男性におけるカフェイン摂取が朝の認知機能と筋力測定に及ぼす影響

被験者 生物学的性別および性自認が男性で、「レクリエーション活動的」に分類された成人14名。 全被験者は大学スポーツ科学部の学生集団から募集された。 対象基準は、健康な成人（18-30歳）、傷害がなく、以前のウエイト／筋力トレーニング経験（2年以上）を有することであった。 このプロジェクトは女性への参加も開放したが、女性のボランティアはなかった。 被験者は習慣的に22:00-23:30時に就寝し、06:00-07:30時に起床しており、研究目的のために22:30時に就寝し、06:30時に起床することに同意した。 研究期間中、薬物治療（非ステロイド性抗炎症薬、NSAIDsを含む）を受けている被験者は一人もいなかった。 習慣的なカフェイン摂取はカフェイン摂取質問票（CCQ）を用いて評価され、1日150 mgを超える者は除外された。 さらに、すべての被験者は週単位で自己報告された2週間のトレーニング日誌により、トレーニングに関する時間帯への嗜好がないことを表明した。 この特定の種類の運動歴を持つ被験者を募集することは、未訓練者において神経適応と反応による筋力の急性増加と典型的に関連する既知の神経筋促進反応が減少することを意味した。 除外基準には、抑うつ気分（ベック抑うつ評価尺度から）、睡眠の質の低さ（ピッツバーグ睡眠質問票の総合スコア>5）、最近のシフトワークまたは複数の時間帯をまたぐ旅行、「極端な」クロノタイプ（複合朝型質問票で評価）、および心血管疾患の危険因子および／または症状が含まれた。 面接を通じて、ボランティアは時間帯または睡眠からの時間が人間のパフォーマンスに与える影響について最小限の知識しか持っていないことが確認された。 実験手順の口頭説明が全員に提供された。これには研究の目的、参加に伴う可能性のあるリスク、および使用される実験手順が含まれた。 質問にはすべて回答された。 その後、個人は研究に参加する前に書面によるインフォームドコンセントを提供した。 実験手順はリバプール・ジョン・ムーア大学の人間倫理委員会によって承認された（倫理コード：08/SPS/030）。 この研究は、学術誌の倫理基準に従って実施され、ヘルシンキ宣言の原則に準拠した。

研究デザイン すべての被験者は、生理学実験室（英国リバプール）に7回訪問する必要があった（乾燥温度19-21℃、湿度29-41%、気圧962-1010 mmHg、環境光750ルクス）。 被験者は、（i）ベンチプレスとバックスクワットの1回最大挙上重量（1RM）、ii）実験プロトコルの1週間前に行われた認知および筋力パフォーマンステストの2回の馴化セッションを完了した。 馴化期間中、被験者は7日間の食事日誌を完了し、これはSENr登録スポーツ・運動栄養士によってNutritics®分析ソフトウェアを用いて分析された。 残りのセッションは、iii）標準化された回復期間として少なくとも72時間間隔を空けた3回の実験セッションから構成された。 実験部分は、07:30から08:30時の間に実施された3回の実験試行 a) 対照（NoPill）、b) カフェイン（300 mg、CAFF）、c) プラセボ（マルトデキストリン、PLAC）から構成された（図1）。 被験者は前夜22:30時頃に就寝し、06:30時に起床し、絶食状態で07:00時に実験室に到着した。 CAFFおよびPLAC条件では、薬剤はプラスチックボトルで提供され、実験室到着前に06:30時に水とともに摂取する指示が与えられ、到着時に確認された。 NoPill対照では、何も提供されなかった。 被験者は、訪問の48時間前にトレーニングまたは激しい身体活動を避けるように指示され、それ以外は通常の日常生活を維持した。 合計で3つのカフェインカプセルには無水カフェイン300 mgが含まれ、残りのスペースはマルトデキストリン（Applied Nutrition LTD、ノーズリー、英国）で占められ、プラセボカプセルは部門内で作られ、マルトデキストリン（約2.4 g、Sport supplements Ltd t/a BulkTM コルチェスター、英国）が含まれていた。 研究者と被験者はサプリメントスケジュールについて盲検化されており、カフェインとプラセボの両方は類似した味を作るためにマルトデキストリンで軽く粉がふられ、両方とも類似した重量（0.8 g/カプセル）で00サイズであった。 治療の順序は、匿名化と無作為化を担当する研究者によってプロジェクト終了時に明らかにされた。

