Cafeína, Variación Genética y Rendimiento Atlético (GMC-AP)

Métodos de investigación y diseño

Diseño experimental:

Este diseño de estudio aleatorizado, doble ciego, controlado con placebo y contramedido dentro de los sujetos incluirá a 100 atletas masculinos de una variedad de deportes. Las mujeres no se incluirán en este estudio porque el uso de anticonceptivos hormonales, que es común entre las mujeres atletas, y el momento del ciclo menstrual tienen un efecto significativo en el metabolismo de la cafeína y las medidas de rendimiento de la prueba de ejercicio. El control de estos factores requeriría un grupo mucho más grande de participantes y requeriría recursos y tiempo considerables. Sin embargo, si los hallazgos de la investigación propuesta muestran resultados prometedores en los hombres, intentaríamos replicar esos hallazgos en las atletas femeninas.

Los participantes completarán 4 visitas (~90-120 min cada una) en el Laboratorio de Investigación de Fisiología Humana en el Centro Goldring de la Universidad de Toronto. Todas las pruebas se llevarán a cabo de lunes a sábado en varios horarios. Se indicará a los participantes que mantengan su dieta regular (las comidas previas a la prueba se repetirán para todas las visitas) y hábitos de sueño, eviten la actividad extenuante 48 horas antes de cada visita y se abstengan de la cafeína una semana antes de la primera visita y durante la duración de la misma. la recogida de datos (4 semanas).

Cálculo del tamaño de la muestra

Parámetros:

Tamaño del efecto = 0,25: Aunque en investigaciones anteriores se encontró un tamaño del efecto grande para el efecto del tratamiento principal (0,38), se decidió que, para ser conservadores, este ensayo tendría el poder estadístico para detectar un tamaño del efecto pequeño a mediano que aún tiene importancia fisiológica. Además, estamos interesados ​​en los efectos entre las dos dosis de cafeína, que se supone que son menores que el efecto del tratamiento principal. Por lo tanto, se necesitó un tamaño de efecto pequeño a mediano para garantizar el poder estadístico suficiente para sacar conclusiones del efecto entre cafeína para el análisis de la prueba contrarreloj. Finalmente, otros parámetros de evaluación como el salto vertical para la potencia probablemente tendrán un tamaño de efectos más pequeño que la contrarreloj según lo informado por Tucker et al. (2013) en un estudio sobre el rendimiento del salto vertical en jugadores de baloncesto masculino. Por lo tanto, se requeriría un tamaño del efecto más pequeño para potenciar adecuadamente el estudio para todas las medidas de resultado (es decir, potencia, fuerza anaeróbica, aeróbica, etc.)

• Alfa (probabilidad de error) = 0,025: en general, un alfa = 0,05 es el valor estándar que se utiliza para este parámetro. Sin embargo, en nuestro estudio, los participantes se inscribirán en varias pruebas independientes y, por lo tanto, se decidió usar un alfa más bajo para tener en cuenta el error que puede surgir de comparaciones múltiples, como por deporte (potencia o resistencia) más genotipo (riesgo o variante común).
• Potencia (probabilidad 1-Beta) = 0,8: se utilizó el valor convencional de 0,8 para la potencia.
• Número de grupos = 2: número de estratificaciones requeridas para el análisis de subgrupos de genotipo
• Número de mediciones = 4: Las pruebas de ejercicio de laboratorio
• Correlación entre medidas repetidas = 0: Se asumió correlación cero entre medidas.
• Tamaño de la muestra = 74: Según los cálculos, se requieren 74 participantes. Reclutaremos a 100 atletas para tener en cuenta la posible retirada de hasta el 25 %, sin comprometer potencialmente la importancia estadística de nuestros resultados. Además, si optamos por utilizar comparaciones múltiples (genotipo + deporte) nos beneficiaríamos de una muestra más grande para minimizar la caída en el tamaño del efecto.

Reclutamiento

El reclutamiento se llevará a cabo en los campus universitarios de la Universidad de Toronto, Ryerson y York, el Instituto Canadiense de Deportes de Ontario y en los clubes locales de atletismo/triatlón mediante volantes colocados en los lugares apropiados. También se enviará un correo electrónico estandarizado con el estudio y la información de contacto a los entrenadores en jefe y/o directores de programas de equipos/clubes deportivos (en todas las ubicaciones enumeradas anteriormente) con atletas elegibles, quienes luego pueden optar por informar a sus atletas sobre el estudio.

Parámetros de Evaluación

Datos fisiológicos recopilados por dos kinesiólogos capacitados, un fisiólogo del ejercicio con nivel de doctorado, un estudiante asistente y Nanci Guest, la estudiante graduada.

