SPORTS SCIENCE EXCHANGE

CAFÉINE ET PERFORMANCE PHYSIQUE

SSE n° 60, volume 9 (1996), numéro 1

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POINTS PRINCIPAUX

1. De récentes études bien contrôlées ont établi qu’une dose modérée de caféine une heure avant l’exercice améliore la performance lors de certains types d'exercice d’endurance en laboratoire. Une dose modérée de caféine entraîne une concentration de caféine dans l'urine bien inférieure à la limite permise, définie par le Comité international olympique. Ces données s’appliquent tant aux athlètes d’élite bien entraînés qu'aux sportifs amateurs. Nous ne savons pas si ces résultats pourront améliorer la performance en compétition étant donné qu'aucune étude contrôlée sur les effets de la caféine n'a été menée sur le terrain.

2. Les mécanismes responsables de l’amélioration de l’endurance lors d'un exercice prolongé n'ont pas encore été élucidés. Il semble qu’un mécanisme métabolique jouerait un rôle au début de l’exercice, quand l'apport en caféine augmente la concentration des acides gras libres ainsi que l’utilisation des triglycérides musculaires, tout en épargnant le glycogène musculaire. Toutefois, nous ignorons si une oxydation plus importante des graisses serait à l’origine de l’épargne du glycogène musculaire. Après une dose de caféine, généralement, la concentration plasmatique d’adrénaline augmente, mais cela n’est pas essentiel aux changements métaboliques qui l’accompagnent. Il est difficile de préciser la principale source du « stimulus » lors de l'étude des effets de la caféine chez l’humain étant donné que, généralement, la caféine fait augmenter la sécrétion d’adrénaline et est rapidement métabolisée dans le foie en trois diméthylxanthines (paraxanthine, théophylline et théobromine). Les diméthylxanthines peuvent rester dans la circulation plus longtemps que la caféine et servir eux-mêmes de signaux métaboliques.

3. La caféine semble améliorer la performance en laboratoire lors d’un exercice court mais très intense sur ergocycle d’une durée d’environ 5 minutes équivalant au temps d'une course de 1 500 m. Toutefois, l’effet ergogénique positif de la caféine est bien moins fréquent lors d’un sprint de moins de 90 secondes et lors d’exercices à durée progressive de 8 à 20 minutes.

4. L’effet direct de la caféine sur le système nerveux central ou sur le mécanisme du couplage excitation-contraction ainsi que l’augmentation de production anaérobie d’énergie dans le muscle squelettique comptent parmi les mécanismes qui pourraient être responsables de l'amélioration de la performance lors d’un exercice intense de 5 à 20 minutes.

INTRODUCTION

Dans le monde du sport, la caféine est une « drogue contrôlée ou d’usage restreint » étant donné qu'une concentration urinaire supérieure à 12 µg/ml à la fin d’une compétition est considérée illégale par le Comité international olympique (CIO). Toutefois, la plupart des athlètes qui prennent des boissons à la caféine avant l’exercice n’atteindraient jamais la limite illégale après une épreuve. C’est pourquoi la caféine occupe une place unique dans le monde du sport. Elle fait partie intégrante de l’alimentation de nombreux athlètes même si elle n’a aucune valeur nutritionnelle, car elle peut également servir de facteur ergogénique « légal » pour de nombreux types d'exercices. Même si la caféine est souvent associée au café, il faut souligner que le café est rarement la substance utilisée dans les études de recherche. Comme le café contient des centaines de produits chimiques, il peut être trompeur de ne pas faire la différence entre les différents types de substance.

Dans un article publié en 1990 dans le Sport Science Exchange, Wilcox rapporte que peu d’études bien contrôlées ont analysé les effets de la caféine sur l’endurance physique et que leurs résultats ne sont pas concluants. Depuis 1990, de plus en plus de recherches portent sur la caféine et la performance physique, et plusieurs d'entre elle attribuent un effet ergogénique à la caféine lors des exercices d’endurance prolongés (Graham et Spriet, 1991, 1995; Pasman et coll., 1995). Par ailleurs, d'autres études analysant les effets de la caféine sur la performance physique lors de sprints (

De façon générale, la qualité des recherches s’est améliorée parce que les chercheurs ont cherché à contrôler les divers facteurs qui peuvent fausser les résultats obtenus avec la caféine. Conlee a décrit ces facteurs dans son article de synthèse publié en 1991. Trois facteurs se rapportent à la nature du protocole expérimental, soit le type d’exercice, la puissance produite et la dose de caféine, tandis que quatre autres sont associés à l’état des sujets avant le test, soit l’état nutritionnel, le degré d’entraînement, l’utilisation antérieure de caféine et les particularités individuelles. La capacité de mesurer la performance physique de façon fiable est un autre facteur. Les résultats obtenus sont plus fiables chez les sujets très bien entraînés que chez ceux qui le sont moins.

La caféine semble être absorbée par tous les tissus de l’organisme, ce qui rend plus difficile l’étude indépendante de ses effets sur le système nerveux central, les muscles et les tissus adipeux d’une personne qui fait de l’exercice. Aussi, il a été constaté que des mécanismes différents sont probablement responsables de l’amélioration de la performance selon les divers types d’exercice. Il n'en reste pas moins qu'il faut rappeler que le ou les mécanismes en cause peuvent ne pas être tous associés à la caféine. Ainsi, l'apport en caféine augmente généralement la concentration plasmatique d’adrénaline, une hormone qui a des effets étendus, et le foie métabolise rapidement la caféine, une triméthylxanthine, en trois diméthylxanthines : la paraxanthine, la théophylline et la théobromine. À mesure que la concentration de caféine diminue dans le sang, celle de ces métabolites augmente avec la paraxanthine, mais surtout avec la théophylline, qui agissent comme d'éventuels stimuli métaboliques. Il est donc difficile de savoir quels tissus sont directement ou indirectement touchés et par quel composé. En raison de cette incertitude, quand nous utilisons ici mot « caféine », le lecteur doit comprendre qu’il pourrait s’agir de n’importe laquelle des méthylxanthines.