すべての試行は一度に一人の被験者のみで実施されたが、開始時間をずらして、一人の被験者が06:45に、次の被験者が07:00に、その朝のセッションの最後の被験者が07:15に来るようにした。 この被験者のスケジューリングはすべてのセッションで一貫して保たれた。 すべての被験者は大学の実験室から10分以内の距離に住んでいた。 被験者は、ベンチプレスとバックスクワットの1RMに基づいて、3つのグループ（A、B、C）に均等に割り当てられた。これは、被験者の2回目の馴化からのタイムを最強から最弱の順にリストし、順番に文字A、B、Cを割り当てることによって行われた。 学習効果の発生は、実験条件を釣り合いのとれた順序で割り当てることによって最小限に抑えられた。 本研究は11月から2月の間（英国の秋から冬）に実施され、実験室到着前の朝の日光曝露は<80ルクスに制限された。 研究期間中の日の出時間範囲は07:12から07:03時であった。

プロトコルと測定：馴化セッション 被験者は、研究への参加準備ができていると見なされる前に、すべての筋力、認知、質問票測定の2回の馴化セッションを完了した。 AtkinsonとNevill [26]によって与えられた推奨に合わせて、馴化の基準として、最初と2回目の測定間の変数に対する変動係数値が10%以下であることが使用された。 馴化セッションは3週間にわたり12:00時に実施され、学習効果を最小限に抑えるために研究開始の1週間前に終了した。 被験者はテスト開始の0.5時間前に到着し、座った姿勢で休息し、以前の筋活動の影響を最小限に抑えた。 被験者は以下の順序で馴化を完了した： i) 認知テストバッテリー、ii) 経皮的電気刺激ありとなしの等尺性最大随意収縮（MVC）、iii) バックスクワットとベンチプレス。

i) 認知テストバッテリー トレイルメイキングテスト（TMT；パートAおよびB）： TMTの両パートは、A4用紙に分布する25個の円から構成される。 パートAでは、円には1-25の番号が付けられており、被験者は番号を昇順に結ぶ線を描くように指示される。 パートBでは、円には数字（1-13）と文字（A-L）の両方が含まれており、被験者は円を昇順のパターンで結ぶ線を描くように指示されるが、数字と文字を交互に結ぶ追加の課題がある（すなわち、1-A-2-B-3-Cなど）。 両パートで、被験者は可能な限り速く円を結ぶように指示され、紙から鉛筆を持ち上げてはならない。 誤りが発生した場合、直ちに指摘され、被験者はそれを修正することが許可される。 テスト中、完了までの時間が測定され、時間が長いほど障害が大きいことを示す。

レイ聴覚言語学習テスト： RAVLTは、16歳以上の患者の言語記憶を評価するために設計された神経心理学的評価である。 RAVLTは、記憶障害の性質と重症度を評価し、時間の経過に伴う記憶機能の変化を追跡するために使用できる[28]。 このテストは、ボランティアが15の名詞のリストを聞き、リストからできるだけ多くの単語を思い出すように求められるリスト学習パラダイムとして設計されている。 正答数と、被験者が提供したがリストにない単語数（侵入）が記録される。 このプロセスはさらに4回繰り返される。 プロセスは繰り返されるが、2番目の「妨害」リスト（リストB）が同じ方法で提示され、被験者はリストBからできるだけ多くの単語を思い出すように求められ、スコアが記録される。 妨害試行後、被験者は直ちに以前に5回聞いたリストAの単語を思い出すように求められ、正しい単語数と侵入が記録される。 RAVTLの総数、妨害数、保持が記録され分析される。

ストループ単語色干渉テスト。 被験者は、45秒間できるだけ速く単語や色に対する回答を読み上げ、誤りを修正せずに残さないように求められた。 これは撮影され、誤り数と完了した総量が記録され分析された。 最初のシートには、黒インクでテキスト（赤、青、黄、黒、緑）が書かれていた（単語命名テスト、W）。 2番目のシートには、最初のシートのテキストに対応する色のブロックがあった（色命名テスト、C）。 3番目のシートでは、被験者は単語（単語とは異なる色で着色されていた、例えば、単語は黄色で色は赤、単語の色命名テスト、CWと呼ばれる）を読み上げる必要があり、4番目のシートでは、被験者は色（誤って命名されていた、例えば、色は黄色だが単語は赤、色でない単語命名テスト、WCと呼ばれる）を読み上げる必要があった。 この4番目のシートでは、単語は3番目のシートとは逆順で印刷されていた。 生データは、誤り数（45秒間のペーシング／速度精度の指標として）と干渉スコア（抑制機能の効率の指標）について分析され、ここでCは色命名で45秒間に生成された正答数を表し、CWは干渉条件で45秒間に達成された正答数に対応する。 これは色でない単語命名テストについても行われた。

