Koffein, genetisk variation og atletisk præstation (GMC-AP)

Forskningsmetoder og design

Eksperimentelt design:

Dette randomiserede, dobbeltblindede, placebokontrollerede, modmålte studiedesign inden for forsøgspersoner vil omfatte 100 mandlige atleter fra en række sportsgrene. Kvinder vil ikke blive inkluderet i denne undersøgelse, fordi brug af hormonelle præventionsmidler, som er almindeligt blandt kvindelige atleter, og tidspunktet for menstruationscyklussen har en signifikant effekt på koffeinmetabolisme og træningstestresultater. At kontrollere disse faktorer ville kræve en meget større gruppe af deltagere og kræve betydelige ressourcer og tid. Men hvis resultaterne fra den foreslåede forskning viser lovende resultater hos mænd, ville vi så sigte efter at gentage disse resultater hos kvindelige atleter.

Deltagerne vil gennemføre 4 besøg (~90-120 min hver) i Human Physiology Research Laboratory i Goldring Center ved University of Toronto. Al test vil finde sted mandag til lørdag på forskellige tidspunkter. Deltagerne vil blive instrueret i at opretholde deres almindelige kost (for-testning af måltider vil blive gentaget for alle besøg) og sovevaner, undgå anstrengende aktivitet 48 timer før hvert besøg og afholde sig fra koffein en uge før det første besøg og i varigheden af dataindsamlingen (4 uger).

Beregning af prøvestørrelse

Parametre:

Effektstørrelse = 0,25: Selvom en stor effektstørrelse for den primære behandlingseffekt blev fundet i tidligere forskning (0,38), blev det besluttet, at for at være konservativ, ville dette forsøg være drevet til at påvise en lille-medium effektstørrelse, som stadig er af fysiologisk betydning. Derudover er vi interesserede i virkningerne mellem de to doser koffein, som antages at være mindre end den primære behandlingseffekt. Derfor var der behov for en lille-medium effektstørrelse for at sikre tilstrækkelig statistisk styrke til at konkludere mellem koffeineffekter til tidsforsøgsanalysen. Endelig vil andre vurderingsparametre, såsom det vertikale spring for kraft, sandsynligvis have en mindre effektstørrelse end tidsprøven som rapporteret af Tucker et al. (2013) i en undersøgelse af lodret springpræstation hos mandlige basketballspillere. Derfor ville en mindre effektstørrelse være påkrævet for at styrke undersøgelsen tilstrækkeligt for alle resultatmål (dvs. kraft, styrke anaerob, aerob osv.)

• Alfa (fejlsandsynlighed) = 0,025: Generelt er en alfa = 0,05 standardværdien for denne parameter. I vores undersøgelse vil deltagerne dog blive tilmeldt en række uafhængige forsøg, og derfor blev det besluttet at bruge en lavere alfa for at tage højde for fejl, der kan opstå fra flere sammenligninger såsom efter sport (kraft eller udholdenhed) plus genotype (risiko eller almindelig variant).
• Power (1-Beta-sandsynlighed) = 0,8: Den konventionelle værdi på 0,8 blev brugt til effekt.
• Antal grupper = 2: Antal stratifikationer, der kræves til genotypeundergruppeanalyse
• Antal målinger = 4: Laboratorieøvelsesprøverne
• Korrelation mellem gentagne mål = 0: Nul korrelation mellem målinger blev antaget.
• Prøvestørrelse = 74: Baseret på beregninger kræves 74 deltagere. Vi vil rekruttere 100 atleter for at tage højde for mulig tilbagetrækning på op til 25 %, uden at det potentielt går på kompromis med den statistiske signifikans af vores resultater. Derudover, hvis vi vælger at bruge flere sammenligninger (genotype + sport), ville vi drage fordel af en større prøve for at minimere faldet i effektstørrelse.

Rekruttering

Rekruttering vil blive udført på universiteterne i Toronto, Ryerson og York University, Canadian Sport Institute of Ontario og ved lokale løbe-/triatlonklubber ved hjælp af flyers, der er opslået på passende steder. En standardiseret e-mail med undersøgelses- og kontaktoplysninger vil også blive sendt til cheftrænere og/eller programdirektører for sportshold/-klubber (på alle steder anført ovenfor) med kvalificerede atleter, som derefter kan vælge at gøre deres atleter opmærksomme på undersøgelsen.

Parametre for vurdering

Fysiologiske data indsamlet af to uddannede kinesiologer, en træningsfysiolog på ph.d.-niveau, en studentermedhjælper og Nanci Guest, kandidatstuderende.

