Kofeiini, geneettinen vaihtelu ja urheilullinen suorituskyky (GMC-AP)

Tutkimusmenetelmät ja suunnittelu

Kokeellinen suunnittelu:

Tämä satunnaistettu, kaksoissokkoutettu, lumekontrolloitu, koehenkilöiden sisäinen vastamittainen tutkimussuunnitelma sisältää 100 miesurheilijaa eri urheilulajeista. Naisia ​​ei oteta mukaan tähän tutkimukseen, koska naisurheilijoilla yleisellä hormonaalisella ehkäisyllä ja kuukautiskierron kestolla on merkittävä vaikutus kofeiinin aineenvaihduntaan ja rasitustestien suorituskykyyn. Näiden tekijöiden hallitseminen vaatisi paljon suuremman osallistujajoukon ja vaatisi huomattavia resursseja ja aikaa. Kuitenkin, jos ehdotetun tutkimuksen tulokset osoittavat lupaavia tuloksia miehillä, pyrimme toistamaan nämä havainnot naisurheilijoilla.

Osallistujat suorittavat 4 käyntiä (kukin noin 90-120 min) ihmisen fysiologian tutkimuslaboratoriossa Toronton yliopiston Goldring Centerissä. Kaikki testit suoritetaan maanantaista lauantaihin eri aikoina. Osallistujia ohjeistetaan noudattamaan säännöllistä ruokavaliotaan (esitestausateriat toistetaan kaikilla vierailuilla) ja nukkumistottumuksiaan, välttämään rasittavaa toimintaa 48 tuntia ennen jokaista käyntiä ja pidättäytymään kofeiinin käytöstä viikkoa ennen ensimmäistä käyntiä ja koko vierailun ajan. tiedonkeruu (4 viikkoa).

Näytteen koon laskeminen

Parametrit:

Tehosteen koko = 0,25: Vaikka aiemmissa tutkimuksissa havaittiin suuri vaikutuskoko päähoidon vaikutukselle (0,38), päätettiin, että konservatiivisena tämän kokeen avulla voidaan havaita pieni tai keskikokoinen vaikutuskoko, jolla on edelleen fysiologinen merkitys. Lisäksi olemme kiinnostuneita vaikutuksista kahden kofeiiniannoksen välillä, joiden oletetaan olevan pienempiä kuin pääasiallinen hoitovaikutus. Siksi tarvittiin pieni tai keskikokoinen vaikutuskoko, jotta varmistettaisiin riittävä tilastollinen teho kofeiinivaikutusten välisten johtopäätösten tekemiseen aika-ajoanalyysiä varten. Lopuksi muilla arviointiparametreilla, kuten tehon pystyhypyllä, on todennäköisesti pienempi vaikutuskoko kuin aikakokeella, kuten Tucker et al. (2013) tutkimuksessa pystyhypyn suorituskyvystä mieskoripalloilijoiden keskuudessa. Siksi vaadittaisiin pienempi vaikutuskoko, jotta tutkimus tehoisi riittävästi kaikille tulosmittauksille (esim. teho, voima anaerobinen, aerobinen jne.)

• Alfa (virheen todennäköisyys) = 0,025: Yleensä alfa = 0,05 on tämän parametrin vakioarvo. Tutkimuksessamme osallistujat kuitenkin osallistuvat useisiin riippumattomiin kokeisiin, ja siksi päätettiin käyttää alempaa alfaa, jotta voidaan ottaa huomioon virhe, joka voi johtua useista vertailuista, kuten urheilulajin (voima tai kestävyys) plus. genotyyppi (riski tai yleinen variantti).
• Teho (1-beta-todennäköisyys) = 0,8: Tehoa varten käytettiin tavanomaista arvoa 0,8.
• Ryhmien lukumäärä = 2: Genotyypin alaryhmäanalyysiin tarvittavien kerrostumien lukumäärä
• Mittausten lukumäärä = 4: Laboratorioharjoituskokeet
• Korrelaatio toistuvien mittausten välillä = 0: Mittausten välillä oletettiin nollakorrelaatiota.
• Näytteen koko = 74: Laskelmien perusteella vaaditaan 74 osallistujaa. Rekrytoimme 100 urheilijaa, jotta voimme ottaa huomioon mahdollisen jopa 25 %:n vetäytymisen vaarantamatta kuitenkaan tulostemme tilastollista merkitystä. Lisäksi, jos päätämme käyttää useita vertailuja (genotyyppi + urheilu), hyötyisimme suuremmasta näytteestä vaikutuskoon pienenemisen minimoimiseksi.

