운동 전 카페인, ‘이렇게’ 먹어야 한다

Severance ARMS 1기 공동회장
연세대학교 의학과 본과 2학년 신현호

3줄 팩트 체크

1. 카페인은 진통 효과를 유발(A2B Adenosine receptor blocking)할 수 있어, 운동 중의 근육통과 근 피로도를 덜 느끼게 해주어 운동 능력을 증가시킨다(이것이 주요 기전이다).
2. 카페인이 운동 능력을 증가시키는 정도는 그리 크지 않을 수 있다. 단, 체지방감소와 근지구력 향상에는 도움이 많이 된다. 약 200여 개의 관련 연구를 분석한 결과, 유산소운동 시 효율 평균 2% 증가, 근력운동 시 1RM 2–3% 증가, 근지구력 14% 증가, 체지방 산화 10.4g 증가.
3. 카페인의 운동 증대 효과는 3–6mg/kg의 카페인을 운동 30–90분 전에 섭취하는 것이 가장 효과적이다. 단, FDA 권고안에 따라 하루 총섭취량이 400mg을 넘지 않도록 한다. 스타벅스 아메리카노 톨 사이즈 약 2.5잔에 해당하는 양이다. 또한 효과 측면에서 커피보다는 카페인 알약(Caffeine anhydrous, 카페인 무수물)을 추천한다.

단 이것은 성인 기준 용량이며 청소년, 임산부 등은 카페인 섭취를 주의해야 한다.

 

카페인을 언제, 얼마큼 섭취해야 운동효율이 극대화될까?

카페인 섭취가 운동 효율을 증가시킬 수 있다는 사실은 오늘날 운동을 즐기는 사람들이라면 많이 아는 사실이다. 최근에는 SNS 등을 통해 운동 중에 아메리카노를 마시는 것이 유행처럼 퍼져 현재 많은 헬스장에서 내부에 카페를 함께 운영한다.

하지만 결론부터 얘기하면 아메리카노 한 잔을 운동 중 섭취하는 것은 큰 도움이 안 될 수 있다. 그 이유는 우선 카페인은 흡수되어 혈중 농도가 최대치에 도달할 때까지 30분에서 1시간이라는 긴 시간이 필요하기 때문에, 운동 중에 섭취할 경우 정작 필요한 순간에는 카페인의 효과가 제대로 발휘되기 어렵다. 또한 아메리카노 한 잔 정도에 든 카페인 양(약 100mg)은 운동 효율을 증가시키기에는 소량에 불과하다. 그렇다면 카페인을 어느 시점에 얼마큼 복용해야 실제로 운동 효율을 극대화할 수 있을까?

해답을 얻기 위해 지금까지 밝혀진 수십 건의 연구를 조사해보았다. 1978년 카페인의 운동 증대 효과(Ergogenic Effect)가 처음 알려진 이후로 카페인과 운동과의 상관관계는 오랜 세월 수많은 연구자의 관심 주제였다. 카페인이 유산소운동, 근력, 근지구력 등에 미치는 영향에 관해 분석했던 지금까지의 연구 결과에 따르면, 운동 30–90분 전에 3–6mg/(본인 체중)kg 만큼의 카페인을 섭취하는 게 가장 효과적이라는 사실이 알려져 있었다.

3–6mg/kg의 카페인은 어느 정도?

• 70kg 성인 남성 기준으로 했을 때 210–420mg에 해당하는 양이므로,
• 스타벅스 Tall 사이즈 아이스 아메리카노 기준 2–4잔,
• 몬스터 에너지 드링크 기준 2–4캔,
• 레드불 기준 3–5캔.

하지만 카페인의 운동 증대 효과를 입증했던 대부분의 연구에서는 6mg/kg을 사용한 점을 고려할 때, 개인적으로 운동 효율을 극대화하기 위해서는 운동 60분 전 5–6mg/kg을 섭취하는 것을 추천하고 싶다. 70kg 성인 기준 스타벅스 아메리카노 톨 사이즈 약 3잔에 해당하는 양이다. 단 본인 체중에 따라서 섭취 기준량이 달라질 수 있는데, FDA 권고 일일 섭취량이 400mg 이하인 점을 고려해서 최대 400mg을 넘지 않도록 주의하는 게 좋다.

또한 커피와 카페인 알약은 그 효능이 다를 수 있는데, 커피에는 카페인 이외에 클로로겐 산(Chlorogenic acid) 등의 물질이 첨가되어 있고 결과적으로 카페인의 효능을 억제할 수 있다. 즉 한 줄 요약하면 커피가 아닌 카페인 알약의 형태로 섭취하는 게 좋고, 하루 섭취량이 400mg을 넘지 않도록 운동 60분 전에 5–6mg/(본인 체중)kg의 카페인을 섭취하는 것을 추천한다. mg을 g으로 헷갈리지 말 것!

