Effetti dell'Assunzione di Caffeina sulle Misure Cognitive Mattutine e sulla Forza Muscolare nei Maschi

Partecipanti Quattordici adulti di sesso biologico maschile e genere classificati come "attivi a livello ricreativo". Tutti i partecipanti sono stati reclutati dalla popolazione studentesca del dipartimento di Scienze Motorie dell'Università. I criteri di inclusione erano adulti sani (18-30 anni), senza infortuni, con precedente esperienza di allenamento con pesi/forza (≥ 2 anni). Il progetto ha anche aperto la partecipazione alle donne, ma nessuna donna si è offerta volontaria. I partecipanti abitualmente andavano a letto tra le 22:00 e le 23:30 e si alzavano alle 06:00-07:30 e per gli scopi dello studio hanno accettato di andare a letto alle 22:30 e alzarsi alle 06:30. Nessuno dei partecipanti ha ricevuto alcun trattamento farmacologico (inclusi farmaci antinfiammatori non steroidei, FANS) durante il periodo di studio. Il consumo abituale di caffeina è stato valutato utilizzando il questionario sul consumo di caffeina (CCQ) e sono stati esclusi quelli con >150 mg al giorno. Inoltre, tutti i partecipanti non hanno espresso preferenze riguardo all'orario di allenamento attraverso un diario di allenamento autodichiarato settimanale di 2 settimane. Reclutare partecipanti con questo specifico tipo di storia di esercizio significava che le note risposte neuromuscolari facilitative, tipicamente associate ad aumenti acuti della forza muscolare tra individui non allenati a causa di adattamenti e risposte neurali, erano ridotte. I criteri di esclusione includevano umore depresso (dall'inventario della depressione di Beck), scarsa qualità del sonno (un punteggio globale dell'indice di qualità del sonno di Pittsburgh >5, recente lavoro a turni o viaggi attraverso più fusi orari e cronotipo 'estremo' (valutato tramite il questionario composito del mattino) e fattori di rischio e/o sintomi di malattie cardiovascolari. Attraverso interviste, è stato stabilito che i volontari avevano una conoscenza minima degli effetti dell'orario del giorno o del tempo trascorso dal sonno sulla prestazione umana. A tutti è stata fornita una spiegazione verbale della procedura sperimentale; questo includeva gli obiettivi dello studio; i possibili rischi associati alla partecipazione e le procedure sperimentali da utilizzare. Eventuali domande sono state risolte. Gli individui hanno quindi fornito un consenso informato scritto prima di partecipare allo studio. Le procedure sperimentali sono state approvate dal Comitato Etico per gli Studi Umani della Liverpool John Moores University (CODICE ETICO: 08/SPS/030). Lo studio è stato condotto in conformità con gli standard etici della rivista e ha rispettato i principi della Dichiarazione di Helsinki.

Disegno di ricerca Tutti i partecipanti sono stati tenuti a visitare il laboratorio fisiologico (Liverpool, Regno Unito) in sette occasioni (temperatura secca di 19-21°C, umidità del 29-41%, pressione barometrica di 962-1010 mmHg e luce ambientale di 750 lux). I partecipanti hanno completato (i) una ripetizione massima (1RM) per panca piana e squat, ii) due sessioni di familiarizzazione con test cognitivi e di prestazione di forza una settimana prima del protocollo sperimentale. Durante le familiarizzazioni i partecipanti hanno compilato un diario alimentare di 7 giorni che è stato analizzato utilizzando il software di analisi Nutritics® da un nutrizionista sportivo registrato SENr. Le sessioni rimanenti consistevano in iii) tre sessioni sperimentali, tutte separate da almeno 72 ore come periodo di recupero standardizzato. La parte sperimentale comprendeva tre prove sperimentali a) Controllo (NoPill), b) Caffeina (300 mg, CAFF) e c) placebo (maltodestrina, PLAC)] tra le 07:30 e le 08:30 (Figura 1). I partecipanti sono andati a letto la sera precedente intorno alle 22:30, si sono svegliati alle 06:30 e sono arrivati in laboratorio alle 07:00 a digiuno. Per le condizioni CAFF e PLAC, le pillole sono state fornite in una bottiglia di plastica con istruzioni di consumarle con acqua alle 06:30 prima dell'arrivo in laboratorio, con conferma all'arrivo. Per il controllo NoPill, non è stato fornito nulla. Ai partecipanti è stato chiesto di evitare allenamenti o attività fisica intensa 48 ore prima di qualsiasi visita, altrimenti, i partecipanti hanno mantenuto le loro normali routine quotidiane. In totale le tre capsule di caffeina contenevano 300 mg di caffeina anidra e lo spazio rimanente era occupato da maltodestrina (Applied Nutrition LTD, Knowsley, Regno Unito) e le capsule placebo sono state prodotte nel dipartimento e contenevano maltodestrina (~2,4 g, Sport supplements Ltd t/a BulkTM Colchester, Regno Unito). Ricercatori e partecipanti erano in cieco rispetto al programma di integrazione e sia la caffeina che il placebo erano leggermente spolverati con maltodestrina per creare un sapore simile, entrambi avevano peso simile (0,8 g/capsula) e dimensione 00. L'ordine del trattamento è stato rivelato alla fine del progetto da un ricercatore responsabile dell'anonimizzazione e della randomizzazione.