Características Antropométricas y Clínicas

• Las mediciones de la presión arterial sistólica (PAS) y diastólica (PAD) en reposo, así como la frecuencia del pulso, se tomarán dos veces, con un minuto de diferencia. Se tomará la media de las dos lecturas consecutivas.
• La frecuencia cardíaca se medirá antes de todas las pruebas para garantizar la calma de los participantes y un estado fisiológico similar para todas las pruebas y días de prueba.
• La frecuencia cardíaca se controlará durante la duración de las pruebas (visita 2-4) mediante monitores de frecuencia cardíaca Polar (Polar Electro, Finlandia)
• La altura se medirá con una precisión de 0,1 cm utilizando un estadiómetro montado en la pared y el peso corporal se medirá con una precisión de 0,1 kg utilizando una báscula digital con el participante vestido con ropa ligera y sin zapatos.
• El valor del peso corporal se utilizará para determinar las dosis de 2 y 4 mg por kilogramo de masa corporal para los tratamientos con cafeína (más una dosis de placebo) que se ingerirán en orden aleatorio (obtenido por el asistente de investigación y cegado para todos los investigadores) durante las visitas 2, 3 y 4, durante las siguientes tres semanas.
• La composición corporal se evaluará mediante una escala de bioimpedancia (Monitor de composición corporal segmentaria BC-558 Ironman)

Pruebas de ejercicio

Características descriptivas

La capacidad aeróbica máxima se evaluará mediante una prueba de VO2 máx. en un cicloergómetro. Esta prueba es parte de los datos descriptivos y se utilizará para determinar la resistencia establecida en la prueba contrarreloj (65% de potencia máxima). Los participantes se someterán a una prueba de ejercicio graduada en un cicloergómetro Monark (Groningen, Países Bajos) hasta la fatiga voluntaria. Para determinar el consumo máximo de oxígeno (VO2Max), se analizarán muestras de aire para determinar las concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono a través de un sistema de espirometría de circuito abierto indirecto (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Los sujetos se configurarán con un monitor de frecuencia cardíaca Polar.

Cuatro medidas de resultado principales (potencia, fuerza, capacidad anaeróbica y aeróbica)

• La potencia muscular se evaluará utilizando la prueba de salto vertical (VJT) como se describió anteriormente (5). Los participantes completarán dos intentos en cada una de las dos pruebas de salto vertical en una plataforma de fuerza (AMTI, Watertown, MA, EE. UU.).

  1. squat jump (SJ): desde una posición en cuclillas (ángulo de la rodilla: 90° aproximadamente) en la que no se realiza ningún contra movimiento preliminar;
  2. salto con contramovimiento (CMJ): desde una posición erguida de pie con un contramovimiento preliminar; Habrá un período de descanso de 30 segundos entre saltos y se registrará la mejor puntuación de dos.
• La fuerza (parte superior del cuerpo) se evaluará utilizando un dinamómetro manual (Lafayette Instrument Company modelo 78010). Se registrará la puntuación más alta después de 3 intentos (en kg).

• La capacidad anaeróbica se evaluará utilizando la prueba anaeróbica de Wingate en un cicloergómetro (Ergomedic 849E, Monark, Suecia). Los participantes pedalearán contra una resistencia fija de 0,085 kg/kg de masa corporal. Durante la prueba se registrarán tres medidas principales:

  • Potencia máxima (PP): una medida de la potencia anaeróbica máxima, o la producción de potencia máxima alcanzada durante un período de 5 segundos durante los primeros 10 segundos de la prueba. Los PP se registrarán en Watts (W) y W/kg.
  • Potencia media (MP): una medida de la capacidad anaeróbica, o la producción de potencia media lograda durante la prueba de 30 segundos. MP se registrará en W y W/kg.
  • Índice de fatiga (FI): una medida de la tasa de disminución de potencia, o la diferencia entre la potencia de salida más alta de 5 segundos y la potencia de salida de 5 segundos más baja, dividida por el tiempo transcurrido. FI se registrará como un porcentaje.
• La resistencia/capacidad aeróbica y la producción de potencia se evaluarán mediante una prueba contrarreloj de ciclismo (TT). Se indicará a los participantes que completen un TT de 10 km, realizado en un cicloergómetro (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Suecia), lo más rápido posible sin retroalimentación temporal, verbal o fisiológica. Tiempo requerido para completar la prueba y promediar la potencia de salida se registrará al finalizar cada prueba.

Pruebas adicionales durante la prueba de ejercicio

• Pruebas de lactato en sangre. Inmediatamente después de la prueba de Wingate, se pinchará el dedo de los participantes con una lanceta desechable para perforar la piel y obtener una muestra de sangre capilar para analizarla con el analizador Lactate Pro (LT-1710, Arkray Inc, Kioto, Japón)
• Calificación del esfuerzo percibido (RPE): la escala de Borg para RPE se utilizará para evaluar la percepción de fatiga de los sujetos.

genotipado

Las muestras de saliva se recolectarán durante la Visita 1 de la prueba de ejercicio usando el kit Oragene-500 para el aislamiento de ADN usando los procedimientos estándar como se describió anteriormente. Llevaremos a cabo un estudio de asociación de todo el genoma, que es un enfoque que involucra el escaneo de marcadores en los genomas de Los participantes de nuestro estudio juntos, no individualmente, para encontrar variaciones genéticas asociadas con un rasgo particular, como el VO2 máx., la eficiencia de eliminación de lactato, el tipo de fibra muscular y los cambios en el rendimiento del ejercicio después de la cafeína. También examinaremos las variaciones genéticas conocidas que están asociadas con el metabolismo y la respuesta de la cafeína, para determinar si estos genes también afectan la respuesta al ejercicio después de que los sujetos ingieren cafeína.

