Effets de l'ingestion de caféine sur les mesures cognitives et la force musculaire matinales chez les hommes

Participants Quatorze hommes adultes de sexe biologique et de genre masculin classés comme "actifs récréatifs". Tous les participants ont été recrutés parmi la population étudiante du département des sciences du sport de l'université. Les critères d'inclusion étaient des adultes en bonne santé (18-30 ans), sans blessure, avec une expérience préalable de l'entraînement en force/musculation (≥ 2 ans). Le projet était également ouvert aux femmes, mais aucune n'a volontairement participé. Les participants avaient l'habitude de se coucher entre 22h00 et 23h30 et de se lever entre 06h00 et 07h30, et pour les besoins de l'étude, ils ont accepté de se coucher à 22h30 et de se lever à 06h30. Aucun des participants ne suivait de traitement pharmacologique (y compris les anti-inflammatoires non stéroïdiens, AINS) pendant la durée de l'étude. La consommation habituelle de caféine a été évaluée à l'aide du questionnaire sur la consommation de caféine (CCQ), et ceux consommant >150 mg par jour ont été exclus. De plus, tous les participants n'ont exprimé aucune préférence pour l'heure d'entraînement via un journal d'entraînement auto-déclaré sur deux semaines. Le recrutement de participants avec ce type d'historique d'exercice spécifique signifiait que les réponses facilitatrices neuromusculaires connues, généralement associées à des augmentations aiguës de la force musculaire chez les individus non entraînés en raison d'adaptations et de réponses neurales, étaient réduites. Les critères d'exclusion comprenaient une humeur dépressive (selon l'inventaire de dépression de Beck), une mauvaise qualité de sommeil (score global de l'indice de qualité du sommeil de Pittsburgh >5, travail posté récent ou voyage à travers plusieurs fuseaux horaires et chronotype "extrême" (évalué via le questionnaire composite de matinalité) et des facteurs de risque et/ou symptômes de maladie cardiovasculaire. Par le biais d'entretiens, il a été établi que les volontaires avaient une connaissance minimale des effets de l'heure de la journée ou du temps écoulé depuis le sommeil sur la performance humaine. Une explication verbale de la procédure expérimentale a été fournie à chacun ; cela comprenait les objectifs de l'étude, les risques possibles associés à la participation et les procédures expérimentales à utiliser. Toutes les questions ont été répondues. Les individus ont ensuite fourni un consentement éclairé écrit avant de participer à l'étude. Les procédures expérimentales ont été approuvées par le comité d'éthique humaine de l'Université John Moores de Liverpool (CODE ÉTHIQUE : 08/SPS/030). L'étude a été menée conformément aux normes éthiques de la revue et a respecté les principes de la Déclaration d'Helsinki.

Conception de la recherche Tous les participants devaient se rendre au laboratoire de physiologie (Liverpool, Royaume-Uni) à sept reprises (température sèche de 19-21°C, humidité de 29-41%, pression barométrique de 962-1010 mmHg et lumière ambiante de 750 lux). Les participants ont effectué (i) une répétition maximale (1RM) pour le développé couché et le squat, ii) deux séances de familiarisation avec les tests de performance cognitive et de force une semaine avant le protocole expérimental. Pendant les familiarisations, les participants ont rempli un journal alimentaire de 7 jours analysé avec le logiciel Nutritics® par un nutritionniste du sport et de l'exercice enregistré SENr. Les séances restantes comprenaient iii) trois séances expérimentales, toutes séparées d'au moins 72 heures comme période de récupération standardisée. La partie expérimentale comprenait trois essais expérimentaux a) Contrôle (NoPill), b) Caféine (300 mg, CAFF) et c) placebo (maltodextrine, PLAC) entre 07h30 et 08h30 (Figure 1). Les participants se sont couchés la veille vers 22h30, se sont réveillés à 06h30 et sont arrivés au laboratoire à 07h00 à jeun. Pour les conditions CAFF et PLAC, les pilules étaient fournies dans une bouteille en plastique avec des instructions pour les consommer avec de l'eau à 06h30 avant l'arrivée au laboratoire, avec confirmation à l'arrivée. Pour le contrôle NoPill, rien n'a été fourni. Les participants ont été invités à éviter l'entraînement ou une activité physique intense 48 heures avant toute visite, sinon, ils ont maintenu leurs routines quotidiennes normales. Au total, les trois capsules de caféine contenaient 300 mg de caféine anhydre et l'espace restant était occupé par de la maltodextrine (Applied Nutrition LTD, Knowsley, Royaume-Uni) et les capsules placebo étaient fabriquées dans le département et contenaient de la maltodextrine (~2,4 g, Sport supplements Ltd t/a BulkTM Colchester, Royaume-Uni). Les chercheurs et les participants étaient en aveugle quant au calendrier des suppléments, et à la fois la caféine et le placebo étaient légèrement saupoudrés de maltodextrine pour créer un goût similaire, les deux avaient un poids similaire (0,8 g/capsule) et étaient de taille 00. L'ordre des traitements a été révélé à la fin du projet par un chercheur responsable de l'anonymisation et de la randomisation.

