カフェイン、遺伝的変異、運動能力 (GMC-AP)

研究方法とデザイン

実験計画：

この無作為化、二重盲検、プラセボ対照、被験者内対抗測定研究デザインには、さまざまなスポーツの 100 人の男性アスリートが含まれます。 女性アスリートの間で一般的なホルモン避妊薬の使用と月経周期の時間は、カフェイン代謝と運動テストのパフォーマンス測定に大きな影響を与えるため、女性はこの研究には含まれません. これらの要因を制御するには、より多くの参加者が必要となり、かなりのリソースと時間が必要になります。 ただし、提案された研究の結果が男性で有望な結果を示している場合、女性アスリートでそれらの結果を再現することを目指します.

参加者は、トロント大学のゴールドリング センターにある人間生理学研究所で 4 回の訪問 (それぞれ ~ 90 ~ 120 分) を完了します。 すべてのテストは、月曜日から土曜日までさまざまな時間に行われます。 参加者は、通常の食事（テスト前の食事はすべての訪問で再現されます）と睡眠習慣を維持し、各訪問の48時間前に激しい活動を避け、最初の訪問の1週間前からカフェインを控えるように指示されます。データ収集 (4 週間)。

サンプルサイズの計算

パラメーター：

効果の大きさ = 0.25: 主な治療効果の大きな効果サイズが以前の研究で発見されましたが (0.38)、保守的にするために、この試験はまだ生理学的に重要な中程度の効果サイズを検出するのに有効であると判断されました。 さらに、主な治療効果よりも小さいと想定されるカフェインの 2 つの用量間の効果に関心があります。 したがって、タイムトライアル分析のためにカフェイン効果間の結論を出すのに十分な統計的検出力を確保するには、小から中程度の効果サイズが必要でした。 最後に、タッカーらによって報告されているように、パワーの垂直ジャンプなどの評価の他のパラメーターは、タイムトライアルよりも効果サイズが小さくなる可能性があります。 (2013) 男子バスケットボール選手の垂直跳びのパフォーマンスに関する研究。 したがって、すべてのアウトカム指標（つまり、 パワー、ストレングス無酸素、有酸素など）

• アルファ (エラー確率) = 0.025: 一般に、アルファ = 0.05 がこのパラメーターに使用する標準値です。 ただし、私たちの研究では、参加者は多くの独立した試験に登録されるため、スポーツ（パワーまたは持久力）プラスなどの複数の比較から生じる可能性のあるエラーを考慮して、より低いアルファを使用することにしました。遺伝子型（リスクまたは一般的なバリアント）。
• 検出力（1ベータ確率）＝0.8：検出力は従来の0.8を使用。
• グループ数 = 2: 遺伝子型サブグループ解析に必要な階層化の数
• 測定回数 = 4: 実験室での運動テスト
• 繰り返し測定間の相関 = 0: 測定間のゼロ相関が仮定されました。
• サンプルサイズ = 74: 計算に基づくと、74 人の参加者が必要です。 結果の統計的有意性を損なうことなく、最大 25% の撤退の可能性を考慮して、100 人のアスリートを募集します。 さらに、複数の比較 (遺伝子型 + スポーツ) を使用することを選択した場合、より大きなサンプルを使用して、効果サイズの低下を最小限に抑えることができます。

募集

募集は、トロント大学、ライアソン大学、ヨーク大学のキャンパス、オンタリオ州のカナディアン スポーツ インスティテュート、および地元のランニング/トライアスロン クラブで、適切な場所に掲示されるチラシによって行われます。 研究および連絡先情報を記載した標準化された電子メールは、資格のあるアスリートがいるスポーツ チーム/クラブ (上記のすべての場所) のヘッド コーチおよび/またはプログラム ディレクターにも送信されます。

評価のパラメータ

2 人の訓練を受けた運動学者、PhD レベルの運動生理学者、1 人の学生アシスタント、および大学院生の Nanci Guest によって収集された生理学的データ。