다음으로는 카페인이 운동에 미치는 영향에 관해서 살펴보자. 카페인이 운동에 영향을 미치는 주요 기전은 아데노신 수용체에 길항적으로 결합해 아데노신의 작용을 억제하는 것이다. 아데노신은 통증을 증가시키고 졸리게 만드는 등의 작용을 하는데, 카페인은 아데노신의 작용을 억제하는 방법을 통해 반대로 통증을 억제해 진통 효과 및 각성 효과를 유발할 수 있다.

이 중 통증을 억제하는 카페인의 진통 효과가 운동 능력 증가의 주요 기전으로 알려져 있었다. 카페인의 진통 효과가 생소할 수 있는데 이는 임상적으로도 사용되는 기전이며, 이를 활용해 타이레놀에 카페인을 첨가한 두통약도 시중에 판매한다.

또한 지금까지의 연구 결과를 종합해보면 카페인이 운동 능력을 증가시키는 정도는 그리 크지 않을 수 있다. 다만 체지방감소와 근지구력 향상에는 도움이 많이 되는 것으로 알려져 있었다(유산소운동 시 효율 평균 2% 증가, 근력운동 시 1RM 2–3% 증가, 근지구력 14% 증가, 체지방 산화 10.4g 증가). 여기까지가 글의 핵심 내용을 요약한 것이며, 바로 뒤에 설명되는 검증 과정은 더 알고 싶은 분들을 위해 작성했다.

 

검증과정

A. 목적

카페인의 운동 능력 증대 효과에 관해 지금까지 밝혀진 연구 결과를 종합적으로 포괄하는 리뷰 논문이 있는지 확인하고 이를 분석해보자.

B. 근거 자료 채택

1. 펍메드(Pubmed)에서 카페인(Caffeine)과 운동 효과(Exercise Performance)를 포함해 논문 검색: 총 163개 논문 포함됨.
2. 출판 유형(Publication Type)으로 리뷰(Review) 조건 추가: 총 109개 논문 제외됨.
3. 8개의 리뷰 논문을 포함하는 우산 리뷰(Umbrella Review) 논문 채택.

우산 리뷰란?

현존하는 다양한 리뷰 논문의 결과를 폭넓게 보여주는 리뷰 논문으로, 리뷰 논문들을 분석한 리뷰라고 보면 된다.

 

카페인이 운동에 미치는 영향

A. 카페인의 작용 메커니즘

• Tarnopolsky M. Caffeine and Creatine Use in Sport. Annals of Nutrition and Metabolism. 2010;57(s2):1-8.
• Davis J, Green J. Caffeine and Anaerobic Performance. Sports Medicine. 2009;39(10):813-832.

카페인의 운동 능력 향상 메커니즘에 대해서는 지금까지 여러 가지 가설이 존재해왔다. 과거에는 카페인이 포스포디에스테라제(phosphodiesterase) 억제제로 작용해 고리형 아데노신 일인산(cyclic AMP, cAMP)를 증가시켜서 운동 능력 향상을 유발한다는 가설이 존재했지만, 실제 인체에 적용하기 어려운 농도(mM 단위)에서 작동되는 기전이어서 타당성이 부족했다.

또 다른 주요 가설 중에는 카페인이 에피네프린(아드레날린)을 증가시켜서 운동 능력을 향상한다는 주장이 있었는데, 여러 반박 근거가 존재하는 등 논란이 많기 때문에 설득력이 부족한 가설이다. 최근 가장 보편적으로 받아들인 가설은 카페인이 생체 내에서 아데노신 수용체에 길항적으로 작용하는 게 운동 능력 향상의 주요 기전이라는 것이다. 카페인은 아데노신과 분자 구조가 유사해 아데노신 수용체에 경쟁적으로 결합할 수 있다.

아데노신은 강력한 혈관확장제이며 통증을 증가시키고 졸리게 만드는 등의 작용을 하는데, 카페인은 아데노신의 작용을 억제하는 방법을 통해 반대로 통증을 억제해 진통 효과를 유발하고 각성 효과를 유발할 수 있는 것이다. 카페인의 각성 효과는 많은 사람이 상식적으로 알지만, 카페인의 진통 효과는 잘 모를 것이다.