Tous les essais ont été réalisés avec un seul participant à la fois, mais avec un début décalé : un participant arrivait à 06h45, le suivant à 07h00 et le dernier pour la séance du matin à 07h15. Cet horaire pour les participants a été maintenu cohérent pour toutes les séances. Tous les participants vivaient à moins de 10 minutes des laboratoires universitaires. Les participants ont été répartis de manière égale, sur la base de leur 1RM pour le développé couché et le squat, en trois groupes (A, B et C), en listant les temps des participants de la deuxième familiarisation de la plus forte à la plus faible et en attribuant les lettres A, B et C dans l'ordre. L'incidence de l'effet d'apprentissage a été minimisée en attribuant les conditions expérimentales dans un ordre contrebalancé. La présente étude a été menée entre les mois de novembre et février (automne à hiver au Royaume-Uni), avec une exposition à la lumière du matin limitée à <80 Lux avant l'arrivée au laboratoire. La plage de lever du soleil pendant la durée de l'étude était de 07h12 à 07h03.

Protocole et mesures : séances de familiarisation Les participants ont effectué deux séances de familiarisation avec toutes les mesures de force, cognitives et de questionnaire, avant d'être considérés comme prêts à participer à l'étude. Un coefficient de variation inférieur ou égal à 10 % pour les variables entre la première et la deuxième mesure a été utilisé comme critère de familiarisation conformément aux recommandations d'Atkinson et Nevill [26]. Les séances de familiarisation ont eu lieu à 12h00 sur une période de trois semaines et se sont terminées une semaine avant le début de l'étude pour minimiser les effets d'apprentissage. Les participants sont arrivés 0,5 heure avant le début du test et se sont reposés en position assise, pour minimiser l'influence de l'activité musculaire antérieure. Les participants ont effectué la familiarisation dans l'ordre suivant : i) batterie de tests cognitifs, ii) contraction volontaire maximale isométrique (CVM) avec et sans stimulation électrique percutanée, iii) squat et développé couché.

i) Batterie de tests cognitifs Test de traçage (TMT ; parties A et B) : Les deux parties du TMT consistent en 25 cercles répartis sur une feuille A4. Dans la partie A, les cercles sont numérotés de 1 à 25, et le participant doit tracer des lignes pour relier les nombres dans l'ordre croissant. Dans la partie B, les cercles incluent à la fois des nombres (1-13) et des lettres (A-L) et le participant doit tracer des lignes pour relier les cercles dans un motif ascendant mais avec la tâche supplémentaire d'alterner entre les nombres et les lettres (c'est-à-dire 1-A-2-B-3-C, etc.). Dans les deux parties, le participant doit relier les cercles aussi rapidement que possible, sans lever le crayon du papier. Si une erreur est commise, elle est signalée immédiatement et le participant peut la corriger. Pendant le test, le temps de réalisation est mesuré, un temps plus élevé indiquant une plus grande altération.

Test d'apprentissage verbal auditif de Rey : Le RAVLT est une évaluation neuropsychologique conçue pour évaluer la mémoire verbale chez les patients âgés de 16 ans et plus. Le RAVLT peut être utilisé pour évaluer la nature et la gravité des dysfonctionnements de la mémoire et pour suivre les changements de fonction mémoire au fil du temps [28]. Le test est conçu comme un paradigme d'apprentissage de listes dans lequel le volontaire entend une liste de 15 noms et doit rappeler autant de mots de la liste que possible. Le nombre correct et le nombre de mots donnés par le participant mais non sur la liste (intrusions) sont notés. Ce processus est répété 4 fois de plus. Le processus est répété mais avec une deuxième liste "d'interférence" (Liste B) présentée de la même manière, et le participant doit rappeler autant de mots que possible de la Liste B et le score est enregistré. Après l'essai d'interférence, le participant est immédiatement invité à rappeler les mots de la Liste A, qu'il a entendus cinq fois auparavant, et le nombre de mots corrects et d'intrusions est enregistré. Le nombre total, le nombre de distractions et la rétention du RAVLT sont enregistrés et analysés.