Tutte le prove sono state eseguite con un solo partecipante alla volta, ma con un inizio scaglionato in modo che un partecipante arrivasse alle 06:45, il successivo alle 07:00 e l'ultimo per la sessione di quella mattina alle 07:15. Questa programmazione per i partecipanti è stata mantenuta costante per tutte le sessioni. Tutti i partecipanti vivevano a non più di 10 minuti di distanza dai laboratori universitari. I partecipanti sono stati allocati equamente, in base al loro 1RM per panca e squat, in tre gruppi (A, B e C), elencando i tempi dei partecipanti dalla seconda familiarizzazione in ordine dal più forte al più debole e assegnando le lettere A, B e C in ordine. L'incidenza dell'effetto di apprendimento è stata minimizzata assegnando le condizioni sperimentali in ordine controbilanciato. Il presente studio è stato condotto tra i mesi di novembre e febbraio (autunno-inverno nel Regno Unito), con esposizione alla luce solare mattutina limitata a <80 Lux prima dell'arrivo in laboratorio. L'intervallo dell'alba durante lo studio era dalle 07:12 alle 07:03.

Protocollo e misurazioni: sessioni di familiarizzazione I partecipanti hanno completato due sessioni di familiarizzazione con tutte le misure di forza, cognitive e questionari, prima di essere considerati pronti a partecipare allo studio. Un coefficiente di variazione inferiore o uguale al 10% per le variabili tra la prima e la seconda misura è stato utilizzato come criterio per la familiarizzazione in linea con le raccomandazioni fornite da Atkinson e Nevill [26]. Le sessioni di familiarizzazione si sono svolte alle 12:00 in un periodo di tre settimane e sono terminate una settimana prima dell'inizio dello studio per minimizzare gli effetti di apprendimento. I partecipanti sono arrivati 0,5 ore prima dell'inizio del test e hanno riposato in posizione seduta, per minimizzare l'influenza dell'attività muscolare precedente. I partecipanti hanno completato la familiarizzazione nel seguente ordine: i) batteria di test cognitivi, ii) contrazione volontaria massima isometrica (MVC) con e senza stimolazione elettrica percutanea, iii) squat e panca piana.

i) Batteria di test cognitivi Trail Making Test (TMT; parti A e B): Entrambe le parti del TMT consistono in 25 cerchi distribuiti su un foglio A4. Nella parte A i cerchi sono numerati 1-25 e al partecipante viene chiesto di tracciare linee per collegare i numeri in ordine crescente. Nella parte B, i cerchi includono sia numeri (1-13) che lettere (A-L) e al partecipante viene istruito di tracciare linee per collegare i cerchi in un modello crescente ma con il compito aggiuntivo di alternare tra numeri e lettere (es., 1-A-2-B-3-C ecc.). In entrambe le parti al partecipante viene chiesto di collegare i cerchi il più velocemente possibile, senza sollevare la matita dal foglio. Se viene commesso un errore, questo viene segnalato immediatamente e al partecipante è permesso correggerlo. Durante il test, viene misurato il tempo di completamento, con un tempo maggiore indicativo di un maggiore deficit.

Rey Auditory Verbal Learning Test: Il RAVLT è una valutazione neuropsicologica progettata per valutare la memoria verbale in pazienti di età pari o superiore a 16 anni. Il RAVLT può essere utilizzato per valutare la natura e la gravità della disfunzione della memoria e per monitorare i cambiamenti nella funzione della memoria nel tempo [28]. Il test è progettato come un paradigma di apprendimento di liste in cui il volontario ascolta una lista di 15 sostantivi e gli viene chiesto di ricordare il maggior numero possibile di parole dalla lista. Vengono annotati il numero corretto e il numero di parole fornite dal partecipante ma non presenti nella lista (intrusioni). Questo processo viene ripetuto altre 4 volte. Il processo viene ripetuto ma con una seconda lista di "interferenza" (Lista B) presentata nello stesso modo, e al partecipante viene chiesto di ricordare il maggior numero possibile di parole dalla Lista B e viene registrato il punteggio. Dopo la prova di interferenza, al partecipante viene immediatamente chiesto di ricordare le parole della Lista A, che ha ascoltato cinque volte precedentemente, e vengono registrati il numero di parole corrette e le intrusioni. Vengono registrati e analizzati il numero totale RAVTL, il numero di distrazioni e la ritenzione.