THÉORIES DE L’EFFET ERGOGÉNIQUE

Trois grandes théories expliquent l’effet ergogénique de la caféine pendant l’exercice. La première donne à penser que la caféine exerce un effet direct sur une partie quelconque du système nerveux central qui touche la perception de l’effort ou sur l’activation nerveuse de la contraction musculaire, ou les deux. Selon la seconde théorie, la caféine aurait un effet direct sur la performance du muscle squelettique. Un tel effet pourrait faire intervenir le transport ionique, y compris le transport du Ca2+, et des effets directs sur les principales enzymes de régulation, notamment celles qui contrôlent la dégradation du glycogène. Ces suggestions s’appuient en grande partie sur les études in vitro ayant utilisé de fortes concentrations pharmacologiques de caféine afin de mettre ces effets en évidence. Au cas où ces résultats en « éprouvette » auraient une certaine pertinence pour l’effort physique, les facteurs les plus susceptibles de contribuer à l’effet ergogénique de la caféine seraient les changements dans l’activité du calcium et dans la capacité des muscles de faire pénétrer le potassium du liquide extracellulaire dans les fibres musculaires; les taux de caféine observés pendant l’exercice sont semblables aux plus faibles concentrations de caféine utilisées in vitro qui peuvent influer sur ces processus.

La troisième théorie constitue l’explication traditionnelle, de nature « métabolique », qui présuppose une augmentation de l’oxydation des graisses et une diminution de l’oxydation des glucides. Selon ce processus, la caféine améliorerait directement l’activité enzymatique servant à décomposer les graisses en acides gras ou elle augmenterait d’abord les taux d’adrénaline en circulation, adrénaline qui, à son tour, mobiliserait les acides gras libres des réserves de triglycérides dans les tissus adipeux ou musculaires. La plus grande disponibilité des acides gras augmente l’oxydation des graisses dans les muscles tout en réduisant l’oxydation des glucides, améliorant ainsi la performance physique quand les réserves de glucides s’amenuisent et que l’épuisement se fait sentir.

Les sections qui suivent porte sur le potentiel ergogénique de la caféine lors de différents types d’exercice qui ont été classés en fonction de la puissance produite et du temps jusqu’à épuisement ou du temps de performance d’une course.

CAFÉINE ET PERFORMANCE PHYSIQUE

Les travaux du laboratoire de Costill ont servi à stimuler l’intérêt pour la caféine en tant que facteur ergogénique pour améliorer l’endurance. Ils ont analysé l’effet de 330 mg de caféine, pris une heure avant une épreuve d’épuisement sur ergocycle, à 80 % de la consommation maximale d’oxygène (VO2 max) (Costill et coll., 1978). Les cyclistes entraînés ont amélioré leur performance avec un temps d’effort maximal de 96 min après l'apport en caféine tandis que les sujets du groupe placebo se sont arrêtés après 75 min. Une deuxième étude montre que 250 mg de caféine a permis d'augmenter de 20 % la quantité de travail effectué en 2 heures (Ivy et coll., 1979). Selon ces études, l’utilisation des graisses comme source d’énergie a augmenté d’environ 30 % dans les essais avec la caféine. Une troisième étude, qui a analysé le métabolisme musculaire pendant l’exercice, rapporte que 5 mg de caféine/kg de masse corporelle épargne le glycogène musculaire et augmente l’utilisation des triglycérides musculaires (Essig et coll., 1980). Dans les années 1980, très peu de travaux ont effectivement porté sur l’effet ergogénique de la caféine pendant un exercice d’endurance; la plupart ont seulement porté sur l’effet de la caféine sur le métabolisme. De plus, les conclusions relatives aux effets métaboliques de la caféine se fondaient souvent sur des indicateurs indirects du métabolisme des graisses, soit l’augmentation du taux d'acides gras libres (AGL) dans le sang ou la diminution du rapport dioxyde de carbone-oxygène consommé, ou les deux (de telles diminutions indiquent qu’une plus grande partie des graisses sert de source d’énergie). Ces travaux ont récemment fait l’objet de plusieurs analyses (Graham et coll., 1994; Spriet, 1995; Tarnopolsky, 1994, Wilcox, 1990).

ÉTUDES RÉCENTES CONCERNANT LES EFFETS DE LA CAFÉINE SUR LA PERFORMANCE PHYSIQUE ET LE MÉTABOLISME

Plusieurs études récentes ont analysé avec soin les effets de la caféine sur le métabolisme et la performance chez des athlètes bien entraînés, habitués à l’exercice intensif et à la course. La plupart des facteurs parasites étaient bien contrôlés et l'évaluation de la performance permettait de reproduire les conditions qui prévalent en compétition. Ces études ont analysé les effets d’un apport en caféine de 9 mg/kg masse corporelle sur le temps de performance lors d'une course ou d'une épreuve de cyclisme, à de 80 à 85 % du VO2 max (Graham et Spriet, 1991; Spriet et coll., 1992), les effets des différentes doses de caféine (3 à 13 mg/kg) sur la performance à bicyclette (Graham et Spriet, 1995; Pasman et coll., 1995) et les effets d’une dose modérée de caféine (5 mg/kg) sur la performance au cours d’exercices répétés de 30 min sur ergocycle (5 min de repos entre les séances) à de 85 à 90 % du VO2 max (Trice et Haymes, 1995).

