione dalle liste della WADA, vi era l’assunto che le dosi fisiologicamente legate al consumo medio di due o tre tazzine da caffè, erano idonee e sufficienti a determinare i medesimi vantaggi in termini di performance, di quantità significativamente maggiori, e questo soprattutto nelle discipline di endurance.

Al netto di aspetti legati ai processi energetici, all’attivazione cardiocircolatoria e l’influenza nel consumo di ossigeno, anche a parità di impegno atletico sostenuto, l’uso di caffeina gioca un ruolo determinante in una minore percezione della fatica. I meccanismi esatti attraverso i quali la caffeina espleta i sui effetti non sono del tutto chiariti, ma molto è legato allo stimolo nel rilascio di acidi grassi da parte degli adipociti, sia in modo diretto, che come conseguenza indiretta del rilascio di catecolamine (e in particolare adrenalina), con successivo aumento della beta-ossidazione e risparmio di glicogeno e, non ultimo, ottimizzando l’eccitabilità dei motneuroni e di conseguenza il reclutamento delle unità motorie.

In altri termini la caffeina è utile nelle attività sportive ogni qualvolta si ricerca una maggiore performance in termini di attenzione, reazione, memoria e/o si desidera ridimensionare il fattore affaticamento. Naturalmente dosaggi elevati, al di sopra di quanto esposto, possono indurre tremore, irrequietezza, insonnia, alterazioni del ritmo cardiaco, che non determinerebbero certo un miglioramento della situazione.

A livello cardiaco si registra una azione diretta sul miocardio, con aumento della frequenza cardiaca, della gittata sistolica, e contestualmente un riduzione delle resistenze periferiche. A livello muscolare migliora la coordinazione intramuscolare (capacità di reclutamento) e la frequenza di scarica, sebbene in misura maggiore a livello delle fibre resistenti (tipo I) rispetto a quelle di tipo glicolitico (tipo II).

Emerge che la caffeina è in grado di migliorare la performance anche in situazioni climaticamente meno agevoli, come temperature elevate, anche dopo due ore di attività che richiedono uno sprint finale.

È da segnalare che soggetti con elevato intake glucidico beneficiano in misura marginale dell’effetto della caffeina in termini di ossidazione lipidica, tuttavia l'interazione con i carboidrati è particolarmente rilevante durante le attività di lunga durata. L'assunzione combinata di caffeina e carboidrati sembra migliorare sia la disponibilità di glucosio a livello muscolare sia la performance, soprattutto nelle fasi finali di eventi di endurance quando la fatica centrale tende a prevalere. Inoltre la caffeina potrebbe migliorare l’assorbimento intestinale del glucosio e la sua ossidazione, potenziando così l’efficienza energetica dell’atleta.

Meccanismi d’azione

I meccanismi con i quali agisce sono molteplici, ma riassumibili in 5 elementi fondamentali, alcuni dei quali già citati o descritti:

1.      Antagonismo dei recettori dell’adenosina (A1, A2A) – riduce la sensazione di fatica e aumenta vigilanza e motivazione. A seguito dell’attività fisica infatti, e dell’impiego di ATP, si determina un incremento di adenosina che diviene un segnale di stanchezza inibito dalla caffeina.

2.      Inibizione delle fosfodiesterasi – eleva i livelli di cAMP, stimolando la lipolisi e risparmiando glicogeno muscolare.

3.      Mobilizzazione del Ca²⁺ dal reticolo sarcoplasmatico[1] – migliora la forza di contrazione delle fibre muscolari.

4.      Modulazione di neurotrasmettitori (dopamina, noradrenalina, glutammato) – sostiene concentrazione e tempo di reazione, sebbene lo stimolo in termini di rilascio di adrenalina appaia tutto sommato modesto.

5.      Mobilizzazione degli acidi grassi – a livello del tessuto adiposo, sostenendo le attività di endurance e il risparmio di glicogeno.

A onor del vero, sull’ultimo punto occorre chiarire che evidenze più recenti hanno confutato questo ruolo diretto, pertanto i benefici ergogenici della caffeina avvengono anche senza significativi cambiamenti nel metabolismo dei substrati energetici. Non è quindi possibile individuare un unico meccanismo o un processo fisiologico predominante per quanto attiene l’efficacia della caffeina in termini di performance, sebbene la letteratura sia concorde nel ritenere gli effetti centrali (punto 1) della caffeina predominanti e prevalenti rispetto a quelli periferici (punti 2-5).

