A koffeinbevitel hatásai a reggeli kognitív és izomerő-mérésekre férfiaknál

Résztvevők Tizennégy biológiai nemű és nemű felnőtt férfi, akiket „rekreálisan aktívnak” minősítettek. Az összes résztvevőt az Egyetem Sporttudományi Tanszékének hallgatói köréből toborozták. A bevonási kritériumok egészséges felnőttek (18-30 év), sérülésmentesek voltak, súlyzós/erősítő edzési tapasztalattal (≥ 2 év). A projekt a női részvételt is lehetővé tette, de egyetlen nő sem jelentkezett önkéntesen. A résztvevők szokásosan 22:00-23:30 óra között feküdtek le és 06:00-07:30 óra között keltek fel, a vizsgálat céljából pedig beleegyeztek abba, hogy 22:30-kor feküdjenek le és 06:30-kor keljenek fel. Egyik résztvevő sem kapott farmakológiai kezelést (beleértve a nem szteroid gyulladáscsökkentő gyógyszereket, NSAID-okat) a vizsgálati időszak alatt. A szokásos koffeinfogyasztást a koffeinfogyasztási kérdőív (CCQ) segítségével értékelték, és azokat, akik napi 150 mg felett fogyasztottak, kizárták. Továbbá minden résztvevő nem mutatott preferenciát a napi edzésidő tekintetében egy heti önkitöltős 2 hetes edzésnapló alapján. Az ilyen specifikus edzésmúlttal rendelkező résztvevők toborzása azt jelentette, hogy a jól ismert neuromuszkuláris facilitációs válaszok, amelyek jellemzően a képzetlen egyéneknél a neurális adaptációk és válaszok miatti akut izomerő-növekedéssel járnak, csökkentek voltak. A kizárási kritériumok közé tartozott a depressziós hangulat (a Beck depresszió leltár alapján), rossz alvásminőség (Pittsburghi alvásminőségi index globális pontszáma >5), közelmúltbeli műszakmunka vagy több időzónán átívelő utazás, valamint „extrém” kronotípus (a Kompozit Reggelizettség Kérdőív alapján értékelve), valamint szív- és érrendszeri betegség kockázati tényezői és/vagy tünetei. Interjúk során megállapították, hogy az önkéntesek minimális ismerettel rendelkeztek a napi idő vagy az alvás óta eltelt idő emberi teljesítményre gyakorolt hatásairól. Mindenkinek szóbeli magyarázatot adtak a kísérleti eljárásról; ez magában foglalta a vizsgálat céljait; a részvétellel járó lehetséges kockázatokat és az alkalmazandó kísérleti eljárásokat. Minden kérdést megválaszoltak. Az egyének ezután írásos, tájékoztatott beleegyezést adtak a vizsgálatban való részvétel előtt. A kísérleti eljárásokat a Liverpooli John Moores Egyetem Emberi Etikai Bizottsága hagyta jóvá (ETIKAI KÓD: 08/SPS/030). A vizsgálatot a folyóirat etikai normái szerint végezték, és betartották a Helsinki Nyilatkozat elveit.

