Kofeiini, DNA ja kognitio

Kaksoissokkoutettua, lumekontrolloitua crossover-mallia, joka sisältää vuorotellen "pitkäaikaisen" kofeiinialtistuksen ja pidättäytymisen, käytetään tutkimaan kofeiinin yksilöiden välisiä vaikutuksia kognitiiviseen suorituskykyyn. Menettely, jota osallistujien on noudatettava jokaisen tutkimuksen neljän viikon aikana, kuvataan yksityiskohtaisesti alla.

1. Peruskäynti: lähtötilannekysely, antropometria, tutustuminen opiskelumenetelmiin ja tehtäviin. Osallistujille toimitetaan viikon 1 lisäravinteet (n = 18 kapselia) ja sylkipullot (n = 6) sylkinäytteen keräämistä varten. Osallistujille tarjotaan myös kofeiinitonta kahvia, teetä ja kaakaota mieltymysten mukaan.
2. Päivät 1-6: lume- tai kofeiinikapselit x 3 päivässä klo 9.00, 11.00 ja 15.00. Kofeiini- ja lumelääkevalmisteen noudattaminen arvioidaan sylkinäytteellä joka päivä klo 17.00 jokaisena pitkäaikaisen lisäravinteen päivinä. Veren ja syljen kofeiinipitoisuudet korreloivat voimakkaasti, ja tasot tyypillisesti nousevat asteittain päivän aikana (johtuen kofeiinijuomien ajoittaisesta käytöstä). Paras yhden näytteen biotesti päivittäisestä kofeiinin saannista saadaan näytteistä, jotka on otettu myöhään iltapäivällä (James, 1994; James & Rogers, 2005).
3. Päivät 5 ja 6: Valmistautuakseen "haastepäiviin" ja valvoakseen ympäristötekijöitä, joiden on osoitettu vaikuttavan CYP1A2-entsyymin indusoitumiseen, osallistujia pyydetään pidättäytymään alkoholista 48 tunnin ajan ja välttämään raskasta harjoittelua 24 tuntia ennen tapahtumaa. kokeita ja välttää ristikukkaisten ruokien (parsakaali ja ruusukaali) syömistä (Gunes & Dahl, 2008). Lopuksi osallistujille annetaan ruokavaliopäiväkirjat, joihin kirjataan kaikki 24 tunnin aikana kulutetut ruoat ja juomat ennen kaikkia neljää koetta.
4. Päivä 7 (koepäivä): Osallistujia pyydetään esittäytymään laboratorioon yön yli paaston jälkeen, ja he noudattavat alla olevaa menettelyä:

09:00: Sylkinäyte ennen täydentämistä ja kognitiiviset tehtävät

09:30: Täydennys 3 mg/kg kofeiinia tai lumelääkettä

10:30: Ensimmäinen sylkilisäyksen jälkeinen näyte ja kognitiiviset tehtävät

12:30: Toinen lisäravinteen jälkeinen sylkinäyte ja kognitiiviset tehtävät

13:00: Hedelmämehua tai virvoitusjuomaa sisältävä ateria ja juustovoileipä

Klo 15:30: Kolmas sylkilisäyksen jälkeinen näyte ja kognitiiviset tehtävät

Sylkinäytteet otetaan saapumisen yhteydessä ja 1, 3 ja 6 tuntia täydennyksen jälkeen. Ensimmäinen näyte otetaan sen varmistamiseksi, että noudatetaan vaatimusta olla ottamatta aamulisää, joten olla kofeiinista pidättyvässä tutkimusryhmästä riippumatta. On osoitettu, että 1 mg/kg kofeiinia johtaa noin 1 µg/ml kofeiinipitoisuuksiin plasmassa ja syljen kofeiinipitoisuuden voidaan olettaa olevan noin 70 % plasman tasoista (Walther et al., 1983). Keskimääräisiä syljen kofeiinipitoisuuksia alle 1 μg/ml on aiemmin raportoitu yön yli kofeiinista pidättyessä (Evans & Griffiths, 1999). Kofeiinihoidon jälkeen syljen kofeiinitasot auttavat määrittämään kofeiiniaineenvaihduntaa (Dodd et al., 2015).

