Koffein, DNA und Kognition

Ein doppelblindes, placebokontrolliertes Crossover-Design, das abwechselnde Perioden von „langfristiger“ Koffeinexposition und -abstinenz umfasst, wird verwendet, um die interindividuellen Auswirkungen von Koffein auf die kognitive Leistungsfähigkeit zu untersuchen. Das Verfahren, das die Teilnehmer in jeder der vier Wochen der Studie befolgen müssen, wird unten im Detail beschrieben.

1. Baseline-Besuch: Baseline-Fragebogen, Anthropometrie, Einarbeitung in Studienabläufe und -aufgaben. Die Teilnehmer erhalten eine Ergänzung für Woche 1 (n = 18 Kapseln) und Speichelfläschchen (n = 6) für die Speichelprobenentnahme. Je nach Wunsch werden die Teilnehmer auch mit entkoffeiniertem Kaffee, Tee und Kakao versorgt.
2. Tag 1-6: Placebo- oder Koffeinkapseln x 3 pro Tag um 09.00, 11.00 und 15.00 Uhr. Die Einhaltung der Koffein- und Placebo-Ergänzung wird durch eine Speichelprobe täglich um 17.00 Uhr für jeden der Tage der Langzeit-Ergänzung beurteilt. Die Koffeinkonzentrationen in Blut und Speichel korrelieren stark, und die Werte steigen typischerweise im Laufe des Tages progressiv an (aufgrund des intermittierenden Konsums von Koffeingetränken). Der beste Einzelproben-Bioassay der täglichen Koffeinaufnahme wird durch Proben geliefert, die am späten Nachmittag entnommen werden (James, 1994; James & Rogers, 2005).
3. Tage 5 und 6: Zur Vorbereitung auf die „Challenge“-Tage und zur Kontrolle von Umweltfaktoren, die nachweislich die Induzierbarkeit des CYP1A2-Enzyms beeinflussen, werden die Teilnehmer gebeten, 48 Stunden lang auf Alkohol zu verzichten und 24 Stunden lang auf anstrengende körperliche Betätigung zu verzichten Studien und vermeiden Sie den Verzehr von Kreuzblütlern (Brokkoli und Rosenkohl) (Gunes & Dahl, 2008). Schließlich werden den Teilnehmern Ernährungstagebücher zur Verfügung gestellt, um alle Speisen und Getränke aufzuzeichnen, die während der 24 Stunden vor allen vier experimentellen Versuchen konsumiert wurden.
4. Tag 7 (Experimentaltag): Die Teilnehmer werden gebeten, sich nach einer nächtlichen Fastenzeit im Labor vorzustellen, und sie werden das unten gezeigte Verfahren befolgen:

09:00: Speichelprobe vor der Nahrungsergänzung und kognitive Aufgaben

09:30 Uhr: Supplementierung mit 3 mg/kg Körpermasse Koffein oder Placebo

10:30: Erste Speichelprobe nach Nahrungsergänzung & kognitive Aufgaben

12:30: Zweite Speichelprobe nach Nahrungsergänzung und kognitive Aufgaben

13:00 Uhr: Eine Mahlzeit mit Fruchtsaft oder Erfrischungsgetränk und einem Käsesandwich

15:30: Dritte Speichelprobe nach Nahrungsergänzung und kognitive Aufgaben

Speichelproben werden bei der Ankunft und 1, 3 und 6 Stunden nach der Supplementierung entnommen. Die erste Probe wird genommen, um die Einhaltung der Vorschrift zu überprüfen, ihre morgendliche Nahrungsergänzung nicht einzunehmen, also in Koffeinabstinenz zu sein, unabhängig vom Studienarm. Es wurde gezeigt, dass 1 mg/kg Koffein zu Koffein-Plasmaspiegeln von etwa 1 μg/ml führt und die Koffeinkonzentration im Speichel voraussichtlich etwa 70 % der Plasmaspiegel beträgt (Walther et al., 1983). Mittlere Koffeinspiegel im Speichel unter 1 μg/ml wurden bereits bei nächtlicher Koffeinabstinenz berichtet (Evans & Griffiths, 1999). Nach einer koffeinhaltigen Behandlung hilft der Koffeinspiegel im Speichel bei der Bestimmung des Koffeinstoffwechsels (Dodd et al., 2015).

