Effekter af koffeinindtagelse på morgenkognitive og muskelstyrkemålinger hos mænd

Deltagere Fjorten mandlige voksne af biologisk køn og køn, der blev klassificeret som "rekreativt aktive". Alle deltagere blev rekrutteret fra universitetets idrætsvidenskabelige afdelings studerende. Inklusionskriterier var raske voksne (18-30 år), skadefri, med tidligere vægt/styrketræningserfaring (≥ 2 år). Projektet åbnede også for deltagelse af kvinder, men ingen kvinder meldte sig. Deltagerne gik sædvanligvis i seng mellem kl. 22:00-23:30 og stod op kl. 06:00-07:30 og gik for studiet formål med til at gå i seng kl. 22:30 og stå op kl. 06:30. Ingen af deltagerne modtog nogen farmakologisk behandling (inklusive ikke-steroide antiinflammatoriske lægemidler, NSAID'er) gennem hele studieperioden. Sædvanligt koffeinforbrug blev vurderet ved hjælp af koffeinforbrugsspørgeskemaet (CCQ), og dem med >150 mg pr. dag blev udelukket. Desuden udtrykte alle deltagere ingen præference for træning i forhold til tidspunkt på dagen via et ugentligt selvrapporteret 2-ugers træningsdagbog. At rekruttere deltagere med denne specifikke type træningshistorie betød, at de kendte neuromuskulære facilitative responser, som typisk er forbundet med akut stigning i muskelstyrke blandt utrænede individer på grund af neurale tilpasninger og responser, var reduceret. Eksklusionskriterier inkluderede depressivt humør (fra Beck's depressionsinventar), dårlig søvnkvalitet (en Pittsburgh søvnkvalitetsindeks global score >5, nyligt skiftehold eller rejse på tværs af flere tidszoner og 'ekstrem' kronotype (vurderet via Composite Morningness Questionnaire) og risikofaktorer og/eller symptomer på hjerte-kar-sygdom. Gennem interviews blev det fastslået, at frivillige havde minimal viden om effekterne af tidspunkt på dagen eller tid siden søvn på menneskelig præstation. Verbal forklaring af den eksperimentelle procedure blev givet til alle; dette inkluderede studiet mål; de mulige risici forbundet med deltagelse og de eksperimentelle procedurer, der skulle bruges. Eventuelle spørgsmål blev besvaret. Individer gav derefter skriftlig, informeret samtykke inden deltagelse i studiet. De eksperimentelle procedurer blev godkendt af Human Ethics Committee ved Liverpool John Moores University (ETIKKODE: 08/SPS/030). Studiet blev udført i overensstemmelse med tidsskriftets etiske standarder og overholdt principperne i Helsinki-erklæringen.

Forskningsdesign Alle deltagere skulle besøge det fysiologiske laboratorium (Liverpool, UK) på syv lejligheder (tør temperatur på 19-21°C, 29-41% luftfugtighed, barometertryk på 962-1010 mmHg og omgivelseslys på 750 lux). Deltagerne gennemførte (i) en maksimal gentagelse (1RM) for bænkpres og bækkensquat, ii) to indlæringssessioner af kognitive og styrkepræstationstest en uge før den eksperimentelle protokol. Under indlæringer gennemførte deltagerne en 7-dages fødevaredagbog, der blev analyseret ved hjælp af Nutritics® analyse software af en SENr-registreret idræts- og motionsernæringsekspert. De resterende sessioner bestod af iii) tre eksperimentelle sessioner, alle mindst 72-timer fra hinanden som en standardiseret genopretningsperiode. Den eksperimentelle del omfattede tre eksperimentelle forsøg a) Kontrol (NoPill), b) Koffein (300 mg, CAFF) og c) placebo (maltodextrin, PLAC)] mellem kl. 07:30 og 08:30 (Figur 1). Deltagerne gik i seng den foregående aften omkring kl. 22:30, vågnede kl. 06:30 og ankom til laboratoriet kl. 07:00 i fastende tilstand. For CAFF- og PLAC-betingelserne blev piller leveret i en plastikflaske med instruktioner om at indtage med vand kl. 06:30 før ankomst til laboratoriet, med bekræftelse ved ankomst. For NoPill-kontrollen blev intet leveret. Deltagerne fik instruktion om at undgå træning eller intens fysisk aktivitet 48 timer før nogen af besøgene, ellers opretholdt deltagerne deres normale daglige rutiner. I alt indeholdt de tre koffeinkapsler 300 mg koffein anhydrous og det resterende rum var optaget af maltodextrin (Applied Nutrition LTD, Knowsley, UK) og placebokapsler blev lavet på afdelingen og indeholdt maltodextrin (~2.4 g, Sport supplements Ltd t/a BulkTM Colchester, UK). Forskere og deltagere var blindede for supplementplanen og både koffein og placebo blev let pudret med maltodextrin for at skabe en lignende smag, begge havde lignende vægt (0.8 g/kapsel) og var størrelse 00. Rækkefølgen for behandling blev afsløret ved projektets afslutning af en forsker ansvarlig for anonymisering og randomisering.

