카페인은 커피, 차, 카카오에 자연적으로 존재하며 청량음료, 에너지 드링크, 부스터(프리워크아웃) 제품 및 일반의약품 각성 정제에 첨가되는 자극제입니다. 스포츠 분야에서는 주로 건조된 분말을 정제나 캡슐로 압축한 무수 카페인(caffeine anhydrous) 형태로 판매됩니다.

운동 수행 능력 향상에 대한 강력한 근거를 가진 소수의 보충제 중 하나입니다. 국제올림픽위원회(IOC)는 크레아틴, 질산염, 중탄산염과 함께 이점에 대한 타당한 근거가 있는 소수의 보충제 그룹에 카페인을 포함하고 있습니다(Maughan et al., BJSM 2018). 그 이점은 소규모에서 중간 정도이며, 개인차가 매우 크고, 수면, 불안 및 혈압 면에서의 상충 관계가 따릅니다. 카페인은 스포츠에서 금지되어 있지 않으며, 세계반도핑기구 (WADA)는 이를 모니터링만 합니다.

이 페이지는 학회 공식 입장문(position stands), 메타분석, FDA (미국 식품의약국) 및 WADA에서 보고한 내용을 요약합니다. 이는 교육 목적으로만 제공되며 의학적 조언이 아닙니다.

항목	상세 정보
분류	메틸잔틴계 자극제; 아데노신 수용체 길항제
화학적 특성	1,3,7-trimethylxanthine; C₈H₁₀N₄O₂; 194.19 g/mol (PubChem)
주요 급원	커피, 차, 청량음료, 에너지 드링크, 프리워크아웃 보충제, 일반의약품(OTC) 각성 정제
미국 OTC 의약품 용량	100–200 mg, 최소 3–4시간 이상의 간격을 두고 복용(21 CFR 340.50)
연구된 운동 능력 향상 용량	체중 kg당 3–6 mg, 주로 운동 약 60분 전에 섭취(ISSN 2021, IOC 2018)
반감기	성인에서 보통 4–6시간이나 1.5시간에서 10시간까지 보고됨(ISSN 2021)
대사	간 효소 CYP1A2에 의해 95% 초과 대사되며, 주로 파라잔틴으로 전환됨
FDA 섭취 참고치	대부분의 성인에서 일반적으로 부정적인 영향과 관련이 없는 용량으로 하루 400 mg 제시
WADA 2026	모니터링 프로그램에 포함됨; 금지 물질 아님

개요

카페인은 퓨린 알칼로이드로, 화학적으로는 1,3,7-트리메틸잔틴입니다(PubChem). 천식 치료제인 테오필린 및 코코아의 주요 자극제인 테오브로민과 관련이 있으며, 이 두 물질은 카페인의 분해 산물 두 가지이기도 합니다.

주요 작용은 아데노신 수용체를 차단하는 것입니다. 아데노신은 깨어 있는 시간 동안 뇌에 축적되어 졸음을 유도하므로, 이를 차단하면 각성도가 높아집니다. IOC 합의 성명서는 운동 수행 능력 향상 효과를 설명할 수 있는 여러 기전을 제시합니다(Maughan et al., BJSM 2018).

아데노신 수용체 길항 작용;
엔도르핀 분비 증가;
신경근 기능 개선;
경계심 및 각성도 향상;
운동 중 자각도(힘든 느낌) 감소.

일반적인 음료에 들어 있는 함량은 매우 다양합니다. FDA는 12 fl oz(355 mL)당 일반적인 범위를 다음과 같이 제시합니다(FDA, Spilling the Beans).

음료	12 fl oz당 일반적인 카페인 함량
카페인 함유 청량음료	23–83 mg
녹차	37 mg
홍차	71 mg
추출 커피(일반, 비스페셜티)	113–247 mg
에너지 드링크	41–246 mg

FDA는 또한 디카페인 커피에 카페인이 전혀 없는 것은 아니며, 일반적인 8 fl oz 한 잔에 2–15 mg이 들어 있다고 언급합니다. 신체는 카페인이 커피에서 유래하든 제품에 첨가되었든 동일한 방식으로 처리합니다.