Test di interferenza parola-colore di Stroop. Ai partecipanti è stato chiesto di leggere ad alta voce le loro risposte a parole o colori per 45 s il più velocemente possibile e di non lasciare errori non corretti. Questo è stato filmato e il numero di errori e la quantità totale completata sono stati registrati e analizzati. Il primo foglio aveva testo (rosso, blu, giallo, nero e verde) in inchiostro nero (test di denominazione delle parole, W). Il secondo foglio aveva blocchi di colore corrispondenti al testo sul primo foglio (test di denominazione dei colori, C). Con il terzo foglio, i partecipanti dovevano leggere la parola (che era colorata diversamente dalla parola, ad esempio, la parola era gialla e il colore rosso, denominato test di denominazione del colore della parola, CW) e per il quarto foglio, i partecipanti dovevano leggere il colore (che era nominato in modo errato, ad esempio, il colore era giallo ma la parola era rossa, denominato test di denominazione della parola non del colore, WC). In questo quarto foglio, le parole erano stampate in ordine inverso rispetto al terzo foglio. I dati grezzi sono stati analizzati per il numero di errori (per dare un'indicazione della precisione della velocità nei 45 s) e i punteggi di interferenza (un indicatore dell'efficienza della funzione inibitoria), dove C rappresenta le risposte corrette prodotte in 45 s nella denominazione dei colori, e CW corrisponde alle risposte corrette ottenute in 45 s nella condizione di interferenza. Questo è stato eseguito anche per il test di denominazione della parola non-colore.

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) Contrazione volontaria massima isometrica I partecipanti hanno eseguito MVC isometriche dei muscoli quadricipiti (durata 3 s), sia con che senza stimolazione percutanea di interpolazione del twitch (Digimeter, DS7, Hertfordshire, Regno Unito). Durante la sessione iniziale, i partecipanti hanno praticato l'esecuzione di MVC senza interpolazione del twitch, per abituarsi alla pratica di raggiungere e mantenere la forza volontaria per il tempo richiesto. Questa sessione è stata anche utilizzata per ottenere la tolleranza massima alla corrente e stabilire l'ampiezza della corrente sovramassimale per la sovrapposizione durante una MVC. Con il soggetto a riposo, l'amperaggio di un impulso a onda quadra da 240 V (100 µs, 1 Hz) è stato progressivamente aumentato fino al punto in cui ulteriori aumenti di intensità non causavano ulteriori aumenti della forza del twitch a riposo raggiunta.

Interpolazione del twitch I quadricipiti sono stati stimolati elettricamente utilizzando due elettrodi di superficie inumiditi (Chattanooga, USA, 5 x 12 cm) posizionati prossimalmente sul vasto laterale e distalmente sul vasto mediale. La pelle è stata preparata prima del posizionamento di ciascun elettrodo rasando e leggermente abrasa, seguita dalla pulizia con un tampone di alcol isopropilico. Una penna a inchiostro permanente è stata utilizzata per segnare e identificare la posizione di ciascun elettrodo per minimizzare la variabilità del posizionamento degli elettrodi da sessione a sessione. Due impulsi sono stati erogati prima e dopo le contrazioni; gli altri due impulsi sono stati somministrati durante il periodo di contrazione e hanno testato il valore di picco della MVC. Le forze di picco dei twitch pre- e post-contrazione sono state quindi mediate, consentendo il confronto delle ampiezze del twitch a riposo rispettivamente in condizioni non potenziate e potenziate. L'ampiezza della corrente sovramassimale sovrapposta è stata identificata per ogni soggetto nelle sessioni di familiarizzazione e corrispondeva al 10% al di sopra del livello necessario per evocare un twitch muscolare a riposo di ampiezza massima.