Alle forsøg blev udført med kun én deltager ad gangen, men med en forskudt start, så én deltager kom ind kl. 06:45, den næste kl. 07:00 og den sidste til den morgens session kl. 07:15. Denne tidsplan for deltagere blev holdt konsistent for alle sessioner. Alle deltagere boede ikke mere end 10 minutter væk fra universitetslaboratorierne. Deltagerne blev ligeligt allokeret, baseret på deres 1RM for bænkpres og bækkensquat, i tre grupper (A, B og C), ved at liste deltagernes tider fra den anden indlæring i rækkefølge fra den stærkeste til den svageste og tildele bogstaver A, B og C i rækkefølge. Forekomsten af læringseffekten blev minimeret ved at tildele de eksperimentelle betingelser i modbalanceret rækkefølge. Nærværende studie blev udført mellem månederne november til februar (UK efterår til vinter), med morgen sollys eksponering begrænset til <80 Lux før ankomst til laboratoriet. Solopgangsintervallet for studieperioden var kl. 07:12 til 07:03.

Protokol og målinger: indlæringssessioner Deltagerne gennemførte to indlæringssessioner af alle styrke-, kognitive- og spørgeskemamålinger, før de blev betragtet som klar til at deltage i studiet. En variationskoefficient værdi mindre end eller lig med 10 % for variabler mellem første og anden måling blev brugt som kriterium for indlæring i overensstemmelse med anbefalinger givet af Atkinson og Nevill [26]. Indlæringssessioner fandt sted kl. 12:00 over en tre-ugers periode og sluttede en uge før studiet startede for at minimere læringseffekter. Deltagerne ankom 0.5 timer før teststart og hvilede i siddeposition for at minimere indflydelsen af tidligere muskelaktivitet. Deltagerne gennemførte indlæringen i følgende rækkefølge: i) kognitiv testbatteri, ii) isometrisk maksimal frivillig kontraktion (MVC) med og uden perkutan elektrisk stimulation, iii) bækkensquat og bænkpres.

i) Kognitiv testbatteri Trail Making Test (TMT; del A og B): Begge dele af TMT består af 25 cirkler fordelt over et ark A4-papir. I del A er cirklerne nummereret 1-25, og deltageren får instruktion om at tegne linjer for at forbinde tallene i stigende rækkefølge. I del B inkluderer cirklerne både tal (1-13) og bogstaver (A-L) og deltageren får instruktion om at tegne linjer for at forbinde cirklerne i stigende mønster men med den ekstra opgave at skifte mellem tal og bogstaver (dvs. 1-A-2-B-3-C osv.). I begge dele får deltageren instruktion om at forbinde til cirklerne så hurtigt som muligt, uden at løfte blyanten fra papiret. Hvis der begås en fejl, påpeges dette øjeblikkeligt, og deltageren får lov til at rette det. Under testen måles tid til færdiggørelse, med en højere tid indikativ for større nedsættelse.

Rey Auditory Verbal Learning Test: RAVLT er en neuropsykologisk vurdering designet til at evaluere verbal hukommelse hos patienter i alderen 16 år og derover. RAVLT kan bruges til at evaluere karakter og sværhedsgrad af hukommelsesdysfunktion og til at spore ændringer i hukommelsesfunktion over tid [28]. Testen er designet som en liste-læringsparadigme, hvor frivillige hører en liste på 15 substantiver og bliver bedt om at huske så mange ord fra listen som muligt. Antallet korrekte og antallet, der blev givet af deltageren men ikke på listen (indtrængninger), noteres. Denne proces gentages 4 gange mere. Processen gentages, men med en anden "interference" liste (Liste B) præsenteres på samme måde, og deltageren bliver bedt om at huske så mange ord som muligt fra Liste B og scoring registreres. Efter interferensforsøget bliver deltageren straks bedt om at huske ordene fra Liste A, som de hørte fem gange tidligere, og antallet af korrekte ord og indtrængninger registreres. RAVTL totalt antal, antal distraktioner og retention registreres og analyseres.

