Kofein, genetické variace a sportovní výkon (GMC-AP)

Výzkumné metody a design

Experimentální design:

Tato randomizovaná, dvojitě zaslepená, placebem kontrolovaná studie s protiměřeným měřením v rámci jednotlivých subjektů bude zahrnovat 100 mužských sportovců z různých sportů. Ženy nebudou do této studie zahrnuty, protože užívání hormonální antikoncepce, které je běžné u sportovkyň, a doba menstruačního cyklu mají významný vliv na metabolismus kofeinu a měření výkonnosti zátěžových testů. Kontrola těchto faktorů by vyžadovala mnohem větší skupinu účastníků a vyžadovala by značné zdroje a čas. Pokud však výsledky navrhovaného výzkumu ukazují slibné výsledky u mužů, pak bychom se snažili replikovat tato zjištění u sportovkyň.

Účastníci absolvují 4 návštěvy (každá ~ 90-120 minut) ve výzkumné laboratoři lidské fyziologie v Goldring Center na University of Toronto. Veškeré testování bude probíhat od pondělí do soboty v různých časech. Účastníci budou instruováni, aby udržovali svou pravidelnou stravu (jídla před testem budou opakována pro všechny návštěvy) a spánkové návyky, vyvarovali se namáhavé činnosti 48 hodin před každou návštěvou a zdrželi se kofeinu týden před první návštěvou a po dobu trvání sběr dat (4 týdny).

Výpočet velikosti vzorku

Parametry:

Velikost efektu = 0,25: Přestože v předchozím výzkumu byla zjištěna velká velikost účinku pro hlavní léčebný účinek (0,38), bylo rozhodnuto, že má-li být tato studie konzervativní, bude schopna detekovat velikost malého až středního účinku, která má stále fyziologický význam. Kromě toho nás zajímají účinky mezi dvěma dávkami kofeinu, o kterých se předpokládá, že jsou menší než hlavní účinek léčby. Proto byla potřebná velikost malého-středního účinku, aby byla zajištěna dostatečná statistická síla pro vytváření závěrů mezi účinky kofeinu pro časovou analýzu. A konečně, další parametry hodnocení, jako je vertikální skok pro výkon, budou mít pravděpodobně menší účinky než časový test, jak uvádí Tucker et al. (2013) ve studii o výkonu vertikálního skoku u mužských basketbalistů. Proto by byla vyžadována menší velikost účinku, aby byla studie dostatečná pro všechna výsledná měřítka (tj. síla, síla anaerobní, aerobní atd.)

• Alfa (pravděpodobnost chyby) = 0,025: Obecně je standardní hodnota, která se má pro tento parametr použít, alfa = 0,05. V naší studii však budou účastníci zařazeni do řady nezávislých pokusů, a proto bylo rozhodnuto použít nižší alfa, aby se vzala v úvahu chyba, která může vzniknout z více srovnání, jako je sport (síla nebo vytrvalost) plus genotyp (riziková nebo běžná varianta).
• Výkon (pravděpodobnost 1-Beta) = 0,8: Pro výkon byla použita konvenční hodnota 0,8.
• Počet skupin = 2: Počet stratifikace požadovaných pro analýzu genotypové podskupiny
• Počet měření = 4: Laboratorní zátěžové testy
• Korelace mezi opakovanými měřeními = 0: Předpokládala se nulová korelace mezi měřeními.
• Velikost vzorku = 74: Na základě výpočtů je požadováno 74 účastníků. Přijmeme 100 sportovců, abychom zohlednili možné stažení až 25 %, aniž bychom potenciálně ohrozili statistickou významnost našich výsledků. Kromě toho, pokud se rozhodneme použít více srovnání (genotyp + sport), měli bychom prospěch z většího vzorku, abychom minimalizovali pokles velikosti účinku.

Nábor

Nábor bude probíhat v kampusech University of Toronto, Ryerson a York University, Kanadském sportovním institutu v Ontariu a v místních běžeckých/triatlonových klubech prostřednictvím letáků vyvěšených na příslušných místech. Standardizovaný e-mail se studijními a kontaktními informacemi bude také zaslán hlavním trenérům a/nebo programovým ředitelům sportovních týmů/klubů (na všech místech uvedených výše) s oprávněnými sportovci, kteří se pak mohou rozhodnout, že své sportovce o studii upozorní.

Parametry hodnocení

Fyziologická data shromážděná dvěma vyškolenými kineziology, fyziologem cvičení na úrovni PhD, jedním studentským asistentem a postgraduální studentkou Nanci Guest.

