Caféine, variation génétique et performance athlétique (GMC-AP)

Méthodes de recherche et conception

Conception expérimentale:

Cette étude randomisée, en double aveugle, contrôlée par placebo et contre-mesurée chez les sujets comprendra 100 athlètes masculins de divers sports. Les femmes ne seront pas incluses dans cette étude car l'utilisation de contraceptifs hormonaux, qui est courante chez les athlètes féminines, et le moment du cycle menstruel ont un effet significatif sur le métabolisme de la caféine et les mesures de performance des tests d'effort. Le contrôle de ces facteurs nécessiterait un groupe de participants beaucoup plus important et nécessiterait des ressources et du temps considérables. Cependant, si les résultats de la recherche proposée montrent des résultats prometteurs chez les hommes, nous viserons alors à reproduire ces résultats chez les athlètes féminines.

Les participants effectueront 4 visites (~90-120 min chacune) au Laboratoire de recherche en physiologie humaine du Goldring Centre de l'Université de Toronto. Tous les tests auront lieu du lundi au samedi à différentes heures. Les participants seront invités à maintenir leur alimentation régulière (les repas pré-test seront reproduits pour toutes les visites) et leurs habitudes de sommeil, à éviter les activités intenses 48 heures avant chaque visite et à s'abstenir de caféine une semaine avant la première visite et pour la durée de la collecte des données (4 semaines).

Calcul de la taille de l'échantillon

Paramètres:

Taille d'effet = 0,25 : Bien qu'une grande taille d'effet pour l'effet principal du traitement ait été trouvée dans des recherches précédentes (0,38), il a été décidé que pour être prudent, cet essai serait alimenté pour détecter une taille d'effet petite à moyenne qui est toujours d'importance physiologique. De plus, nous nous intéressons aux effets entre les deux doses de caféine supposées inférieures à l'effet principal du traitement. Par conséquent, une taille d'effet petite à moyenne était nécessaire pour garantir une puissance statistique suffisante pour tirer des conclusions entre les effets de la caféine pour l'analyse par essai chronométré. Enfin, d'autres paramètres d'évaluation tels que le saut vertical pour la puissance auront probablement une taille d'effets plus petite que le contre-la-montre tel que rapporté par Tucker et al. (2013) dans une étude sur les performances de saut vertical chez les basketteurs masculins. Par conséquent, une taille d'effet plus petite serait nécessaire pour alimenter adéquatement l'étude pour toutes les mesures de résultats (c.-à-d. puissance, force anaérobie, aérobie, etc.)

• Alpha (probabilité d'erreur) = 0,025 : En général, un alpha = 0,05 est la valeur standard à utiliser pour ce paramètre. Cependant, dans notre étude, les participants seront inscrits dans un certain nombre d'essais indépendants, et il a donc été décidé d'utiliser un alpha inférieur afin de prendre en compte l'erreur qui peut résulter de comparaisons multiples telles que par sport (puissance ou endurance) plus génotype (variante à risque ou commune).
• Puissance (probabilité 1-bêta) = 0,8 : la valeur conventionnelle de 0,8 a été utilisée pour la puissance.
• Nombre de groupes = 2 : nombre de stratifications requises pour l'analyse des sous-groupes génotypiques
• Nombre de mesures = 4 : les tests d'effort en laboratoire
• Corrélation entre les mesures répétées = 0 : aucune corrélation entre les mesures a été supposée.
• Taille de l'échantillon = 74 : D'après les calculs, 74 participants sont requis. Nous recruterons 100 athlètes afin de tenir compte d'un éventuel retrait jusqu'à 25 %, sans compromettre potentiellement la signification statistique de nos résultats. De plus, si nous choisissions d'utiliser des comparaisons multiples (génotype + sport), nous bénéficierions d'un échantillon plus important pour minimiser la baisse de la taille de l'effet.

Recrutement

Le recrutement sera effectué sur les campus de l'Université de Toronto, de Ryerson et de l'Université York, à l'Institut canadien du sport de l'Ontario et dans les clubs de course/triathlon locaux au moyen de dépliants affichés aux endroits appropriés. Un e-mail standardisé avec l'étude et les coordonnées sera également envoyé aux entraîneurs en chef et/ou aux directeurs de programme des équipes/clubs sportifs (à tous les endroits énumérés ci-dessus) avec des athlètes éligibles, qui pourront alors choisir d'informer leurs athlètes de l'étude.

Paramètres d'évaluation

Données physiologiques recueillies par deux kinésiologues formés, un physiologiste de l'exercice de niveau doctorat, un assistant étudiant et Nanci Guest, l'étudiante diplômée.