관련 라이브러리 페이지에서는 카페인과 흔히 함께 배합되는 차의 아미노산인 L-테아닌을 비롯하여 시네프린 및 에페드린 같은 다른 자극제들을 다룹니다.

약동학

카페인은 주로 소장에서, 그리고 위에서도 장을 통해 빠르게 흡수됩니다(Guest et al., JISSN 2021). 국제스포츠영양학회(ISSN) 공식 입장문은 다음 사항들을 보고합니다.

지표	ISSN 보고 내용
흡수	주로 소장에서 빠르게 흡수됨; 카페인 껌은 구강 점막을 통해서도 흡수되어 더 빠를 수 있음
최고 농도 도달 시간	160 mg을 사용한 한 소규모 연구(n = 3) 기준: 커피와 차는 약 0.5시간, 콜라는 2시간
주요 효소	간의 CYP1A2가 카페인의 95% 초과를 처리함
주요 대사산물	파라잔틴 ≈84%, 테오브로민 ≈12%, 테오필린 ≈4%
소변 내 미변화 배설량	약 3–5%
반감기	일반적으로 4–6시간; 성인에서 1.5–10시간 범위일 수 있음

반감기가 크게 차이 나는 이유

CYP1A2 활성은 사람마다 차이가 매우 크기 때문에 동일한 용량이라도 어떤 사람에게서는 다른 사람보다 훨씬 더 오래 지속될 수 있습니다(Nehlig, Pharmacol Rev 2018). ISSN은 주요 요인들을 다음과 같이 제시합니다(Guest et al., JISSN 2021).

배설 지연: 임신 및 호르몬 피임제.
배설 촉진: CYP1A2를 유도하는 흡연 및 다량의 습관적 카페인 섭취.
양방향 영향: 일부 식이 요인 및 CYP1A2 유전자의 변이.

가장 잘 연구된 유전자 변이는 -163A>C 다형성(rs762551)입니다. AA 유전자형을 가진 사람은 흔히 “빠른 대사자(fast metabolizers)“로, C 대립유전자 보유자는 “느린 대사자(slow metabolizers)“로 불립니다. Nehlig의 문헌고찰은 또한 카페인 청소율이 연령, 성호르몬, 간 질환, 비만 및 여러 약물의 영향을 받는다고 언급합니다.

규제 현황

식품 성분. FDA에는 “에너지 드링크”에 특화된 규정이 없습니다. 포장 식품은 카페인이 단독으로 첨가된 경우 원재료명에 이를 표시해야 하지만, 음식점은 음료에 카페인이 얼마나 들어 있는지 표시할 의무가 없습니다(FDA, Spilling the Beans).
일반의약품(OTC). 카페인은 미국 OTC “각성 보조제” 또는 “자극제” 제품에서 허용된 유일한 활성 성분입니다. 허가된 성인 용량은 100–200 mg으로 최소 3–4시간 이상의 간격을 두고 “일시적 사용에 한해” 복용하며, 12세 미만 어린이용이 아닙니다(21 CFR 340).
순수 및 고농축 카페인. FDA는 식이보충제(건강기능식품)로 판매되는 대량의 순수 또는 고농축 카페인을 중대한 공중보건 위협으로 간주합니다(아래 부작용 참조).

연구 결과

학회 공식 입장문

ISSN 공식 입장문(2021)은 카페인에 대해 다음과 같이 결론지었습니다(Guest et al., JISSN 2021).