Quindi il meccanismo d’azione della caffeina è principalmente centrale e neuromodulatorio, sebbene coinvolga anche meccanismi periferici muscolari. Il blocco dei recettori dell’adenosina è e rimane il cuore del suo effetto stimolante, con impatti significativi su fatica, vigilanza, motivazione, dolore e capacità fisica.

Tabella - Dose risposta della caffeina e meccanismo d'azione.

Attività	Evidenze principali	Note
Endurance (corsa, ciclismo)	↑ tempo a esaurimento, ↓ consumo di O₂, ↑ potenza media.	Effetto ottimale con 3-6 mg·kg⁻¹ 30-60 min prima dell’esercizio
Forza e potenza	Meta-analisi mostrano ↑ 1-RM e output di potenza.	Variabilità individuale elevata.
Capacità ripetute/HIIT	Miglioramenti in sprint ripetuti e salti (dose dipendente) .	Dose di 6 mg·kg⁻¹ più efficace di 3 mg·kg⁻¹
Prestazioni cognitive in gara	↓ tempo di reazione e ↑ accuratezza decisionale, utile in sport di squadra e di situazione.	Benefici già con 1-3 mg·kg⁻¹

Tabella - Analisi riassuntiva degli studi (da Antonio, et al., 2024).

Studio (anno)	Protocollo di supplementazione	Risultati chiave	Conclusioni degli autori
Wu & Jiang 2024	3 vs 6 mg·kg⁻¹ un’ora prima di ogni seduta di plyometric training, 8 settimane.	La dose di 6 mg·kg⁻¹ ha prodotto maggiori miglioramenti in salto verticale, forza massima e VO₂max.	Dosi più alte potenziano adattamenti di forza e potenza.
Tamilio et al. 2022	3 mg·kg⁻¹ 45 min prima di test di forza/potenza (6 prove).	↑ CMJ, drop-jump e ripetizioni a cedimento, ma effetto non sempre ripetibile.	L’ingestione acuta è ergogenica ma con variabilità intra-soggetto.
Berjisian et al. 2022	6 mg·kg⁻¹ 60 min pre-workout.	↑ carichi sollevati, ripetizioni e altezza salto; nessun effetto sulla velocità della 1-RM.	Migliora forza resistente e potenza esplosiva.
Dittrich et al. 2021	300 mg gomma da masticare subito prima della corsa.	↑ tempo a esaurimento di 7,4 min.	Caffeina in chewing-gum prolunga la tolleranza allo sforzo.
Guest et al. 2018	0, 2 o 4 mg·kg⁻¹ 25 min pre-warm-up.	4 mg·kg⁻¹ ↓ tempo di time-trial ciclistico del 4 %	Efficacia dipendente dalla dose e dal genotipo CYP1A2.
Hodgson et al. 2013	5 mg·kg⁻¹ di caffeina o caffè 1 h prima.	↑ prestazione nel time-trial di 4,3 % rispetto a placebo.	Il caffè con pari dose di caffeina è altrettanto ergo genico.
Astorino et al. 2008	6 mg·kg⁻¹ 60 min prima di test di 1-RM.	Nessuna differenza in 1-RM o ripetizioni a cedimento.	Effetto sulla forza massima non sempre presente.

Attività di endurance (performance aerobica)

L’efficacia ergogenica della caffeina nelle discipline di endurance è una delle più documentate agisce, come detto, principalmente attraverso l’antagonismo dei recettori dell’adenosina a livello cerebrale, portando a una riduzione della percezione dello sforzo e della fatica centrale (Ferré, 2008) e, in misura minore, migliorando l’ossidazione dei grassi durante l’esercizio prolungato, contribuendo a risparmiare il glicogeno per sostenere la prestazione a lungo termine. Questo meccanismo è particolarmente vantaggioso negli sport di resistenza come ciclismo, corsa su lunga distanza e triathlon sebbene, va ribadito, tale processo è ritenuto meno determinante dalla letteratura più recente.

Diversi studi mostrano che una dose moderata di caffeina (circa 3-6mg/kg) assunta 30-60 minuti prima dell’attività migliora significativamente il tempo fino all’esaurimento, e la capacità di mantenere alti volumi di lavoro durante esercizi di lunga durata. Inoltre recenti evidenze suggeriscono che anche forme alternative di somministrazione, come la caffeina in gomma da masticare o in forma liquida, possano offrire vantaggi simili con un assorbimento più rapido (Guest, et al., 2021).