Kutatási tervezés Minden résztvevőnek hét alkalommal kellett felkeresnie a fiziológiai laboratóriumot (Liverpool, Egyesült Királyság) (száraz hőmérséklet 19-21°C, 29-41% páratartalom, 962-1010 Hgmm légnyomás és 750 lux környezeti fény). A résztvevők elvégezték (i) egy maximum ismétlést (1RM) fekvenyomásra és hátsó guggolásra, ii) két ismerkedési ülést kognitív és erőteljesítmény-tesztekkel egy héttel a kísérleti protokoll előtt. Az ismerkedések során a résztvevők kitöltöttek egy 7 napos étkezési naplót, amelyet egy SENr regisztrált Sport- és Mozgásélettani Táplálkozási Szakértő elemezett a Nutritics® elemző szoftverrel. A fennmaradó ülések iii) három kísérleti ülést tartalmaztak, mindegyik legalább 72 óra eltéréssel, mint szabványosított regenerációs időszak. A kísérleti rész három kísérleti próbát tartalmazott a) Kontroll (NoPill), b) Koffein (300 mg, CAFF) és c) placebo (malto-dextrin, PLAC)] 07:30 és 08:30 óra között (1. ábra). A résztvevők előző este körülbelül 22:30-kor feküdtek le, 06:30-kor kelték fel és 07:00-kor érkeztek a laboratóriumba éhgyomorra. A CAFF és PLAC feltételek esetén a tablettákat műanyag palackban adták oda, utasítással, hogy 06:30-kor fogyasszák el vízzel a laboratóriumba érkezés előtt, megerősítéssel érkezéskor. A NoPill kontroll esetén nem adtak semmit. A résztvevőknek utasítást kaptak, hogy kerüljék az edzést vagy intenzív fizikai aktivitást 48 órával bármelyik látogatás előtt, egyébként a résztvevők megtartották normális napi rutinjukat. Összesen a három koffeinkapszula 300 mg vízmentes koffeint tartalmazott, a maradék helyet malto-dextrin foglalta el (Applied Nutrition LTD, Knowsley, Egyesült Királyság), a placebo kapszulákat pedig az osztályon készítették és malto-dextrint tartalmaztak (~2,4 g, Sport supplements Ltd t/a BulkTM Colchester, Egyesült Királyság). A kutatók és a résztvevők nem tudták a kiegészítő menetrendet, és mind a koffeint, mind a placebót enyhén malto-dextrinnel porozták be, hogy hasonló ízt hozzanak létre, mindkettő hasonló súlyú volt (0,8 g/kapszula) és 00 méretűek voltak. A kezelési sorrendet a projekt végén egy anonimizálásért és randomizálásért felelős kutató fedte fel.

Minden próbát egyszerre csak egy résztvevővel végeztek, de elcsúsztatott kezdéssel, így egy résztvevő 06:45-kor, a következő 07:00-kor, az utolsó pedig aznap reggeli ülésre 07:15-kor érkezett. Ez az ütemezés a résztvevők számára minden ülésre konzisztens volt. Minden résztvevő legfeljebb 10 percnyire lakott az Egyetemi laboratóriumoktól. A résztvevőket egyenlően osztották be, a fekvenyomás és hátsó guggolás 1RM-je alapján három csoportba (A, B és C), a résztvevők második ismerkedési időpontjainak listázásával erősség szerinti sorrendben a legerősebbtől a leggyengébbig, és az A, B és C betűk hozzárendelésével sorrendben. A tanulási hatás előfordulását a kísérleti feltételek kiegyensúlyozott sorrendben történő hozzárendelésével minimalizálták. A jelen vizsgálatot november és február hónapok között végezték (az Egyesült Királyság ősze és tele), a reggeli napfényexpozíció a laboratóriumba érkezés előtt <80 Lux-ra korlátozódott. A napkelte tartománya a vizsgálat időtartama alatt 07:12-től 07:03 óráig volt.

Protokoll és mérések: ismerkedési ülések A résztvevők két ismerkedési ülést teljesítettek az összes erő-, kognitív és kérdőíves mérésből, mielőtt készen álltaknak minősültek a vizsgálatban való részvételre. A változók első és második mérései közötti variációs együttható értékek, amelyek kisebbek vagy egyenlőek 10%-kal, szolgáltak ismerkedési kritériumként, az Atkinson és Nevill [26] által adott ajánlásokkal összhangban. Az ismerkedési ülések 12:00 órakor zajlottak egy háromhetes időszak alatt, és egy héttel a vizsgálat megkezdése előtt fejeződtek be, hogy minimalizálják a tanulási hatásokat. A résztvevők 0,5 órával a teszt kezdete előtt érkeztek, és ülő helyzetben pihentek, hogy minimalizálják a korábbi izomtevékenység hatását. A résztvevők a következő sorrendben teljesítették az ismerkedést: i) kognitív tesztcsomag, ii) izometrikus maximális önkéntes kontrakció (MVC) percután elektromos stimulációval és anélkül, iii) hátsó guggolás és fekvenyomás.