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) 等尺性最大随意収縮 被験者は、大腿四頭筋の等尺性MVC（3秒間）を、経皮的刺激によるツイッチ補間ありとなしの両方で実施した（Digimeter、DS7、ハートフォードシャー、英国）。 最初のセッション中、被験者はツイッチ補間なしでMVCを実施する練習を行い、必要な時間にわたって随意力を達成し維持する練習に慣れた。 このセッションはまた、最大電流耐性を取得し、MVC中の重畳のための超最大電流振幅を確立するためにも使用された。 被験者が安静時にある状態で、240 Vの方形波パルス（100 μs、1 Hz）の電流を徐々に増加させ、強度のさらなる増加が安静時ツイッチ力の増加を引き起こさなくなった点に達するまで増加させた。

ツイッチ補間 大腿四頭筋は、2つの湿潤表面電極（Chattanooga、米国、5 x 12 cm）を使用して電気刺激され、これらは近位に外側広筋上、遠位に内側広筋上に配置された。 皮膚は、各電極の配置前に、剃毛と皮膚の軽い研磨によって準備され、その後イソプロピルアルコール綿で清浄された。 永久マーカーペンを使用して各電極の位置をマークし識別し、セッション間の電極配置の変動を最小限に抑えた。 収縮前後に2回の刺激が与えられた。他の2回の刺激は収縮期間中に与えられ、MVCのピーク値をテストした。 収縮前後のツイッチのピーク力は平均化され、それぞれ非増強および増強条件下での安静時ツイッチ振幅の比較が可能になった。 超最大重畳電流の振幅は、各被験者について馴化セッションで特定され、最大振幅の安静時筋ツイッチを誘発するために必要なレベルの10%上に対応した。

データは9秒間取得され、市販のソフトウェアプログラム（AcqKnowledge III、Biopac Systems、マサチューセッツ）で分析された。 随意活性化の計算は、補間ツイッチ比に従って行われ、補間ツイッチの大きさは、弛緩した増強筋に与えられた同じ刺激によって引き起こされる振幅の比として表される。 収縮中に各刺激が適用される前の100 ms期間中の平均力が記録され、その後、各刺激が適用された後の100 ms期間中に記録された最大力が記録された。 100 ms平均刺激前力（MVC力として扱われる）と結果として得られる最大刺激後力は、平均刺激前力を最大刺激後力から減算することによって、補間ツイッチの大きさを計算するために使用された。

随意活性化 = = [1 - (補間ツイッチの大きさ / 安静時ツイッチの大きさ)] x 100

馴化セッション中、被験者はツイッチ補間ありとなしのMVCを交互に実施し、各セッション内で各々約3試行が実施された。 各馴化セッション／試行中の標準化された強い口頭励ましと、彼らのパフォーマンスのリアルタイム視覚フィードバックが、彼らの前に置かれた大画面へのコンピュータディスプレイを介して被験者に提供された。

iii) バックスクワットとベンチプレス 被験者は、テストサイクル開始前にバックスクワットとベンチプレスの馴化を3回行った。 各被験者は、バックスクワットを漸増負荷（40、60、80% 1RM）で各負荷1回実施するように求められ、各努力の間に5分間の休息が許可された。 同様にベンチプレスでは、各被験者は各漸増負荷（40、60、80% 1RM）に対して1回実施し、再び各作業努力の間に5分間の休息が与えられた。 これは、実験試行に必要な上限負荷が各被験者の身体的限界内に快適に収まっていることを知らせ、データ収集に必要な努力を実施できない可能性が最小限であるようにするためであった。 各被験者は、2つのエクササイズを同じ順序で実施した：ベンチプレス、次にバックスクワット、各エクササイズに対して漸増負荷（40、60、80% 1RM）で3回のリフトを実施した。 個人の自身の体重は、バックスクワットエクササイズに考慮された（これは全身運動であるため）が、ベンチプレスには考慮されなかった。 MuscleLab力-速度リニアエンコーダ（Muscle Lab、Ergotestバージョン4010、ノルウェー）は、エレイコオリンピックバー（20 kg）に取り付けられ、これは標準スクワットラックのレストに設置され、安全アームは被験者が≦90°膝屈曲位置を達成するように設定された（設定は馴化プロセス中に測定記録された）。 この位置から、被験者はバーをできるだけ力強く上方に押し上げるように指示され、テスト中に記録された値は動作のコンセントリック相のみであった。 MuscleLabシステムは、各個々のリフトの力、バーの変位、および生成された速度をエンコードし、それにより筋パフォーマンスの以下の測定が可能になる：平均速度（AV）、平均パワー（AP、平均力×平均速度）、ピーク速度（PV、速度の最高値）、ピーク速度到達時間（tPV、最高速度値に達するまでの時間）、平均推進速度（MPV、コンセントリック運動の推進相中の平均速度）、速度発達率（RDV、コンセントリック運動の推進相中の平均加速度）、および変位（D、運動中のバーの直線変位）。 このプロセスは3回繰り返され、各個々のリフトの間に5分間の休息が許可され、上記の漸増作業負荷に対して実施された。 ベンチプレスの場合、被験者はバーを胸まで下げるように指示され、再び、バーに対してできるだけ力強く押すように指示が与えられた。 これは上記の作業負荷に対して3回繰り返され、各押し上げの間に5分間の休息が取られた。