Migliora costantemente la prestazione di resistenza, il tempo di esaurimento, l'output di lavoro e la prestazione nei time trial[2]. Un miglioramento medio nelle prove a tempo è stato del 3.2-4.3%. e sembra essere correlato alla dose, in particolare 6mg/kg di peso corporeo. In linea generale la caffeina migliora le prestazioni di endurance in modo costante e significativo, con guadagni medi dal 2% al 4% in eventi di lunga durata. Un’ampia analisi degli studi disponibili, in particolare  su test a tempo di endurance (principalmente ciclismo) ha mostrato un miglioramento medio della potenza erogata del 2,9% e una riduzione dei tempi di completamento delle prove del 2,3% rispetto al placebo. L'effetto apparentemente minimo in termini statistici, ha elevata rilevanza pratica per atleti e sportivi nel corso di eventuali competizioni.

I benefici sono stati osservati in sport come corsa su lunga distanza, ciclismo, canottaggio, sci di fondo e nuoto. Il miglioramento è correlato all’azione centrale (percezione della fatica e del dolore) piuttosto che a modulazioni metaboliche, specialmente in esercizi non limitati dal glicogeno.

Nello studio randomizzato e in doppio cieco di Hogervorst, E. (2008) è stato esaminato l’effetto di barrette energetiche contenenti 100 mg di caffeina (somministrate tre volte: prima dell’attività, a 55 min e a 115 min) rispetto a una barretta isocalorica senza caffeina e a una bevanda placebo in 24 ciclisti uomini altamente allenati (VO₂max[3] ≈ 57 ml kg-¹ min-¹). Dopo 150 min di pedalata al 60% del VO₂max i partecipanti hanno affrontato una prova a esaurimento al 75% del VO₂max, durante la quale sono stati valutati parametri fisiologici e cognitivi (test Stroop, Rapid Visual Information Processing – RVIP, Visual Search e memoria verbale).

L’ingestione di caffeina ha prolungato il tempo a esaurimento di 354s (+27%) rispetto alla barretta senza caffeina e di 751s (+84 %) rispetto alla bevanda placebo, senza modificare la frequenza cardiaca media, la percezione dello sforzo o l’intensità metabolica relativa. Sul versante cognitivo si sono osservati: diminuzione dei tempi di risposta sia nel livello base sia in quello interferenziale del test Stroop, con differenze superiori a 70 ms nell’interferenza dopo 140 min di esercizio e a fine prova; maggiore accuratezza e minor tasso di omissioni nel RVIP già a 70 min di esercizio, accompagnati da un ulteriore miglioramento post-esaurimento; tempi di ricerca visiva più rapidi e percentuali di veri positivi superiori nel compito Visually Complex dopo la prova a esaurimento. Le concentrazioni salivari di caffeina hanno confermato la compliance, mentre la glicemia si è mantenuta più elevata nei protocolli con barrette (con e senza caffeina) rispetto alla bevanda, suggerendo un ruolo sinergico dei carboidrati nell’evitare l’ipoglicemia da esercizio prolungato.

I dati attestano che 300 mg complessivi di caffeina, integrati in una matrice solida ricca in carboidrati, amplificano sia la prestazione di endurance sia funzioni cognitive complesse quali attenzione sostenuta, velocità di elaborazione e inibizione di risposte automatiche. Poiché i parametri fisiologici centrali non sono variati, e la percezione dello sforzo non è cambiata, i risultati supportano l’ipotesi di un meccanismo soprattutto centrale: attenuazione della fatica cerebrale e potenziamento dell’arousal neurale. Il miglioramento cognitivo persistente anche dopo lo sforzo massimale evidenzia la rilevanza pratica per discipline che richiedono decisioni rapide in condizioni di fatica (ciclismo di lunga durata, sport di squadra, sport motoristici).

Gli effetti positivi della caffeina sono stati dimostrati in numerose discipline di endurance, quelle con il maggior numero di studi e risultati riguardano (Guest, et al., 2021):

·         Ciclismo: miglioramento del tempo in cronometro e potenza media.

·         Corsa: aumento della velocità e riduzione del tempo su medie e lunghe distanze.

·         Nuoto: miglioramenti documentati in prove di durata.

·         Triathlon e maratone: molto diffuso l’uso strategico nella seconda metà della competizione.

·         Sport da combattimento come judo e wrestling: incremento delle azioni offensive e un maggior numero di proiezioni eseguite durante il combattimento, miglioramento della prontezza e della reattività.

·         Sci di fondo: riduzione dei tempi per completare una determinata distanza e di prolungare la durata dello sforzo fino al punto di esaurimento muscolare.