Rekrytointi

Rekrytointi toteutetaan Toronton yliopiston, Ryersonin ja Yorkin yliopiston kampuksilla, Canadian Sport Institute of Ontariossa sekä paikallisissa juoksu-/triathlonseuroissa sopiviin paikkoihin lähetetyillä lehtisillä. Standardoitu sähköposti, jossa on tutkimus- ja yhteystiedot, lähetetään myös kelvollisten urheilijoiden urheilujoukkueiden/seurojen päävalmentajille ja/tai ohjelmajohtajille (kaikissa yllä luetelluissa paikoissa), jotka voivat sitten ilmoittaa urheilijoilleen tutkimuksesta.

Arvioinnin parametrit

Fysiologiset tiedot ovat keränneet kaksi koulutettua kinesiologia, tohtoritason harjoitusfysiologi, yksi opiskelija-assistentti ja Nanci Guest, jatko-opiskelija.

Antropometriset ja kliiniset ominaisuudet

• Lepo systolinen (SBP) ja diastolinen (DBP) verenpainemittaukset sekä pulssi mitataan kahdesti minuutin välein. Kahden peräkkäisen lukeman keskiarvo otetaan.
• Syke mitataan ennen kaikkia testejä, jotta varmistetaan osallistujien rauhallisuus ja samanlainen fysiologinen tila kaikissa testeissä ja testipäivinä.
• Polar-sykemittarit (Polar Electro, Suomi) tarkkailevat sykettä koko kokeiden ajan (käynti 2-4)
• Pituus mitataan 0,1 cm:n tarkkuudella seinään asennettavalla stadiometrillä ja paino mitataan 0,1 kg:n tarkkuudella digitaalisella vaa'alla osallistujan ollessa kevyissä vaatteissa ja ilman kenkiä.
• Ruumiinpainoarvoa käytetään määritettäessä 2 ja 4 mg painokiloa kohti kofeiinihoidoissa (sekä lumelääkeannoksessa), jotka nautitaan satunnaisessa järjestyksessä (tutkija-avustajan johtama ja kaikille tutkijoille sokkoutunut) käyntien 2, 3 aikana. ja 4 seuraavan kolmen viikon aikana.
• Kehonkoostumus arvioidaan bioimpedenssiasteikolla (BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor)

Harjoitustestit

Kuvailevat ominaisuudet

Suurin aerobinen kapasiteetti arvioidaan VO2 max -testillä pyöräergometrillä. Tämä testi on osa kuvaavaa dataa ja sitä käytetään aika-ajotestissä asetettujen vastusten määrittämiseen (65 % huipputeho). Osallistujat käyvät läpi asteittaisen rasitustestin Monark-pyöräergometrillä (Groningen, Alankomaat) tahdonvoimaiseen väsymykseen asti. Maksimaalisen hapenkulutuksen (VO2Max) määrittämiseksi ilmanäytteistä analysoidaan happi- ja hiilidioksidipitoisuudet epäsuoran avoimen kierron spirometriajärjestelmän avulla (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Koehenkilöt määritetään Polar-sykemittarilla.

Neljä pääasiallista tulosmittausta (voima, voima, anaerobinen ja aerobinen kapasiteetti)

• Lihasvoimaa arvioidaan käyttämällä pystyhyppytestiä (VJT) edellä kuvatulla tavalla (5). Osallistujat suorittavat kaksi yritystä kahdessa pystysuorassa hyppytestissä voimalevyllä (AMTI, Watertown, MA, USA).

  1. kyykkyhyppy (SJ): kyykkyasennosta (polvikulma noin 90°), jossa ei suoriteta alustavaa vastaliikettä;
  2. vastaliikehyppy (CMJ): pystyasennosta alustavalla vastaliikkeellä; Hyppyjen välissä on 30 sekunnin tauko ja paras pistemäärä kaksi kirjataan.
• Vahvuus (ylävartalo) arvioidaan Handgrip Dynamometer -laitteella (Lafayette Instrument Company malli 78010). Korkein pistemäärä 3 kokeilun jälkeen kirjataan (kg).