“모든 연구는 아니지만 많은 연구에서” 여러 유형의 운동 수행 능력을 급성으로 향상시키며, 근지구력, 이동 속도, 근력, 단거리 달리기, 점프 및 던지기에서 소규모에서 중간 정도의 이점을 제공합니다;
유산소 지구력에서 가장 일관되고 중간에서 큰 규모의 이점을 제공합니다;
체중 kg당 3–6 mg에서 일관되게 수행 능력을 향상시키며, 최소 유효 용량은 2 mg/kg까지 낮을 수 있습니다;
9 mg/kg과 같은 매우 높은 용량에서는 이점을 얻기 위해 굳이 필요하지 않으면서 많은 부작용을 유발합니다;
주로 운동 약 60분 전에 섭취하지만, 껌 형태는 대기 시간이 더 짧을 수 있습니다;
훈련된 사람과 훈련되지 않은 사람 모두에게 작용하며, 대부분의 사람에게서 주의력과 경계심을 향상시킵니다.

IOC 합의 성명서(2018)도 유사한 요약을 제시합니다(Maughan et al., BJSM 2018).

주제	IOC 요약
일반적인 프로토콜	운동 약 60분 전에 무수 카페인 3–6 mg/kg 섭취
저용량 옵션	운동 전과 운동 중에 탄수화물과 함께 3 mg/kg 미만(약 200 mg) 섭취
지구력	사이클링, 달리기, 조정 및 기타 종목 전반에서 피로 도달 시간과 5–150분 타임 트라이얼 기록을 향상시킴
운동 중 저용량 섭취	활동 시작 15–80분 후 100–300 mg 섭취 시 사이클링 타임 트라이얼 기록을 3–7% 향상시킬 수 있음
단시간 고강도 운동	운동 50–60분 전 3–6 mg/kg 섭취 시 1–2분간의 무산소 과제에서 3% 초과, 팀 스포츠 반복 스프린트에서 1–8%의 향상을 보임
고용량	9 mg/kg 이상은 추가적인 이점이 없으며 오심, 불안, 불면증 및 안절부절못함의 위험을 높임
수분 균형	카페인은 이뇨제이나 운동 수행 용량에서 그 영향은 작음

두 가지 주의사항이 적용됩니다. ISSN 성명서의 저자들은 보충제 기업들과의 다수의 이해관계를 공개했으며, ISSN 자체도 카페인 제품을 판매하는 기업들로부터 연구비를 지원받았습니다. 또한 메타분석들에 대한 포괄적 문헌고찰(umbrella review)에 따르면, 기초가 된 임상시험의 대부분은 젊은 남성을 대상으로 수행되었습니다(Grgic et al., BJSM 2020).

메타분석 개요

한 포괄적 문헌고찰에서는 21건의 메타분석을 포함한 11건의 체계적 문헌고찰을 통합 분석했습니다(Grgic et al., BJSM 2020). 그 결과는 다음과 같았습니다.

카페인은 유산소 지구력, 근력, 근지구력, 파워, 점프 및 속도에서 운동 능력 향상 효과를 보였습니다;
근지구력, 근력, 무산소 파워 및 유산소 지구력에 대한 근거 품질은 **중등도(moderate)**였으며, 다른 결과 지표들에 대해서는 낮거나 매우 낮았습니다;
효과는 일반적으로 무산소 운동보다 유산소 운동에서 더 컸습니다;
95% 예측구간을 고려했을 때 모든 분석이 명확한 효과 방향을 제시한 것은 아니었습니다.

근력 및 파워

2018년의 한 메타분석은 1회 최대 반복(1RM) 근력(연구 10건)과 서전트 점프(수직 점프) 파워(연구 10건)를 측정한 위약 대조 임상시험들을 통합 분석했습니다(Grgic et al., JISSN 2018).

결과 지표	위약 대비 표준화 평균 차이(95% CI)
최대 근력(1RM), 전체	0.20(0.03–0.36)
상체 근력	0.21(0.02–0.39)
하체 근력	0.15(−0.05–0.34), 유의하지 않음
파워(수직 점프)	0.17(0.00–0.34)

약 0.2 수준의 효과 크기는 통상적으로 작은 것으로 분류됩니다. 근력 운동에서 카페인의 효과는 실재하지만 제한적입니다.

지구력

2022년의 한 메타분석은 참가자 254명을 대상으로 카페인 3–9 mg/kg 용량에서 지구력 달리기를 시험한 무작위 배정 교차 임상시험 21건을 통합 분석했습니다(Wang et al., Nutrients 2022).