人体測定および臨床的特徴

• 安静時の収縮期 (SBP) と拡張期 (DBP) の血圧測定値、および脈拍数は、1 分間隔で 2 回測定されます。 2 つの連続した読み取り値の平均が取られます。
• 心拍数は、すべてのテストの前に測定され、すべてのテストとテスト日で参加者の落ち着きと同様の生理学的状態を確認します。
• 心拍数は、Polar Heart Rate Monitors (Polar Electro、フィンランド) により、試験期間中 (訪問 2 ～ 4) に監視されます。
• 身長は壁に取り付けられたスタディオメーターを使用して 0.1 cm 単位で測定され、体重はデジタル スケールを使用して 0.1 kg 単位で測定されます。参加者は薄着で靴を履いていません。
• 体重の値を使用して、カフェイン治療の体重 1 キログラムあたり 2 および 4 mg の投与量 (プラセボ投与量を追加) を決定します。これは、来院時にランダムな順序で摂取されます (研究助手によって導き出され、すべての研究者には盲検化されます) 2, 3 4、次の 3 週間。
• 体組成は、生体インピーダンススケール（BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor）によって評価されます

運動テスト

記述的特徴

最大有酸素能力は、サイクル エルゴメーターでの VO2 max テストによって評価されます。 このテストは記述データの一部であり、タイム トライアル テスト (65% ピーク パワー) で設定された抵抗を決定するために使用されます。 参加者は、意欲的な疲労までモナーク サイクル エルゴメーター (フローニンゲン、オランダ) で段階的な運動テストを受けます。 最大酸素消費量 (VO2Max) を決定するために、間接開回路肺活量測定システム (Parvomedics、Metabolic Cart、Sandy、Utah) を介して空気サンプルの酸素および二酸化炭素濃度を分析します。 被験者には、Polar 心拍数モニターが設定されます。

4 つの主要な結果の尺度 (パワー、筋力、無酸素および有酸素能力)

• 筋力は、前述の垂直ジャンプ テスト (VJT) を使用して評価されます (5)。 参加者は、フォース プレート (AMTI、ウォータータウン、マサチューセッツ州、米国) での 2 つの垂直ジャンプ テストのそれぞれで 2 つの試行を完了します。

  1. スクワットジャンプ（SJ）：予備反動を行わないしゃがみ姿勢（膝角度約90°）から。
  2. カウンター ムーブメント ジャンプ (CMJ): 直立姿勢から予備的なカウンター ムーブメントを行う。ジャンプの間には 30 秒間の休憩があり、最高得点の 2 点が記録されます。
• 強度 (上半身) は、ハンドグリップ ダイナモメーター (Lafayette Instrument Company モデル 78010) を使用して評価されます。 3回の試行後の最高得点が記録されます（kg）。

• 無酸素能力は、サイクルエルゴメーター（Ergomedic 849E、Monark、Sweden）でWingate Anaerobic Testを使用して評価されます。 参加者は、0.085kg/kg 体重の固定負荷に対してサイクリングします。 テスト中に 3 つの主要な測定値が記録されます。

  • ピークパワー (PP): 最大無酸素パワーの尺度、またはテストの最初の 10 秒間で 5 秒間に到達した最大パワー出力。 PP はワット (W) と W/kg で記録されます。
  • 平均パワー（MP）：無酸素能力の尺度、または 30 秒間のテスト中に達成された平均パワー出力。 MP は W および W/kg で記録されます。
  • 疲労指数 (FI): パワーの減少率、または 5 秒間の最大パワー出力と 5 秒間の最小パワー出力の差を経過時間で割った尺度。 FI はパーセンテージで記録されます。
• 持久力/有酸素能力とパワー出力は、サイクリング タイム トライアル (TT) によって評価されます。 参加者は、サイクル エルゴメーター (モナーク スポーツ アンド メディカル、バンズブロ、スウェーデン) で実行される 10 km TT を、時間的、言語的、生理学的フィードバックなしで、できるだけ早く完了するように指示されます。テストを完了するのに必要な時間と平均出力は、各テストの完了時に記録されます。

運動テスト中の追加テスト

• 血中乳酸検査。 Wingate テスト参加者の直後に、使い捨てランセットで指を刺して皮膚に穴を開け、Lactate Pro アナライザー (LT-1710、Arkray Inc、京都、日本) で分析するために毛細血管の血液サンプルを採取します。
• 知覚運動強度 (RPE) の評価 - RPE のボルグ スケールは、被験者の疲労の知覚を評価するために使用されます。

ジェノタイピング

唾液サンプルは、以前に説明した標準的な手順を使用した DNA 分離用の Oragene-500 キットを使用した運動テストの訪問 1 中に収集されます。私たちの研究参加者は、個人ではなく一緒に、VO2 max、乳酸クリアランス効率、筋繊維タイプ、カフェイン後の運動パフォーマンスの変化などの特定の特性に関連する遺伝的変異を見つけました。 また、カフェインの代謝と反応に関連する既知の遺伝的変異を調べて、被験者がカフェインを摂取した後の運動に対する反応にもこれらの遺伝子が影響するかどうかを判断します。