Caractéristiques anthropométriques et cliniques

• Les mesures de pression artérielle systolique (PAS) et diastolique (PAD) au repos, ainsi que le pouls, seront prises deux fois, à une minute d'intervalle. La moyenne des deux lectures consécutives sera prise.
• La fréquence cardiaque sera mesurée avant tous les tests pour assurer le calme des participants et un état physiologique similaire pour tous les tests et jours de test.
• La fréquence cardiaque sera surveillée pendant toute la durée des essais (visite 2-4) par des moniteurs de fréquence cardiaque Polar (Polar Electro, Finlande)
• La taille sera mesurée au 0,1 cm près à l'aide d'un stadiomètre mural et le poids corporel sera mesuré au 0,1 kg près à l'aide d'une balance numérique avec des participants portant des vêtements légers et sans chaussures.
• La valeur du poids corporel sera utilisée pour déterminer 2 et 4 mg par kilogramme de dosages de masse corporelle pour les traitements à la caféine (plus une dose de placebo) qui seront ingérés dans un ordre aléatoire (dérivé par l'assistant de recherche et en aveugle pour tous les enquêteurs) lors des visites 2, 3 et 4, au cours des trois semaines suivantes.
• La composition corporelle sera évaluée par une échelle de bioimpédance (BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor)

Tests d'effort

Caractéristiques descriptives

La Capacité Aérobie Maximale sera évaluée par un test de VO2 max sur un vélo ergomètre. Ce test fait partie des données descriptives et sera utilisé pour déterminer la résistance définie dans le test contre la montre (65 % de puissance de crête). Les participants subiront un test d'effort gradué sur un vélo ergomètre Monark (Groningen, Pays-Bas) jusqu'à la fatigue volontaire. Pour déterminer la consommation maximale d'oxygène (VO2Max), des échantillons d'air seront analysés pour les concentrations d'oxygène et de dioxyde de carbone via un système de spirométrie à circuit ouvert indirect (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Les sujets seront configurés avec un moniteur de fréquence cardiaque Polar.

Quatre principales mesures de résultats (puissance, force, capacité anaérobie et aérobie)

• La puissance musculaire sera évaluée à l'aide du test de saut vertical (VJT) tel que décrit précédemment (5). Les participants effectueront deux tentatives à chacun des deux tests de saut vertical sur une plate-forme de force (AMTI, Watertown, MA, États-Unis).

  1. squat jump (SJ) : à partir d'une position accroupie (angle du genou : 90° environ) dans laquelle aucun contre-mouvement préliminaire n'est effectué ;
  2. saut en contre-mouvement (CMJ) : à partir d'une position debout avec un contre-mouvement préliminaire ; Il y aura une période de repos de 30 secondes entre les sauts et le meilleur score de deux sera enregistré.
• La force (haut du corps) sera évaluée à l'aide d'un dynamomètre à poignée (Lafayette Instrument Company modèle 78010). Le score le plus élevé après 3 essais sera enregistré (en kg).

• La capacité anaérobie sera évaluée à l'aide du test anaérobie Wingate sur un vélo ergomètre (Ergomedic 849E, Monark, Suède). Les participants pédaleront contre une résistance fixe de 0,085 kg/kg de masse corporelle. Trois mesures principales seront enregistrées lors du test :

  • Puissance de crête (PP) : une mesure de la puissance anaérobie maximale, ou la puissance de sortie maximale atteinte pendant une période de 5 secondes au cours des 10 premières secondes du test. PP sera enregistré en Watts (W) et W/kg.
  • Puissance moyenne (MP) : une mesure de la capacité anaérobie ou la puissance de sortie moyenne obtenue pendant le test de 30 secondes. MP sera enregistré en W et W/kg.
  • Indice de fatigue (FI) : une mesure du taux de diminution de la puissance, ou la différence entre la puissance de sortie la plus élevée de 5 secondes et la puissance de sortie la plus faible de 5 secondes, divisée par le temps écoulé. FI sera enregistré en pourcentage.
• L'endurance/capacité aérobie et la puissance de sortie seront évaluées par un contre-la-montre cycliste (TT). Les participants seront invités à effectuer un TT de 10 km, effectué sur un vélo ergomètre (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Suède), le plus rapidement possible sans retour temporel, verbal ou physiologique. Temps nécessaire pour effectuer le test et moyenne la puissance de sortie sera enregistrée à la fin de chaque test.

Tests supplémentaires pendant les tests d'effort

• Test de lactate sanguin. Immédiatement après le test Wingate, les participants se feront piquer le doigt avec une lancette jetable pour percer la peau et obtenir un échantillon de sang capillaire à analyser avec l'analyseur Lactate Pro (LT-1710, Arkray Inc, Kyoto, Japon)
• Évaluation de l'effort perçu (RPE) - L'échelle de Borg pour RPE sera utilisée pour évaluer la perception de la fatigue des sujets.

Génotypage

Des échantillons de salive seront prélevés lors de la visite 1 des tests d'effort à l'aide du kit Oragene-500 pour l'isolement de l'ADN en utilisant les procédures standard décrites précédemment. Nous mènerons une étude d'association à l'échelle du génome, qui est une approche qui implique la recherche de marqueurs dans nos participants à l'étude ensemble, et non individuellement, pour trouver des variations génétiques associées à un trait particulier tel que le VO2 max, l'efficacité de la clairance du lactate, le type de fibre musculaire et les changements dans la performance physique après la caféine. Nous examinerons également les variations génétiques connues associées au métabolisme et à la réponse de la caféine, afin de déterminer si ces gènes affectent également la réponse à l'exercice après que les sujets aient ingéré de la caféine.