Tous ces auteurs ont fait plusieurs découvertes importantes. Après différentes doses de caféine (de 3 à 13 mg/kg), la performance physique des athlètes d'élite et des athlètes amateurs ayant couru ou pédalé jusqu'à environ 80 à 90 % du VO2 max s’est améliorée d’environ 20 à 50 % par rapport à celle du groupe placebo. Les doses de 3, 5 et 6 mg/kg ont toutes engendré, sans exception, un effet ergogénique tout en portant la concentration de caféine dans l'urine à un taux inférieur à la limite autorisée par le CIO. Trois des quatre études portant sur une dose de 9 mg/kg ont rapporté une augmentation de la performance, tandis que 6 des 22 athlètes ayant participé à ces études présentaient une concentration de caféine dans l'urine égale ou inférieure à 12 µg/ml Une dose de 13 mg/kg a amélioré la performance, mais la concentration de caféine dans l'urine était bien supérieure à 12 µg/ml chez 6 des 9 athlètes. Les effets secondaires de la caféine (étourdissements, maux de tête, insomnie et malaises gastro-intestinaux) étaient rares si la dose était égale ou inférieure à 6 mg/kg, mais très fréquent si la dose était élevée (de 9 à 13 mg/kg). Quand la dose était de 9 mg/kg, ces effets secondaires étaient associés à une diminution de la performance chez certains athlètes.

Généralement, la caféine double la concentration d’adrénaline dans le plasma veineux au repos et pendant l’exercice ainsi que la concentration des acides gras libres dans le plasma veineux au repos. Les concentrations élevées d’acides gras libres avaient disparu après 15 à 20 minutes d’exercice. Avec la plus faible dose de caféine (3 mg/kg), la performance s’améliore, mais sans que les taux d'adrénaline ou d’acides gras libres augmentent de façon significative dans le plasma veineux. Après une dose de caféine, une diminution de l’utilisation du glycogène musculaire est observé, mais cette « économie » se limite aux premières 15 minutes d'un exercice effectué à environ 80 % du VO2 max.

Peu de données analysent les effets de la caféine sur le métabolisme et la performance chez les sportifs amateurs ou chez les sujets non entraînés, puisqu'il est difficile d’évaluer la performance avec précision chez de type d'athlètes. Chesley et coll. (1994) rapportent qu’une dose élevée de caféine (9 mg/kg) entraîne différentes réactions d’épargne du glycogène chez des hommes non entraînés. Seulement 4 des 8 sujets présentaient une épargne du glycogène après 15 minutes sur vélo jusqu’à environ 80 à 85 % du VO2 max. Ces résultats indiquent que les réactions métaboliques à une dose de caféine chez des sujets non entraînés sont plus variables que chez des personnes avec capacité aérobie associée à l'entraînement.

Un rapport préliminaire récent (Graham et coll., 1995) comparait les effets de la caféine (4,5 mg/kg) sous forme de comprimés « purs » à ceux de la même quantité de caféine contenue dans du café (environ 2 tasses de café fort bu en 10 minutes). Sous forme de comprimés, la caféine a eu les effets habituels sur le métabolisme et la performance, mais avec le café, moins de changement a été observé dans le taux d'adrénaline plasmatique et peu ou pas d’effet ont été constatés sur la performance, même si les concentrations de caféine dans le sang étaient identiques. La grande diversité de composants du café a sans doute supprimé les bienfaits ergogéniques habituels.

MÉCANISMES POUR AMÉLIORER L’ENDURANCE

L’amélioration de l’endurance que procure la caféine s’explique probablement en partie par un mécanisme métabolique, sauf aux doses peu élevées de caféine pour lesquelles cette hypothèse n'a pas fait l'objet d'analyses exhaustives. L’augmentation des acides gras libres au début de l’exercice, l’économie du glycogène dans les premières 15 minutes ainsi que le signalement d’une augmentation des triglycérides musculaires après 30 minutes d’exercice sont trois résultats qui indiquent le rôle plus important du métabolisme lipidique au début de l’exercice, après une dose de 5 mg/kg et plus de caféine. Ces observations sur le métabolisme n’empêchent pas que d’autres facteurs puissent jouer un rôle dans l’amélioration de l’endurance physique. Ainsi, la caféine semble stimuler le transport du potassium dans les tissus inactifs, entraînant à son tour une atténuation de l’augmentation du taux de potassium sanguin pendant l’exercice. Selon une autre hypothèse, les faibles taux de potassium sanguin favorisent le maintien de l’excitabilité des membranes cellulaires afin de contracter les muscles, ce qui contribue à l’effet ergogénique de la caféine pendant un exercice d’endurance (Lindinger et coll., 1993).

Il faut aussi souligner que l’adrénaline ne semble pas jouer un rôle déterminant dans les changements métaboliques qui se produisent après une dose de caféine. Une dose de caféine de 3 mg/kg améliore la performance sans toutefois augmenter de façon significative les taux plasmatiques d’adrénaline et d’acides gras libres pendant l’exercice. De plus, une perfusion d’adrénaline, qui devait augmenter sa concentration pendant l’exercice à un taux comparable à celui qui est induit par la caféine, n’a eu aucun effet sur les taux plasmatiques d’acides gras libres ni sur la vitesse de dégradation du glycogène (Chesley et coll., 1995). De même, Van Soeren et coll. (1996) ont administré de la caféine à des blessés médullaires et rapportent une augmentation des AGL plasmatiques sans observer de changement dans les taux d’adrénaline. Par conséquent, les modifications connues dans le métabolisme musculaire ne peuvent donc à elles seules expliquer l’effet ergogénique de la caféine pendant un exercice d’endurance dans toutes les conditions.

