Kaffe
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1 Dr. Peter Bützer „Doping“ mit Coffein Einleitung/Theorie Nimm dir Zeit für die siegbringende Tasse Kaffee 1 Coffein wirkt in erster Linie auf die Grosshirnrinde. Die Wirkung des Coffein beruht im Wesentlichen auf der Hemmung der Phosphodieseterase, die cyclo-AMP zu AMP abbaut (Adenosin-3',5'-monophosphat). Dadurch bleibt die über cyclo-AMP als second messenger O NH2 ausgelöste Adrenalinwirkung länger erhalten. Im 6 1 H 7 6 1 N 7 N N Gegensatz zu den Aufputschmitteln, wie N Amphetamin, wirkt Coffein nicht euphorisierend. N 9 2 N O 2 N 4 N 4 Medizin als wirksames Kreislaufmittel 9 O (Analeptikum). 2-3 Tassen Kaffee erhöhen den Grundumsatz um 10-12% 2 . OH Die müdigkeitsverzögernde Wirkung von Coffein HO OH erklärt unter anderem auch die erhöhte Kapazität für intensive körperliche Arbeit und Adenosin und Coffein Ausdauersport. Seit dem Januar 2004 gehört Coffein nicht mehr den als Doping verbotenen Substanzen. Die Feinmotorik kann durch Coffein hingegen trotzdem gestört sein. Eine andere Theorie sagt, dass Coffein als Konkurrent zu Adenosin um dessen Bindungsstellen kämpft und damit die Aktivität dieser Nervenzellen hemmt. Wird Adenosin durch Coffein verdrängt, wird das Nervensystem angeregt. Da das cyclo-AMP in der Lage ist, Transportsysteme in den Membranen zu beeinflussen, kommt die Wirkung von Histamin auf die HCl-Sekretion im Magen zustande (Magensäureausscheidung). Durch den Genuss grosser Mengen Kaffees kann eine Überproduktion von HCl zu Sodbrennen oder Gastritis führen. Dosis Coffein in einer Tasse oder einem Glas mit 150 ml Inhalt (Normalgehalte) Getränk Kaffee gemahlen Espresso ca. 2/3 Kaffee löslich Kaffee entcoffeiniert Maté Tee (Schwarztee) Kakao (je nach Zubereitung) Energy - Drinks Cola- Getränke • 1 2 Gehalt (mg/150 ml) 60 - 150 übliche Einzeldosis (mg/150 ml) 85 40 -100 1-8 25 - 50 25 - 100 2 - 50 60 3 15 40 4 30-50 10 - 25 48 15 Coffeinhaltige Erfrischungsgetränke sind Limonaden (z.B. Cola), die mindestens 65 mg/L und höchstens 250 mg/L Coffein enthalten. Die Verwendung von Coffein ist Moore Thomas, Take time for a winning cup of coffee, New Scientist, 18. Juli 1992, S. 8 Williams M.H., Ernährung, Fitness und Sport, Ullstein Mosby, 1997, 76 Juni 2007 2 Dr. Peter Bützer deutlich zu kennzeichnen. Energy Drinks dürfen bis zu 320 mg/L Coffein enthalten. Die maximal empfohlene tägliche Dosis ist nach FDA: MRTD 3 : 10 mg/kg KG/Tag Die orale letale Dosis nach Sax liegt für einen Erwachsenen zwischen 5 und 30 g (Mittelwert 10 g). Datenbasis • Aufgabenstellung Man zeige mit einem Modell den Zusammenhang zwischen der Dosis und der leistungssteigernden Wirkung von Coffein. Durchführung Anhand von bekannten oder selbst gemessenen Daten zeige man die leistungssteigernde Wirkung von Coffein. Beobachtungen/Messungen Messungen der Leistungssteigerung auf dem Fahrrad 4 : Coffein LeistungsDosis (mg) steigerung (%) 2 Leistungssteigerung (%) 1.8 0 150 225 320 1.6 1.4 1.2 0 1.3 1.8 1.9 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Dosis (mg) 3 Caffeine, FDA, Maximum Recommended Therapeutic Dose (MRTD), http://www.fda.gov/cder/Offices/OPS_IO/MRTD.htm#A, 2007-06-13 4 