Vliv příjmu kofeinu na ranní kognitivní a svalové síly u mužů

Účastníci Čtrnáct dospělých mužů biologického pohlaví a genderu, kteří byli klasifikováni jako "rekreačně aktivní". Všichni účastníci byli rekrutováni z populace studentů katedry sportovní vědy univerzity. Inkluzní kritéria zahrnovala zdravé dospělé osoby (18-30 let), bez zranění, s předchozí zkušeností s posilovacím/ silovým tréninkem (≥ 2 roky). Projekt také otevřel účast ženám, ale žádná se nepřihlásila. Účastníci obvykle chodili spát mezi 22:00-23:30 h a vstávali v 06:00-07:30 h a pro účely studie souhlasili s ulehnutím ve 22:30 h a vstáváním v 06:30 h. Žádný z účastníků během studie nepodstupoval žádnou farmakologickou léčbu (včetně nesteroidních protizánětlivých léků, NSAID). Běžná konzumace kofeinu byla hodnocena pomocí dotazníku spotřeby kofeinu (CCQ) a osoby s >150 mg denně byly vyloučeny. Dále všichni účastníci nevyjádřili žádnou preferenci času tréninku během dne na základě dvoutýdenního tréninkového deníku, který si sami vedli týdně. Rekrutace účastníků s tímto specifickým typem pohybové historie znamenala, že známé neuromuskulární facilitační odpovědi, které jsou typicky spojeny s akutním zvýšením svalové síly u netrénovaných jedinců v důsledku nervových adaptací a odpovědí, byly sníženy. Vylučovací kritéria zahrnovala depresivní náladu (podle Beckova inventáře deprese), špatnou kvalitu spánku (celkové skóre Pittsburghského indexu kvality spánku >5), nedávnou směnnou práci nebo cestování přes více časových pásem a 'extrémní' chronotyp (hodnoceno pomocí Composite Morningness Questionnaire) a rizikové faktory a/nebo příznaky kardiovaskulárního onemocnění. Prostřednictvím rozhovorů bylo zjištěno, že dobrovolníci měli minimální znalosti o vlivu denní doby nebo doby od spánku na lidský výkon. Všem byla poskytnuta ústní informace o experimentálním postupu; to zahrnovalo cíle studie; možná rizika spojená s účastí a experimentální postupy, které budou použity. Všechny otázky byly zodpovězeny. Jednotlivci poté poskytli písemný informovaný souhlas před účastí ve studii. Experimentální postupy byly schváleny Etickou komisí pro lidský výzkum na Liverpool John Moores University (ETICKÝ KÓD: 08/SPS/030). Studie byla provedena v souladu s etickými standardy časopisu a v souladu se zásadami Helsinské deklarace.

Výzkumný design Všichni účastníci museli navštívit fyziologickou laboratoř (Liverpool, UK) sedmkrát (suchá teplota 19-21°C, vlhkost 29-41%, barometrický tlak 962-1010 mmHg a okolní osvětlení 750 lux). Účastníci absolvovali (i) jedno maximální opakování (1RM) pro bench press a dřep s činkou na zádech, ii) dvě seznámení se s kognitivními a silovými výkonnostními testy týden před experimentálním protokolem. Během seznámení účastníci vyplnili 7denní potravinový deník, který byl analyzován pomocí softwaru Nutritics® registrovaným sportovním a cvičebním nutričním specialistou SENr. Zbývající sezení se skládala z iii) tří experimentálních sezení, všechna byla od sebe vzdálena nejméně 72 hodin jako standardizované období zotavení. Experimentální část sestávala ze tří experimentálních pokusů a) Kontrola (NoPill), b) Kofein (300 mg, CAFF) a c) placebo (maltodextrin, PLAC)] mezi 07:30 a 08:30 h (Obrázek 1). Účastníci šli spát předchozí noc kolem 22:30 h, vzbudili se v 06:30 h a dorazili do laboratoře v 07:00 h ve stavu nalačno. Pro podmínky CAFF a PLAC byly pilulky poskytnuty v plastové lahvičce s pokyny ke konzumaci s vodou v 06:30 h před příchodem do laboratoře, s potvrzením po příchodu. Pro kontrolu NoPill nebylo nic poskytnuto. Účastníci byli instruováni, aby se vyhnuli tréninku nebo intenzivní fyzické aktivitě 48 hodin před kteroukoli z návštěv, jinak účastníci zachovali své normální denní rutiny. Celkem tři kofeinové kapsle obsahovaly 300 mg bezvodého kofeinu a zbývající prostor byl vyplněn maltodextrinem (Applied Nutrition LTD, Knowsley, UK) a placebo kapsle byly vyrobeny na katedře a obsahovaly maltodextrin (~2,4 g, Sport supplements Ltd t/a BulkTM Colchester, UK). Výzkumníci a účastníci byli zaslepeni k plánu doplňků a jak kofein, tak placebo byly lehce poprášeny maltodextrinem, aby vytvořily podobnou chuť, obě měly podobnou hmotnost (0,8 g/kapsle) a byly velikosti 00. Pořadí pro léčbu bylo odhaleno na konci projektu výzkumníkem zodpovědným za anonymizaci a randomizaci.