CAFÉINE ET PERFORMANCE LORS DE TESTS D’EFFORT PROGRESSIF

Plusieurs études associe une dose de caféine à aucun effet sur le temps d’effort maximal ni sur le VO2 max lors de tests d’effort progressif d’une durée de 8 à 20 minutes (voir Dodd et coll., 1993). Toutefois, deux autres études du même groupe de recherche rapportent une augmentation du temps d’exercice avec de fortes doses de caféine (Flinn et coll., 1990; McNaughton, 1987). Dans la première étude, des doses de caféine de 10 et de 15 mg/kg ont entraîné une amélioration légère, mais significative, de la performance. Toutefois, l’essai témoin précédait toujours les essais avec la caféine, si bien qu’un effet d’agencement pourrait être entré en jeu. Dans la seconde étude, une dose de caféine de 10 mg/kg, 3 heures avant un exercice sur bicyclette a entraîné une augmentation du temps jusqu'à l'épuisement. Les sujets ont effectué l’essai témoin, celui avec placebo, et ceux avec la caféine toujours dans le même ordre, l’essai témoin étant en premier et les deux autres étant répartis de façon aléatoire. Il semble que la dose élevée de caféine soit le facteur qui soit en mesure d'expliquer le mieux l'écart entre ces résultats positifs et ceux des études ne rapportant aucun effet. Malheureusement, à l'heure actuelle, nous ne disposons pas de données mécaniques nous permettant d'expliquer les effets ergogéniques.

CAFÉINE ET PERFORMANCE LORS D’EXERCICES AÉROBIE INTENSES

En compétition, les courses d'environ 20 minutes exigent que l'effort des athlètes soit d'une intensité égale ou supérieure à 90 % du VO2 max. MacIntosh et Wright (1995) ont récemment analysé l’effet d’une dose de 6 mg/kg de caféine sur la performance lors d'essais de 1 500 m chez des nageurs de fond entraînés. La caféine a réduit le temps de l’épreuve de façon significative, le faisant passer de de 21 min 22 s à 20 min 59 s. Les auteurs ont observé que la caféine était associée à des taux de potassium sanguin plus faibles avant l’exercice et à un taux de glycémie plus élevée après l’exercice, ce qui suggère que le bilan électrolytique et la disponibilité du glucose pourraient être liés aux effets ergogéniques de la caféine.

CAFÉINE ET PERFORMANCE LORS D’EXERCICES INTENSES DE COURTE DURÉE

Dernièrement, l'intérêt s'est porté sur les effets de la caféine sur la performance au cours d’un exercice bref et intense (à environ 100 % du VO2 max) d’une durée d’environ 5 min; avec ce genre d'exercice, il faut fournir le maximum d'énergie ou presque, qu'elle soit aérobie ou non aérobie.

Selon l'étude de Collomp et coll. (1991), 250 mg de caféine augmente jusqu’à 5 min 49 s le temps d’effort maximal sur bicyclette à 100 % du VO2 max, comparativement à 5 min 20 s lors de l’essai avec placebo, bien que cette augmentation ne soit pas significative. Lors d’un troisième essai, au cours duquel les sujets ont reçu 250 mg de caféine par jour pendant 5 jours, le temps d’effort maximal a également augmenté de façon non significative à 5 min 40 s. Wiles et coll. (1992) ont observé que, comparé à un placebo, du café contenant environ 150 à 200 mg de caféine améliore le temps de performance de 4,2 s lors d’une épreuve de 1 500 m sur tapis roulant chez des coureurs bien entraînés (4 min 46,0 s vs 4 min 50,2 s). Dans un second essai, les sujets ont pris du café ou un placebo, puis ont couru 1 100 m à une vitesse prédéterminée, pour finalement courir sur 400 m aussi rapidement que possible. Lors du dernier 400 m, la vitesse moyenne de ceux qui avaient bu du café a été de 23,5 km/h, comparé eà 22,9 km/h dans le groupe placebo. Après avoir bu du café, tous les sujets ont couru plus rapidement, avec un VO2 moyen plus élevé lors du dernier 400 m.

Dans une étude récente, Jackman et coll. (1996) ont analysé les effets de la caféine (6 mg/kg) sur la performance et sur les réactions métaboliques lors de séances répétées de cyclisme à 100 % du VO2 max chez 14 sujets. Ils ont effectué 3 séances d’exercice entrecoupées de périodes de repos de 6 minutes chacune. Les deux premières séances effectuée à intensité contrôlée duraient 2 minutes, tandis que la troisième se poursuivait jusqu’à épuisement. Le temps d’effort maximal sur bicyclette s’est amélioré avec la caféine (4,93 + 0,60 min vs placebo, 4,12 + 0,36 min). Les concentrations de lactate dans les muscles et dans le sang mesurées pendant toute la durée de l’essai montrent qu'il est produit en plus grande quantité pendant l’essai avec caféine, même quand l'intensité était contrôlée lors des deux premières séances. La vitesse de dégradation nette du glycogène n’a pas changé lors des deux premières séances, et moins de la moitié des réserves de glycogène musculaire ont été utilisées dans l’un ou l’autre des essais de l’étude. Les auteurs ont donc conclu que l’effet ergogénique de la caféine au cours d’un exercice bref et intense ne s’accompagne pas d’une économie de glycogène et pourrait être dû à l’action directe sur le muscle ou à une modification dans le fonctionnement du système nerveux central.