Täydennys niellään osallistujan painoon verrannollisen veden kanssa (3 ml/kg). Kokeilupäivinä osallistujia pyydetään nauttimaan vettä ad libitum ensimmäisessä kokeessa ja yhtä suuri määrä seuraavissa kokeissa. Heitä pyydetään myös välttämään harjoittelua kokeiden välillä.

Kognitiiviset tehtävät suoritetaan neljällä aikapisteellä: ennen täydentämistä ja 1, 3 ja 6 tuntia täydennyksen jälkeen. Käytettäessä vedetöntä kofeiinia kapseleissa kofeiinin huippupitoisuus saavutetaan yleensä noin tunnin kuluttua nauttimisesta (Graham, 2001). Siksi kofeiinin metaboliittien mittaaminen 1 tunnin ajan kofeiinin nauttimisen jälkeen mittaa enimmäkseen kofeiinin imeytymistä eikä metaboliaa, jonka määrittää CYP1A2-entsyymi. Siten CYP1A2-genotyyppien vaikutuksia kofeiinin vaikutuksiin tutkivissa tutkimuksissa tulisi keskittyä käyttämään protokollia, jotka kestävät yli 1 tunnin, koska nämä vaikutukset voivat olla selvempiä yli tunnin kestävissä tapahtumissa, joissa kofeiinin aineenvaihdunnalla voi olla selvempi vaikutus. On myös huomioitava, että kofeiinin puoliintumisaika on useimmilla aikuisilla keskimäärin 4-6 tuntia (Nehlig, 2018), eikä vielä tiedetä, missä määrin kofeiinin aineenvaihdunta muuttuu nopeiden ja hitaiden metaboloijien välillä. Siksi ei ole tiedossa, missä vaiheessa nopeiden ja hitaiden metaboloijien verenkierrossa olisi riittävän suuri ero kofeiinitasoissa, jotta sillä olisi merkittävä vaikutus kofeiinin ergogeenisuuteen (Southward et al., 2018). Tästä syystä valitsimme kognitiivisten tehtävien suorittamiseen kolme eri aikapistettä täydennyksen jälkeen: 1 tunti täydennyshoidon jälkeen valittiin mahdollistamaan vertailu useisiin aikaisempiin kofeiinitutkimuksiin, koska se on yleisimmin käytetty aikapiste kognitiivisen suorituskyvyn testaamiseen. täydennys kirjallisuudessa (Carswell et al., 2020). Lisäsimme myös 3 tunnin ja 6 tunnin lisäyksen jälkeiset aikapisteet, koska ne ovat kofeiinin puoliintumisajan keskimääräisellä alueella, ja tutkiaksemme eroja suorituskyvyssä "nopeiden" ja "hitaiden" metaboloijien välillä. Oletamme, että ne, jotka metaboloivat kofeiinia nopeammin, eivät ylläpitäisi korkeaa syljen kofeiinitasoa 6 tunnin ajan verrattuna niihin, joiden kofeiinin aineenvaihdunta on hitaampi.

Jokaisen koepäivän lopussa osallistujille toimitetaan seuraavan viikon kapselit sekä pullot syljen kofeiininäytteitä varten.

Kun näytteet on toimitettu, ne säilytetään pakastettuina -20 °C:ssa analyysiin asti. Syljen kofeiinitasot mitataan käyttämällä EMIT-tekniikkaa (Enzyme Multiplied Immunoassay Technique) spektrofotometrisellä menetelmällä. EMIT-määritys on homogeeninen entsyymi-immunomääritys, joka on tarkoitettu käytettäväksi kofeiinin määrittämisessä metaboliittina, ja se on suositeltavampi, koska se on vähemmän invasiivinen kuin seerumin kofeiinin käyttö ja sen on osoitettu olevan luotettava ja toistettava (Tripathi et al., 2015). Seerumin kofeiinitasot, jotka ovat yli 30 μg/ml, vaativat laimentamisen, kun ne analysoidaan EMIT-määrityksellä.