3回のAP出力の最高値（および関連するAV、PV、MPV、RDV、D、tPV値）が、それぞれベンチプレスとバックスクワットの各バー上の質量について分析に使用された。 傷害の可能性を減らすために、被験者がリフトを実施する際に、必要に応じていつでも介入できるように、被験者の両側に2人が配置された。 さらに、すべての機会に安全サポートが設置されていた。

実験プロトコルと測定

実験セッションは最後の馴化の1週間後に行われ、3つの実験条件（すなわちCAFF、PLAC、NoPill）の間に72時間の回復期間が設けられた。 実験室に到着すると、彼らは柔軟な直腸プローブ（ミニサーミスタ、Grant Instruments、シープレス、英国）を外肛門括約筋の約10 cm先に挿入するように求められた。 被験者はその後30分間座った姿勢で休息し、安静時直腸温度（Trec）を評価した。 皮膚温度（Tsk）は、皮膚サーミスタ（Grant Instruments、Squirrel 2010シリーズ、シープレス、英国）によって同時に評価され、これらは身体の左側の4箇所（胸部[ch]、前腕[f]、大腿[th]、下腿[ca]）に配置された。 30分間休息期間の最後の5分間の平均が、安静時TrecおよびTsk温度として記録された。 平均Tskは以下のように計算された：

Tsk = (0.34 x Tch) + (0.33 x Tth) + (0.18 x Tca) + (0.15 x Tf)

平均体温（Tmb）は以下を使用して計算された：

Tmb = (0.64 x Tr) + (0.36 x Tsk)。

被験者は、気分プロフィール質問票（POMS；バージョン32）、主観的睡眠評価（リバプールジェットラグ質問票の睡眠質問を使用）、努力（0-10、0 = 努力なし、10 = 最大努力）、および自覚的運動強度（RPE）を完了した。 最初の休息測定後、被験者はサイクルエルゴメーター（Corival cpet、Lode、フローニンゲン、オランダ）で150 Wで5分間ウォームアップした。ウォームアップ後、被験者はプライベートで直腸プローブを除去し、皮膚サーミスタが取り外された。 その後、MVCおよびベンチプレスとバックスクワットエクササイズが実施された。

統計分析 本研究の主要研究変数は、MVCのピーク力およびベンチプレスとバックスクワットのPVであった。 MVCピーク力については、16名の被験者が片側t検定で80%の統計的検出力（p < 0.05）、日周変動効果量（ES）0.67を提供すると推定された。 ベンチプレスのPVについては、9名の被験者が片側t検定で80%の統計的検出力（p < 0.05）、日周変動効果量（ES）0.92を提供すると推定された。 バックスクワットのPVについては、9名の被験者が片側t検定で80%の統計的検出力（p < 0.05）、日周変動効果量（ES）0.91を提供すると推定された。 研究者は脱落を考慮して18名の被験者を募集し、n=4が完全なプロトコルを完了できなかった。 サンプルサイズ推定は、ソフトウェアG*Power 3.1を使用して行われた。 データは、Statistical Package for Social Sciencesバージョン30（SPSS、シカゴ、IL、米国）を使用して分析された。 すべてのデータは、Shapiro-Wilk検定を使用して正規性がチェックされた。 一般線形モデルを使用して収集されたすべての測定値を分析した。相互作用と主効果の有意性はANOVAによって評価された。 球面性の違反は、Greenhouse-Geisser（ε < 0.75）またはHuynh-Feldt（ε > 0.75）によって補正され、主効果はBonferroniの対比較によって補正された。 ピアソン相関は、CAFF対他の条件に対する個別化された反応（体重相対）およびMVCパフォーマンスの%変化を探索するために実施された。 すべてのデータは、特に断らない限り、平均値±標準偏差（SD）として提示される。 有意水準はp ≤ 0.05に設定された。 0.05から0.10の間のP値は、統計的傾向を示すと見なされた。 効果量は、偏イータ二乗値（η2p）として言及され、0.01、0.06、0.14の値はそれぞれ小、中、大の効果に対応する。 適切な場合、95%信頼区間（95% CI）および対比較間の平均差が報告される。