뒤에서 좀 더 자세히 살펴보겠지만 운동 중 유발되는 근육통을 카페인이 완화시키는 방법을 통해 더 많은 근력을 내게 하고, 근 피로도 역시 덜 느껴 운동 효율이 증가할 수 있는 것이다. 이것은 카페인이 운동 능력을 향상하는 주요 기전 중 하나다. 카페인의 진통 효과는 운동뿐 아니라 임상적으로도 활용될 수 있는데, 대표적으로는 두통 완화를 위해서 복용하는 아세트아미노펜(타이레놀)에 카페인을 첨가해 진통 효과를 향상하는 경우도 있다.

B. 커피와 카페인 알약

• Trexler E, Roelofs E, Hirsch K, Mock M, Smith-Ryan A. Effects of coffee and caffeine anhydrous on strength and sprint performance. Journal of the International Society of Sports Nutrition. 2015;12(S1).

사람들이 카페인을 복용하는 가장 일반적인 방법은 정제된 알약 등의 형태가 아닌 커피를 마시거나 홍차, 초콜릿 등의 식품에 포함된 카페인을 섭취하는 것이다. 하지만 카페인 알약과 커피는 서로 효능이 다를 수 있는데, 그 이유는 커피 등에는 카페인 이외에도 클로로겐산 (Chlorogenic acid) 등의 다른 물질들이 포함되어 있고, 이런 물질들이 카페인의 작용을 억제할 수 있기 때문이다.

하지만 커피도 카페인 알약과 유의한 차이 없이 마찬가지로 운동 능력을 향상할 수 있다는 연구도 많기 때문에 단정적으로 그 효과가 떨어진다고 말할 수는 없지만, 카페인이 운동 능력을 향상한다는 가설의 대부분은 카페인 알약의 형태로 피험자들에게 복용시켜서 얻은 연구 결과를 토대로 주장하는 것임을 고려할 때, 카페인 알약을 복용하는 게 가장 확실한 방법일 것이다.

C. 카페인이 운동에 미치는 영향

• Trexler E, Roelofs E, Hirsch K, Mock M, Smith-Ryan A. Effects of coffee and caffeine anhydrous on strength and sprint performance. Journal of the International Society of Sports Nutrition. 2015;12(S1).
• Grgic J, Grgic I, Pickering C, Schoenfeld B, Bishop D, Pedisic Z. Wake up and smell the coffee: caffeine supplementation and exercise performance—an umbrella review of 21 published meta-analyses. British Journal of Sports Medicine. 2019;:bjsports-2018-100278.

1978년 운동 능력 향상에 카페인이 도움이 된다는 사실이 최초로 알려진 이후 다양한 연구가 진행되었다. 카페인이 운동에 미치는 영향에 관해 지금까지 알려진 사실들을 종합한 우산 리뷰 결과, 실제로 많은 연구 결과를 통해 카페인은 근지구력 향상, 근력 향상과 유산소 운동 시의 지구력 향상에 도움이 된다고 알려져 있었다.

또한 유산소 운동의 경우 무산소 운동에 비해 카페인 섭취가 운동 능력 향상에 더욱 유의한 상관관계가 있었다. 그럼 지금까지 밝혀진 연구 결과를 분석해 카페인이 운동에 미치는 영향에 관해 하나씩 세부적으로 알아보도록 하자.

a) 카페인과 운동자각도

• Davis J, Green J. Caffeine and Anaerobic Performance. Sports Medicine. 2009;39(10):813-832.
• Glaister M, Gissane C. The Effects Of Caffeine On Physiological Responses To Submaximal Exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise. 2016;48:976.

운동자각도(rating of perceived exertion; RPE)란 운동을 할 때 느끼는 주관적인 감정을 6부터 20까지의 숫자 척도로 나타낸 운동강도로써 신뢰성이 높고 실용적인 지표이다. 6이라는 숫자는 운동을 행할 때 느끼는 가장 편안한 느낌에 해당하는 최솟값이고 20은 최대의 힘을 발휘할 때를 의미한다. 12–14는 중강도에 해당하는 정도로 최대운동강도의 약 60%로 실시되는 운동에 해당하며 빠른 걷기 또는 가벼운 달리기 등이 해당된다. RPE의 숫자 척도에 10을 곱하면 대략적인 목표 심박 수를 나타낸다.

앞서 카페인의 작용 메커니즘에서 살펴보았듯이 카페인은 아데노신 수용체에 길항적으로 작용해 진통 효과(Antinociceptive Effect)를 유발할 수 있다. 그리고 이런 카페인의 진통 효과로 인해 운동 중 유발되는 통증을 덜 느껴 운동 시 더 많은 근력을 낼 수 있고, 근 피로도 역시 덜 느껴 운동 효율이 증대할 수 있다.