Test d'interférence mot-couleur de Stroop. Les participants ont été invités à lire à haute voix leurs réponses aux mots ou couleurs pendant 45 s aussi rapidement que possible et à ne laisser aucune erreur non corrigée. Cela a été filmé et le nombre d'erreurs et la quantité totale réalisée ont été enregistrés et analysés. La première feuille avait du texte (rouge, bleu, jaune, noir et vert) en encre noire (test de dénomination de mots, W). La deuxième feuille avait des blocs de couleur correspondant au texte de la première feuille (test de dénomination de couleurs, C). Avec la troisième feuille, les participants devaient lire le mot (qui était coloré différemment du mot, par exemple, le mot était jaune et la couleur rouge, appelé test de dénomination de la couleur du mot, CW) et pour la quatrième feuille, les participants devaient lire la couleur (qui était mal nommée, par exemple, la couleur était jaune mais le mot était rouge, appelé test de dénomination du mot non de la couleur, WC). Dans cette quatrième feuille, les mots étaient imprimés dans l'ordre inverse de la troisième feuille. Les données brutes ont été analysées pour le nombre d'erreurs (pour donner une indication de la précision de la vitesse/rythme dans les 45 s) et les scores d'interférence (un indicateur de l'efficacité de la fonction inhibitrice), où C représente les réponses correctes produites en 45 s dans la dénomination des couleurs, et CW correspond aux réponses correctes obtenues en 45 s dans la condition d'interférence. Cela a également été effectué pour le test de dénomination du mot non de la couleur.

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) Contraction volontaire maximale isométrique Les participants ont effectué des CVM isométriques des muscles quadriceps (durée de 3 s), avec et sans stimulation percutanée par interpolation de secousses (Digimeter, DS7, Hertfordshire, Royaume-Uni). Pendant la session initiale, les participants se sont entraînés à effectuer des CVM sans interpolation de secousses, pour s'habituer à la pratique de l'atteinte et du maintien de la force volontaire pendant le temps requis. Cette session a également été utilisée pour obtenir la tolérance maximale au courant et établir l'amplitude du courant supra-maximal pour la superposition pendant une CVM. Avec le sujet au repos, l'intensité d'une impulsion carrée de 240 V (100 µs, 1 Hz) a été progressivement augmentée jusqu'au point où des augmentations supplémentaires d'intensité ne provoquaient plus d'augmentation de la force de secousse au repos.

Interpolation de secousses Les quadriceps ont été stimulés électriquement à l'aide de deux électrodes de surface humidifiées (Chattanooga, USA, 5 x 12 cm) positionnées proximalement sur le vaste latéral et distalement sur le vaste médial. La peau a été préparée avant la pose de chaque électrode par rasage et léger abrasion de la peau, suivis d'un nettoyage avec un tampon d'alcool isopropylique. Un marqueur permanent a été utilisé pour marquer et identifier la position de chaque électrode pour minimiser la variabilité de placement des électrodes d'une session à l'autre. Deux impulsions ont été délivrées avant et après les contractions ; les deux autres impulsions ont été administrées pendant la période de contraction et ont testé la valeur maximale de la CVM. Les forces de pointe des secousses pré- et post-contraction ont ensuite été moyennées, permettant la comparaison des amplitudes de secousse au repos dans des conditions non potentialisées et potentialisées respectivement. L'amplitude du courant supra-maximal superposé a été identifiée pour chaque sujet lors des séances de familiarisation et correspondait à 10 % au-dessus du niveau requis pour évoquer une secousse musculaire au repos d'amplitude maximale.