食事摂取量の評価

被験者は、196項目の半定量的食物頻度アンケートに記入して、習慣的なカフェイン摂取量やその他の食事要因を判断します。 食事摂取情報は、通常のカフェイン消費などの潜在的な効果修飾因子を特定するために使用されます。

健康、ライフスタイル、身体活動の評価

一般的な健康、ライフスタイル、身体活動に関するアンケート (GHLPA) には、カフェインに関する詳細な質問が含まれます (例: 運動選手のスポーツ/身体活動を評価するために以前に使用された検証済みの習慣的な身体活動/スポーツ履歴アンケートと組み合わせて、以前に私たちの研究室で使用された摂取習慣、離脱効果など)。

統計分析

分析は、SAS (バージョン 9.2、ノースカロライナ州、米国、2009 年) 統計ソフトウェアを使用して実行されます。 手短に言えば、記述的データ (身長、体重、年齢、血圧、カフェイン摂取量と習慣、体脂肪率、VO2max、スポーツの年数、週あたりのトレーニング時間、食事評価データ、およびその他のライフスタイル指標) を使用して遺伝子型グループ間の比較を報告します。独立した t 検定。 VO2max、10 km タイム トライアル、無酸素運動能力、乳酸閾値、パワーと強度、および知覚される運動速度の潜在的な違いは、反復測定分散分析 (RMANOVA) を使用して評価されます。要素。 すべての RMANOVA 手順について、重要性のしきい値として P < 0.05 が必要になるように、ボンフェローニ補正を使用した独立および依存 t 検定を使用して、事後検定が実行されます。

実験手順

一次審査 - 電話または直接訪問

潜在的な参加者は、スポーツへの参加と、ラボへの 2 時間の訪問を 7 日おきに 4 回行う能力を確認します。 参加者は、定期的な食事を維持することの重要性を思い出します。 最初の訪問の7日前のカフェイン含有サプリメントと研究期間（4週間）を含む、必要なカフェイン禁欲の重要性が強調され、繰り返されます。

訪問 1 (~90 分)

研究室への最初の訪問には、研究に伴う目的、利点、およびリスクについて説明した後、習熟し、すべての参加者から書面によるインフォームドコンセントを取得することが含まれます。 参加者には、いつでも自由に研究を取りやめることができることが通知されます。

各被験者は、「運動準備」アンケート（PAR-Q; Physical Activity Readiness Questionnaire）に記入し、生年月日、身長、体重、血圧などの記述的および人体測定データを収集し、唾液サンプルも提供しますDNA の分離とジェノタイピング。 この最初の訪問中に、最大酸素摂取量 (VO2 max; 以下で説明) も測定して、記述的なベースライン データを取得し、その後のテスト訪問での実験タイム トライアルのワークロード レベルを導き出します。

訪問 2、3、4 (~120 分)

3回の訪問はすべて、カフェインレベルの血清濃度がピークレベルに達するまでの20分間の待機期間（その後、テスト前のウォームアップが開始される10分間）を除いて同一であり、参加者は別のアンケートに回答するか、静かに座っています彼ら自身の活動。

到着時に、参加者は（盲検を維持するために）体重1kgあたりカフェイン2または4mgのサプリメント、またはデキストロースプラセボ（PLAC）のいずれかを摂取するように無作為に割り当てられます。 各参加者は、治療の二重盲検を維持するために、0、2、または 4 mg/kg のいずれであっても、各訪問中に同じ色とサイズの同じ数のカプセルを摂取します。 各被験者は、アンケートに回答するか、静かに座ります (例: 最初の運動テストを待っている間。

運動テストのプロトコルは、訪問 2、3、および 4 と同じです。 20 分後、参加者は 10 分間ウォームアップし、4 つの運動テスト (カフェイン摂取後 30 分で開始) を実行して、パフォーマンスのさまざまな尺度を決定します。

私。筋力 - 垂直跳びテスト

ii.強度 - ハンドグリップダイナモメーター

iii. 無酸素能力 - ウィンゲート

iv。持久力/有酸素能力 (有酸素パワー) - 10 km サイクリング タイム トライアル

参加者は、運動テスト中、自由に水を飲むことができます。