I dati sono stati acquisiti per nove secondi e analizzati con un programma software commerciale (AcqKnowledge III, Biopac Systems, Massachusetts). Il calcolo dell'attivazione volontaria è stato condotto secondo un rapporto di twitch interpolato in cui la dimensione del twitch interpolato è espressa come un rapporto dell'ampiezza evocata dallo stesso stimolo somministrato a un muscolo potenziato rilassato. La forza media durante il periodo di 100 m.s-1 prima dell'applicazione di ciascuno stimolo durante la contrazione è stata registrata e successivamente la forza massima registrata durante il periodo di 100 m.s-1 dopo che ciascuno stimolo era stato applicato. La forza media pre-stimolo di 100 m.s-1 (presa come forza MVC) e la forza massima post-stimolo risultante sono state utilizzate per calcolare la dimensione del twitch interpolato, sottraendo la forza media pre-stimolo dalla forza massima post-stimolo.

Attivazione Volontaria = = [1 - (Dimensione del twitch interpolato / Dimensione del twitch a riposo)] x 100

Durante le sessioni di familiarizzazione, i partecipanti si alternavano nell'eseguire MVC con e senza interpolazione del twitch, in modo che circa tre prove di ciascuna venissero eseguite all'interno di ogni sessione. È stato fornito incoraggiamento verbale forte standardizzato durante ogni sessione/prova di familiarizzazione e feedback visivo in tempo reale della loro prestazione ai partecipanti tramite il display del computer su un grande schermo posto di fronte a loro.

iii) Squat e panca piana I partecipanti sono stati familiarizzati con lo squat e la panca piana tre volte prima dell'inizio del ciclo di test. A ciascun partecipante è stato chiesto di eseguire lo squat con carichi incrementali (40, 60, 80% 1RM) per una ripetizione a ciascun carico ed è stato consentito un riposo di 5 min tra ogni sforzo. Allo stesso modo per la panca piana, ciascun partecipante ha eseguito una ripetizione contro ciascun carico incrementale (40, 60 e 80% 1RM) e di nuovo è stato dato un riposo di 5 min tra ogni sforzo di lavoro. Questo è stato fatto in modo che i carichi superiori richiesti per le prove sperimentali fossero noti per essere comodamente all'interno delle capacità fisiche di ciascun partecipante e quindi ci fosse una minima probabilità che non riuscissero a eseguire gli sforzi richiesti per la raccolta dati. Ciascuno dei partecipanti ha eseguito i due esercizi nello stesso ordine: panca piana e poi squat, eseguendo tre sollevamenti per ciascun esercizio contro carichi progressivamente crescenti (40, 60 e 80% 1RM). La massa corporea individuale è stata presa in considerazione nell'esercizio di squat, poiché è un movimento di tutto il corpo, ma non nella panca piana. L'encoder lineare forza-velocità MuscleLab (Muscle Lab, Ergotest versione 4010, Norvegia) è stato collegato a una barra olimpica Eleiko (20 kg) posizionata su supporti su un rack per squat standard, le braccia di sicurezza sono state impostate in modo che il partecipante raggiungesse una posizione di flessione del ginocchio ≤90° (impostazioni misurate e registrate durante il processo di familiarizzazione). Da questa posizione, al partecipante è stato istruito di spingere la barra verso l'alto con la massima forza possibile; il valore registrato durante il test era solo per la fase concentrica dell'azione. Il sistema MuscleLab codifica la forza, lo spostamento della barra e la velocità prodotta per ciascun sollevamento individuale, in modo che possano essere misurate le seguenti misurazioni della prestazione muscolare: velocità media (AV), potenza media (AP, forza media x velocità media), velocità di picco (PV, valore più alto della velocità), tempo alla velocità di picco (tPV, tempo per raggiungere il valore più alto della velocità), velocità propulsiva media (MPV, velocità media durante la fase propulsiva del movimento concentrico), tasso di sviluppo della velocità (RDV, accelerazione media durante la fase propulsiva del movimento concentrico) e spostamento (D, spostamento lineare della barra durante il movimento). Questo processo è stato ripetuto tre volte, con un riposo di 5 min consentito tra ciascun sollevamento individuale, e contro i carichi di lavoro progressivi come descritto sopra. Per la panca piana, al partecipante è stato istruito di abbassare la barra sul petto e, ancora, l'istruzione data era di spingere contro la barra con la massima forza possibile. Questo è stato ripetuto tre volte contro i carichi di lavoro descritti sopra, con un riposo di 5 min tra ogni spinta.

