Koffein, genetische Variation und sportliche Leistung (GMC-AP)

Forschungsmethoden und Design

Experimentelles Design:

Dieses randomisierte, doppelblinde, Placebo-kontrollierte Studiendesign mit Gegenmessung wird 100 männliche Athleten aus einer Vielzahl von Sportarten umfassen. Frauen werden nicht in diese Studie aufgenommen, da die bei Sportlerinnen übliche Einnahme von hormonellen Verhütungsmitteln und die Zeit des Menstruationszyklus einen signifikanten Einfluss auf den Koffeinstoffwechsel und die Leistungsmessung bei Belastungstests haben. Die Kontrolle dieser Faktoren würde einen viel größeren Teilnehmerkreis erfordern und beträchtliche Ressourcen und Zeit in Anspruch nehmen. Wenn die Ergebnisse der vorgeschlagenen Forschung jedoch vielversprechende Ergebnisse bei Männern zeigen, würden wir darauf abzielen, diese Ergebnisse bei Sportlerinnen zu replizieren.

Die Teilnehmer absolvieren 4 Besuche (jeweils ca. 90-120 Minuten) im Forschungslabor für Humanphysiologie im Goldring Centre der University of Toronto. Alle Tests finden von Montag bis Samstag zu unterschiedlichen Zeiten statt. Die Teilnehmer werden angewiesen, ihre normale Ernährung (Mahlzeiten vor dem Test werden bei allen Besuchen wiederholt) und Schlafgewohnheiten beizubehalten, anstrengende Aktivitäten 48 Stunden vor jedem Besuch zu vermeiden und eine Woche vor dem ersten Besuch und für die Dauer von auf Koffein zu verzichten die Datenerhebung (4 Wochen).

Berechnung der Stichprobengröße

Parameter:

Effektgröße = 0,25: Obwohl in früheren Untersuchungen eine große Effektgröße für den Hauptbehandlungseffekt gefunden wurde (0,38), wurde entschieden, dass diese Studie konservativ sein sollte, um eine kleine bis mittlere Effektgröße zu erkennen, die immer noch von physiologischer Bedeutung ist. Darüber hinaus interessieren uns die Wirkungen zwischen den beiden Koffeindosen, von denen angenommen wird, dass sie geringer sind als der Hauptbehandlungseffekt. Daher war eine kleine bis mittlere Effektgröße erforderlich, um eine ausreichende statistische Aussagekraft sicherzustellen, um Schlussfolgerungen zwischen Koffeineffekten für die Zeitversuchsanalyse zu ziehen. Schließlich werden andere Bewertungsparameter wie der vertikale Sprung für die Leistung wahrscheinlich eine geringere Effektgröße haben als das Zeitfahren, wie von Tucker et al. berichtet. (2013) in einer Studie zur vertikalen Sprungleistung bei männlichen Basketballspielern. Daher wäre eine kleinere Effektgröße erforderlich, um die Studie für alle Endpunkte (d. h. Leistung, Kraft anaerob, aerob usw.)

• Alpha (Irrtumswahrscheinlichkeit) = 0,025: Im Allgemeinen ist ein Alpha = 0,05 der Standardwert für diesen Parameter. In unserer Studie werden die Teilnehmer jedoch in eine Reihe unabhängiger Studien aufgenommen, und daher wurde entschieden, ein niedrigeres Alpha zu verwenden, um Fehler zu berücksichtigen, die sich aus mehreren Vergleichen ergeben können, z. B. nach Sport (Kraft oder Ausdauer) plus Genotyp (Risiko- oder häufige Variante).
• Power (1-Beta-Wahrscheinlichkeit) = 0,8: Für die Power wurde der herkömmliche Wert von 0,8 verwendet.
• Anzahl der Gruppen = 2: Anzahl der Stratifizierungen, die für die Genotyp-Untergruppenanalyse erforderlich sind
• Anzahl der Messungen = 4: Die Laborübungstests
• Korrelation zwischen Messwiederholungen = 0: Es wurde eine Nullkorrelation zwischen den Messungen angenommen.
• Stichprobenumfang = 74: Basierend auf Berechnungen sind 74 Teilnehmer erforderlich. Wir werden 100 Athleten rekrutieren, um einen möglichen Rückzug von bis zu 25 % zu berücksichtigen, ohne die statistische Signifikanz unserer Ergebnisse zu beeinträchtigen. Wenn wir uns für die Verwendung mehrerer Vergleiche (Genotyp + Sport) entscheiden, würden wir außerdem von einer größeren Stichprobe profitieren, um den Rückgang der Effektgröße zu minimieren.