Kovacs,Stegen,Brouns Department of Human Biology, Maastrich University und Novartis Nutrition Research Unit,The Netherlands, Coffein, Doping, http://www.dopingnews.de/kaffe-Rad.html, 03.08.01 Juni 2007 3 Dr. Peter Bützer Linewaver-Burk-Plot 0.8 y = 71.465x + 0.2779 0.75 0.7 1/E 0.65 Reihe1 0.6 Linear (Reihe1) 0.55 0.5 0.45 0.4 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 1/D 1/b = 1/0.2779 = Emax= 3.6, a/b = 71.465/0.2779 = Kd= 257 Reaktionsgleichungen/Berechnungen Das Modell geht von der Occupationstheorie aus: E = Emax•[D]/([D]+Kd); Kd entspr. ED(50), halbmaximaler Dosis E : Effekt, Emax : maximaler Effekt [D] : Dosis Folgerungen Die Messungen zeigen, dass bei der Leistungssteigerung mit zunehmender Dosis ein Maximum erreicht wird. Das ist eine Beobachtung, die bei allen Wirkstoffen angetroffen wird und mit dem Occupationsmodell beschrieben werden kann. Simulation • Simulationsdiagramm Die Simulation geht davon aus, dass 1. bei Coffein die leistungssteigernde Wirkung von der Dosis abhängig ist und 2. als Modell das Occupations-Modell verwendet werden darf. Emax E Kd Dosis Zunahme Juni 2007 4 Dr. Peter Bützer • Zeitdiagramm E 4 3 2 1 0 0 50 100 150 200 Time (mg Coffein) 250 300 E : Current • Gleichungen (01) (02) (03) (04) (05) (06) (07) (08) (09) Dosis= INTEG (Zunahme, 1) E= (Dosis)/(Kd+Dosis)*Emax (Occupations-Modell) Emax= 3.6 (aus dem Linewaver-Burk-Plot, also den Messresultaten) FINAL TIME = 350 Units: mg Coffein The final time for the simulation. INITIAL TIME = 0 Units: mg Coffein The initial time for the simulation. Kd= 257 (aus dem Linewaver-Burk-Plot, also den Messresultaten) SAVEPER = 25 The frequency with which output is stored. TIME STEP = 1 The time step for the simulation. Zunahme= 1 Juni 2007 350 5 Dr. Peter Bützer • Vergleich Leistungssteigerung (%) 2.5 2 1.5 Messung (%) Simulation (%) 1 0.5 0 0 100 200 300 400 Dosis (mg) 300 mg entsprechen ca. 5 Tassen starken Kaffees oder Espresso. Interpretation Die hier gemessene maximale Leistungssteigerung von 3.6% auf dem Fahrrad wird bei Testsituationen auf dem Standfahrrad oder dem Laufband weit übertroffen. Sie stellt aber eine reale Grösse dar, die mit Coffein als „Doping“ zu erreichen ist. Coffein Placebo 0 20 40 60 80 Durchschnittliche Leistungsdauer bei 85% VO2max Abbildung 1: Einfluss der Coffeineinnahme bei Ausdauersportarten 5 Die Leistungsdauer nimmt beim Standfahrrad um 51% (unten), beim Laufband um 44% (oben) zu. An der Universität Birmingham wurde gezeigt, dass auf einem Rundkurs über 40 km das normale Training am effektivsten ist, es verbessert die Zeit um 1 bis 7 Minuten. Mit einer 5 Spriet L.L, Howlett R.A., Caffeine. In: Maugham R.J. (Hrsg.) Nutrition in sport, Blackwell Science, Oxford, 2000, 379-392, zitiert in: Kaffee: geschmackvoller Muntermacher, nutritio, 45-1/02, S.6 Juni 2007 Dr. Peter Bützer 6 aerodynamisch günstigen Haltung lassen sich gleichfalls einige Minuten gewinnen. Coffein in mässigen Dosen bringt aber noch immerhin 55 bis 84 Sekunden, während bei einem längeren Aufenthalt in der Höhe als Vorbereitung nur rund 30 Sekunden möglich sind 6 . 6 Sicard B., Die Alltagsdroge Koffein, Spektrum der Wissenschaft, Juni 2003, 68 Juni 2007