실제로 카페인이 운동자각도에 미치는 영향에 관해 분석한 리뷰 논문에 따르면, 총 21개의 연구를 메타분석 한 결과 카페인 섭취 후 운동자각도의 유의미한 감소를 보였다(평균 약 0.8 감소).

b) 카페인과 유산소운동

• Grgic J, Grgic I, Pickering C, Schoenfeld B, Bishop D, Pedisic Z. Wake up and smell the coffee: caffeine supplementation and exercise performance—an umbrella review of 21 published meta-analyses. British Journal of Sports Medicine. 2019;:bjsports-2018-100278.
• Southward K, Rutherfurd-Markwick K, Ali A. Correction to: The Effect of Acute Caffeine Ingestion on Endurance Performance: A Systematic Review and Meta-Analysis. Sports Medicine. 2018;48(10):2425-2441.

각각 평균 23개 연구를 분석한 총 9개의 리뷰 논문들을 분석한 결과, 대다수의 연구에서 카페인이 유산소운동 효과를 증대시킨 것으로 나타난 게 확인되었다. 카페인이 유산소 운동에 미치는 영향에 관한 44개 연구를 분석한 리뷰 논문을 보면 피험자들이 평균 5.0 mg/kg의 카페인을 운동 60분 전에 복용한 뒤 사이클을 타고 정해진 거리를 1시간 동안 달렸을 때, 카페인을 복용했을 경우 평균 2% 시간이 단축되는 것을 확인할 수 있었다.

c) 카페인과 근력

• Grgic J, Grgic I, Pickering C, Schoenfeld B, Bishop D, Pedisic Z. Wake up and smell the coffee: caffeine supplementation and exercise performance—an umbrella review of 21 published meta-analyses. British Journal of Sports Medicine. 2019;:bjsports-2018-100278.
• Grgic J, Trexler ET, Lazinica B, et al. Effects of caffeine intake on muscle strength and power: a systematic review and meta-analysis. J Int Soc Sports Nutr. 2018;15:11.
• Polito MD, Souza DB, Casonatto J, et al. Acute effect of caffeine consumption on isotonic muscular strength and endurance: a systematic review and meta-analysis. Sci Sports. 2016;31:119–28.

각각 평균 13개 연구를 분석한 총 4개의 리뷰 논문을 분석한 결과 총 3개의 리뷰 논문에서 카페인이 근력 향상에 도움 되는 것으로 분석되었다. 1RM(One Repetition Maximum)은 근력을 측정하기 위해 일반적으로 많이 사용하는 지표인데, 각각 10개와 16개의 연구를 분석한 리뷰 논문에 따르면 카페인을 복용했을 경우 1RM을 2–3%를 향상할 수 있으며, 특히 상체 근력의 향상에 도움이 된다고 한다. 하지만 같은 리뷰 논문에서 분석한 연구 결과 중에는, 1RM 향상에 효과가 없다는 연구 결과도 있는 등 현재 논란이 있는 상태다.

d) 카페인과 근지구력

• Warren GL, Park ND, Maresca RD, et al. Effect of caffeine ingestion on muscular strength and endurance: a meta-analysis. Med Sci Sports Exerc. 2010;42:1375–87.

각각 평균 19개의 연구를 분석한 총 2개의 리뷰 논문을 분석한 결과, 두 리뷰 논문 모두 카페인이 근지구력 향상에 도움이 되는 것으로 분석되었다. 23개의 연구를 분석한 리뷰 논문에 따르면, 카페인을 복용했을 때 근지구력을 14%나 향상할 수 있다고 분석되었다. 카페인이 근지구력에 미치는 영향에 관한 연구 결과는 카페인이 근력에 미치는 영향에 관한 연구들과 비교했을 때 결과 간의 차이가 적은 편으로 그 신빙성이 높다.

e) 카페인과 체지방감소

• Harpaz E, Tamir S, Weinstein A, Weinstein Y. The effect of caffeine on energy balance. Journal of Basic and Clinical Physiology and Pharmacology. 2017;28(1):1-10.
• Leblanc J, Jobin M, Cote J, Samson P, Labrie A. Enhanced metabolic response to caffeine in exercise-trained human subjects. J Appl Physiol. 1985;59:832–7.
• Poehlman ET, Despres JP, Bessette H, Fontaine E, Tremblat A, Bouchard C. Influence of caffeine on the resting metabolic rate of exercise-trained and inactive subjects. Med Sci Sport Exerc. 1985;17:689–94.
• Schubert MM, Hall S, Leveritt M, Grant G, Sabapathy S, Desbrow B. Caffeine consumption around an exercise bout: effects on energy expenditure, energy intake, and exercise enjoyment. J Appl Physiol 2014;117:745–54.