• Anaerobinen kapasiteetti arvioidaan Wingate Anaerobic Test -testillä pyöräergometrillä (Ergomedic 849E, Monark, Ruotsi). Osallistujat pyöräilevät kiinteää vastusta 0,085 kg / kg kehon massaa vastaan. Testin aikana kirjataan kolme päämittausta:

  • Huipputeho (PP): suurimman anaerobisen tehon mitta tai maksimiteho, joka saavutetaan 5 sekunnin aikana testin 10 ensimmäisen sekunnin aikana. PP kirjataan watteina (W) ja W/kg.
  • Keskimääräinen teho (MP): anaerobisen kapasiteetin mitta tai 30 sekunnin testin aikana saavutettu keskimääräinen teho. MP tallennetaan yksiköissä W ja W/kg.
  • Väsymysindeksi (FI): tehon laskun nopeuden mitta tai suurimman 5 sekunnin ja pienimmän 5 sekunnin tehon välinen ero jaettuna kuluneella ajalla. FI kirjataan prosentteina.
• Kestävyys/aerobinen kapasiteetti ja teho mitataan pyöräilyaikaajolla (TT). Osallistujia neuvotaan suorittamaan 10 km TT, joka suoritetaan pyöräergometrillä (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Ruotsi) mahdollisimman nopeasti ilman ajallista, sanallista, fysiologista palautetta. Testin suorittamiseen tarvittava aika ja keskiarvo lähtöteho kirjataan jokaisen testin päätyttyä.

Lisätestit harjoitustestin aikana

• Veren laktaattitesti. Välittömästi Wingate-testin jälkeen osallistujat pistetään sormeen kertakäyttöisellä lansetilla ihon puhkaisemiseksi ja kapillaariverinäytteen ottamiseksi analysoitavaksi Lactate Pro -analysaattorilla (LT-1710, Arkray Inc, Kioto, Japani)
• Rating of Perceived Exertion (RPE) – RPE:n Borgin asteikkoa käytetään arvioitaessa koehenkilöiden väsymystä.

Genotyypitys

Sylkinäytteet kerätään harjoitustestauksen 1. käynnin aikana käyttämällä Oragene-500-sarjaa DNA-eristykseen käyttäen standardimenetelmiä aiemmin kuvatulla tavalla. Suoritamme genominlaajuisen assosiaatiotutkimuksen, joka on lähestymistapa, joka sisältää markkerien skannauksen tutkimuksemme osallistujat yhdessä, ei yksilöitä, löytääkseen geneettisiä muunnelmia, jotka liittyvät tiettyyn ominaisuuteen, kuten VO2 max, laktaatin puhdistuman tehokkuus, lihaskuitutyyppi ja muutokset harjoitussuorituskyvyssä kofeiinin jälkeen. Tutkimme myös tunnettuja geneettisiä muunnelmia, jotka liittyvät kofeiinin aineenvaihduntaan ja vasteeseen, määrittääksemme, vaikuttavatko nämä geenit myös vasteeseen liikuntaan kofeiinin nauttimisen jälkeen.

Ruokavalion saannin arviointi

Koehenkilöt täyttävät 196 kohdan puolikvantitatiivisen ruokatiheyden kyselylomakkeen määrittääkseen tavanomaisen kofeiinin saannin sekä muut ruokavalioon liittyvät tekijät. Ruokavalion saantitietoja käytetään mahdollisten vaikutusten muuntajien, kuten tavanomaisen kofeiinin kulutuksen, tunnistamiseen.

Terveyden, elämäntavan ja fyysisen aktiivisuuden arviointi

Yleisen terveyden, elämäntavan ja liikunnan kyselylomake (GHLPA) sisältää yksityiskohtaisia ​​kysymyksiä kofeiinista (esim. syömistottumukset, vieroitusvaikutukset jne.), joita käytettiin aiemmin laboratoriossamme yhdistettynä validoituun tavanomaiseen fyysiseen aktiivisuuteen/urheiluhistoriaan liittyvään kyselyyn, jota käytettiin aiemmin urheilijoiden urheilun/fyysisen aktiivisuuden arvioimiseen.