i) Kognitív tesztcsomag Ösvénykészítő Teszt (TMT; A és B részek): A TMT mindkét része 25 körből áll, amelyek egy A4-es lapon oszlanak el. Az A részben a körök 1-25-ig számozottak, és a résztvevő utasítást kap, hogy vonalakat húzzon a számok összekötésére növekvő sorrendben. A B részben a körök számokat (1-13) és betűket (A-L) is tartalmaznak, és a résztvevő utasítást kap, hogy vonalakat húzzon a körök összekötésére növekvő mintában, de a számok és betűk váltakozásának feladatával (pl. 1-A-2-B-3-C stb.). Mindkét részben a résztvevő utasítást kap, hogy a köröket a lehető leggyorsabban kösse össze, anélkül, hogy felemelné a ceruzát a papírról. Ha hiba történik, azonnal jelezik, és a résztvevő javíthatja. A teszt alatt a befejezési időt mérik, ahol a nagyobb idő a nagyobb károsodást jelzi.

Rey Hallásos Verbális Tanulási Teszt: A RAVLT egy neuropszichológiai értékelés, amelyet a verbális memória értékelésére terveztek 16 éves és idősebb betegeknél. A RAVLT felhasználható a memóriazavar természetének és súlyosságának értékelésére, valamint a memóriafunkció változásainak nyomon követésére idővel [28]. A teszt lista-tanulási paradigmaként van tervezve, amelyben az önkéntes hall egy 15 főnévből álló listát, és megkérdezik, hogy emlékezzen a listáról minél több szóra. A helyes számot és azokat, amelyeket a résztvevő adott, de nem szerepeltek a listán (behatolások), feljegyzik. Ezt a folyamatot még 4 alkalommal megismétlik. A folyamat megismétlődik, de egy második „zavaró” lista (B lista) ugyanígy kerül bemutatásra, és a résztvevőt megkérdezik, hogy emlékezzen a B listáról minél több szóra, és a pontozást rögzítik. A zavaró próba után a résztvevőt azonnal megkérdezik, hogy emlékezzen az A lista szavaira, amelyet korábban ötször hallott, és a helyes szavak számát és behatolásokat rögzítik. A RAVTL összes számát, a figyelemelterelések számát és a megőrzést rögzítik és elemzik.

Stroop szó-szín interferencia teszt. A résztvevőket megkérdezték, hogy olvassák fel válaszaikat szavakra vagy színekre 45 másodperc alatt a lehető leggyorsabban, és ne hagyják javítatlanul a hibákat. Ezt filmezték, és a hibák számát és a teljes elvégzett mennyiséget rögzítették és elemezték. Az első lapon szöveg volt (piros, kék, sárga, fekete és zöld) fekete tintával (szónevezési teszt, W). A második lapon színblokkok voltak, amelyek megfeleltek az első lap szövegének (színnevezési teszt, C). A harmadik lappal a résztvevőknek ki kellett olvasniuk a szót (amely eltérő színű volt a szótól, pl. a szó sárga volt és a szín piros, a szó színének nevezési tesztjeként hivatkozva, CW), a negyedik lappal pedig a résztvevőknek ki kellett olvasniuk a színt (amelyet rosszul neveztek el, pl. a szín sárga volt, de a szó piros, a szó nem szín nevezési tesztjeként hivatkozva, WC). Ebben a negyedik lapban a szavak fordított sorrendben voltak nyomtatva, mint a harmadik lapon. A nyers adatokat elemezték a hibák számára (hogy sebesség/gyorsaság pontosságot jelezzenek a 45 másodpercben) és interferencia pontszámokra (a gátló funkció hatékonyságának mutatója), ahol C a helyes válaszokat jelenti, amelyeket 45 másodperc alatt produkáltak színek nevezésében, és CW a helyes válaszoknak felel meg, amelyeket 45 másodperc alatt értek el az interferencia feltételben. Ezt a szó nem szín nevezési tesztre is elvégezték.