Antropometrické a klinické charakteristiky

• Měření klidového systolického (SBP) a diastolického (DBP) krevního tlaku, stejně jako měření tepové frekvence, bude provedeno dvakrát s odstupem jedné minuty. Bude vzat průměr ze dvou po sobě jdoucích měření.
• Srdeční frekvence bude měřena před všemi testy, aby se zajistil klid účastníků a podobný fyziologický stav pro všechny testy a testovací dny.
• Srdeční frekvence bude monitorována po celou dobu trvání zkoušek (návštěva 2-4) pomocí monitorů srdeční frekvence Polar (Polar Electro, Finsko)
• Výška bude měřena s přesností na 0,1 cm pomocí nástěnného stadiometru a tělesná hmotnost bude měřena s přesností na 0,1 kg pomocí digitální váhy s účastníkem v lehkém oblečení a bez obuvi.
• Hodnota tělesné hmotnosti bude použita ke stanovení dávek 2 a 4 mg na kilogram tělesné hmotnosti pro kofeinové léčby (plus dávka placeba), které budou požity v náhodném pořadí (odvozené výzkumným asistentem a zaslepené všem vyšetřovatelům) během návštěv 2, 3 a 4, během následujících tří týdnů.
• Složení těla bude hodnoceno pomocí stupnice bioimpedence (BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor)

Cvičební testy

Popisné charakteristiky

Maximální aerobní kapacita bude hodnocena testem VO2 max na cykloergometru. Tento test je součástí popisných dat a bude použit pro stanovení odporu nastaveného v testu časovky (65% špičkový výkon). Účastníci podstoupí stupňovaný zátěžový test na ergometru Monark (Groningen, Nizozemí) až do volní únavy. Pro stanovení maximální spotřeby kyslíku (VO2Max) budou vzorky vzduchu analyzovány na koncentrace kyslíku a oxidu uhličitého prostřednictvím nepřímého spirometrického systému s otevřeným okruhem (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Subjektům bude nastaven monitor srdečního tepu Polar.

Čtyři hlavní ukazatele výsledku (síla, síla, anaerobní a aerobní kapacita)

• Svalová síla bude hodnocena pomocí testu vertikálního skoku (VJT), jak je popsáno výše (5). Účastníci absolvují dva pokusy na každý ze dvou vertikálních skokových testů na silové desce (AMTI, Watertown, MA, USA).

  1. výskok z dřepu (SJ): z dřepu (úhel kolena: přibližně 90°), ve kterém se neprovádí žádný předběžný protipohyb;
  2. skok protipohybu (CMJ): ze vzpřímeného stoje s předběžným protipohybem; Mezi skoky bude 30 sekundová přestávka a bude zaznamenáno nejlepší skóre ze dvou.
• Síla (horní část těla) bude hodnocena pomocí ručního dynamometru (Lafayette Instrument Company model 78010). Bude zaznamenáno nejvyšší skóre po 3 pokusech (v kg).

• Anaerobní kapacita bude hodnocena pomocí Wingate Anaerobního testu na cyklovém ergometru (Ergomedic 849E, Monark, Švédsko). Účastníci budou na kole proti pevnému odporu 0,085 kg / kg tělesné hmotnosti. Během testu budou zaznamenána tři hlavní měření:

  • Špičkový výkon (PP): míra maximálního anaerobního výkonu nebo maximálního výkonu dosaženého po dobu 5 sekund během prvních 10 sekund testu. PP se zaznamená ve wattech (W) a W/kg.
  • Střední výkon (MP): míra anaerobní kapacity nebo středního výkonu dosaženého během 30sekundového testu. MP se zaznamená ve W a W/kg.
  • Index únavy (FI): míra rychlosti poklesu výkonu nebo rozdílu mezi nejvyšším 5sekundovým výstupním výkonem a nejnižším 5sekundovým výstupním výkonem děleno uplynulým časem. FI bude zaznamenáno v procentech.
• Vytrvalostní/aerobní kapacita a výstupní výkon budou posouzeny pomocí Cycling Time Trial (TT). Účastníci budou instruováni, aby dokončili 10 km TT, provedenou na cykloergometru (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Švédsko), co nejrychleji bez časové, verbální, fyziologické zpětné vazby. Čas potřebný k dokončení testu a průměr výkon bude zaznamenán po dokončení každého testu.

Doplňkové testy během zátěžového testování

• Testování laktátu v krvi. Bezprostředně po Wingate testu se účastníkům propíchne prst lancetou na jedno použití, aby se propíchla kůže a získal se vzorek kapilární krve pro analýzu pomocí analyzátoru Lactate Pro (LT-1710, Arkray Inc, Kyoto, Japonsko)
• Hodnocení vnímané námahy (RPE) - Borgova škála pro RPE bude použita k posouzení toho, jak subjekty vnímají únavu.

Genotypizace

Vzorky slin budou odebrány během návštěvy 1 zátěžového testování pomocí soupravy Oragene-500 pro izolaci DNA za použití standardních postupů, jak bylo popsáno dříve. Provedeme celogenomovou asociační studii, což je přístup, který zahrnuje skenování markerů napříč genomy účastníci naší studie společně, nikoli jednotlivci, našli genetické variace spojené s určitou vlastností, jako je VO2 max, účinnost odstraňování laktátu, typ svalových vláken a změny ve výkonu po kofeinu. Budeme také zkoumat známé genetické variace, které jsou spojeny s metabolismem a reakcí na kofein, abychom určili, zda tyto geny také ovlivňují reakci na cvičení poté, co subjekty požily kofein.