Všechny pokusy byly provedeny pouze s jedním účastníkem najednou, ale s odstupňovaným začátkem, takže jeden účastník přišel v 06:45, další v 07:00 h a poslední pro ranní sezení v 07:15 h. Toto plánování pro účastníky bylo dodržováno konzistentně pro všechna sezení. Všichni účastníci bydleli ne více než 10 minut od univerzitních laboratoří. Účastníci byli rovnoměrně rozděleni na základě jejich 1RM pro bench press a dřep s činkou na zádech do tří skupin (A, B a C), seřazením časů účastníků z druhého seznámení v pořadí od nejsilnějšího po nejslabšího a přiřazením písmen A, B a C v tomto pořadí. Výskyt učebního efektu byl minimalizován přiřazením experimentálních podmínek v protiváhovém pořadí. Tato studie byla provedena mezi měsíci listopadem a únorem (britský podzim až zima), s ranním vystavením slunečnímu světlu omezeným na <80 Lux před příchodem do laboratoře. Rozsah východu slunce po dobu trvání studie byl 07:12 až 07:03 h.

Protokol a měření: seznámovací sezení Účastníci absolvovali dvě seznámovací sezení všech silových, kognitivních a dotazníkových měření, než byli považováni za připravené k účasti ve studii. Hodnoty variačního koeficientu menší nebo rovné 10 % pro proměnné mezi prvním a druhým měřením byly použity jako kritérium pro seznámení v souladu s doporučeními Atkinsona a Nevilla [26]. Seznámovací sezení probíhala v 12:00 h během tří týdnů a skončila týden před začátkem studie, aby se minimalizovaly učební efekty. Účastníci dorazili 0,5 hodiny před začátkem testu a odpočívali v sedě, aby se minimalizoval vliv předchozí svalové aktivity. Účastníci absolvovali seznámení v následujícím pořadí: i) kognitivní baterie testů, ii) izometrická maximální volní kontrakce (MVC) s a bez perkutánní elektrické stimulace, iii) dřep s činkou na zádech a bench press.

i) Kognitivní baterie testů Trail Making Test (TMT; části A a B): Obě části TMT se skládají z 25 kruhů rozmístěných na listu papíru A4. V části A jsou kruhy očíslovány 1-25 a účastník je instruován, aby spojil čísla vzestupně. V části B kruhy obsahují jak čísla (1-13), tak písmena (A-L) a účastník je instruován, aby spojil kruhy ve vzestupném vzoru, ale s dodatečným úkolem střídat čísla a písmena (tj. 1-A-2-B-3-C atd.). V obou částech je účastník instruován, aby spojoval kruhy co nejrychleji, aniž by zvedl tužku z papíru. Pokud je udělána chyba, je to okamžitě upozorněno a účastník může opravit. Během testu se měří čas do dokončení, přičemž vyšší čas naznačuje větší zhoršení.

Reyův sluchový verbální učební test: RAVLT je neuropsychologické hodnocení navržené k vyhodnocení verbální paměti u pacientů ve věku 16 let a starších. RAVLT může být použit k vyhodnocení povahy a závažnosti poruchy paměti a ke sledování změn paměťové funkce v čase [28]. Test je navržen jako paradigma učení seznamu, ve kterém dobrovolník slyší seznam 15 podstatných jmen a je požádán, aby si vzpomněl na co nejvíce slov ze seznamu. Zaznamenává se počet správných a počet slov, která účastník uvedl, ale nebyla na seznamu (intruze). Tento proces se opakuje ještě 4krát. Proces se opakuje, ale s druhým "interferenčním" seznamem (Seznam B), který je prezentován stejným způsobem, a účastník je požádán, aby si vzpomněl na co nejvíce slov z Listu B a zaznamená se skóre. Po interferenčním pokusu je účastník okamžitě požádán, aby si vzpomněl na slova z Listu A, která slyšel pětkrát předtím, a zaznamená se počet správných slov a intruzí. Celkový počet RAVTL, počet rozptýlení a retence jsou zaznamenány a analyzovány.