Les données ont été acquises pendant neuf secondes et analysées avec un logiciel commercial (AcqKnowledge III, Biopac Systems, Massachusetts). Le calcul de l'activation volontaire a été effectué selon un ratio de secousse interpolée où la taille de la secousse interpolée est exprimée comme un ratio de l'amplitude provoquée par le même stimulus délivré à un muscle potentiel au repos. La force moyenne pendant la période de 100 ms avant l'application de chaque stimulus pendant la contraction a été enregistrée, puis la force maximale enregistrée pendant la période de 100 ms après l'application de chaque stimulus. La force moyenne pré-stimulus de 100 ms (prise comme force CVM) et la force maximale post-stimulus résultante ont été utilisées pour calculer la taille de la secousse interpolée, par soustraction de la force moyenne pré-stimulus de la force maximale post-stimulus.

Activation volontaire = [1 - (Taille de la secousse interpolée / Taille de la secousse au repos)] x 100

Pendant les séances de familiarisation, les participants ont alterné entre l'exécution de CVM avec et sans interpolation de secousses, de sorte qu'environ trois essais de chaque ont été effectués dans chaque session. Un encouragement verbal fort standardisé pendant chaque session/essai de familiarisation et un retour visuel en temps réel de leur performance ont été fournis aux participants via l'affichage informatique sur un grand écran placé devant eux.

iii) Squat et développé couché Les participants se sont familiarisés avec le squat et le développé couché trois fois avant le début du cycle de test. Chaque participant a été invité à effectuer le squat avec des charges progressives (40, 60, 80 % 1RM) pour une répétition à chaque charge et un repos de 5 minutes était autorisé entre chaque effort. De même pour le développé couché, chaque participant a effectué une répétition contre chaque charge progressive (40, 60 et 80 % 1RM) et à nouveau un repos de 5 minutes était donné entre chaque effort de travail. Cela a été fait pour que les charges supérieures requises pour les essais expérimentaux soient connues comme étant confortablement dans les capacités physiques de chacun des participants, et ainsi la probabilité qu'ils ne parviennent pas à effectuer les efforts requis pour la collecte de données était minime. Chacun des participants a effectué les deux exercices dans le même ordre : développé couché puis squat, effectuant trois levées à chaque exercice contre des charges progressivement croissantes (40, 60 et 80 % 1RM). La masse corporelle individuelle a été prise en compte dans l'exercice de squat, car il s'agit d'un mouvement du corps entier, mais pas dans le développé couché. L'encodeur linéaire force-vitesse MuscleLab (Muscle Lab, Ergotest version 4010, Norvège) a été attaché à une barre olympique Eleiko (20 kg) posée sur des supports sur un rack de squat standard, les bras de sécurité étaient réglés de sorte que le participant atteigne une position de flexion du genou ≤90° (réglages mesurés et enregistrés pendant le processus de familiarisation). À partir de cette position, le participant a été invité à pousser la barre vers le haut aussi fortement que possible ; la valeur enregistrée pendant le test était pour la phase concentrique de l'action uniquement. Le système MuscleLab encode la force, le déplacement de la barre et la vitesse produite pour chaque levée individuelle, de sorte que les mesures suivantes de la performance musculaire peuvent être mesurées : vitesse moyenne (AV), puissance moyenne (AP, force moyenne x vitesse moyenne), vitesse de pointe (PV, valeur la plus élevée de la vitesse), temps jusqu'à la vitesse de pointe (tPV, temps pour atteindre la valeur la plus élevée de la vitesse), vitesse propulsive moyenne (MPV, vitesse moyenne pendant la phase propulsive du mouvement concentrique), taux de développement de la vitesse (RDV, accélération moyenne pendant la phase propulsive du mouvement concentrique) et déplacement (D, déplacement linéaire de la barre pendant le mouvement). Ce processus a été répété trois fois, avec un repos de 5 minutes autorisé entre chaque levée individuelle, et contre les charges de travail progressives comme décrit ci-dessus. Pour le développé couché, le participant a été invité à descendre la barre sur sa poitrine et, à nouveau, l'instruction donnée était de pousser contre la barre aussi fortement que possible. Cela a été répété trois fois contre les charges de travail décrites ci-dessus, avec un repos de 5 minutes entre chaque poussée.

La plus élevée des trois sorties AP (et les valeurs associées AV, PV, MPV, RDV, D et tPV) a été utilisée pour l'analyse pour chaque masse sur la barre pour le développé couché et le squat, respectivement. Pour réduire la probabilité de blessure, deux personnes étaient positionnées de chaque côté des participants pendant qu'ils effectuaient leurs levées, pour intervenir à tout moment si nécessaire. De plus, un support de sécurité était en place à chaque fois.