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) Izometrikus maximális önkéntes kontrakció A résztvevők izometrikus MVC-ket hajtottak végre a quadriceps izmokon (3 másodperc időtartam), mind csapásinterpolációs percután stimulációval (Digimeter, DS7, Hertfordshire, Egyesült Királyság), mind anélkül. A kezdeti ülés alatt a résztvevők gyakorolták az MVC-k végrehajtását csapásinterpoláció nélkül, hogy megszokják a szükséges időre történő önkéntes erő elérésének és fenntartásának gyakorlatát. Ezt az ülést felhasználták a maximális áramerősség-tolerancia meghatározására és a szupra-maximális áram amplitúdójának megállapítására egy MVC alatti szuperpozícióhoz. A vizsgálati személy nyugalmi állapotában egy 240 V négyzetes hullám impulzus (100 μs, 1 Hz) amperét fokozatosan növelték, amíg az a pont el nem érkezett, amikor az intenzitás további növelése nem okozott további növekedést a nyugalmi csapás erőben.

Csapásinterpoláció A quadricepseket elektromosan stimulálták két nedvesített felületi elektródával (Chattanooga, USA, 5 x 12 cm), amelyek proximálisan a vastus lateralis felett és disztálisan a vastus medialis felett voltak elhelyezve. A bőrt előkészítették minden elektróda elhelyezése előtt borotválással és a bőr enyhe dörzsölésével, majd izopropil-alkohol törlővel való tisztítással. Egy állandó jelölőtollal jelölték meg és azonosították minden elektróda helyzetét, hogy minimalizálják az elektróda elhelyezés változékonyságát üléstől ülésig. Két impulzust adtak le a kontrakciók előtt és után; a másik két impulzust a kontrakciós időszak alatt adminisztrálták és tesztelték az MVC csúcsértékét. Az elő- és utó-kontrakciós csapások csúcserejét ezután átlagolták, lehetővé téve a nyugalmi csapás amplitúdóinak összehasonlítását egy nem potenciált és potenciált állapotban. A szupra-maximális szuperponált áram amplitúdóját minden egyén számára az ismerkedési ülésekben azonosították, és megfelelt annak a szintnek, amely 10%-kal magasabb volt, mint az a szint, amely egy maximális amplitúdójú nyugalmi izomcsapás kiváltásához szükséges.

Az adatokat kilenc másodpercig rögzítették, és egy kereskedelmi forgalomban kapható szoftverprogrammal elemezték (AcqKnowledge III, Biopac Systems, Massachusetts). Az önkéntes aktiváció számítása interpolált csapás arány szerint történt, ahol az interpolált csapás méretét a relaxált potenciált izmon ugyanazon stimulus által kiváltott amplitúdó arányában fejezik ki. Az erő átlagát az egyes stimulusok alkalmazása előtti 100 ms időszak alatt rögzítették, majd az egyes stimulusok alkalmazása utáni 100 ms időszak alatt rögzített maximális erőt. A 100 ms átlagos pre-stimulus erőt (MVC erőként véve) és a kapott maximális post-stimulus erőt használták az interpolált csapás méretének kiszámításához, az átlagos pre-stimulus erő kivonásával a maximális post-stimulus erőből.

Önkéntes Aktiváció = = [1 - (Interpolált csapás mérete / Nyugalmi csapás mérete)] x 100

Az ismerkedési ülések alatt a résztvevők váltakoztak az MVC-k végrehajtása között csapásinterpolációval és anélkül, így minden ülésen belül körülbelül három próbát hajtottak végre mindegyikből. Szabványosított erős verbális bátorítást minden ismerkedési ülés/próba alatt, valamint valós idejű vizuális visszajelzést nyújtottak a résztvevőknek a teljesítményükről a számítógépes kijelzőn keresztül egy előttük elhelyezett nagy képernyőn.