Stroopův test interference slovo-barva. Účastníci byli požádáni, aby po dobu 45 s co nejrychleji přečetli své odpovědi na slova nebo barvy a nenechali žádné chyby neopravené. To bylo natočeno a počet chyb a celkové množství dokončeného bylo zaznamenáno a analyzováno. První list měl text (červená, modrá, žlutá, černá a zelená) černým inkoustem (test pojmenování slov, W). Druhý list měl bloky barev odpovídající textu na prvním listu (test pojmenování barev, C). U třetího listu museli účastníci přečíst slovo (které bylo obarveno jinak než slovo, např. slovo bylo žluté a barva červená, označované jako test pojmenování barvy slova, CW) a u čtvrtého listu museli účastníci přečíst barvu (která byla nesprávně pojmenována, např. barva byla žlutá, ale slovo bylo červené, označované jako test pojmenování slova, ne barvy, WC). Na tomto čtvrtém listu byla slova vytištěna v opačném pořadí než na třetím listu. Surová data byla analyzována pro počet chyb (pro indikaci tempa/přesnosti rychlosti za 45 s) a interference skóre (ukazatel účinnosti inhibiční funkce), kde C představuje správné odpovědi vyprodukované za 45 s v pojmenování barev a CW odpovídá správným odpovědím dosaženým za 45 s v interferenční podmínce. To bylo také provedeno pro test pojmenování slova, ne barvy.

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) Izometrická maximální volní kontrakce Účastníci prováděli izometrické MVC čtyřhlavého svalu stehna (trvání 3 s), jak s, tak bez twitch interpolace perkutánní stimulace (Digimeter, DS7, Hertfordshire, UK). Během počátečního sezení si účastníci procvičovali provádění MVC bez twitch interpolace, aby si zvykli na praxi dosažení a udržení volní síly po požadovanou dobu. Toto sezení bylo také použito k získání maximální tolerance proudu a stanovení supramaximální amplitudy proudu pro superpozici během MVC. Při klidu subjektu byla ampéráž čtvercového pulzu 240 V (100 μs, 1 Hz) postupně zvyšována, dokud další zvýšení intenzity nezpůsobilo další zvýšení klidové twitch síly.

Twitch interpolace Kvadricepsy byly elektricky stimulovány pomocí dvou navlhčených povrchových elektrod (Chattanooga, USA, 5 x 12 cm), které byly umístěny proximálně nad vastus lateralis a distálně nad vastus medialis. Kůže byla připravena před umístěním každé elektrody oholením a lehkým abrazí kůže, následovaným čištěním isopropylalkoholovým tamponem. K označení a identifikaci polohy každé elektrody byl použit permanentní fix, aby se minimalizovala variabilita umístění elektrod mezi sezeními. Dva impulsy byly dodány před a po kontrakcích; další dva impulsy byly podány během období kontrakce a testovaly špičkovou hodnotu MVC. Špičkové síly pre- a post-kontrakčních twitchů byly poté zprůměrovány, což umožnilo porovnání amplitud klidových twitchů v nepotencovaném a potencovaném stavu. Amplituda supramaximálního superponovaného proudu byla identifikována pro každého subjektu v seznámovacích sezeních a odpovídala 10 % nad úrovní potřebnou k vyvolání klidového svalového twitchu maximální amplitudy.

Data byla získávána po dobu devíti sekund a analyzována komerčně navrženým softwarovým programem (AcqKnowledge III, Biopac Systems, Massachusetts). Výpočet volní aktivace byl proveden podle interpolovaného twitch poměru, kde velikost interpolovaného twitch je vyjádřena jako poměr amplitudy vyvolané stejným stimulem dodaným uvolněnému potencovanému svalu. Průměrná síla během 100 ms období před aplikací každého stimulu během kontrakce byla zaznamenána a následně maximální síla zaznamenaná během 100 ms období po aplikaci každého stimulu. 100 ms průměrná pre-stimulová síla (považovaná za MVC sílu) a výsledná maximální post-stimulová síla byly použity k výpočtu velikosti interpolovaného twitch odečtením průměrné pre-stimulové síly od maximální post-stimulové síly.