Antropometriske og kliniske karakteristika

• Hvilesystoliske (SBP) og diastoliske (DBP) blodtryksmålinger samt puls vil blive taget to gange med et minuts mellemrum. Middelværdien af ​​de to på hinanden følgende aflæsninger vil blive taget.
• Pulsen vil blive målt før alle tests for at sikre deltagernes ro og lignende fysiologiske tilstand for alle tests og testdage.
• Pulsen vil blive overvåget under forsøgets varighed (besøg 2-4) af Polar pulsmålere (Polar Electro, Finland)
• Højden vil blive målt til nærmeste 0,1 cm ved hjælp af et vægmonteret stadiometer og kropsvægt vil blive målt til nærmeste 0,1 kg ved hjælp af en digital vægt med deltager iført let tøj og uden sko.
• Kropsvægtværdien vil blive brugt til at bestemme 2 og 4 mg pr. kilogram kropsmassedoser til koffeinbehandlinger (plus en placebo-dosis), som vil blive indtaget i tilfældig rækkefølge (udledt af forskningsassistent og blindet for alle efterforskere) under besøg 2, 3 og 4, i løbet af de følgende tre uger.
• Kropssammensætning vil blive vurderet ved hjælp af en bioimpedensskala (BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor)

Træningstests

Beskrivende egenskaber

Maksimal aerob kapacitet vil blive vurderet ved en VO2 max test på et cykelergometer. Denne test er en del af beskrivende data og vil blive brugt til at bestemme modstanden indstillet i tidstesten (65 % spidseffekt). Deltagerne vil gennemgå en gradueret træningstest på et Monark cykelergometer (Groningen, Holland) indtil frivillig træthed. For at bestemme maksimalt iltforbrug (VO2Max), vil luftprøver blive analyseret for ilt- og kuldioxidkoncentrationer via et indirekte åbent kredsløbsspirometrisystem (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Emner vil blive sat op med en Polar pulsmåler.

Fire hovedresultatmål (kraft, styrke, anaerob og aerob kapacitet)

• Muskelkraft vil blive vurderet ved hjælp af Vertical Jump Test (VJT) som beskrevet tidligere (5). Deltagerne vil gennemføre to forsøg på hver af to lodrette springtest på en kraftplade (AMTI, Watertown, MA, USA).

  1. squat jump (SJ): fra en hugsiddende stilling (knævinkel: ca. 90°), hvor der ikke udføres nogen foreløbig modbevægelse;
  2. modbevægelsesspring (CMJ): fra en oprejst stående stilling med en foreløbig modbevægelse; Der vil være en 30 sekunders hvileperiode mellem springene, og den bedste score af to vil blive registreret.
• Styrke (overkrop) vil blive vurderet ved hjælp af et Handgrip Dynamometer (Lafayette Instrument Company model 78010). Den højeste score efter 3 forsøg vil blive registreret (i kg).

• Anaerob kapacitet vil blive vurderet ved hjælp af Wingate Anaerobic Test på et cykelergometer (Ergomedic 849E, Monark, Sverige). Deltagerne vil cykle mod en fast modstand på 0,085 kg/kg kropsmasse. Tre hovedmål vil blive registreret under testen:

  • Peak power (PP): et mål for maksimal anaerob effekt eller den maksimale effekt, der er nået i en 5-sekunders periode i løbet af de første 10 sekunder af testen. PP vil blive registreret i Watt (W) og W/kg.
  • Middeleffekt (MP): et mål for anaerob kapacitet eller den gennemsnitlige effekt opnået under 30 sekunders testen. MP vil blive optaget i W og W/kg.
  • Træthedsindeks (FI): et mål for hastigheden af ​​effektfald, eller forskellen mellem den højeste 5-sekunders udgangseffekt og den laveste 5-sekunders udgangseffekt, divideret med forløbet tid. FI vil blive registreret som en procentdel.
• Udholdenhed/aerob kapacitet og effekt vil blive vurderet ved en Cycling Time Trial (TT). Deltagerne vil blive instrueret i at gennemføre en 10 km TT, udført på et cykelergometer (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Sverige), så hurtigt som muligt uden tidsmæssig, verbal eller fysiologisk feedback. Tid, der kræves til at gennemføre testen og gennemsnit effekt vil blive registreret ved afslutning af hver test.

Yderligere test under træningstest

• Blodlaktattest. Umiddelbart efter Wingate-testen vil deltagerne få prikket deres finger med en engangslancet for at punktere huden og få en kapillærblodprøve til analyse med Lactate Pro-analysatoren (LT-1710, Arkray Inc, Kyoto, Japan)
• Rating of Perceived Exertion (RPE) - Borg-skalaen for RPE vil blive brugt til at vurdere forsøgspersoners opfattelse af træthed.

Genotyping

Spytprøver vil blive indsamlet under besøg 1 af træningstest ved hjælp af Oragene-500-kittet til DNA-isolering ved hjælp af standardprocedurer som beskrevet tidligere. Vi vil udføre en genom-dækkende associationsundersøgelse, som er en tilgang, der involverer scanning for markører på tværs af genomerne af vores undersøgelsesdeltagere sammen, ikke individer, for at finde genetiske variationer forbundet med en bestemt egenskab såsom VO2 max, laktat clearance effektivitet, muskelfibertype og ændringer i træningspræstation efter koffein. Vi vil også undersøge kendte genetiske variationer, der er forbundet med koffeinmetabolisme og reaktion, for at afgøre, om disse gener også påvirker reaktionen på træning efter forsøgspersoner har indtaget koffein.