Evaluación de la ingesta dietética

Los sujetos completarán un cuestionario de frecuencia de alimentos semicuantitativo de 196 elementos para determinar la ingesta habitual de cafeína, así como otros factores dietéticos. La información sobre la ingesta dietética se utilizará para identificar posibles modificadores del efecto, como el consumo habitual de cafeína.

Evaluación de salud, estilo de vida y actividad física

El Cuestionario de salud general, estilo de vida y actividad física (GHLPA) incluirá preguntas detalladas sobre la cafeína (p. hábitos de ingesta, efectos de abstinencia, etc.), utilizado previamente en nuestro laboratorio, combinado con un cuestionario validado de actividad física habitual/historial deportivo utilizado anteriormente para evaluar el deporte/actividad física en atletas.

Análisis estadístico

Los análisis se realizarán utilizando el software estadístico SAS (Versión 9.2, NC, EE. UU., 2009). Brevemente, reportaremos datos descriptivos (altura, peso, edad, presión arterial, ingesta y hábitos de cafeína, % de grasa corporal, VO2max, años en el deporte, horas de entrenamiento por semana, datos de evaluación dietética y otras medidas de estilo de vida) comparaciones entre grupos de genotipo usando pruebas t independientes. Las posibles diferencias en el VO2máx, la prueba contrarreloj de 10 km, la capacidad anaeróbica, el umbral de lactato, la potencia y la fuerza y ​​la tasa de esfuerzo percibido se evaluarán mediante el análisis de varianza de medidas repetidas (RMANOVA) con el tratamiento como un factor dentro de los participantes y el genotipo como un factor entre participantes. factor. Para todos los procedimientos RMANOVA, se realizarán pruebas post hoc utilizando pruebas t independientes y dependientes con una corrección de Bonferroni tal que se requerirá P< 0,05 como umbral de significancia.

Procedimiento experimental

Evaluación inicial: llamada telefónica o visita en persona

Los participantes potenciales verificarán su participación deportiva y su capacidad para comprometerse con cuatro visitas de 2 horas al laboratorio con 7 días de diferencia. Se recordará a los participantes la importancia de mantener su dieta regular. Se enfatizará y reiterará la importancia de la abstinencia de cafeína requerida, incluidos los suplementos que contengan cafeína durante los 7 días anteriores a la primera visita y la duración del estudio (4 semanas).

Visita 1 (~90 min)

La primera visita al laboratorio implicará la familiarización y la obtención del consentimiento informado por escrito de todos los participantes después de una explicación sobre los objetivos, beneficios y riesgos involucrados en el estudio. Se informará a los participantes que son libres de retirarse del estudio en cualquier momento.

Cada sujeto completará un cuestionario de "preparación para el ejercicio" (PAR-Q; Cuestionario de preparación para la actividad física) y se recopilarán datos descriptivos y antropométricos, que incluyen fecha de nacimiento, altura, masa corporal y presión arterial, y también proporcionarán una muestra de saliva para Aislamiento y genotipado de ADN. Durante esta primera visita, también se medirá el consumo máximo de oxígeno (VO2 máx; descrito a continuación) para obtener datos de referencia descriptivos y para derivar los niveles de carga de trabajo para pruebas contrarreloj experimentales en visitas de prueba posteriores.

Visita 2, 3 y 4 (~120 min)

Las tres visitas serán idénticas con la excepción del período de espera de 20 minutos (luego comienza el calentamiento previo a la prueba de 10 minutos) para que la concentración sérica de los niveles de cafeína alcance los niveles máximos, donde el participante completará un cuestionario diferente o se sentará en silencio con su propia actividad.

A su llegada, los participantes habrán sido asignados al azar (para mantener el cegamiento) para ingerir el suplemento de 2 o 4 mg de cafeína por kg de peso corporal o un placebo de dextrosa (PLAC). Cada participante ingerirá el mismo número de cápsulas de idéntico color y tamaño en cada visita, ya sea de 0, 2 ó 4 mg/kg, con el fin de mantener el doble ciego del tratamiento. Cada sujeto completará un cuestionario o se sentará en silencio (p. lectura, uso de dispositivos electrónicos, etc.) mientras espera la primera prueba de ejercicio.

El protocolo de la prueba de esfuerzo será idéntico para las visitas 2, 3 y 4. Después de 20 min, los participantes calentarán durante 10 min y luego realizarán 4 pruebas de ejercicio (comenzando a los 30 min después de la ingestión de cafeína) para determinar diferentes medidas de rendimiento:

i. Fuerza muscular - Prueba de salto vertical

ii. Fuerza - Dinamómetro de empuñadura

iii. Capacidad anaeróbica - Wingate

IV. Resistencia/capacidad aeróbica (potencia aeróbica) - Contrarreloj de ciclismo de 10 km

Los participantes pueden beber agua ad libitum durante las pruebas de ejercicio.