카페인, 유전적 변이 및 운동 능력 (GMC-AP)

연구 방법 및 설계

실험적 설계:

이 무작위, 이중 맹검, 위약 통제, 피험자 내 대응 측정 연구 설계에는 다양한 스포츠의 남성 운동 선수 100명이 포함됩니다. 여성 운동선수에게 흔한 호르몬 피임약 사용과 월경 주기의 시간이 카페인 대사 및 운동 테스트 성능 측정에 상당한 영향을 미치기 때문에 여성은 이 연구에 포함되지 않습니다. 이러한 요소를 제어하려면 훨씬 더 많은 참가자 풀이 필요하고 상당한 리소스와 시간이 필요합니다. 그러나 제안된 연구 결과가 남성에게 유망한 결과를 보여준다면 우리는 여성 운동선수에게 그 결과를 반복하는 것을 목표로 할 것입니다.

참가자는 토론토 대학의 골드링 센터에 있는 인간 생리학 연구소에서 4번의 방문(각각 ~90-120분)을 완료합니다. 모든 테스트는 월요일부터 토요일까지 다양한 시간에 진행됩니다. 참가자는 정기적인 식단(사전 테스트 식사는 모든 방문에 대해 복제됨)과 수면 습관을 유지하고, 각 방문 전 48시간 동안 격렬한 활동을 피하고, 첫 방문 1주일 전과 치료 기간 동안 카페인을 삼가도록 지시받을 것입니다. 데이터 수집(4주).

샘플 크기 계산

매개변수:

효과 크기 = 0.25: 주요 치료 효과에 대한 큰 효과 크기가 이전 연구에서 발견되었지만(0.38), 보수적으로 이 시험은 여전히 ​​생리학적 중요성이 있는 중소 효과 크기를 감지하기 위해 강화될 것이라고 결정되었습니다. 또한 주요 치료 효과보다 작은 것으로 가정되는 카페인의 두 용량 사이의 효과에 관심이 있습니다. 따라서 타임 트라이얼 분석을 위해 카페인 효과 간 결론을 내리기에 충분한 통계적 검정력을 보장하기 위해 중소 효과 크기가 필요했습니다. 마지막으로, 권력에 대한 수직 점프와 같은 다른 평가 매개변수는 Tucker 등이 보고한 타임 트라이얼보다 효과 크기가 작을 가능성이 높습니다. (2013) 남자 농구 선수의 수직 점프 성능에 관한 연구. 따라서 모든 결과 측정(즉, 파워, 강도 혐기성, 에어로빅 등)

• 알파(오류 확률) = 0.025: 일반적으로 알파 = 0.05가 이 매개변수에 사용할 표준 값입니다. 그러나 우리 연구에서 참가자들은 여러 독립적인 시험에 등록될 것이므로 스포츠(파워 또는 지구력) 플러스와 같은 여러 비교에서 발생할 수 있는 오류를 고려하기 위해 더 낮은 알파를 사용하기로 결정했습니다. 유전자형(위험 또는 공통 변형).
• 검정력(1-베타 확률) = 0.8: 기존 값인 0.8이 검정력에 사용되었습니다.
• 그룹 수 = 2: 유전자형 하위 그룹 분석에 필요한 층화 수
• 측정 횟수 = 4: 실험실 운동 테스트
• 반복 측정 간의 상관 관계 = 0: 측정 간의 상관 관계가 0인 것으로 가정했습니다.
• 샘플 크기 = 74: 계산에 따라 74명의 참가자가 필요합니다. 우리는 결과의 통계적 유의성을 잠재적으로 손상시키지 않으면서 최대 25%의 철회 가능성을 설명하기 위해 100명의 선수를 모집할 것입니다. 또한 다중 비교(유전자형 + 스포츠)를 사용하기로 선택한 경우 더 큰 샘플을 사용하여 효과 크기 감소를 최소화할 수 있습니다.

신병 모집

채용은 토론토 대학, Ryerson 및 York 대학 캠퍼스, 캐나다 온타리오 스포츠 연구소, 지역 러닝/트라이애슬론 클럽에서 적절한 위치에 게시된 전단지를 통해 실시됩니다. 연구 및 연락처 정보가 포함된 표준화된 이메일은 자격을 갖춘 운동 선수가 있는 스포츠 팀/클럽(위에 나열된 모든 위치)의 헤드 코치 및/또는 프로그램 디렉터에게도 전송되며, 그런 다음 운동 선수에게 연구를 알리도록 선택할 수 있습니다.

평가의 매개변수

2명의 숙련된 운동학자, 박사 수준의 운동 생리학자, 학생 보조원 1명 및 대학원생인 Nanci Guest가 수집한 생리학적 데이터.