Kostindtagsvurdering

Forsøgspersonerne vil udfylde et semi-kvantitativt spørgeskema med 196 punkter for at bestemme det sædvanlige koffeinindtag samt andre kostfaktorer. Kostindtagsoplysninger vil blive brugt til at identificere potentielle effektmodifikatorer såsom sædvanligt koffeinforbrug.

Sundheds-, livsstils- og fysisk aktivitetsvurdering

Det generelle spørgeskema om sundhed, livsstil og fysisk aktivitet (GHLPA) vil indeholde detaljerede spørgsmål om koffein (f.eks. indtagelsesvaner, abstinenseffekter osv.), tidligere brugt i vores laboratorium, kombineret med et valideret sædvanlig fysisk aktivitet/sportshistorie spørgeskema, der tidligere blev brugt til at vurdere sport/fysisk aktivitet hos atleter.

Statistisk analyse

Analyser vil blive udført ved hjælp af SAS (Version 9.2, NC, USA, 2009) statistisk software. Kort fortalt vil vi rapportere beskrivende data (højde, vægt, alder, blodtryk, koffeinindtag og -vaner, kropsfedtprocent, VO2max, år i sport, træningstimer pr. uge, kostvurderingsdata og andre livsstilsmål) sammenligninger mellem genotypegrupper ved hjælp af uafhængige t-tests. Potentielle forskelle i VO2max, 10 km tidskørsel, anaerob kapacitet, laktat-tærskel, kraft og styrke og hastigheden af ​​opfattet anstrengelse vil blive vurderet ved hjælp af gentagen variansanalyse (RMANOVA) med behandling som en inden for deltagerfaktor og genotype som en mellem-deltagere faktor. For alle RMANOVA-procedurer vil posthoc-tests blive udført ved hjælp af uafhængige og afhængige t-tests med en Bonferroni-korrektion, således at P<0,05 vil være påkrævet som tærskel for signifikans.

Eksperimentel procedure

Indledende screening - telefonopkald eller personligt besøg

Potentielle deltagere vil verificere deres sportsdeltagelse og evne til at forpligte sig til fire 2-timers besøg i laboratoriet med syv dages mellemrum. Deltagerne vil blive mindet om vigtigheden af ​​at opretholde deres almindelige kost. Vigtigheden af ​​den påkrævede koffeinafholdenhed, inklusive eventuelle koffeinholdige kosttilskud i 7 dage før det første besøg og undersøgelsens varighed (4 uger) vil blive understreget og gentaget.

Besøg 1 (~90 min.)

Det første besøg på laboratoriet vil involvere bekendtgørelse og indhentning af skriftligt informeret samtykke fra alle deltagere efter en forklaring om formål, fordele og risici forbundet med undersøgelsen. Deltagerne vil blive informeret om, at de til enhver tid frit kan trække sig fra undersøgelsen.

Hvert forsøgsperson vil udfylde et spørgeskema om "træningsparathed" (PAR-Q; Physical Activity Readiness Questionnaire) og har indsamlet beskrivende og antropometriske data, herunder fødselsdato, højde, kropsmasse og blodtryk, og de vil også give en spytprøve for DNA-isolering og genotypebestemmelse. Under dette første besøg vil maksimal iltoptagelse (VO2 max; beskrevet nedenfor) også blive målt for beskrivende baseline data og for at udlede arbejdsbelastningsniveauer for eksperimentelle tidsforsøg ved efterfølgende testbesøg.

Besøg 2, 3 og 4 (~120 min)

Alle tre besøg vil være identiske med undtagelse af den 20 minutters venteperiode (derefter begynder 10 min opvarmning før testning) for at serumkoncentrationen af ​​koffeinniveauer når topniveauer, hvor deltageren vil udfylde et andet spørgeskema eller sidde stille med deres egen aktivitet.

Ved ankomsten vil deltagerne være blevet tilfældigt tildelt (for at opretholde blinding) til at indtage enten tilskuddet med 2 eller 4 mg koffein pr. kg kropsvægt eller dextrose placebo (PLAC). Hver deltager vil indtage det samme antal kapsler med identisk farve og størrelse under hvert besøg, uanset om det er 0, 2 eller 4 mg/kg, for at opretholde dobbeltblindning af behandlingen. Hvert emne udfylder et spørgeskema eller sidder stille (f.eks. læsning, brug af e-enheder osv.), mens du venter på den første træningstest.

Træningstestprotokollen vil være identisk for besøg 2, 3 og 4. Efter 20 minutter vil deltagerne varme op i 10 minutter og derefter udføre 4 træningstests (begyndende 30 minutter efter koffeinindtagelse) for at bestemme forskellige præstationsmål:

jeg. Muskelkraft - Vertical Jump Test

ii. Styrke - Håndgreb Dynamometer

iii. Anaerob kapacitet - Wingate

iv. Udholdenhed/aerob kapacitet (aerob kraft) - 10 km cykeltidskørsel

Deltagerne kan drikke vand ad libitum under træningsprøverne.