Il più alto dei tre output AP (e i relativi valori AV, PV, MPV, RDV, D e tPV) è stato utilizzato per l'analisi per ciascuna massa sulla barra rispettivamente per panca piana e squat. Per ridurre la probabilità di infortuni, due persone sono state posizionate su ciascun lato dei partecipanti mentre eseguivano i loro sollevamenti, per intervenire in qualsiasi momento se necessario. Inoltre, c'era supporto di sicurezza in ogni occasione.

Protocollo e Misurazioni Sperimentali

Le sessioni sperimentali si sono svolte una settimana dopo l'ultima familiarizzazione con 72 ore di recupero tra le tre condizioni sperimentali (cioè CAFF, PLAC, NoPill). All'arrivo in laboratorio, è stato chiesto loro di inserire una sonda rettale flessibile morbida (mini-termistore, Grant Instruments, Shepreth, Regno Unito) circa 10 cm oltre lo sfintere anale esterno. I partecipanti hanno poi riposato per 30 min in posizione seduta per valutare la temperatura rettale a riposo (Trec). La temperatura cutanea (Tsk) è stata valutata simultaneamente da termistori cutanei (Grant Instruments, serie Squirrel 2010, Shepreth, Regno Unito), che sono stati posizionati in quattro punti sul lato sinistro del corpo (petto [ch], avambraccio [f], coscia [th] e polpaccio [ca]). La media degli ultimi 5 min del periodo di riposo di 30 min è stata registrata per le temperature Trec e Tsk a riposo. La Tsk media è stata calcolata come segue:

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

La temperatura corporea media (Tmb) è stata calcolata utilizzando:

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

I partecipanti hanno completato il questionario del profilo degli stati d'animo (POMS; Versione 32), la loro valutazione soggettiva del sonno (utilizzando le domande sul sonno del questionario sul jet lag di Liverpool, sforzo (0-10, 0 = nessuno sforzo e 10 = sforzo massimo) e valutazione dello sforzo percepito (RPE). Dopo le misurazioni iniziali di riposo, i partecipanti si sono riscaldati su un cicloergometro (Corival cpet, Lode, Groningen, Paesi Bassi) per 5 min a 150 W. Dopo il riscaldamento, i partecipanti hanno rimosso le sonde rettali in privato e i termistori cutanei sono stati rimossi. Dopodiché, sono stati intrapresi MVC e gli esercizi di panca piana e squat.

Analisi statistica Le principali variabili di ricerca nel presente studio erano la forza di picco nella MVC e la PV nella panca piana e nello squat. Per la forza di picco MVC si stima che sedici partecipanti forniscano un potere statistico dell'80% (p < 0,05), una dimensione dell'effetto (ES) della variazione diurna di 0,67 per un test t a una coda. Per la PV per la panca piana si stima che nove partecipanti forniscano un potere statistico dell'80% (p < 0,05), una dimensione dell'effetto (ES) della variazione diurna di 0,92 per un test t a una coda. Per la PV per lo squat si stima che nove partecipanti forniscano un potere statistico dell'80% (p < 0,05), una dimensione dell'effetto (ES) della variazione diurna di 0,91 per un test t a una coda. Gli investigatori hanno reclutato 18 partecipanti per consentire un abbandono, con n=4 incapaci di completare l'intero protocollo. La stima della dimensione del campione è stata eseguita utilizzando il software G*Power 3.1. I dati sono stati analizzati utilizzando il pacchetto statistico per le scienze sociali versione 30 (SPSS, Chicago, IL, USA). Tutti i dati sono stati controllati per la normalità utilizzando il test di Shapiro-Wilk. Sono stati utilizzati modelli lineari generali per analizzare tutte le misurazioni raccolte; la significatività delle interazioni e degli effetti principali è stata valutata con ANOVA. Le violazioni della sfericità sono state corrette con Greenhouse-Geisser (ε < 0,75) o Huynh-Feldt (ε > 0,75) e gli effetti principali con confronti a coppie di Bonferroni. Sono state condotte correlazioni di Pearson per esplorare le risposte individualizzate a CAFF rispetto ad altre condizioni (relative alla massa corporea) e la variazione percentuale nella prestazione MVC. Tutti i dati sono presentati come medie ± deviazione standard (SD), se non diversamente specificato. La significatività è stata fissata a p ≤ 0,05. I valori p tra 0,05 e 0,10 sono stati considerati indicativi di una tendenza statistica. Le dimensioni dell'effetto sono indicate come valori di eta quadrato parziale (η²p) con valori di 0,01, 0,06 e 0,14 corrispondenti rispettivamente a un effetto piccolo, medio e grande. Intervalli di confidenza al novantacinque percento (95% CI) e differenze medie tra confronti a coppie sono riportati dove appropriato.