결과 지표	Hedges’ g(95% CI)	효과 크기
탈진 도달 시간, 전체 주자	0.392(0.214–0.571)	중간
탈진 도달 시간, 동호인 주자	0.469(0.185–0.754)	중간
탈진 도달 시간, 훈련된 주자	0.344(0.122–0.566)	중간
타임 트라이얼 완주 시간	−0.101(−0.190–−0.012)	작음(더 빠름)

참가자 중 여성은 19명뿐이었기 때문에 저자들은 여성 대상 연구와 최적 용량에 대한 추가 연구가 필요하다고 밝혔습니다.

유전학 및 개인별 반응

카페인과 CYP1A2 유전자형에 관한 가장 큰 규모의 임상시험은 경쟁 남성 운동선수 101명을 10 km 사이클링 타임 트라이얼 전에 위약, 2 mg/kg 또는 4 mg/kg 카페인 투여군에 무작위 배정했습니다(Guest et al., MSSE 2018).

그룹	2 mg/kg	4 mg/kg
전체 운동선수	—	위약보다 3% 더 빠름
AA 유전자형(“빠른 대사자”)	4.8% 더 빠름	6.8% 더 빠름
AC 유전자형	효과 없음	효과 없음
CC 유전자형(“느린 대사자”)	효과 없음	13.7% 더 느림

이러한 결과는 연구들 간에 일관되지 않았습니다. ISSN은 다른 소규모 임상시험들에서 CYP1A2 유전자형의 영향이 없었거나 느린 대사자에서만 이점이 나타났다고 언급합니다(Guest et al., JISSN 2021). ISSN은 또한 개인별 반응에 영향을 미칠 수 있는 요인으로 습관적인 카페인 섭취량을 꼽습니다. 공식 입장문에 공개된 바와 같이 두 논문의 주저자는 유전자 검사 기업의 자문을 맡고 있습니다.

부작용 및 위험성

과다 섭취 기준

FDA는 대부분의 성인에게 “일반적으로 부정적인 영향과 관련이 없는” 양으로 12 fl oz 커피 약 두세 잔에 해당하는 하루 400 mg을 제시해 왔습니다(FDA, Spilling the Beans). FDA는 민감도와 배설 속도가 사람마다 크게 다르며, 일부 질환과 약물이 민감도를 높인다고 덧붙입니다.

2001년부터 2015년까지의 연구들을 검토한 체계적 문헌고찰도 유사한 결론에 도달했습니다(Wikoff et al., Food Chem Toxicol 2017).

대상 집단	문헌고찰에서 일반적으로 이상반응과 연관되지 않는 것으로 확인된 섭취량
건강한 성인	최대 하루 400 mg
건강한 임신부	최대 하루 300 mg(생식 및 발달 관련 영향 기준)
소아 및 청소년	하루 2.5 mg/kg(제한적 데이터)

FDA는 임신 중이거나 임신을 준비 중인 사람, 또는 모유 수유 중인 사람에게 카페인 제한 여부를 의료 전문가와 상담하도록 권고합니다. 또한 의학 전문가들이 소아 및 청소년의 에너지 드링크 섭취에 반대한다고 언급합니다.

카페인 과다 섭취의 흔한 영향

FDA는 카페인 과다의 징후를 다음과 같이 제시합니다(FDA, Spilling the Beans).

빠른 심박수 및 두근거림;
고혈압;
불면증 또는 수면 방해;
불안 및 신경과민(손떨림);
배탈 및 오심;
두통.

운동 연구에서는 오심, 불안, 빠른 심박수 및 불면증과 같은 부작용이 추가적인 이점을 주지 않는 용량인 9 mg/kg 이상에서 더 흔해집니다(Maughan et al., BJSM 2018). FDA는 섭취량을 줄인 후 나타나는 금단 증상이 불쾌하기는 하지만 위험한 것으로 간주되지는 않는다며, 점진적으로 줄일 것을 권장합니다.