L’aggiunta di caffeina a soluzioni glucidiche può amplificare gli effetti ergogenici rispetto ai carboidrati da soli, questa combinazione migliora la performance di resistenza, soprattutto quando la caffeina viene assunta nella fase intermedia o finale dell’esercizio prolungato. I benefici sembrano derivare da meccanismi distinti: i carboidrati forniscono energia metabolica diretta, mentre la caffeina agisce a livello centrale, riducendo la fatica mentale e migliorando la percezione dello sforzo. È importante notare che non è stata identificata alcuna interazione negativa tra carboidrati e caffeina, anzi la combinazione è ritenuta particolarmente vantaggiosa per migliorare la performance durante esercizi ad alta intensità o di lunga durata.

Attività di breve durata (performance anaerobica)

L'effetto della caffeina su esercizi anaerobici o di breve durata è meno consistente ma comunque degno di nota. Alcuni studi mostrano che l’assunzione di caffeina può migliorare la potenza massima e la capacità di sprint in prove come i 100 metri o test di Wingate[4] (Pallarés et al., 2013). Tuttavia i benefici sembrano meno pronunciati rispetto a quelli osservati nelle discipline di endurance, e altamente soggetti alla variabilità individuale, tra cui la tolleranza alla caffeina e il profilo genetico.

Le evidenze suggeriscono che l’effetto può derivare principalmente da una maggiore attivazione neuromuscolare, un incremento dell’output motorio corticale e una minore percezione dello sforzo durante compiti ad alta intensità e breve durata (Kalmar & Cafarelli, 1999), questo potrebbe spiegare un miglioramento della capacità di esprimere rapidamente forza o velocità.

Nel contesto dell’allenamento intervallato ad alta intensità (HIIT), la caffeina ha dimostrato un effetto positivo sul mantenimento della performance tra le ripetizioni e sulla riduzione della fatica percepita (Mielgo-Ayuso et al., 2019). Questo tipo di attività, che combina brevi ma intensi periodi di sforzo seguiti da recupero, richiede un’elevata capacità di ripetizione dell’impegno massimale, ed è spesso limitato dalla fatica centrale piuttosto che dalla deplezione energetica. Dati recenti indicano che l’utilizzo di forme a rapido assorbimento (come gomme da masticare) può essere preferibile in protocolli HIIT con riscaldamenti brevi, garantendo un effetto ergogenico più tempestivo.

L’influenza della caffeina sulla capacità di mantenere elevate prestazioni nel tempo può essere attribuita alla sua azione sul sistema nervoso centrale, ma anche a un potenziale effetto sui processi metabolici muscolari che migliorano il recupero tra gli sprint. Inoltre alcuni studi suggeriscono che la caffeina può aumentare la concentrazione di catecolamine, con conseguente miglioramento dell’attivazione simpatica e della mobilitazione energetica.

Espressione di forza e potenza

I risultati sulla forza e la potenza muscolare sono più contrastanti, ad esempio è stato osservato un aumento dell'altezza del salto, della forza di picco concentrica, della potenza di picco e dell'accelerazione nei salti con contromovimento. Può aumentare il contenuto di calcio nel muscolo scheletrico e migliorare la forza della contrazione muscolare, induce un aumento dell'attivazione volontaria massima a livello sopraspinale, migliorando la capacità di reclutare il pool di unità motorie.

Tuttavia altre ricerche non hanno riscontrato miglioramenti significativi nella potenza muscolare o nella forza massima/resistenza. Gli effetti per esercizi intensi e di breve durata (sprint sotto i 3 minuti) sono stati inconsistenti.

L’utilizzo della caffeina per migliorare la performance negli esercizi di forza ha ricevuto crescente attenzione negli ultimi anni ritenendo che possa aumentare la forza massima, la potenza e la resistenza muscolare durante esercizi come il sollevamento pesi. L’effetto ergogenico si manifesta anche in test di 1-RM (una ripetizione massimale), in cui si è osservato un miglioramento della produzione di forza (Mora-Rodriguez, R., & Pallarés, J. G., 2014).

I meccanismi proposti includono una maggiore eccitabilità neuromuscolare, una riduzione dell’inibizione centrale e un aumento della disponibilità di calcio intracellulare nei muscoli scheletrici. Tuttavia la risposta individuale è altamente variabile, e i soggetti non abituati alla caffeina possono sperimentare effetti collaterali come ansia, tachicardia o tremori, che compromettono la performance.

Un interessante studio ha valutato la stimolazione volontaria e indotta da elettrostimolazione (quindi bypassando il SNC) dopo l’assunzione di caffeina, in entrambe le situazioni è emerso un incremento sulla forza massima espressa. Nel caso di prova submassimale invece, l’elemento determinante era relativo a una diminuzione della sensazione di fatica.