En conclusion, même les mécanismes qui favorisent l’amélioration de la performance lors d'un exercice bref et intense restent inconnus, ils peuvent comprendre l’augmentation de la production d’énergie anaérobie, les effets directs de la caféine sur le transport ionique dans les muscles ainsi que les effets du système nerveux central sur la perception de l’effort ou sur l’activation des contractions dans les fibres musculaires concernées, ou les deux.

CAFÉINE ET PERFORMANCE AU SPRINT

La performance au sprint se définit comme étant un exercice éreintant à une intensité de 1,5 à 3 fois supérieure à l'intensité du VO2 max ou comme l'effort maximal fourni lors d'une activité sportive de moins de 90 secondes. La quantité d’énergie provenant des processus anaérobie serait d’environ 75 à 80 % de la valeur totale au cours des premières 30 secondes, d'environ 65 à 70 % après 60 secondes et de 55 à 60 % après 90 secondes.

Williams et coll. (1988) ont montré que la caféine n’avait aucun effet sur l'intensité maximale ni sur l’endurance musculaire lors de séances de courte durée à intensité maximale sur bicyclette. Collomp et coll. (1992) ont montré qu’une dose de 5 mg/kg de caféine n’augmente pas l'intensité maximale ni la quantité totale de travail accomplie par 6 sujets lors du test de Wingate pendant 30 secondes. Toutefois, le même groupe de recherche a observé que 250 mg de caféine entraîne une amélioration significative de 7 % de l'intensité maximale au cours d’une série de sprints de 6 secondes à des forces-vélocités variables (Anselme et coll., 1992). Les mêmes auteurs ont aussi analysé l’effet de 250 mg de caféine au cours de deux épreuves de nage libre de 100 m à 20 minutes d'intervalle (Collomp et coll., 1990). Au cours de la première et de la deuxième épreuve de natation, les nageurs bien entraînés ont amélioré leur vitesse de 2 % et 4 %, respectivement, mais le temps de performance n'a pas été relevé.

Il est donc impossible, à partir des données actuelles, de conclure que la caféine exerce un effet ergogénique ou non sur la performance lors d'un sprint. La nature brève et intense du sprint rend son analyse difficile, du moins en ce ui concerne les effets de la caféine sur le sprint.

ÉTUDES SUR LE TERRAIN

Dans la plupart des études en laboratoire portant sur les d’exercices d’endurance, la performance est évaluée à partir du temps jusqu'à l'épuisement à une intensité donnée. Sur le terrain, toutefois, la performance est établie en fonction du temps requis pour parcourir une certaine distance. Par conséquent, les extrapolations tirées des essais en laboratoire et appliquées aux essais sur le terrain pourraient ne pas être valides. À l’occasion, les études de laboratoire simulent les conditions d’une course en permettant au sujet de contrôler sa vitesse sur le tapis roulant ou sa cadence et la résistance sur un ergocyle de façon à parcourir la distance prédéterminée ou à fournir une intensité donnée dans le plus court temps possible. D’autres études ont mesuré la performance sur le terrain ou dans la piscine non pas dans les conditions réelles, mais lors d’épreuves chronométrées. Ces études n’ont toutefois pas réussi à reproduire exactement les conditions qui prévalent lors de véritables compétitions.

Dans les études sur le terrain qui réussissent à reproduire les conditions réelles, il est souvent impossible d’obtenir des résultats concluants. Ainsi, Berglund et Hemmingsson (5) ont effectué la seule étude sur le terrain qui analyse les effets de la caféine sur la performance lors d'un exercice d’endurance. La performance en ski de fond dans une épreuve de 1 à 1,5 heure s’est améliorée de 12,5 min par rapport à celle du groupe témoin. Chose curieuse, cette amélioration a été observée lors d’une course en haute altitude, mais pas au niveau de la mer. Malheureusement, les conditions météorologiques changeantes et d’enneigement dans les deux endroits ont nécessité d'ajuster mathématiquement le temps de performance afin de pouvoir faire des comparaisons. Ces problèmes soulèvent des questions au sujet de la validité des résultats et soulignent à quel point il est difficile de faire des études sur le terrain qui soient bien contrôlées et éloquentes. Il faudrait absolument faire d'autres études sur le terrain pour pouvoir mieux analyser l’effet de la caféine sur l’endurance physique.

CONSIDÉRATIONS PRATIQUES ASSOCIÉES À LA CAFÉINE

Dose de caféine

Selon le Comité international olympique, la caféine est une « drogue contrôlée ou d’usage restreint ». La concentration en caféine dans l'urine des athlètes ne doit pas dépasser 12 µg/mL pour rester dans la légalité. Ainsi, ceux qui ont l'habitude de prendre de la caféine peuvent continuer de le faire avant la compétition. Un athlète peut consommer de très grandes quantités de caféine avant d’atteindre cette « limite illégale ». Une personne de 70 kg pourrait boire environ trois ou quatre grosses tasses ou six tasses standard de café au percolateur environ 1 heure avant l’exercice, faire de l’exercice pendant 1 à 1,5 heure et leur échantillon d'urine subséquent frôlerait à peine la limite de concentration de caféine autorisée. Il est difficile d’atteindre la limite en buvant seulement du café. Une concentration de caféine supérieure à 12 µg/mL indique que personne a pris de la caféine sous forme de comprimés ou de suppositoires en vue d’améliorer sa performance et en toute connaissance de cause. Il n’est donc pas surprenant de constater que seul un petit nombre d’athlètes se sont fait prendre avec des taux illégaux de caféine lors des compétitions, même si les rapports officiels sur les abus de caféine sont rares. Une étude plus ancienne rapporte que 26 des 775 cyclistes présentaient des concentrations de caféine illégales dans leur urine après une compétition (Delbecke et Debachere, 1984).