Tilastollinen analyysi

Analyysit tehdään SAS (versio 9.2, NC, USA, 2009) tilastoohjelmistolla. Raportoimme lyhyesti kuvaavia tietoja (pituus, paino, ikä, verenpaine, kofeiinin saanti ja tottumukset, kehon rasvaprosentti, VO2max, urheiluvuodet, harjoitustunnit viikossa, ruokavalion arviointitiedot ja muut elämäntapamittaukset) genotyyppiryhmien välisiä vertailuja käyttäen. riippumattomat t-testit. Mahdolliset erot VO2max:ssa, 10 km:n aika-ajossa, anaerobisessa kapasiteetissa, laktaattikynnyksessä, tehossa ja voimakkuudessa sekä havaitun rasituksen nopeudessa arvioidaan käyttämällä toistuvien mittausten varianssianalyysiä (RMANOVA) ja hoitoa osallistujien sisäisenä tekijänä ja genotyyppiä osallistujien välillä. tekijä. Kaikille RMANOVA-toimenpiteille posthoc-testit suoritetaan käyttämällä riippumattomia ja riippuvaisia ​​t-testejä Bonferroni-korjauksella siten, että P < 0,05 vaaditaan merkitsevyyden kynnyksenä.

Kokeellinen menettely

Alkutarkastus - puhelinsoitto tai käynti henkilökohtaisesti

Mahdolliset osallistujat varmistavat osallistumisensa urheiluun ja kykynsä sitoutua neljään 2 tunnin laboratorioon 7 päivän välein. Osallistujia muistutetaan säännöllisen ruokavalionsa ylläpitämisen tärkeydestä. Vaaditun kofeiinista pidättymisen tärkeyttä, mukaan lukien kaikki kofeiinia sisältävät lisäravinteet 7 päivää ennen ensimmäistä käyntiä, sekä tutkimuksen kesto (4 viikkoa) korostetaan ja toistetaan.

Käynti 1 (~90 min)

Ensimmäinen käynti laboratoriossa sisältää tutustumisen ja kirjallisen tietoisen suostumuksen hankkimisen kaikilta osallistujilta sen jälkeen, kun on kerrottu tutkimuksen tavoitteista, hyödyistä ja riskeistä. Osallistujille ilmoitetaan, että he voivat vetäytyä tutkimuksesta milloin tahansa.

Jokainen koehenkilö täyttää "harjoitusvalmius"-kyselylomakkeen (PAR-Q; Physical Activity Readiness Questionnaire), johon on kerätty kuvaavia ja antropometrisiä tietoja, mukaan lukien syntymäaika, pituus, paino ja verenpaine, ja he tarjoavat myös sylkinäytteen DNA:n eristäminen ja genotyypitys. Tämän ensimmäisen käynnin aikana mitataan myös maksimaalinen hapenottokyky (VO2 max; kuvattu alla) kuvaavien perustietojen saamiseksi ja työkuormitustasojen johtamiseksi kokeellisia aikakokeita varten seuraavilla testauskäynneillä.

Käynti 2, 3 ja 4 (~120 min)

Kaikki kolme käyntiä ovat identtisiä lukuun ottamatta 20 minuutin odotusaikaa (sen jälkeen alkaa 10 minuutin testiä edeltävä lämmittely), jotta seerumin kofeiinipitoisuudet saavuttavat huipputason, jolloin osallistuja täyttää erilaisen kyselylomakkeen tai istuu hiljaa omaa toimintaansa.

Saapuessaan osallistujat on satunnaisesti määrätty (sokeuden ylläpitämiseksi) nauttimaan joko lisäravintoa 2 tai 4 mg kofeiinia painokiloa kohti tai dekstroosiplaseboa (PLAC). Jokainen osallistuja nielee saman määrän samanvärisiä ja -kokoisia kapseleita kullakin käynnillä, olipa se sitten 0, 2 tai 4 mg/kg, jotta hoito kaksoissokkoutuu. Jokainen koehenkilö täyttää kyselyn tai istuu hiljaa (esim. lukeminen, sähköisten laitteiden käyttö jne.) odottaessaan ensimmäistä harjoitustestiä.

Harjoitustestin protokolla on identtinen käynneillä 2, 3 ja 4. 20 minuutin kuluttua osallistujat lämmittelevät 10 minuutin ajan ja suorittavat sitten 4 harjoitustestiä (alkaen 30 minuutin kohdalla kofeiinin nauttimisen jälkeen) erilaisten suorituskykymittareiden määrittämiseksi:

i. Lihasvoima - Pystyhyppytesti

ii. Vahvuus - Kädensijadynamometri

iii. Anaerobinen kapasiteetti - Wingate

iv. Kestävyys/aerobinen kapasiteetti (aerobinen teho) - 10 km pyöräilyn aika-ajo

Osallistujat voivat juoda vettä ad libitum koko harjoitustestin ajan.