카페인이 체지방감소에 미치는 영향을 구체적으로 확인한 연구 결과는 상대적으로 적은 편이다. 카페인은 cAMP(cyclic adenosine monophosphate)를 증가시키고 에프네프린(아드레날린)과 같은 신경전달물질을 촉진해, 지방산의 산화를 촉진하고 열 발생(thermogenesis)을 증가시켜 열량 소모에 도움을 줄 수 있다.

카페인이 기초대사량 증가에 미치는 영향을 분석한 연구 결과에 따르면, 카페인을 아침의 공복 상태에서 복용(한 연구는 4mg/kg 복용, 또 다른 연구에서는 체중과 무관하게 300mg 복용)했을 때 기초대사량이 증가할 수 있다고 보고했다. 또 다른 연구에서는 카페인을 3mg/kg 섭취한 후 최대 호흡량의 65% 수준으로 사이클을 1시간 동안 타는 운동을 시켰을 때, 카페인을 복용하지 않고 운동한 집단과 비교해 지방산 산화가 평균 10.4g 증가한 것으로 나타났다 .

D. 카페인과 내성

• Ammon H. Biochemical Mechanism of Caffeine Tolerance. Archiv der Pharmazie. 1991;324(5):261-267.

카페인을 장기간 복용하면 같은 용량을 복용했을 때 그 효과가 감소하는 내성이 발생할 수 있다. 카페인은 앞서 살펴보았듯이 아데노신 수용체에 길항적으로 결합해 다양한 작용을 하는데, 카페인을 장기간 복용해 수용체에 아데노신이 지속적으로 결합하지 못하면 우리 몸은 아데노신 수용체를 증가시키는 보상작용을 한다.

따라서 더 많은 양의 카페인을 복용해야만 이전과 같은 효과를 얻을 수 있는 내성이 발생하며, 카페인을 갑자기 끊었을 때 이전보다 아데노신의 기능이 증가해 두통, 무기력함 등의 금단현상이 발생할 수 있다. 카페인 내성이 발생했을 경우, 금단 현상을 최소화하면서 내성 효과를 리셋하거나 끊기 위해서는 며칠 간격으로 기존 섭취량의 절반씩 줄여가며 복용하도록 하자.

E. 카페인과 부작용

앞서 살펴본 바와 같이 카페인의 운동 효율 증가 효과를 최대화하기 위해서는 상당히 많은 양의 카페인(4mg/kg, 스타벅스 톨 사이즈 2잔 반 정도)을 복용해야 한다. 하지만 카페인을 과량 복용했을 경우에는 불면증, 불안, 심박 수 증가, 위장장애, 두통 등의 다양한 부작용이 발생할 수 있기 때문에, 카페인 복용량을 주의해서 섭취할 필요가 있다.

미국 식품의약국(FDA)에 따르면 건강한 성인 기준 하루 일일 섭취량을 400mg 이하로 제한할 것을 권고한다. 사람마다 카페인 대사 속도에 차이가 있기 때문에 앞서 언급한 부작용을 고려하며 복용할 필요가 있다. 또한 현재 임신 중이거나 임신을 고려하는 사람이나 모유 수유 중인 사람들은 커피를 제한할 필요가 있고, 다른 약을 복용하거나 나이가 어린 청소년의 경우에는 카페인 섭취에 주의할 필요가 있다.

 

결론

카페인의 운동 증대(Ergogenic) 효과는 이미 수많은 연구 결과를 통해 입증된 사실이다. 카페인은 특히 유산소 운동 효율을 증가시키는 데 유의한 효과가 있으며 근력과 근지구력을 증가시키고, 지방산 분해를 촉진해 다이어트에도 도움이 될 수 있다. 또한 카페인의 운동 증대 효과는 3–6mg/kg의 카페인을 운동 30–90분 전에 섭취하는 것이 가장 효과적이라는 것이 밝혀져 있었다. 단 FDA 권고안에 따라 일일 섭취량 400mg 이하로 하는 것이 좋다.

• Glaister M, Gissane C. The Effects Of Caffeine On Physiological Responses To Submaximal Exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise. 2016;48:976.

카페인은 섭취 후 60분 후에 혈중 농도가 피크에 도달한다.

• Harpaz E, Tamir S, Weinstein A, Weinstein Y. The effect of caffeine on energy balance. Journal of Basic and Clinical Physiology and Pharmacology. 2017;28(1):1-10.

개인적으로는 운동 60분 전 5–6mg/kg의 카페인을 섭취하는 것을 추천한다.

원문: ARMS의 브런치