Concentration de caféine dans l'urine et dopage

Les tests de caféine dans le sang pour établir l'abus de caféine ont fait l'objet de sévères critiques dans le domaine du sport. Seulement de 0,5 à 3 % de la caféine par voie orale se rend effectivement dans l’urine puisque la plus grande partie est métabolisée dans le foie. Les sous-produits de la caféine qui sont excrétés ne sont pas analysés dans les tests de dopage. D’autres facteurs influent également sur la quantité de caféine qui parvient à l’urine, notamment le poids corporel, le sexe et le taux d'hydratation de l’athlète. Le temps qui s’écoule entre la consommation de caféine et le test d’urine est important, car la durée de l’exercice et les conditions climatiques ont des incidences sur les résultats. Dans le milieu du sport, les instances dirigeantes ne se préoccupent pas de ces questions, puisque la plupart des personnes ayant un taux de caféine dans le sang supérieur à la limite autorisée l’ont fait afin de se doper. Toutefois, il se peut que la concentration de caféine dans le sang d'une personne qui métabolise lentement la caféine ou qui en excrète 3 % plutôt que 0,5 % après en avoir consommé une dose modérée soit jugée illicite par le Comité international olympique.

Différentes réactions à la caféine

La caféine a des effets très variables sur le métabolisme et la performance. Cette constatation semble se vérifier dans tous les groupes étudiés, y compris ceux qui consomment régulièrement de petites et de grandes quantités de caféine, ceux qui ont cessé d’en prendre et ceux qui n'en prennent pas du tout. Après une dose de caféine, l’économie du glycogène musculaire varie de façon plus remarquable dans les échantillons des hommes non entraînés que dans les échantillons des hommes entraînés (Chesley et coll., 1994; Spriet et coll., 1992). Peu d’études ont porté sur des femmes et cherchaient à savoir si leurs différentes réactions à la consommation de caféine s'apparentaient à celles qui ont été observées chez les hommes. Il faut s’assurer de tenir compte du cycle menstruel dans ce genre d'études, car l'œstrogène peut modifier la demi-vie de la caféine. Par conséquent, même si la moyenne des résultats dans un groupe d’athlètes permet de prédéterminer leur performance athlétique, il est impossible de savoir à l'avance avec précision si la performance d'une personne en particulier pourrait se voir améliorée.

Consommation régulière de caféine

Comme l'article de synthèse signé Graham et coll. (1994) l'a montré, de plusieurs études récentes donnent à penser que boire régulièrement du café atténue la réponse de l’adrénaline à l’exercice et à la caféine, mais ne modifie pas les indicateurs du métabolisme des graisses pendant l’exercice (Bangsbo et coll., 1992; Van Soeren et coll., 1993). Ces changements ne semblent toutefois pas atténuer l’effet ergogénique de 9 mg/kg de caféine. Dans deux autres études portant sur des utilisateur et des non-utilisateurs de caféine, l’endurance physique a augmenté chez tous les sujets, tous s'étant abstenus de caféine pendant les 48 à 72 h précédant les essais (Graham et Spriet, 1991; Spriet et coll., 1992). Toutefois, les résultats relatifs à la performance ont varié davantage dans une étude subséquente regroupant encore davantage de non-utilisateurs (Graham et Spriet, 1995). De plus, Van Soeren et coll. (1993) ont rapporté récemment qu’un sevrage préalable de caféine pendant jusqu’à quatre jours n’a pas eu d’incidence sur les changements hormonaux et métaboliques induits par l’exercice chez les sujets qui ont pris des doses massives de caféine de 6 ou 9 mg/kg. Une amélioration du temps de performance a été associée à la caféine chez des cyclistes amateurs qui ont pédalé jusqu’à épuisement à de 80 à 85 % du VO2 max; ces résultats sont restés les mêmes après un sevrage de caféine pendant jusqu’à 4 jours avant l'épreuve.

Caféine et régimes riches en glucides

Une étude rapporte qu’un régime riche en matières grasses et un repas glucidique pris avant une course a supprimé l’augmentation prévue du taux d'AGL plasmatiques consécutive à une dose de caféine lors d'un exercice de 2 h d’exercice à environ 75 % du VO2 max (Weir et coll., 1987). Ces résultats ont permis de conclure que, même si l’endurance physique n'a pas été évaluée, un régime riche en matières grasses pourrait supprimer les effets ergogéniques de la caféine. Toutefois, dans le cadre de nombreuses études auxquelles des coureurs et des cyclistes entraînés et amateurs ont participé, un régime riche en matières grasses et un repas glucidique avant l’épreuve n’a pas empêché la performance d'augmenter après une dose de caféine (voir Spriet, 1995).

Effet diurétique de la caféine

Étant donné que la caféine est a des effets diurétiques, il a été postulé que sa consommation pouvait nuire au taux d'hydratation avant et pendant l’exercice. Toutefois, deux études ne signalent aucun changement dans la température centrale, dans les pertes d'eau par sudation ni dans le volume plasmatique pendant l’exercice après la consommation de caféine (Falk et coll., 1990; Gordon et coll., 1982). Une étude récente montre également que la quantité d’urine et le taux d’hydratation pendant l’exercice ne sont pas modifiés si la caféine provenait d'une boisson de réhydratation (Wemple et coll., 1994).