Volní aktivace = = [1 - (Velikost interpolovaného twitch / Velikost klidového twitch)] x 100

Během seznámovacích sezení účastníci střídali provádění MVC s a bez twitch interpolace, takže přibližně tři pokusy každého byly provedeny v každém sezení. Standardizované silné verbální povzbuzení během každého seznámovacího sezení/pokusu a vizuální zpětná vazba o jejich výkonu v reálném čase byla poskytnuta účastníkům prostřednictvím počítačového displeje na velké obrazovce umístěné před nimi.

iii) Dřep s činkou na zádech a bench press Účastníci byli seznámeni s dřepem s činkou na zádech a bench press třikrát před zahájením testovacího cyklu. Každý účastník byl požádán, aby provedl dřep s činkou na zádech s přírůstkovými zátěžemi (40, 60, 80% 1RM) pro jedno opakování u každé zátěže a mezi každým úsilím bylo povoleno 5 minut odpočinku. Stejně tak pro bench press každý účastník provedl jedno opakování proti každé přírůstkové zátěži (40, 60 a 80 % 1RM) a opět bylo mezi každým pracovním úsilím dáno 5 minut odpočinku. To bylo provedeno tak, aby bylo známo, že vyšší zátěže potřebné pro experimentální pokusy jsou pohodlně v rámci fyzických schopností každého z účastníků, a proto byla minimální pravděpodobnost, že neprovedou požadovaná úsilí pro sběr dat. Každý z účastníků provedl dva cviky ve stejném pořadí: bench press a poté dřep s činkou na zádech, přičemž provedl tři zdvihy u každého cviku proti postupně se zvyšujícím zátěžím (40, 60 a 80 % 1RM). Vlastní tělesná hmotnost jednotlivce byla zohledněna u cviku dřep s činkou na zádech, protože se jedná o celotělový pohyb, ale ne u bench pressu. Lineární enkodér síly a rychlosti MuscleLab (Muscle Lab, Ergotest verze 4010, Norsko) byl připevněn k olympijské tyči Eleiko (20 kg), která byla umístěna na stojanech na standardním stojanu na dřepy, bezpečnostní ramena byla nastavena tak, aby účastník dosáhl ≥90° flexe v koleni (nastavení měřeno a zaznamenáno během procesu seznámení). Z této pozice byl účastník instruován, aby tlačil tyč vzhůru co nejsilněji; hodnota zaznamenaná během testu byla pouze pro koncentrickou fázi akce. Systém MuscleLab kóduje sílu, posun tyče a rychlost vyprodukovanou pro každý jednotlivý zdvih, takže následující měření svalového výkonu mohou být změřeny: průměrná rychlost (AV), průměrný výkon (AP, průměrná síla x průměrná rychlost), špičková rychlost (PV, nejvyšší hodnota rychlosti), čas do špičkové rychlosti (tPV, čas k dosažení nejvyšší hodnoty rychlosti), střední propulzivní rychlost (MPV, průměrná rychlost během propulzivní fáze koncentrického pohybu), rychlost rozvoje rychlosti (RDV, průměrné zrychlení během propulzivní fáze koncentrického pohybu) a posun (D, lineární posun tyče během pohybu). Tento proces se opakoval třikrát, s 5minutovým odpočinkem mezi každým jednotlivým zdvihem a proti progresivním pracovním zátěžím, jak je popsáno výše. Pro bench press byl účastník instruován, aby spustil tyč na hrudník a opět byl dán pokyn tlačit proti tyči co nejsilněji. To se opakovalo třikrát proti pracovním zátěžím popsaným výše, s 5minutovým odpočinkem mezi každým tlakem.

Nejvyšší ze tří AP výstupů (a přidružené hodnoty AV, PV, MPV, RDV, D a tPV) byly použity pro analýzu pro každou hmotnost na tyči pro bench press a dřep s činkou na zádech. Aby se snížila pravděpodobnost zranění, byli dva lidé umístěni po obou stranách účastníků, když prováděli své zdvihy, aby v případě potřeby zasáhli. Kromě toho byla na každém místě zajištěna bezpečnostní podpora.