iii) Hátsó guggolás és fekvenyomás A résztvevők háromszor ismerkedtek meg a hátsó guggolással és fekvenyomással a tesztciklus megkezdése előtt. Minden résztvevőt megkértek, hogy végezzen hátsó guggolást növekvő terhelésekkel (40, 60, 80% 1RM) egy ismétléssel minden terhelésen, és 5 perc pihenőt engedélyeztek minden erőfeszítés között. Hasonlóképpen a fekvenyomáshoz, minden résztvevő egy ismétlést hajtott végre minden növekvő terheléssel (40, 60 és 80% 1RM), és ismét 5 perc pihenőt adtak minden munkatevékenység között. Ezt azért tették, hogy a kísérleti próbákhoz szükséges felső terhelések ismertek legyenek, hogy kényelmesen belül legyenek minden résztvevő fizikai képességein, és így minimális valószínűség volt arra, hogy nem tudják elvégezni az adatgyűjtéshez szükséges erőfeszítéseket. Minden résztvevő ugyanabban a sorrendben végezte a két gyakorlatot: fekvenyomás, majd hátsó guggolás, három emelést végezve minden gyakorlatnál progresszíven növekvő terhelésekkel (40, 60 és 80% 1RM). Az egyén saját testsúlyát figyelembe vették a hátsó guggolás gyakorlatnál, mivel ez egy teljes testmozgás, de a fekvenyomásnál nem. A MuscleLab erő-sebesség lineáris kódolót (Muscle Lab, Ergotest verzió 4010, Norvégia) egy Eleiko olimpiai rúdhoz (20 kg) csatlakoztatták, amely egy szabványos guggoló állvány pihenőire volt helyezve, a biztonsági karokat úgy állították be, hogy a résztvevő ≥90° térdhajlítási pozíciót érjen el (a beállításokat az ismerkedési folyamat során mérték és rögzítették). Ebből a pozícióból a résztvevő utasítást kapott, hogy a rudat a lehető legerőteljesebben felfelé hajtsa; a teszt során rögzített érték csak a cselekvés koncentrikus fázisára vonatkozott. A MuscleLab rendszer kódolja az erőt, a rúd elmozdulását és a sebességet minden egyes emeléshez, így az izomteljesítmény következő mérései mérhetők: átlagsebesség (AV), átlagteljesítmény (AP, átlagos erő x átlagsebesség), csúcssebesség (PV, a sebesség legmagasabb értéke), idő a csúcssebességig (tPV, idő a legmagasabb sebességérték eléréséig), átlagos hajtósebesség (MPV, átlagsebesség a koncentrikus mozgás hajtó fázisában), sebességfejlődési ráta (RDV, átlagos gyorsulás a koncentrikus mozgás hajtó fázisában) és elmozdulás (D, a rúd lineáris elmozdulása a mozgás során). Ezt a folyamatot háromszor ismételték, 5 perc pihenőt engedélyezve minden egyes emelés között, és a fent leírt progresszív munkaterhelésekkel szemben. A fekvenyomásnál a résztvevő utasítást kapott, hogy engedje le a rudat a mellkasához, és ismét az utasítás az volt, hogy a lehető legerőteljesebben nyomja a rudat. Ezt háromszor ismételték a fent leírt munkaterhelésekkel szemben, 5 perc pihenővel minden nyomás között.

A három AP kimenet (és a hozzá tartozó AV, PV, MPV, RDV, D és tPV értékek) közül a legmagasabbat használták elemzésre minden rúdon lévő tömegre a fekvenyomás és a hátsó guggolás esetén. A sérülés valószínűségének csökkentése érdekében két ember volt elhelyezve a résztvevők mellett, amikor emeléseiket végezték, hogy szükség esetén beavatkozzanak. Emellett minden alkalommal biztonsági támogatás volt jelen.