Die Nahrungsergänzung wird proportional zum Gewicht des Teilnehmers mit Wasser geschluckt (3 ml/kg Körpermasse). Während der experimentellen Tage werden die Teilnehmer gebeten, in ihrem ersten Versuch Wasser nach Belieben und in den folgenden Versuchen eine gleiche Menge Wasser zu sich zu nehmen. Sie werden auch gebeten, Sport zwischen den Studien zu vermeiden.

Die kognitiven Aufgaben werden zu vier Zeitpunkten durchgeführt: vor und 1, 3 und 6 h nach der Nahrungsergänzung. Bei der Verwendung von wasserfreiem Koffein in Kapseln tritt die maximale Koffeinkonzentration normalerweise etwa 1 Stunde nach der Einnahme auf (Graham, 2001). Daher würde die Messung der Koffeinmetaboliten 1 Stunde nach der Koffeinaufnahme hauptsächlich die Koffeinabsorption und nicht den Metabolismus messen, der durch das CYP1A2-Enzym bestimmt wird. Daher sollten sich Studien, die die Wirkungen von CYP1A2-Genotypen auf Koffeinwirkungen untersuchen, auf die Verwendung von Protokollen konzentrieren, die > 1 h dauern, da diese Wirkungen bei Ereignissen, die länger als 1 h dauern, deutlicher sein können, wo der Metabolismus von Koffein eine ausgeprägtere Wirkung haben kann. Es sollte auch beachtet werden, dass die Halbwertszeit von Koffein bei den meisten Erwachsenen im Durchschnitt 4-6 h beträgt (Nehlig, 2018) und noch nicht bekannt ist, inwieweit der Koffeinstoffwechsel zwischen schnellen und langsamen Metabolisierern verändert wird. Daher ist nicht bekannt, zu welchem ​​Zeitpunkt es einen ausreichend großen Unterschied in den zirkulierenden Koffeinspiegeln zwischen schnellen und langsamen Metabolisierern geben würde, um einen signifikanten Einfluss auf die Ergogenität von Koffein zu haben (Southward et al., 2018). Aus diesem Grund haben wir 3 verschiedene Zeitpunkte nach der Nahrungsergänzung ausgewählt, um die kognitiven Aufgaben zu erledigen: 1 h nach der Nahrungsergänzung wurde gewählt, um einen Vergleich mit mehreren früheren Koffeinstudien zu ermöglichen, da dies der am häufigsten verwendete Zeitpunkt ist, um die kognitive Leistungsfähigkeit nach der Nahrungsergänzung zu testen. Ergänzung in der Literatur (Carswell et al., 2020). Wir haben auch die Zeitpunkte 3 h und 6 h nach der Nahrungsergänzung hinzugefügt, da sie innerhalb des durchschnittlichen Bereichs der Halbwertszeit von Koffein liegen und um die Leistungsunterschiede zwischen „schnellen“ und „langsamen“ Metabolisierern zu untersuchen. Wir gehen davon aus, dass diejenigen, die Koffein schneller metabolisieren, während des 6-stündigen Ereignisses keine hohen Koffeinspiegel im Speichel aufrechterhalten würden, verglichen mit denen mit einem langsameren Koffeinstoffwechsel.

Am Ende jedes Versuchstages erhalten die Teilnehmer die Kapseln für die folgende Woche sowie die Fläschchen für die Koffeinprobe aus dem Speichel.

Nach der Bereitstellung werden die Proben bis zur Analyse bei -20 °C eingefroren. Der Koffeinspiegel im Speichel wird mit der enzymvervielfachten Immunoassay-Technik (EMIT) durch ein spektrophotometrisches Verfahren gemessen. Der EMIT-Assay ist ein homogener Enzymimmunoassay zur Bestimmung von Coffein als Metabolit und wird bevorzugt, da er weniger invasiv als die Verwendung von Serumcoffein ist und sich als zuverlässig und reproduzierbar erwiesen hat (Tripathi et al., 2015). Serumkoffeinspiegel von mehr als 30 μg/ml erfordern eine Verdünnung, wenn sie mit dem EMIT-Assay analysiert werden.