Stroop ord-farve interference test. Deltagerne blev bedt om at læse deres svar på ord eller farver i 45 s så hurtigt som muligt og ikke lade fejl stå ukorrigerede. Dette blev filmet, og antallet af fejl og samlet mængde gennemført blev registreret og analyseret. Det første ark havde tekst (rød, blå, gul, sort og grøn) i sort blæk (navngivning ord test, W). Det andet ark havde farveblokke svarende til teksten på det første ark (navngivning farve test, C). Med det tredje ark skulle deltagerne læse ordet (som var farvet forskelligt fra ordet, f.eks. ordet var gult og farven rød, omtalt som navngivning farve af ord test, CW) og for det fjerde ark skulle deltagerne læse farven (som var forkert navngivet, f.eks. farven var gul men ordet var rød, omtalt som navngivning af ord ikke farve test, WC). På dette fjerde ark var ordene trykt i omvendt rækkefølge i forhold til det tredje ark. Rådata blev analyseret for antal fejl (for at give en indikation af tempo/hastighed nøjagtighed i de 45 s) og interferensscore (en indikator for effektiviteten af den hæmmende funktion), hvor C repræsenterer de korrekte svar produceret i 45 s i navngivning farver, og CW svarer til de korrekte svar opnået i 45 s under interferensbetingelsen. Dette blev også udført for navngivning af ord ikke-farve test.

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) Isometrisk maksimal frivillig kontraktion Deltagerne udførte isometriske MVC'er af quadriceps musklerne (3 s varighed), både med og uden twitch interpolation perkutan stimulation (Digimeter, DS7, Hertfordshire, UK). Under den indledende session øvede deltagerne at udføre MVC'er uden twitch interpolation for at vænne sig til praksis med at opnå og opretholde frivillig kraft i den nødvendige tid. Denne session blev også brugt til at opnå maksimal strøm tolerance og etablere den supra-maksimale strøm amplitude for superimposition under en MVC. Med forsøgspersonen i hvile blev ampere af en 240 V firkantbølgepuls (100 μs, 1 Hz) gradvist øget indtil det punkt, hvor yderligere intensitetsstigninger forårsagede ingen yderligere stigning i hvile twitch kraft nået.

Twitch interpolation Quadriceps blev elektrisk stimuleret ved hjælp af to fugtede overfladeelektroder (Chattanooga, USA, 5 x 12 cm), som blev placeret proximalt over vastus lateralis og distal over vastus medialis. Huden blev forberedt før placering af hver elektrode ved barbering og let abrasion af huden, efterfulgt af rengøring med en iso-propyl alkohol serviet. En permanent markering pen blev brugt til at markere og identificere positionen af hver elektrode for at minimere elektrodeplaceringsvariabilitet fra session til session. To impulser blev leveret før og efter kontraktionerne; de andre to impulser blev administreret under kontraktionsperioden og testede topværdien af MVC. Topkræfterne af pre- og post-kontraktion twitches blev derefter gennemsnit, hvilket tillod sammenligning af hvile twitch amplituder i henholdsvis en upotentieret og potentieret tilstand. Amplituden af supra-maksimal superimposeret strøm blev identificeret for hver forsøgsperson i indlæringssessioner og svarede til 10% over det niveau, der kræves for at fremkalde en hvile muskel twitch af maksimal amplitude.

Data blev indsamlet i ni sekunder og analyseret med et kommercielt designet softwareprogram (AcqKnowledge III, Biopac Systems, Massachusetts). Beregningen af frivillig aktivering blev udført i henhold til en interpoleret twitch ratio, hvor størrelsen af den interpolerede twitch udtrykkes som et forhold af amplituden fremkaldt af den samme stimulus leveret til en afslappet potentieret muskel. Den gennemsnitlige kraft under 100 m.s-1 perioden før anvendelsen af hver stimulus under kontraktionen blev registreret og efterfølgende den maksimale kraft registreret under 100 m.s-1 perioden efter hver stimulus var blevet anvendt. 100 m.s-1 middel pre-stimulus kraft (taget som MVC kraft) og den resulterende maksimale post-stimulus kraft blev brugt til at beregne størrelsen af den interpolerede twitch ved subtraktion af middel pre-stimulus kraft fra den maksimale post-stimulus kraft.