Kísérleti Protokoll és Mérések

A kísérleti ülések egy héttel az utolsó ismerkedés után zajlottak 72 óra regenerációval a három kísérleti feltétel között (azaz CAFF, PLAC, NoPill). A laboratóriumba érkezéskor megkérdezték őket, hogy helyezzenek be egy lágy, hajlékony rektális szondát (mini-termisztor, Grant Instruments, Shepreth, Egyesült Királyság) körülbelül 10 cm-rel a külső anális sphincteren túl. A résztvevők ezután 30 percig pihentek ülő helyzetben, hogy értékeljék a nyugalmi rektális hőmérsékletet (Trec). A bőrhőmérsékletet (Tsk) egyidejűleg bőrtermisztorokkal (Grant Instruments, Squirrel 2010 sorozat, Shepreth, Egyesült Királyság) értékelték, amelyek a test bal oldalán négy helyen voltak elhelyezve (mellkas [ch], alkar [f], comb [th] és lábszár [ca]). Az utolsó 5 perc átlagát a 30 perces pihenési időszakból rögzítették a nyugalmi Trec és Tsk hőmérsékletekre. Az átlagos Tsk-t a következőképpen számították:

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

Az átlagos testhőmérsékletet (Tmb) a következőképpen számították:

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

A résztvevők kitöltötték a hangulatállapot profiljának kérdőívét (POMS; 32. verzió), szubjektív alvásminőség-értékelésüket (a Liverpooli Jet lag Kérdőív alvás kérdéseivel), erőfeszítésüket (0-10, 0 = nincs erőfeszítés és 10 = maximális erőfeszítés) és az érzékelt erőfeszítés értékelését (RPE). A kezdeti pihenési mérések után a résztvevők bemelegítettek egy kerékpár ergométeren (Corival cpet, Lode, Groningen, Hollandia) 5 percig 150 W-on. A bemelegítés után a résztvevők magánban eltávolították a rektális szondákat, és a bőrtermisztorokat is levették. Ezután az MVC és a fekvenyomás és hátsó guggolás gyakorlatokat végezték el.

Statisztikai elemzés A jelen vizsgálat fő kutatási változói az MVC csúcserő és a PV a fekvenyomásban és a hátsó guggolásban voltak. Az MVC csúcserőre tizenhat résztvevőt becsültek, hogy 80% statisztikai teljesítményt (p < 0,05) biztosítson, napi variáció hatásnagyság (ES) 0,67 egyoldali t-próbához. A fekvenyomás PV-jére kilenc résztvevőt becsültek, hogy 80% statisztikai teljesítményt (p < 0,05) biztosítson, napi variáció hatásnagyság (ES) 0,92 egyoldali t-próbához. A hátsó guggolás PV-jére kilenc résztvevőt becsültek, hogy 80% statisztikai teljesítményt (p < 0,05) biztosítson, napi variáció hatásnagyság (ES) 0,91 egyoldali t-próbához. A kutatók 18 résztvevőt toboroztak, hogy lehetővé tegyék a kiesést, n=4 nem tudta teljesíteni a teljes protokollt. A minta méret becslését a G*Power 3.1 szoftverrel végezték. Az adatokat a Statisztikai Csomag a Társadalomtudományokhoz 30-as verziójával (SPSS, Chicago, IL, USA) elemezték. Minden adatot normalitásra ellenőriztek a Shapiro-Wilk teszt segítségével. Általános lineáris modelleket használtak az összes gyűjtött mérés elemzésére; az interakciók és főhatások szignifikanciáját ANOVA-val értékelték. A gömbösség megsértéseit Greenhouse-Geisser (ε < 0,75) vagy Huynh-Feldt (ε > 0,75) korrekcióval javították, a főhatásokat Bonferroni páronkénti összehasonlításokkal. Pearson korrelációkat végeztek az egyéni válaszok feltárására a CAFF vs más feltételekhez (testsúlyhoz viszonyítva) és az MVC teljesítmény %-os változásához. Minden adatot átlag ± szórás (SD) formájában mutatnak be, hacsak másképp nem jelezzük. A szignifikanciát p ≤ 0,05-nél állították be. A p értékek 0,05 és 0,10 között statisztikai tendenciát jeleztek. A hatásnagyságok részleges eta négyzet értékekként (η²p) vannak hivatkozva, 0,01, 0,06 és 0,14 értékekkel, amelyek kis, közepes és nagy hatásnak felelnek meg. Kilencvenöt százalékos konfidencia intervallumokat (95% CI) és az átlagos különbségeket páronkénti összehasonlítások között jelentik, ahol megfelelő.