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一項針對自行車騎乘的小規模研究發現，鍛鍊前喝咖啡的人，比不喝咖啡的人堅持的時間長12%。 咖啡因透過提高腎上腺素水平來促進運動，還能刺激更多神經、提高肌肉溫度，改善運動表現。
科學家解釋，早晨時段人體的皮質醇（主要壓力荷爾蒙）最高，用以喚醒身體。而咖啡因會刺激身體釋放更多這類荷爾蒙，讓人感覺清醒不疲倦。但當身體的皮質醇濃度已經很高時，再喝咖啡因飲品，會引發壓力和焦慮。 皮質醇的水平在早晨時最高，接著開始下降，在上午9點30分到11點以及下午1點至5點的兩個時段大幅下降。雖然皮質醇升高有助於醒來，但在壓力大時也是有害的，沒必要在此時補上一杯咖啡，在體內產生不必要的壓力反應。 已有大量研究顯示，咖啡因是強大的鍛鍊補充劑，可幫助舉起更重的重量、跑得更遠更快。也因此包括奧運會在內的體育賽事，曾一度禁止運動員攝取高劑量的咖啡因。 數十項研究回顧發現，如果運動員在開始鍛鍊前30分鐘到1小時喝咖啡，將獲得最大益處。2020年一項論文曾進行相關測試，分別讓受試者在運動前2小時、1小時和30分鐘攝取咖啡因，結果發現1小時和30分鐘的表現最好。 對於喝多少咖啡對健康最有利，目前沒有共識，但超過5杯會導致失眠、頭痛和焦慮。 咖啡有利人體的關鍵，在於其所含的抗氧化劑，能減少身體發炎反應、促進新陳代謝，阻斷可引發心律不整的受體，並抑制脂肪吸收。
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