Considérations éthiques

Étant donné les effets ergogéniques de la caféine avec des doses de 3 à 6 mg/kg, les athlètes d’endurance peuvent facilement améliorer leur performance avec la caféine « en toute légalité ». D’après nos travaux, nous pensons qu’il faudrait interdire la caféine avant les compétitions chez les athlètes d’endurance. Cette règle assurerait qu’aucun athlète ne tire un avantage injuste le jour de l’épreuve sans toutefois empêcher l’utilisation de caféine pendant l’entraînement. Les athlètes devraient donc s’abstenir de caféine environ 48 à 72 h avant la compétition pour atteindre cet objectif. Toutefois, étant donné le climat actuel, que devraient faire les athlètes ? Devraient-ils consommer la caféine de façon modérée pour être certains de ne pas se priver d’un effet bénéfique potentiel ou devraient-ils éviter d'en boir puisque la caféine pourrait être considérée comme une substance dopante? La première option pourrait s’avérer populaire, parce que café étant largement utilisé par tous de nos jours, les athlètes ne pourraient avoir de concentration dites « illégales » dans leur urine. D’autres font valoir la banalité de la consommation modérée de caféine et, selon eux, il faudrait s’attarder davantage à d’autres drogues dont les effets secondaires sont bien plus graves. Il reste, néanmoins, que l’effet ergogénique potentiel de la caféine est impressionnant. Par ailleurs, décourager l’utilisation de caféine vient en opposition avec l'idée de vouloir « gagner à tout prix » et donne le bon exemple aux jeunes. Le Centre canadien sur le dopage sportif a signalé en 1993 que plus de 25 % des jeunes de 11 à 18 ans ont dit avoir utilisé de la caféine l’année précédente afin de mieux réussir dans les sports.

RÉSUMÉ

La consommation de caféine (3 à 13 mg/kg de masse corporelle) avant l’exercice augmente souvent la performance au cours d’exercices d’endurance prolongés sur ergocycle ou tapis roulant en laboratoire. Les doses de caféine inférieures à 9 mg/kg entraînent généralement des concentrations urinaires de caféine inférieures à la limite de 12 µg/mL, autorisée par le Comité international olympique. Des doses modérées de caféine (5 à 6 mg/kg) améliorent également le temps d'intensité maximale en laboratoire (d’environ 5 minutes) lors d’un exercice bref et intense sur ergocycle et a diminué le temps lors d'une épreuve de natation de 1 500 m (d'environ 20 minutes). Ces résultats se rapportent généralement à des athlètes d’élite bien entraînés ou des sportifs amateurs, mais il manque d’études sur le terrain pour confirmer l’effet ergogénique de la caféine dans le monde des sports. Les mécanismes expliquant une meilleure endurance après consommation de caféine ne sont pas clairement établis, mais ils mettent sans doute en jeu des effets métaboliques, hormonaux ou directs de la caféine sur les muscles ou sur le système nerveux, ou les deux.

References

Anselme, F., K. Collomp, B. Mercier, S. Ahmaidi, and C. Prefaut. (1992). Caffeine increases maximal anaerobic power and blood lactate concentration. Eur. J. Appl. Physiol. 65:188-191.

Bangsbo, J., K. Jacobsen, N. Nordberg, N.J. Christensen, and T. Graham. (1992). Acute and habitual caffeine ingestion and metabolic responses to steady-state exercise. J. Appl. Physiol. 72:1297-1303.

Berglund, B., and P. Hemingsson. (1982). Effects of caffeine ingestion on exercise performance at low and high altitudes in cross country skiers. Int. J. Sports Med. 3:234-236.

Chesley, A., E. Hultman, and L.L. Spriet. (1995). Effects of epinephrine infusion on muscle glycogenolysis during intense aerobic exercise. Am. J. Physiol. 268 (Endocrinol. Met.):E127-E134.

Chesley, A., E. Hultman, and L.L. Spriet. (1994). Variable effects of caffeine on muscle glycogenolysis in recreationally active subjects during intense aerobic exercise. Can. J. Appl. Physiol. 19:10P, 1994. (Abstract).

Collomp, K., C. Caillaud, M. Audran, J.-L. Chanal, and C. Prefaut. (1990). Influence of acute and chronic bouts of caffeine on performance and catecholamines in the course of maximal exercise. C.R. Soc. Biol. 184:87-92.

Collomp. K., S. Ahmaidi, M. Audran, J.-L. Chanal, and C. Prefaut. (1991). Effects of caffeine ingestion on performance and anaerobic metabolism during the Wingate test. Int. J. Sports Med. 12:439-443.

Collomp, K., S. Ahmaidi, J.C. Chatard, M. Audran, and C. Prefaut. (1992). Benefits of caffeine ingestion on sprint performance in trained and untrained swimmers. Eur. J. Appl. Physiol. 64:377-380.

Conlee, R.K. (1991). Amphetamine, caffeine and cocaine. In: D.R. Lamb and M.H. Williams (Eds.) Ergogenics: Enhancement of Performance in Exercise and Sport. Indianapolis: Brown and Benchmark, pp. 285-330.

Costill, D.L., G. Dalsky, and W. Fink. (1978). Effects of caffeine ingestion on metabolism and exercise performance. Med. Sci. Sports 10: 155-158.

Delbecke, F.T., and M. Debachere. (1984). Caffeine: use and abuse in sports. Int. J. Sports Med. 5:179-182.