Protocole expérimental et mesures

Les séances expérimentales ont eu lieu une semaine après la dernière familiarisation avec 72 heures de récupération entre les trois conditions expérimentales (c'est-à-dire CAFF, PLAC, NoPill). À leur arrivée au laboratoire, ils ont été invités à insérer une sonde rectale flexible souple (mini-thermistor, Grant Instruments, Shepreth, Royaume-Uni) à environ 10 cm au-delà du sphincter anal externe. Les participants se sont ensuite reposés pendant 30 minutes en position assise pour évaluer la température rectale au repos (Trec). La température cutanée (Tsk) a été évaluée simultanément par des thermistances cutanées (Grant Instruments, série Squirrel 2010, Shepreth, Royaume-Uni), placées à quatre endroits sur le côté gauche du corps (poitrine [ch], avant-bras [f], cuisse [th] et mollet [ca]). La moyenne des 5 dernières minutes de la période de repos de 30 minutes a été enregistrée pour les températures Trec et Tsk au repos. La Tsk moyenne a été calculée comme suit :

Tsk = (0,34 x Tch) + (0,33 x Tth) + (0,18 x Tca) + (0,15 x Tf)

La température corporelle moyenne (Tmb) a été calculée en utilisant :

Tmb = (0,64 x Tr) + (0,36 x Tsk).

Les participants ont rempli le questionnaire de profil des états d'humeur (POMS ; Version 32), leur évaluation subjective du sommeil (en utilisant les questions sur le sommeil du questionnaire de décalage horaire de Liverpool), l'effort (0-10, 0 = aucun effort et 10 = effort maximal) et l'évaluation de l'effort perçu (RPE). Après les mesures de repos initiales, les participants se sont échauffés sur un ergocycle (Corival cpet, Lode, Groningen, Pays-Bas) pendant 5 minutes à 150 W. Après l'échauffement, les participants ont retiré les sondes rectales en privé et les thermistances cutanées ont été enlevées. Après quoi, la CVM et les exercices de développé couché et de squat ont été entrepris.

Analyse statistique Les principales variables de recherche dans la présente étude étaient la force de pointe dans la CVM et la PV dans le développé couché et le squat. Pour la force de pointe de la CVM, seize participants étaient estimés fournir une puissance statistique de 80 % (p < 0,05), une taille d'effet (ES) de variation diurne de 0,67 pour un test t unilatéral. Pour la PV pour le développé couché, neuf participants étaient estimés fournir une puissance statistique de 80 % (p < 0,05), une taille d'effet (ES) de variation diurne de 0,92 pour un test t unilatéral. Pour la PV pour le squat, neuf participants étaient estimés fournir une puissance statistique de 80 % (p < 0,05), une taille d'effet (ES) de variation diurne de 0,91 pour un test t unilatéral. Les investigateurs ont recruté 18 participants pour permettre un abandon, avec n=4 incapables de terminer le protocole complet. L'estimation de la taille de l'échantillon a été effectuée à l'aide du logiciel G*Power 3.1. Les données ont été analysées à l'aide du logiciel Statistical Package for Social Sciences version 30 (SPSS, Chicago, IL, USA). Toutes les données ont été vérifiées pour la normalité à l'aide du test de Shapiro-Wilk. Des modèles linéaires généraux ont été utilisés pour analyser toutes les mesures collectées ; la signification des interactions et des effets principaux a été évaluée par ANOVA. Les violations de la sphéricité ont été corrigées par Greenhouse-Geisser (ε < 0,75) ou Huynh-Feldt (ε > 0,75) et les effets principaux par des comparaisons par paires de Bonferroni. Des corrélations de Pearson ont été menées pour explorer les réponses individualisées à CAFF vs autres conditions (relatives à la masse corporelle) et le % de changement dans la performance CVM. Toutes les données sont présentées sous forme de moyennes ± écart-type (SD), sauf indication contraire. La signification a été fixée à p ≤ 0,05. Les valeurs p entre 0,05 et 0,10 ont été considérées comme indiquant une tendance statistique. Les tailles d'effet sont appelées valeurs d'eta carré partiel (η²p) avec des valeurs de 0,01, 0,06 et 0,14 correspondant respectivement à un effet petit, moyen et grand. Les intervalles de confiance à quatre-vingt-quinze pour cent (95 % CI) et les différences moyennes entre les comparaisons par paires sont rapportés lorsque cela est approprié.