Il meccanismo ipotizzato è un miglioramento della permeabilità al Ca⁺ da parte del reticolo sarcoplasmatico, aumentando la disponibilità del calcio per la contrazione muscolare, ma vi è anche l’ipotesi che la caffeina migliori la sensibilità al calcio da parte delle miofibrille.

Sebbene il miglioramento indotto in termini di attivazione delle placche motorie riguardi soprattutto le fibre di tipo I (resistenti), è verosimile che il miglioramento sia soprattutto a carico delle performance di resistenza alla forza, ma il miglioramento delle coordinazione intramuscolare (capacità di reclutamento) non esclude ricadute in termini di forza rapida/esplosiva/massimale e anche in questo caso, 6mg di caffeina, sembrano capaci di incrementare la forza massimale del 3,5% a un’ora dall’assunzione (Kalmar, et al. 1999), proprio come conseguenza della capacità di reclutamento.

Stando alle evidenze più recenti e alle revisioni della letteratura che includono soggetti allenati e paradigmi specifici per l'attività sportiva intermittente, si supporta l'idea che la caffeina sia ergogenica in una certa misura nell'esercizio anaerobico (Souza, et al., 2017).

La letteratura più datata, sebbene non del tutto confutata, assegna alla caffeina dei vantaggi associati ad aspetti chiariti e ribaditi anche in questa sede, in particolare: l’aumento dell'ossidazione degli acidi grassi indotto dall'adrenalina e conseguente risparmio di glicogeno (improbabile per  le prestazioni anaerobiche); una maggiore mobilizzazione del calcio e l'inibizione della fosfodiesterasi (ma una dose fisiologica normale in vivo non indica che questo meccanismo svolga un ruolo importante); un aumento dell'attività della pompa Na+/K+ migliorando l'accoppiamento eccitazione-contrazione (Souza, et al.,2017). Ma ciascuno di questi elementi ha delle criticità, anche solo in termini di impatto reale.

L’ipotesi più caldeggiata resta quindi connessa con la stimolazione del  sistema nervoso centrale, il suo effetto ipoalgesico, anche questo già chiarito,  riduce la percezione del dolore e dello sforzo percepito durante l'esercizio fisico. Questo potrebbe potenzialmente avere effetti favorevoli nel contrastare la riduzione della frequenza di scarica delle unità motorie determinando una contrazione muscolare più sostenibile ed energica (Souza, et al., 2017).

Sport di squadra

La caffeina può migliorare la prestazione fisica complessiva in sport come il basket, aumentando l'altezza dei salti, il numero di rimbalzi e assist, e l'intensità fisica durante il gioco, sembra anche migliorare gli aspetti neurocognitivi, come il pensiero più chiaro, la maggiore concentrazione e la vigilanza mentale che sono cruciali negli sport di squadra. Uno studio ha riportato che la caffeina non ha influenzato l'accuratezza nei tiri liberi o nei tiri da due/tre punti nel basket, suggerendo che i suoi benefici sono più ergogenici che direttamente legati alle abilità. Con maggiore dettaglio è possibile rilevare dalle evidenze disponibili anche per altre discipline:

·         Calcio: incremento della distanza percorsa durante la gara, miglioramento della precisione nei passaggi e aumento dell’altezza dei salti. Non si è osservato un miglioramento nell’agilità misurata tramite il “T-test”, né un effetto significativo sulla prestazione durante partite simulate in giovani calciatori.

·         Basket: alcuni studi hanno evidenziato un incremento dell’altezza del salto verticale, ma tale effetto è stato riscontrato solo in atleti con una specifica variante genetica (genotipo AA del gene CYP1A2). Inoltre sono stati rilevati aumenti nel numero di tiri liberi tentati e realizzati, nonché nei rimbalzi complessivi. La caffeina non ha migliorato la velocità nei cambi di direzione né la rapidità nel palleggio.

·         Pallavolo: miglioramento nella qualità delle azioni, aumento delle giocate riuscite e riduzione degli errori. Tuttavia in atlete professioniste la caffeina non ha prodotto cambiamenti significativi nei test fisici sport-specifici, né miglioramenti evidenti durante gare ufficiali.

·         Rugby: aumento degli impatti corporei durante la partita, accelerazione del ritmo di corsa e incremento della potenza muscolare durante i salti. Non sono stati riscontrati miglioramenti nelle capacità di agilità.

·         Hockey su prato: maggiore frequenza di corse ad alta intensità, miglioramento nella velocità di sprint e possibile riduzione del calo della performance tecnica normalmente indotto dalla fatica.