Dodd, S.L., R.A. Herb, and S.K. Powers. (1993). Caffeine and endurance performance: An update. Sports Med. 15:14-23.

Essig, D., D.L. Costill, and P.J. VanHandel. (1980). Effects of caffeine ingestion on utilization of muscle glycogen and lipid during leg ergometer cycling. Int. J. Sports Med. 1:86-90.

Falk, B., R. Burstein, J. Rosenblum, Y. Shapiro, E. Zylber-Katz, and N. Bashan. (1990). Effects of caffeine ingestion on body fluid balance and thermoregulation during exercise. Can. J. Physiol. Pharmacol. 68:889-892.

Flinn, S., J. Gregory, L.R. Mcnaughton, S. Tristram, and P. Davies. (1990). Caffeine ingestion prior to incremental cycling to exhaustion in recreational cyclists. Int. J. Sports Med. 11:188-193.

Gordon, N.F., J.L. Myburgh, P.E. Kruger, P.G. Kempff, J.F. Cilliers, J. Moolman, and H.C. Grobler. (1982). Effects of caffeine on thermoregulatory and myocardial function during endurance performance. S. Afr. Med. J. 62:644-647.

Graham, T.E., and L.L. Spriet. (1991). Performance and metabolic responses to a high caffeine dose during prolonged exercise. J. Appl. Physiol. 71:2292-2298. Graham, T.E., and L.L. Spriet. (1995). Metabolic, catecholamine and exercise performance responses to varying doses of caffeine. J. Appl. Physiol. 78:867-874. Graham, T.E., J.W.E. Rush, and M.H. VanSoeren. (1994). Caffeine and exercise: metabolism and performance. Can. J. Appl. Physiol. 2:111-138.

Graham, T.E., E. Hibbert, and P. Sathasivam. (1995). Caffeine Vs. coffee: coffee isn't an effective ergogenic aid. Med. Sci. Sports Exerc. 27:S224. (Abstract).

Ivy, J.L., D.L. Costill, W.J. Fink, and R.W. Lower. (1979). Influence of caffeine and carbohydrate feedings on endurance performance. Med. Sci. Sports 11:6-11. Jackman, M., P. Wendling, D. Friars, and T.E. Graham. (1996). Metabolic, catecholamine and endurance responses to caffeine during intense exercise. J. Appl. Physiol. 80: In press.

Lindinger, M.I., T.E. Graham, and L.L. Spriet. (1993). Caffeine attenuates the exercise-induced increase in plasma [K+] in humans. J. Appl. Physiol. 74:1149-1155. MacIntosh, B.R., and B.M. Wright. (1995). Caffeine ingestion and performance of a 1500-metre swim. Can. J. Appl. Physiol. 20:168-177.

McNaughton, L. (1987). Two levels of caffeine ingestion on blood lactate and free fatty acid responses during incremental exercise. Res. Q. Exerc. Sport 58:255-259. Pasman, W.J., M.A. VanBaak, A.E. Jeukendrup, and A. DeHaan. (1995). The effect of different dosages of caffeine on endurance performance time. Int. J. Sports Med. 16:225-230.

Spriet, L.L., D.A. MacLean, D.J. Dyck, E. Hultman, G. Cederblad, and T.E. Graham. (1992). Caffeine ingestion and muscle metabolism during prolonged exercise in humans. Am. J. Physiol. 262 (Endocrinol. Metab.):E891-E898.

Spriet, L.L. (1995). Caffeine and performance. Int. J. Sports Nutr. 5:S84-S99.

Tarnopolsky, M.A. (1994). Caffeine and endurance performance. Sports Med. 18:109-125.

Trice, I., and E.M. Haymes. (1995). Effects of caffeine ingestion on exercise-induced changes during high-intensity, intermittent exercise. Int. J. Sports. Nutr. 5:37-44. VanSoeren, M.H., P. Sathasivam, L.L. Spriet, and T.E. Graham. (1993). Caffeine metabolism and epinephrine responses during exercise in users and non-users. J. Appl. Physiol. 75:805-812.

VanSoeren, M.H., P. Sathasivam, L.L. Spriet, and T.E. Graham. (1993). Short term withdrawal does not alter caffeine-induced metabolic changes during intensive exercise. FASEB J. 7:A518. (Abstract).

VanSoeren, M.H., T. Mohr, M. Kjaer, and T.E. Graham. (1996). Acute effects of caffeine ingestion at rest in humans with impaired epimephrine responses. J. Appl. Physiol. 80: 999-1005, 1996.

Weir, J., T.D. Noakes, K. Myburgh, and B. Adams. (1987). A high carbohydrate diet negates the metabolic effect of caffeine during exercise. Med. Sci. Sports Exerc. 19:100-105.

Wemple, R.D., D.R. Lamb, and A.C. Blostein. (1994). Caffeine ingested in a fluid replacement beverage during prolonged exercise does not cause diuresis. Med. Sci. Sports Exerc. 26:S204. (Abstract).

Wilcox, A.R. (1990). Caffeine and endurance performance. In: Sports Science Exchange. Barringtron, IL: Gatorade Sports Science Institute. 3:1-5.

Wiles, J.D., S.R. Bird, J. Hopkins, and M. Riley. (1992). Effect of caffeinated coffee on running speed, respiratory factors, blood lactate and perceived exertion during 1500-m treadmill running. Br. J. Sports Med. 26:166-120.

Williams, J.H., J.F. Signoille, W.S. Barnes, and T.W. Henrich. (1988). Caffeine, maximal power output and fatigue. Br. J. Sports Med. 229:132-134.