Frivillig Aktivering = = [1 - (Størrelse af interpoleret twitch / Størrelse af hvile twitch)] x 100

Under indlæringssessioner skiftede deltagerne mellem at udføre MVC'er med og uden twitch interpolation, så cirka tre forsøg af hver blev udført inden for hver session. Standardiseret stærk verbal opmuntring under hver indlæringssession/forsøg og realtids visuel feedback af deres præstation blev givet til deltagerne via computer skærmen på en stor skærm placeret foran dem.

iii) Bækkensquat og bænkpres Deltagerne blev indført i bækkensquat og bænkpres tre gange før start af testcyklussen. Hver deltager blev bedt om at udføre bækkensquat med inkrementelle belastninger (40, 60, 80% 1RM) for en gentagelse ved hver belastning og 5-min hvile blev tilladt mellem hver indsats. Ligeledes for bænkpres udførte hver deltager en gentagelse mod hver inkrementel belastning (40, 60 og 80 % 1RM) og igen 5-min hvile blev givet mellem hver arbejdsindsats. Dette blev gjort, så de øvre belastninger krævet for de eksperimentelle forsøg var kendt for at være behageligt inden for hver af deltagernes fysiske kapaciteter og som sådan var der minimal sandsynlighed for, at de ikke kunne udføre de nødvendige indsatser for dataindsamling. Hver af deltagerne udførte de to øvelser i samme rækkefølge: bænkpres og derefter bækkensquat, udførende tre løft ved hver øvelse mod progressivt stigende belastninger (40, 60 og 80 % 1RM). Den enkeltes egen kropsmasse blev indregnet i bækkensquat øvelsen, da dette er en helkropsbevægelse, men ikke i bænkpres. MuscleLab kraft-hastighed lineær encoder (Muscle Lab, Ergotest version 4010, Norge) blev fastgjort til en Eleiko olympisk stang (20 kg), som var sat på hvile på en standard squat rack, sikkerhedsarme blev indstillet, så deltageren opnåede ≥90° knæ fleksion position (indstillinger målt og registreret under indlæringsprocessen). Fra denne position fik deltageren instruktion om at drive stangen opad så kraftfuldt som muligt; værdien registreret under testen var kun for den koncentriske fase af handlingen. MuscleLab systemet koder kraften, forskydningen af stangen og hastigheden produceret for hvert enkelt løft, så følgende målinger af muskelpræstation kan måles: gennemsnitlig hastighed (AV), gennemsnitlig effekt (AP, gennemsnitlig kraft x gennemsnitlig hastighed), tophastighed (PV, højeste værdi af hastighed), tid til tophastighed (tPV, tid til at nå den højeste værdi af hastighed), middel drivende hastighed (MPV, gennemsnitlig hastighed under den drivende fase af den koncentriske bevægelse), hastighedsudviklingsrate (RDV, gennemsnitlig acceleration under den drivende fase af den koncentriske bevægelse) og forskydning (D, lineær forskydning af stangen under bevægelsen). Denne proces blev gentaget tre gange, med 5-min hvile tilladt mellem hvert enkelt løft og mod de progressive arbejdsbelastninger som beskrevet ovenfor. For bænkpres fik deltageren instruktion om at sænke stangen til deres bryst og igen var instruktionen at skubbe mod stangen så kraftfuldt som muligt. Dette blev gentaget tre gange mod arbejdsbelastningerne beskrevet ovenfor, med 5-min hvile mellem hvert skub.

Den højeste af de tre AP output (og tilhørende AV, PV, MPV, RDV, D og tPV værdier) blev brugt til analyse for hver masse på stangen for henholdsvis bænkpres og bækkensquat. For at reducere sandsynligheden for skade var to personer placeret på hver side af deltagerne, mens de udførte deres løft, for at gribe ind når som helst hvis nødvendigt. Derudover var der sikkerhedsstøtte på plads ved hver lejlighed.