순수 및 고농축 카페인

가장 심각하게 문서화된 위험성입니다. FDA에 따르면 다음과 같습니다(FDA, Pure and Highly Concentrated Caffeine; FDA, Spilling the Beans).

순수 및 고농축 카페인 제품은 미국 내 최소 두 건의 사망에 기여했습니다;
순수 분말 카페인 한 티스푼에는 커피 28잔에 해당하는 카페인이 들어 있을 수 있으며, 농축 액상 제품 반 컵에는 20잔 초과 분량이 들어 있을 수 있습니다;
순수 분말 반 티스푼 미만에 해당하는 약 1,200 mg을 급격히 섭취하면 발작과 같은 독성 작용이 발생할 수 있습니다;
안전한 양과 독성 양 사이의 간격이 매우 좁으며, 주방용 계량스푼은 안전한 일회 제공량을 측정하기에 충분히 정확하지 않습니다;
독성은 위험할 정도로 빠르거나 불규칙한 심장 박동, 발작, 구토, 설사, 혼미, 지남력 상실 및 사망을 유발할 수 있습니다.

FDA는 2015년부터 순수 분말 카페인 유통업체에 경고 서한(Warning Letter)을 발송했으며, 2018년 4월에는 그러한 식이보충제가 언제 불량 및 불법 제품으로 간주되는지 설명하는 업계 지침을 발표했습니다. FDA는 이러한 제품 중 일부가 여전히 시장에 남아 있다고 밝힙니다. IOC 합의 성명서는 대학 연구에서 용량 계산 오류로 인해 자원자들이 최대 30 g에 달하는 매우 많은 용량을 투여받아 치명적일 수 있는 이상반응을 겪은 두 건의 별도 사건을 설명합니다(Maughan et al., BJSM 2018).

수면

메타분석. 연구 24건을 분석한 2023년 메타분석에서는 카페인이 총 수면 시간을 45분, 수면 효율을 7% 감소시켰고, 잠드는 데 걸리는 시간을 9분 늘렸으며, 입면 후 각성 시간을 12분 증가시킨 것으로 나타났습니다. 깊은 수면(N3 및 N4)은 11.4분 줄어들었습니다(Gardiner et al., Sleep Med Rev 2023). 저자들은 모델을 통해 수면 시간 손실을 피하려면 커피(107 mg)는 취침 최소 8.8시간 전에, 일반적인 프리워크아웃 제공량(217.5 mg)은 취침 최소 13.2시간 전에 섭취해야 한다고 추산했습니다.
섭취 시점 임상시험. 건강한 수면자 12명에서 취침 시, 취침 3시간 전 또는 취침 6시간 전에 섭취한 카페인 400 mg은 모든 시점에서 위약에 비해 수면을 유의하게 방해했습니다. 취침 6시간 전에 섭취했을 때는 객관적으로 측정된 수면 시간이 41분 줄어들었으며, 이는 통계적 유의성에 근접한 차이였습니다(Drake et al., J Clin Sleep Med 2013).

ISSN은 수면에 대한 카페인의 영향에 대한 민감도가 부분적으로는 유전적 변이로 인해 사람마다 다르다고 언급합니다(Guest et al., JISSN 2021).

혈압

카페인은 혈압을 높이며, 그 영향은 커피보다 카페인 정제에서 더 큽니다.

규칙적인 섭취. 무작위 배정 임상시험 16건(참가자 1,010명, 각각 최소 7일 이상)에 대한 메타분석에서 중앙값 하루 410 mg의 순수 카페인은 혈압을 4.16/2.41 mmHg 높였습니다. 커피는 1.22/0.49 mmHg만 높였습니다. 심박수에 대한 영향은 미미했습니다(Noordzij et al., J Hypertens 2005).
고혈압 환자. 임상시험 5건에서 200–300 mg 단회 투여는 혈압을 8.1/5.7 mmHg(95% CI 수축기 5.7–10.6; 이완기 4.1–7.4) 높였습니다. 혈압 상승은 첫 한 시간 이내에 나타나 최소 3시간 동안 지속되었습니다. 더 긴 기간의 커피 임상시험(2주)과 코호트 연구들에서는 습관적인 커피 섭취에 따른 혈압 상승이나 심혈관 질환 증가가 나타나지 않았습니다(Mesas et al., Am J Clin Nutr 2011).