Rekrutierung

Die Rekrutierung erfolgt auf dem Campus der University of Toronto, der Ryerson und der York University, dem Canadian Sport Institute of Ontario und bei örtlichen Lauf-/Triathlonclubs durch Flyer, die an geeigneten Orten ausgehängt werden. Eine standardisierte E-Mail mit Studien- und Kontaktinformationen wird auch an Cheftrainer und/oder Programmdirektoren von Sportmannschaften/-vereinen (an allen oben aufgeführten Standorten) mit berechtigten Athleten gesendet, die dann ihre Athleten auf die Studie aufmerksam machen können.

Bewertungsparameter

Physiologische Daten, die von zwei ausgebildeten Kinesiologen, einem promovierten Sportphysiologen, einer studentischen Hilfskraft und Nanci Guest, der Doktorandin, gesammelt wurden.

Anthropometrische und klinische Merkmale

• Der systolische (SBP) und diastolische (DBP) Blutdruck in Ruhe sowie die Pulsfrequenz werden zweimal im Abstand von einer Minute gemessen. Der Mittelwert der beiden aufeinanderfolgenden Ablesungen wird genommen.
• Die Herzfrequenz wird vor allen Tests gemessen, um die Ruhe der Teilnehmer und einen ähnlichen physiologischen Zustand für alle Tests und Testtage sicherzustellen.
• Die Herzfrequenz wird während der Dauer der Studien (Besuch 2-4) von Polar Heart Rate Monitors (Polar Electro, Finnland) überwacht.
• Die Körpergröße wird mit einem wandmontierten Stadiometer auf 0,1 cm genau gemessen und das Körpergewicht wird mit einer Digitalwaage auf 0,1 kg genau gemessen, wobei der Teilnehmer leichte Kleidung und ohne Schuhe trägt.
• Der Körpergewichtswert wird verwendet, um 2 und 4 mg pro Kilogramm Körpermassedosierung für Koffeinbehandlungen (plus eine Placebo-Dosis) zu bestimmen, die während der Besuche 2, 3 in zufälliger Reihenfolge eingenommen werden (vom Forschungsassistenten abgeleitet und für alle Untersucher verblindet). und 4, in den folgenden drei Wochen.
• Die Körperzusammensetzung wird anhand einer Bioimpedanzskala (BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor) bewertet.

Übungstests

Beschreibende Merkmale

Die maximale aerobe Kapazität wird durch einen VO2max-Test auf einem Fahrradergometer bestimmt. Dieser Test ist Teil der beschreibenden Daten und wird verwendet, um den Widerstandssatz im Zeitfahrtest (65 % Spitzenleistung) zu bestimmen. Die Teilnehmer werden einem abgestuften Belastungstest auf einem Fahrradergometer von Monark (Groningen, Niederlande) bis zur Willensermüdung unterzogen. Zur Bestimmung des maximalen Sauerstoffverbrauchs (VO2Max) werden Luftproben auf Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentrationen mit einem indirekten Open-Circuit-Spirometriesystem (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah) analysiert. Die Probanden werden mit einem Polar-Herzfrequenzmessgerät ausgestattet.

Vier Hauptergebnismaße (Leistung, Stärke, anaerobe und aerobe Kapazität)

• Die Muskelkraft wird mit dem Vertical Jump Test (VJT) wie zuvor beschrieben (5) bewertet. Die Teilnehmer absolvieren jeweils zwei Versuche bei zwei vertikalen Sprungtests auf einer Kraftmessplatte (AMTI, Watertown, MA, USA).

  1. Squatjump (SJ): aus der Hocke (Kniewinkel: ca. 90°), in der keine vorläufige Gegenbewegung ausgeführt wird;
  2. Gegenbewegungssprung (CMJ): aus dem aufrechten Stand mit einer vorbereitenden Gegenbewegung; Zwischen den Sprüngen gibt es eine Pause von 30 Sekunden und die beste Punktzahl von zwei wird aufgezeichnet.
• Die Kraft (Oberkörper) wird unter Verwendung eines Handgriff-Dynamometers (Lafayette Instrument Company Modell 78010) bewertet. Die höchste Punktzahl nach 3 Versuchen wird notiert (in kg).