인체 측정 및 임상 특성

• 휴식기 수축기(SBP) 및 이완기(DBP) 혈압 측정과 맥박수는 1분 간격으로 두 번 측정됩니다. 2회 연속 판독값의 평균을 취합니다.
• 모든 테스트 및 테스트 일 동안 참가자의 평온함과 유사한 생리적 상태를 보장하기 위해 모든 테스트 전에 심박수를 측정합니다.
• 심박수는 Polar 심박수 모니터(Polar Electro, 핀란드)에서 시험 기간(방문 2-4) 동안 모니터링됩니다.
• 신장은 벽걸이형 stadiometer를 사용하여 가장 가까운 0.1cm까지 측정되고 체중은 참가자가 신발을 신지 않고 가벼운 옷을 입고 디지털 저울을 사용하여 가장 가까운 0.1kg까지 측정됩니다.
• 체중 값은 방문 2, 3 동안 무작위 순서로 섭취될(연구 조교에 의해 도출되고 모든 조사자에게 눈가림됨) 카페인 치료(+ 위약 용량)에 대한 체중 킬로그램당 2 및 4 mg을 결정하는 데 사용될 것입니다. 그리고 4, 다음 3주 동안.
• 체성분은 생체 임피던스 척도(BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor)로 평가됩니다.

운동 테스트

설명적 특성

최대 유산소 능력은 사이클 에르고미터의 VO2 최대 테스트로 평가됩니다. 이 테스트는 설명 데이터의 일부이며 타임 트라이얼 테스트(65% 피크 전력)에서 설정된 저항을 결정하는 데 사용됩니다. 참가자는 의지 피로가 될 때까지 Monark 사이클 에르고미터(네덜란드 흐로닝언)에서 등급별 운동 테스트를 받게 됩니다. 최대 산소 소비량(VO2Max)을 결정하기 위해 간접 개방 회로 폐활량 측정 시스템(Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah)을 통해 공기 샘플의 산소 및 이산화탄소 농도를 분석합니다. 피험자는 Polar 심박수 모니터로 설정됩니다.

네 가지 주요 결과 측정(파워, 근력, 무산소 및 유산소 능력)

• 근력은 앞에서 설명한 수직 점프 테스트(VJT)를 사용하여 평가합니다(5). 참가자는 포스 플레이트(AMTI, Watertown, MA, USA)에서 두 번의 수직 점프 테스트 각각에서 두 번의 시도를 완료합니다.

  1. 스쿼트 점프(SJ): 쪼그려 앉은 자세(무릎 각도: 약 90°)에서 사전 카운터 동작을 수행하지 않습니다.
  2. 반동 점프(CMJ): 똑바로 선 자세에서 예비 반동 동작으로; 점프 사이에 30초의 휴식 시간이 주어지며 두 번의 최고 점수가 기록됩니다.
• 근력(상체)은 핸드그립 동력계(Lafayette Instrument Company 모델 78010)를 사용하여 평가됩니다. 3회 시도 후 최고 점수를 기록한다(kg 단위).

• 혐기성 용량은 사이클 에르고미터(Ergomedic 849E, Monark, Sweden)에서 Wingate 혐기성 테스트를 사용하여 평가됩니다. 참가자는 0.085kg/kg 체질량의 고정 저항에 맞서 자전거를 타게 됩니다. 테스트 중에 세 가지 주요 측정이 기록됩니다.

  • 피크 파워(PP): 최대 무산소 파워 또는 테스트의 처음 10초 동안 5초 동안 도달한 최대 파워 출력의 척도. PP는 와트(W) 및 W/kg으로 기록됩니다.
  • 평균 파워(MP): 혐기성 용량의 척도 또는 30초 테스트 동안 달성된 평균 파워 출력. MP는 W 및 W/kg으로 기록됩니다.
  • 피로 지수(FI): 전력 감소율 또는 최고 5초 전력 출력과 최저 5초 전력 출력 간의 차이를 경과 시간으로 나눈 측정값입니다. FI는 백분율로 기록됩니다.
• 지구력/유산소 능력 및 출력은 사이클링 타임 트라이얼(TT)로 평가됩니다. 참가자는 사이클 에르고미터(Monarch Sports and Medical, Vansbro, Sweden)에서 수행되는 10km TT를 시간적, 언어적, 생리적 피드백 없이 가능한 한 빨리 완료하도록 지시받습니다. 테스트 및 평균을 완료하는 데 필요한 시간 전원 출력은 각 테스트 완료 시 기록됩니다.

운동 테스트 중 추가 테스트

• 혈액 젖산염 검사. Wingate 테스트 직후 참가자는 일회용 란셋으로 손가락을 찔러 피부를 뚫고 Lactate Pro 분석기(LT-1710, Arkray Inc, Kyoto, Japan)로 분석할 모세혈관 혈액 샘플을 얻습니다.
• RPE(Rating of Perceived Exertion) - RPE에 대한 Borg 척도는 피험자의 피로 인식을 평가하는 데 사용됩니다.

유전자형

이전에 설명한 표준 절차를 사용하여 DNA 분리를 위해 Oragene-500 키트를 사용하여 운동 테스트의 방문 1 동안 타액 샘플을 수집할 것입니다. 우리 연구 참가자들은 개인이 아닌 함께 모여 VO2 max, 젖산 제거 효율, 근육 섬유 유형 및 카페인에 따른 운동 성능의 변화와 같은 특정 특성과 관련된 유전적 변이를 발견했습니다. 또한 카페인 대사 및 반응과 관련된 알려진 유전적 변이를 조사하여 이러한 유전자가 카페인을 섭취한 후 운동에 대한 반응에도 영향을 미치는지 확인합니다.