상호작용

기타 자극제. 일부 제품은 카페인을 시네프린, 요힘빈 또는 DMAA와 같은 다른 자극제와 배합합니다. FDA는 모든 급원에서 섭취하는 카페인을 합산할 것을 권고합니다(FDA, Spilling the Beans).
약물. CYP1A2가 거의 모든 카페인 대사를 담당하기 때문에 카페인은 이 효소를 이용하거나 이에 영향을 미치는 많은 약물과 상호작용합니다(Nehlig, Pharmacol Rev 2018).
호르몬 피임제와 임신은 카페인 배설을 늦추며, 흡연은 이를 빠르게 합니다(Guest et al., JISSN 2021).

법적 지위 및 스포츠에서의 사용

카페인은 WADA 2026 금지목록(Prohibited List)에 따른 금지 물질이 아닙니다. 해당 목록은 카페인을 부프로피온, 니코틴, 페닐에프린, 페닐프로판올아민, 피프라드롤 및 시네프린과 함께 2026 모니터링 프로그램 포함 물질로 명시하며 “금지 물질로 간주되지 않는다”고 밝히고 있습니다. 모니터링 프로그램에 따라 WADA는 경기 후 수집된 소변 표본에서 카페인 농도를 추적합니다(Aguilar-Navarro et al., Nutrients 2019). 이와 대조적으로 동일한 목록에서 에페드린은 소변 농도가 10 µg/mL를 초과할 경우 경기 기간 중에 금지됩니다.

항상 이랬던 것은 아닙니다. 카페인은 1984년부터 2004년까지 IOC 및 기타 반도핑 기구에 의해 경기 기간 중에 한해 금지되었으며, 1987년에는 소변 역치 기준이 12 µg/mL로 설정되었습니다. WADA는 2004년 1월 1일부터 이를 금지목록에서 제외했습니다(Aguilar-Navarro et al., Nutrients 2019). 스페인의 도핑관리 표본 7,488건에서 소변 카페인 농도 중앙값은 2004년(0.70 µg/mL)부터 2015년(0.85 µg/mL)까지 소폭만 상승했으며, 2015년 기준 가장 높은 수치는 사이클링, 육상 및 조정 종목에서 나타났습니다.

핵심 요약

근거가 가장 잘 뒷받침되는 보충제 중 하나. ISSN과 IOC는 카페인이 지구력을 향상시키고, 그보다 작은 정도로 근력, 파워 및 스프린트 수행 능력을 향상시킨다는 데 동의합니다.
연구된 용량은 3–6 mg/kg. 9 mg/kg 이상의 용량은 추가적인 이점 없이 부작용만 늘리며, 최소 유효 용량은 2 mg/kg까지 낮을 수 있습니다.
효과는 제한적이며 개인차가 있음. 근력 효과는 작으며(SMD 약 0.2), 결과는 일관되지 않으나 부분적으로는 CYP1A2 유전자형으로 인해 사람마다 반응이 다릅니다.
반감기는 보통 4–6시간이나 10시간에 달할 수 있음. 취침 6시간 전에 섭취한 카페인도 측정 가능한 수준으로 수면을 줄일 수 있습니다.
혈압 상승, 특히 정제 형태. 임상시험에서 하루 약 400 mg의 순수 카페인은 혈압을 약 4/2 mmHg 높였으며, 이는 커피보다 큰 폭이었습니다.
실제 위험은 분말 형태. FDA는 순수 및 고농축 카페인을 미국 내 최소 두 건의 사망과 연관 짓고 있으며, 약 1,200 mg을 빠르게 섭취하면 발작을 유발할 수 있습니다. 카페인은 스포츠에서 합법이며 WADA에 의해 모니터링만 됩니다.

출처

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