Experimentální protokol a měření

Experimentální sezení proběhla týden po posledním seznámení s 72hodinovým zotavením mezi třemi experimentálními podmínkami (tj. CAFF, PLAC, NoPill). Po příchodu do laboratoře byli požádáni, aby zavedli měkkou flexibilní rektální sondu (mini-termistor, Grant Instruments, Shepreth, UK) přibližně 10 cm za vnější anální svěrač. Účastníci poté odpočívali 30 minut v sedě, aby se posoudila klidová rektální teplota (Trec). Teplota kůže (Tsk) byla hodnocena současně pomocí kožních termistorů (Grant Instruments, Squirrel 2010 series, Shepreth, UK), které byly umístěny na čtyřech místech na levé straně těla (hrudník [ch], předloktí [f], stehno [th] a lýtko [ca]). Průměr posledních 5 minut z 30minutového odpočinkového období byl zaznamenán pro klidové teploty Trec a Tsk. Průměrná Tsk byla vypočtena následovně:

Tsk = (0,34 x Tch) + (0,33 x Tth) + (0,18 x Tca) + (0,15 x Tf)

Průměrná tělesná teplota (Tmb) byla vypočtena pomocí:

Tmb = (0,64 x Tr) + (0,36 x Tsk).

Účastníci vyplnili dotazník profilu nálad (POMS; Verze 32), jejich subjektivní hodnocení spánku (pomocí otázek o spánku z Liverpoolského dotazníku na pásmovou nemoc), úsilí (0-10, 0 = žádné úsilí a 10 = maximální úsilí) a hodnocení vnímané námahy (RPE). Po počátečních měřeních v klidu se účastníci zahřáli na cykloergometru (Corival cpet, Lode, Groningen, Nizozemsko) po dobu 5 minut při 150 W. Po zahřátí účastníci v soukromí odstranili rektální sondy a kožní termistory byly sejmuty. Poté byly provedeny MVC a cviky bench press a dřep s činkou na zádech.

Statistická analýza Hlavní výzkumné proměnné v této studii byly špičková síla v MVC a PV v bench pressu a dřepu s činkou na zádech. Pro špičkovou sílu MVC bylo odhadnuto, že šestnáct účastníků poskytne 80% statistickou sílu (p < 0,05), denní variace velikost efektu (ES) 0,67 pro jednostranný t-test. Pro PV pro bench press bylo odhadnuto, že devět účastníků poskytne 80% statistickou sílu (p < 0,05), denní variace velikost efektu (ES) 0,92 pro jednostranný t-test. Pro PV pro dřep s činkou na zádech bylo odhadnuto, že devět účastníků poskytne 80% statistickou sílu (p < 0,05), denní variace velikost efektu (ES) 0,91 pro jednostranný t-test. Výzkumníci rekrutovali 18 účastníků, aby umožnili odpadnutí, přičemž n=4 nebylo schopno dokončit celý protokol. Odhad velikosti vzorku byl proveden pomocí softwaru G*Power 3.1. Data byla analyzována pomocí Statistického balíčku pro sociální vědy verze 30 (SPSS, Chicago, IL, USA). Všechna data byla zkontrolována na normalitu pomocí Shapiro-Wilkova testu. Pro analýzu všech shromážděných měření byly použity obecné lineární modely; významnost interakcí a hlavních efektů byla vyhodnocena pomocí ANOVA. Porušení sféricity byla korigována Greenhouse-Geisser (ε < 0,75) nebo Huynh-Feldt (ε > 0,75) a hlavní efekty pomocí Bonferroniho párových srovnání. Pearsonovy korelace byly provedeny k prozkoumání individualizovaných odpovědí na CAFF vs jiné podmínky (vzhledem k tělesné hmotnosti) a % změny ve výkonu MVC. Všechna data jsou prezentována jako průměry ± směrodatná odchylka (SD), pokud není uvedeno jinak. Významnost byla stanovena na p ≤ 0,05. P hodnoty mezi 0,05 a 0,10 byly považovány za indikující statistický trend. Velikosti efektů jsou označovány jako hodnoty parciální eta na druhou (η²p) s hodnotami 0,01, 0,06 a 0,14 odpovídajícími malému, střednímu a velkému efektu. Devadesát pět procent intervalů spolehlivosti (95% CI) a střední rozdíly mezi párovými srovnáními jsou uvedeny tam, kde je to vhodné.