식이 섭취 평가

피험자는 습관적인 카페인 섭취와 기타 식이 요인을 결정하기 위해 196개 항목의 반정량적 음식 빈도 설문지를 작성합니다. 식이 섭취 정보는 일반적인 카페인 소비와 같은 잠재적 효과 수정 요인을 식별하는 데 사용됩니다.

건강, 라이프스타일 및 신체 활동 평가

일반 건강, 라이프스타일 및 신체 활동 설문지(GHLPA)에는 카페인에 대한 자세한 질문이 포함됩니다(예: 섭취 습관, 금단 효과 등), 이전에 우리 연구실에서 사용된 것으로 이전에 운동선수의 스포츠/신체 활동을 평가하는 데 사용된 검증된 습관적인 신체 활동/스포츠 이력 설문지와 결합되었습니다.

통계 분석

분석은 SAS(Version 9.2, NC, USA, 2009) 통계 소프트웨어를 사용하여 수행됩니다. 간략하게 설명 데이터(신장, 체중, 나이, 혈압, 카페인 섭취 및 습관, 체지방 %, VO2max, 운동 기간, 주당 훈련 시간, 식이 평가 데이터 및 기타 라이프스타일 측정)를 사용하여 유전자형 그룹 간의 비교를 보고합니다. 독립적인 t-테스트. VO2max, 10km 타임 트라이얼, 혐기성 용량, 젖산 역치, 힘 및 강도, 지각된 노력의 비율의 잠재적 차이는 참가자 내 요인으로 치료하고 참가자 간 유전자형으로 치료하는 분산의 반복 측정 분석(RMANOVA)을 사용하여 평가됩니다. 요인. 모든 RMANOVA 절차에 대해 P<0.05가 유의성에 대한 임계값으로 요구되는 Bonferroni 보정과 함께 독립 및 종속 t-테스트를 ​​사용하여 사후 테스트를 수행합니다.

실험적 절차

1차 검진 - 전화 또는 방문

잠재적 참가자는 7일 간격으로 2시간 동안 실험실을 4번 방문하여 스포츠 참여 및 능력을 확인합니다. 참가자들은 규칙적인 식단을 유지하는 것의 중요성을 상기하게 될 것입니다. 첫 번째 방문 전 7일 동안 카페인 함유 보충제를 포함한 필수 카페인 금욕의 중요성과 연구 기간(4주)이 강조되고 반복됩니다.

방문 1(~90분)

실험실을 처음 방문하면 친숙해지고 연구와 관련된 목적, 이점 및 위험에 대한 설명 후 모든 참가자로부터 서면 동의를 얻습니다. 참가자는 언제든지 연구를 철회할 수 있음을 알립니다.

각 피험자는 생년월일, 키, 체질량 및 혈압을 포함하여 수집된 설명 및 인체 측정 데이터가 있는 "운동 준비" 설문지(PAR-Q; 신체 활동 준비 설문지)를 작성하고 다음을 위한 타액 샘플도 제공합니다. DNA 분리 및 유전자형. 이 첫 번째 방문 동안 최대 산소 섭취량(VO2 max; 아래에 설명됨)도 설명 기준 데이터를 위해 측정되고 후속 테스트 방문에서 실험 타임 트라이얼을 위한 작업량 수준을 도출합니다.

2, 3, 4 방문(~120분)

3번의 방문은 모두 카페인 수준의 혈청 농도가 최고 수준에 도달하기 위한 20분 대기 기간(그런 다음 10분 사전 테스트 워밍업 시작)을 제외하고 동일합니다. 여기서 참가자는 다른 설문지를 작성하거나 조용히 앉아 있어야 합니다. 그들 자신의 활동.

도착 시 참가자는 체중 kg당 2mg 또는 4mg의 카페인 보충제 또는 덱스트로스 위약(PLAC)을 섭취하도록 무작위로 배정됩니다(눈가림 유지). 각 참가자는 치료의 이중 눈가림을 유지하기 위해 0, 2 또는 4mg/kg인지 여부에 관계없이 각 방문 동안 동일한 색상과 크기의 동일한 수의 캡슐을 섭취합니다. 각 피험자는 설문지를 작성하거나 조용히 앉아 있습니다(예: 독서, 전자 기기 사용 등) 첫 번째 운동 테스트를 기다리는 동안.

운동 테스트 프로토콜은 방문 2, 3 및 4에 대해 동일합니다. 20분 후 참가자는 10분 동안 워밍업한 다음 4가지 운동 테스트(카페인 섭취 후 30분에 시작)를 수행하여 다양한 성능 측정을 결정합니다.

나. 머슬 파워 - 수직 점프 테스트

ii. 힘 - 손잡이 동력계

iii. 혐기성 용량 - Wingate

iv. 지구력/유산소 능력(유산소 파워) - 10km 사이클링 타임 트라이얼

참가자는 운동 테스트 내내 물을 자유롭게 마실 수 있습니다.