Posouzení příjmu stravy

Subjekty vyplní 196-položkový semikvantitativní dotazník o frekvenci jídla, aby určili obvyklý příjem kofeinu a také další dietní faktory. Informace o dietním příjmu budou použity k identifikaci potenciálních modifikátorů účinku, jako je obvyklá spotřeba kofeinu.

Hodnocení zdraví, životního stylu a fyzické aktivity

Dotazník o obecném zdraví, životním stylu a fyzické aktivitě (GHLPA) bude obsahovat podrobné otázky o kofeinu (např. stravovací návyky, abstinenční účinky atd.), dříve používané v naší laboratoři, v kombinaci s ověřeným dotazníkem o obvyklé fyzické aktivitě/sportovní historii, který se dříve používal k hodnocení sportu/fyzické aktivity u sportovců.

Statistická analýza

Analýzy budou provedeny pomocí statistického softwaru SAS (verze 9.2, NC, USA, 2009). Stručně uvedeme popisná data (výška, váha, věk, krevní tlak, příjem a návyky kofeinu, tělesný tuk %, VO2max, roky ve sportu, tréninkové hodiny za týden, údaje o dietním hodnocení a další opatření týkající se životního stylu) srovnání mezi skupinami genotypů pomocí nezávislé t-testy. Potenciální rozdíly ve VO2max, 10 km časovce, anaerobní kapacitě, laktátovém prahu, síle a síle a míře vnímané námahy budou hodnoceny pomocí analýzy rozptylu opakovaných měření (RMANOVA) s léčbou jako faktorem uvnitř účastníků a genotypem jako mezi účastníky faktor. U všech postupů RMANOVA budou posthoc testy provedeny pomocí nezávislých a závislých t-testů s Bonferroniho korekcí tak, že jako práh významnosti bude požadováno P< 0,05.

Experimentální procedura

Prvotní screening - telefonát nebo osobní návštěva

Potenciální účastníci si ověří svou sportovní účast a schopnost zavázat se ke čtyřem 2hodinovým návštěvám laboratoře s odstupem 7 dní. Účastníci budou upozorněni na důležitost dodržování pravidelné stravy. Bude zdůrazněna a znovu zdůrazněna důležitost požadované abstinence kofeinu, včetně jakýchkoli doplňků obsahujících kofein po dobu 7 dnů před první návštěvou a trvání studie (4 týdny).

Návštěva 1 (~90 minut)

První návštěva laboratoře bude zahrnovat seznámení a získání písemného informovaného souhlasu od všech účastníků po vysvětlení cílů, přínosů a rizik spojených se studií. Účastníci budou informováni, že mohou ze studie kdykoli odstoupit.

Každý subjekt vyplní dotazník „připravenosti na cvičení“ (PAR-Q; Dotazník o připravenosti k fyzické aktivitě), nashromáždí popisná a antropometrická data, včetně data narození, výšky, tělesné hmotnosti a krevního tlaku, a poskytne také vzorek slin. Izolace DNA a genotypizace. Během této první návštěvy bude také měřena maximální spotřeba kyslíku (VO2 max; popsáno níže) pro popisná základní data a pro odvození úrovní pracovní zátěže pro experimentální časové zkoušky při následných testovacích návštěvách.

Návštěva 2, 3 a 4 (~120 minut)

Všechny tři návštěvy budou identické s výjimkou 20minutové čekací doby (pak začíná 10minutové zahřívání před testováním) na dosažení maximální koncentrace kofeinu v séru, kdy účastník vyplní jiný dotazník nebo bude tiše sedět jejich vlastní činnost.

Po příjezdu budou účastníci náhodně rozděleni (aby se zachovalo zaslepení), aby požili buď doplněk v dávce 2 nebo 4 mg kofeinu na kg tělesné hmotnosti, nebo placebo s dextrózou (PLAC). Každý účastník během každé návštěvy spolkne stejný počet tobolek stejné barvy a velikosti, ať už je to 0, 2 nebo 4 mg/kg, aby se zachovalo dvojité zaslepení léčby. Každý subjekt vyplní dotazník nebo bude tiše sedět (např. čtení, používání elektronických zařízení atd.) při čekání na první zátěžový test.

Protokol zátěžového testu bude stejný pro návštěvy 2, 3 a 4. Po 20 minutách se účastníci 10 minut zahřejí a poté provedou 4 cvičební testy (začínající 30 minut po požití kofeinu), aby určili různé míry výkonu:

i. Svalová síla - Vertical Jump Test

ii. Síla - Dynamometr rukojeti

iii. Anaerobní kapacita - Wingate

iv. Vytrvalost/aerobní kapacita (aerobní síla) – 10 km cyklistická časovka

Účastníci mohou během zátěžových testů pít vodu ad libitum.