• Die anaerobe Kapazität wird mit dem Wingate Anaerobic Test auf einem Fahrradergometer (Ergomedic 849E, Monark, Schweden) bewertet. Die Teilnehmer fahren gegen einen festen Widerstand von 0,085 kg / kg Körpermasse. Während des Tests werden drei Hauptmessungen aufgezeichnet:

  • Spitzenleistung (PP): ein Maß für die maximale anaerobe Leistung oder die maximale Leistungsabgabe, die für einen Zeitraum von 5 Sekunden während der ersten 10 Sekunden des Tests erreicht wird. PP wird in Watt (W) und W/kg aufgezeichnet.
  • Mittlere Leistung (MP): ein Maß für die anaerobe Kapazität oder die während des 30-Sekunden-Tests erreichte mittlere Leistungsabgabe. MP wird in W und W/kg aufgezeichnet.
  • Ermüdungsindex (FI): ein Maß für die Geschwindigkeit des Leistungsabfalls oder die Differenz zwischen der höchsten 5-Sekunden-Leistungsabgabe und der niedrigsten 5-Sekunden-Leistungsabgabe, dividiert durch die verstrichene Zeit. FI wird in Prozent erfasst.
• Ausdauer/aerobe Kapazität und Leistungsabgabe werden durch ein Radzeitfahren (TT) bewertet. Die Teilnehmer werden angewiesen, einen 10 km TT auf einem Fahrradergometer (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Schweden) so schnell wie möglich ohne zeitliches, verbales oder physiologisches Feedback zu absolvieren. Benötigte Zeit, um den Test abzuschließen und zu mitteln Die Ausgangsleistung wird nach Abschluss jedes Tests aufgezeichnet.

Zusätzliche Tests während des Belastungstests

• Blutlaktattest. Unmittelbar nach dem Wingate-Test wird den Teilnehmern mit einer Einweg-Lanzette in den Finger gestochen, um die Haut zu durchstechen und eine Kapillarblutprobe zur Analyse mit dem Lactate Pro-Analysegerät (LT-1710, Arkray Inc, Kyoto, Japan) zu entnehmen.
• Bewertung der wahrgenommenen Anstrengung (RPE) – Die Borg-Skala für RPE wird verwendet, um die Wahrnehmung von Ermüdung durch die Probanden zu bewerten.

Genotypisierung

Speichelproben werden während Visite 1 des Belastungstests unter Verwendung des Oragene-500-Kits zur DNA-Isolierung unter Verwendung von Standardverfahren, wie zuvor beschrieben, gesammelt unsere Studienteilnehmer zusammen, nicht Einzelpersonen, um genetische Variationen zu finden, die mit einem bestimmten Merkmal wie VO2 max, Laktat-Clearance-Effizienz, Muskelfasertyp und Veränderungen der Trainingsleistung nach Koffein assoziiert sind. Wir werden auch bekannte genetische Variationen untersuchen, die mit dem Koffeinstoffwechsel und der Koffeinreaktion in Verbindung stehen, um festzustellen, ob diese Gene auch die Reaktion auf körperliche Betätigung nach der Einnahme von Koffein beeinflussen.

Bewertung der Nahrungsaufnahme

Die Probanden füllen einen 196-Punkte-Fragebogen zur halbquantitativen Ernährungshäufigkeit aus, um die gewohnheitsmäßige Koffeinaufnahme sowie andere Ernährungsfaktoren zu bestimmen. Informationen zur Nahrungsaufnahme werden verwendet, um potenzielle Effektmodifikatoren wie den üblichen Koffeinkonsum zu identifizieren.

Bewertung von Gesundheit, Lebensstil und körperlicher Aktivität

Der Fragebogen zu allgemeiner Gesundheit, Lebensstil und körperlicher Aktivität (GHLPA) enthält detaillierte Fragen zu Koffein (z. Aufnahmegewohnheiten, Entzugserscheinungen usw.), die zuvor in unserem Labor verwendet wurden, kombiniert mit einem validierten Fragebogen zur gewohnheitsmäßigen körperlichen Aktivität/Sportanamnese, der zuvor zur Bewertung der sportlichen/körperlichen Aktivität bei Sportlern verwendet wurde.