Eksperimentel Protokol og Målinger

De eksperimentelle sessioner fandt sted en uge efter den sidste indlæring med 72 timers genopretning mellem de tre eksperimentelle betingelser (dvs. CAFF, PLAC, NoPill). Ved ankomst til laboratoriet blev de bedt om at indsætte en blød fleksibel rektal probe (mini-termistor, Grant Instruments, Shepreth, UK) cirka 10 cm ud over den eksterne anale sfinkter. Deltagerne hvilede derefter i 30 min i siddeposition for at vurdere hvile rektal temperatur (Trec). Hudtemperatur (Tsk) blev vurderet samtidigt af hudtermistorer (Grant Instruments, Squirrel 2010 serie, Shepreth, UK), som blev placeret på fire steder på venstre side af kroppen (bryst [ch], underarm [f], lår [th] og læg [ca]). Gennemsnittet af de sidste 5 min af 30 min hvileperiode blev registreret for hvile Trec og Tsk temperaturer. Middel Tsk blev beregnet som følger:

Tsk = (0.34 x Tch) + (0.33 x Tth) + (0.18 x Tca) + (0.15 x Tf)

Den gennemsnitlige kropstemperatur (Tmb) blev beregnet ved hjælp af:

Tmb = (0.64 x Tr) + (0.36 x Tsk).

Deltagerne gennemførte profil af humør tilstande spørgeskema (POMS; Version 32), deres subjektive vurdering af søvn (ved hjælp af søvnspørgsmål fra Liverpool Jet lag Questionnaire, indsats (0-10, 0 = ingen indsats og 10 = maksimal indsats) og vurdering af opfattet anstrengelse (RPE). Efter de indledende hvilemålinger varmede deltagerne op på en cykel ergometer (Corival cpet, Lode, Groningen, Holland) i 5 min ved 150 W. Efter opvarmning fjernede deltagerne rektal probes privat og hudtermistorer blev taget af. Efter hvilket, MVC og bænkpres og bækkensquat øvelser blev derefter udført.

Statistisk analyse De vigtigste forskningsvariable i nærværende studie var topkraft i MVC og PV i bænkpres og bækkensquat. For MVC topkraft blev seksten deltagere estimeret til at give 80% statistisk styrke (p < 0.05), døgnvariation effektstørrelse (ES) på 0.67 for en-halet t-test. For PV for bænkpres blev ni deltagere estimeret til at give 80% statistisk styrke (p < 0.05), døgnvariation effektstørrelse (ES) på 0.92 for en-halet t-test. For PV for bækkensquat blev ni deltagere estimeret til at give 80% statistisk styrke (p < 0.05), døgnvariation effektstørrelse (ES) på 0.91 for en-halet t-test. Undersøgerne rekrutterede 18 deltagere for at tillade et frafald, med n=4 ude af stand til at gennemføre den fulde protokol. Stikprøvestørrelsesestimatet blev udført ved hjælp af software G*Power 3.1. Data blev analyseret ved hjælp af Statistical Package for Social Sciences version 30 (SPSS, Chicago, IL, USA). Alle data blev kontrolleret for normalitet ved hjælp af Shapiro-Wilk test. Generelle lineære modeller blev brugt til at analysere alle målinger indsamlet; signifikansen af interaktioner og hovedeffekter blev evalueret af ANOVA. Sfæricitetsbrud blev korrigeret af Greenhouse-Geisser (ε < 0.75) eller Huynh-Feldt (ε > 0.75) og hovedeffekter af Bonferroni parvise sammenligninger. Pearson korrelationer blev udført for at udforske individualiserede responser til CAFF vs andre betingelser (i forhold til kropsmasse) og % ændring i MVC præstation. Alle data præsenteres som middelværdier ± standardafvigelse (SD), medmindre andet er angivet. Signifikans blev sat til p ≤ 0.05. P værdier mellem 0.05 og 0.10 blev betragtet som at indikere en statistisk tendens. Effektstørrelser omtales som partiel eta kvadrerede værdier (η²p) med værdier på 0.01, 0.06 og 0.14 svarende til henholdsvis en lille, medium og stor effekt. Femoghalvfems procent konfidensintervaller (95% CI) og middelværdiforskelle mellem parvise sammenligninger rapporteres hvor passende.