Évaluation de l'apport alimentaire

Les sujets rempliront un questionnaire de fréquence alimentaire semi-quantitatif de 196 éléments pour déterminer l'apport habituel en caféine ainsi que d'autres facteurs alimentaires. Les informations sur l'apport alimentaire seront utilisées pour identifier les modificateurs d'effet potentiels tels que la consommation habituelle de caféine.

Évaluation de la santé, du mode de vie et de l'activité physique

Le questionnaire général sur la santé, le mode de vie et l'activité physique (GHLPA) comprendra des questions détaillées sur la caféine (par ex. habitudes de consommation, effets de sevrage, etc.), précédemment utilisé dans notre laboratoire, combiné à un questionnaire validé sur l'activité physique habituelle/l'historique du sport précédemment utilisé pour évaluer le sport/l'activité physique chez les athlètes.

Analyses statistiques

Les analyses seront effectuées à l'aide du logiciel statistique SAS (Version 9.2, NC, USA, 2009). En bref, nous rapporterons des données descriptives (taille, poids, âge, tension artérielle, consommation et habitudes de caféine, pourcentage de graisse corporelle, VO2max, années de sport, heures d'entraînement par semaine, données d'évaluation alimentaire et autres mesures de style de vie) des comparaisons entre des groupes de génotypes à l'aide de tests t indépendants. Les différences potentielles de VO2max, du contre-la-montre de 10 km, de la capacité anaérobie, du seuil lactique, de la puissance, de la force et du taux d'effort perçu seront évaluées à l'aide d'une analyse de variance à mesures répétées (RMANOVA) avec un traitement comme facteur intra-participants et le génotype comme facteur inter-participants facteur. Pour toutes les procédures RMANOVA, des tests posthoc seront effectués à l'aide de tests t indépendants et dépendants avec une correction de Bonferroni telle que P < 0,05 sera requis comme seuil de signification.

Procédure expérimentale

Dépistage initial - appel téléphonique ou visite en personne

Les participants potentiels vérifieront leur participation sportive et leur capacité à s'engager dans quatre visites de 2 heures au laboratoire à 7 jours d'intervalle. On rappellera aux participants l'importance de maintenir leur alimentation régulière. L'importance de l'abstinence de caféine requise, y compris tout supplément contenant de la caféine pendant 7 jours avant la première visite et la durée de l'étude (4 semaines) sera soulignée et réitérée.

Visite 1 (~90 min)

La première visite au laboratoire impliquera la familiarisation et l'obtention du consentement éclairé écrit de tous les participants après une explication sur les objectifs, les avantages et les risques liés à l'étude. Les participants seront informés qu'ils sont libres de se retirer de l'étude à tout moment.

Chaque sujet remplira un questionnaire de "préparation à l'exercice" (PAR-Q ; Questionnaire de préparation à l'activité physique) et recueillera des données descriptives et anthropométriques, notamment sa date de naissance, sa taille, sa masse corporelle et sa tension artérielle, et fournira également un échantillon de salive pour Isolement et génotypage de l'ADN. Au cours de cette première visite, la consommation maximale d'oxygène (VO2 max ; décrite ci-dessous) sera également mesurée pour les données descriptives de base et pour dériver les niveaux de charge de travail pour les essais chronométrés expérimentaux lors des visites de test ultérieures.

Visite 2, 3 et 4 (~120 min)

Les trois visites seront identiques à l'exception de la période d'attente de 20 minutes (puis 10 minutes d'échauffement avant le test commencent) pour que la concentration sérique de caféine atteigne des niveaux maximaux, où le participant remplira un questionnaire différent ou s'assiéra tranquillement avec leur propre activité.

À leur arrivée, les participants auront été assignés au hasard (pour maintenir l'insu) pour ingérer soit le supplément à 2 ou 4 mg de caféine par kg de poids corporel, soit le placebo de dextrose (PLAC). Chaque participant ingèrera le même nombre de gélules de couleur et de taille identiques lors de chaque visite, que ce soit 0, 2 ou 4 mg/kg, afin de maintenir le traitement en double aveugle. Chaque sujet remplira un questionnaire ou s'assiéra tranquillement (par ex. lecture, utilisation d'appareils électroniques, etc.) en attendant la première épreuve d'effort.

Le protocole du test d'effort sera identique pour les visites 2, 3 et 4. Après 20 min, les participants s'échaufferont pendant 10 min puis effectueront 4 tests d'effort (commençant à 30 min après l'ingestion de caféine) pour déterminer différentes mesures de performance :

je. Puissance musculaire - Test de saut vertical

ii. Force - Dynamomètre à poignée

iii. Capacité anaérobie - Wingate

iv. Endurance/Capacité aérobie (puissance aérobie) - Contre-la-montre cycliste de 10 km

Les participants peuvent boire de l'eau à volonté tout au long des tests d'effort.