Statistische Analyse

Die Analysen werden mit der Statistiksoftware SAS (Version 9.2, NC, USA, 2009) durchgeführt. Kurz gesagt, werden wir beschreibende Daten (Größe, Gewicht, Alter, Blutdruck, Koffeinaufnahme und -gewohnheiten, Körperfettanteil, VO2max, Jahre im Sport, Trainingsstunden pro Woche, Ernährungsbewertungsdaten und andere Lebensstilmaße) und Vergleiche zwischen Genotypgruppen verwenden unabhängige t-Tests. Potenzielle Unterschiede in VO2max, 10 km Zeitfahren, anaerober Kapazität, Laktatschwelle, Leistung und Stärke und Rate der wahrgenommenen Anstrengung werden mithilfe einer Varianzanalyse mit wiederholten Messungen (RMANOVA) mit Behandlung als Faktor innerhalb der Teilnehmer und Genotyp als Faktor zwischen Teilnehmern bewertet Faktor. Für alle RMANOVA-Verfahren werden Post-hoc-Tests unter Verwendung unabhängiger und abhängiger t-Tests mit einer Bonferroni-Korrektur durchgeführt, sodass P < 0,05 als Signifikanzschwelle erforderlich ist.

Versuchsdurchführung

Erstscreening – Telefonanruf oder persönlicher Besuch

Potenzielle Teilnehmer werden ihre sportliche Teilnahme und ihre Fähigkeit überprüfen, sich zu vier zweistündigen Besuchen im Labor im Abstand von 7 Tagen zu verpflichten. Die Teilnehmer werden daran erinnert, wie wichtig es ist, ihre normale Ernährung beizubehalten. Die Bedeutung der erforderlichen Koffeinabstinenz, einschließlich aller koffeinhaltigen Nahrungsergänzungsmittel, für 7 Tage vor dem ersten Besuch und die Dauer der Studie (4 Wochen) wird betont und wiederholt.

Besuch 1 (~90 min)

Der erste Besuch im Labor umfasst die Einarbeitung und das Einholen einer schriftlichen Einverständniserklärung aller Teilnehmer nach einer Erläuterung der Ziele, Vorteile und Risiken der Studie. Die Teilnehmer werden darüber informiert, dass sie jederzeit von der Studie zurücktreten können.

Jeder Proband füllt einen Fragebogen zur „Übungsbereitschaft“ (PAR-Q; Physical Activity Readiness Questionnaire) aus, hat beschreibende und anthropometrische Daten gesammelt, einschließlich Geburtsdatum, Größe, Körpermasse und Blutdruck, und stellt auch eine Speichelprobe zur Verfügung DNA-Isolierung und Genotypisierung. Während dieses ersten Besuchs wird auch die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2 max; unten beschrieben) gemessen, um beschreibende Basisdaten zu erhalten und um die Arbeitsbelastung für experimentelle Zeitversuche bei späteren Testbesuchen abzuleiten.

Besuch 2, 3 und 4 (~120 min)

Alle drei Besuche sind identisch, mit Ausnahme der 20-minütigen Wartezeit (dann beginnt die 10-minütige Aufwärmphase vor dem Test), damit die Serumkonzentration des Koffeinspiegels Spitzenwerte erreicht, bei der der Teilnehmer einen anderen Fragebogen ausfüllt oder sich ruhig hinsetzt ihre eigene Tätigkeit.

Bei der Ankunft wurden die Teilnehmer zufällig zugewiesen (um die Verblindung aufrechtzuerhalten), um entweder das Supplement mit 2 oder 4 mg Koffein pro kg Körpergewicht oder Dextrose-Placebo (PLAC) einzunehmen. Jeder Teilnehmer nimmt bei jedem Besuch die gleiche Anzahl von Kapseln mit identischer Farbe und Größe ein, unabhängig davon, ob es sich um 0, 2 oder 4 mg/kg handelt, um die Doppelblindheit der Behandlung aufrechtzuerhalten. Jeder Proband füllt einen Fragebogen aus oder sitzt still (z. Lesen, Nutzung von E-Geräten etc.) während des Wartens auf den ersten Belastungstest.

Das Belastungstestprotokoll ist für die Besuche 2, 3 und 4 identisch. Nach 20 Minuten wärmen sich die Teilnehmer 10 Minuten lang auf und führen dann 4 Belastungstests durch (beginnend 30 Minuten nach der Koffeinaufnahme), um verschiedene Leistungsmaßstäbe zu bestimmen:

ich. Muskelkraft - Vertikaler Sprungtest

ii. Stärke - Handgriff-Dynamometer

iii. Anaerobe Kapazität - Wingate

iv. Ausdauer/Aerobe Kapazität (aerobe Leistung) - 10 km Radzeitfahren

Die Teilnehmer können während der Belastungstests Wasser nach Belieben trinken.