카페인 섭취가 남성의 아침 인지 기능 및 근력 측정에 미치는 영향

참가자 생물학적 성별과 사회적 성별이 남성인 14명의 성인으로, '여가 활동형'으로 분류되었습니다. 모든 참가자는 대학 스포츠 과학과 학생들 중에서 모집되었습니다. 포함 기준은 건강한 성인(18-30세), 부상 없음, 이전 중량/근력 훈련 경험(≥ 2년)이었습니다. 이 프로젝트는 여성에게도 참여 기회를 제공했으나, 지원한 여성은 없었습니다. 참가자들은 평소 22:00-23:30 사이에 취침하고 06:00-07:30 사이에 기상하는 습관이 있었으며, 연구 목적상 22:30에 취침하고 06:30에 기상하는 것에 동의했습니다. 연구 기간 동안 참가자 중 약물 치료(비스테로이드성 항염증제 포함)를 받는 사람은 없었습니다. 평소 카페인 섭취량은 카페인 소비 설문지(CCQ)를 사용하여 평가되었으며, 하루 150mg 이상을 섭취하는 사람은 제외되었습니다. 또한, 모든 참가자는 주간 자가 보고 2주 훈련 일지를 통해 하루 중 특정 시간대에 대한 훈련 선호도를 나타내지 않았습니다. 이러한 특정 운동 경력을 가진 참가자를 모집함으로써, 일반적으로 훈련되지 않은 개인들 사이에서 신경 적응과 반응으로 인해 급격한 근력 증가와 관련된 알려진 신경근 촉진 반응이 감소되었습니다. 제외 기준에는 우울한 기분(벡 우울 척도), 불량한 수면 질(피츠버그 수면 질 지수 전체 점수 >5), 최근 교대 근무 또는 여러 시간대를 넘나드는 여행, '극단적'인 시간형(복합 아침형 설문지를 통해 평가됨), 심혈관 질환의 위험 요인 및/또는 증상이 포함되었습니다. 인터뷰를 통해 자원자들은 하루 중 시간 또는 수면 이후 시간이 인간 수행에 미치는 영향에 대한 지식이 최소한임이 확인되었습니다. 모든 사람에게 실험 절차에 대한 구두 설명이 제공되었으며, 여기에는 연구 목적, 참여와 관련된 가능한 위험, 사용될 실험 절차가 포함되었습니다. 모든 질문에 답변이 제공되었습니다. 개인들은 연구에 참여하기 전 서면 동의서를 작성했습니다. 실험 절차는 리버풀 존 무어스 대학의 인간 윤리 위원회(윤리 코드: 08/SPS/030)의 승인을 받았습니다. 이 연구는 저널의 윤리 기준에 따라 수행되었으며 헬싱키 선언의 원칙을 준수했습니다.

연구 설계 모든 참가자는 생리학 실험실(영국 리버풀)을 7회 방문해야 했습니다(건조 온도 19-21°C, 습도 29-41%, 기압 962-1010 mmHg, 주변광 750 럭스). 참가자는 (i) 벤치 프레스와 백 스쿼트에 대한 1회 최대 반복(1RM), ii) 실험 프로토콜 1주 전에 인지 및 근력 수행 테스트에 대한 2회의 숙련 세션을 완료했습니다. 숙련 과정에서 참가자는 7일간의 식이 일지를 작성했으며, SENr 등록 스포츠 및 운동 영양사가 Nutritics® 분석 소프트웨어를 사용하여 분석했습니다. 나머지 세션은 iii) 표준화된 회복 기간으로 최소 72시간 간격을 둔 3회의 실험 세션으로 구성되었습니다. 실험 부분은 07:30과 08:30 사이에 세 가지 실험 조건 a) 대조군(NoPill), b) 카페인(300 mg, CAFF), c) 위약(말토덱스트린, PLAC)을 포함했습니다(그림 1). 참가자들은 전날 밤 22:30경에 취침하고, 06:30에 기상하여, 금식 상태로 07:00에 실험실에 도착했습니다. CAFF 및 PLAC 조건의 경우, 약물은 플라스틱 병에 담겨 제공되었으며, 실험실 도착 전 06:30에 물과 함께 복용하라는 지시와 함께 도착 시 확인이 이루어졌습니다. NoPill 대조군의 경우 아무것도 제공되지 않았습니다. 참가자들은 방문 48시간 전에 훈련이나 격렬한 신체 활동을 피하도록 지시받았으며, 그 외에는 정상적인 일상을 유지했습니다. 총 세 개의 카페인 캡슐에는 무수 카페인 300mg이 포함되었으며, 나머지 공간은 말토덱스트린(Applied Nutrition LTD, Knowsley, UK)으로 채워졌고, 위약 캡슐은 학과에서 제작되어 말토덱스트린(~2.4 g, Sport supplements Ltd t/a BulkTM Colchester, UK)이 포함되었습니다. 연구자와 참가자는 보충제 일정에 대해 맹검 처리되었으며, 카페인과 위약 모두 비슷한 맛을 내기 위해 말토덱스트린을 가볍게 뿌려 동일한 무게(0.8 g/캡슐)와 00 사이즈를 가졌습니다. 처치 순서는 익명화 및 무작위화를 담당한 연구자가 프로젝트 종료 시 공개했습니다.

모든 시험은 한 번에 한 명의 참가자만 수행되었지만, 시작 시간을 엇갈리게 하여 한 참가자는 06:45에, 다음은 07:00에, 그날 아침 세션의 마지막 참가자는 07:15에 오도록 했습니다. 이 참가자 스케줄링은 모든 세션에 일관되게 유지되었습니다. 모든 참가자는 대학 실험실에서 10분 이내 거리에 거주했습니다. 참가자들은 벤치 프레스와 백 스쿼트에 대한 1RM을 기준으로 세 그룹(A, B, C)에 균등하게 배정되었으며, 두 번째 숙련 세션에서의 시간을 가장 강한 사람부터 가장 약한 사람 순으로 나열하고 순서대로 A, B, C 문자를 할당했습니다. 학습 효과의 발생은 실험 조건을 균형 잡힌 순서로 할당하여 최소화되었습니다. 본 연구는 11월부터 2월 사이(영국 가을부터 겨울)에 수행되었으며, 실험실 도착 전 아침 햇빛 노출은 <80 럭스로 제한되었습니다. 연구 기간 동안 일출 시간 범위는 07:12부터 07:03까지였습니다.

프로토콜 및 측정: 숙련 세션 참가자들은 연구 참여 준비가 된 것으로 간주되기 전에 모든 근력, 인지 및 설문지 측정에 대한 두 번의 숙련 세션을 완료했습니다. 첫 번째와 두 번째 측정 간 변수에 대한 변동 계수 값이 10% 이하인 것이 Atkinson과 Nevill [26]의 권장 사항에 맞춰 숙련 기준으로 사용되었습니다. 숙련 세션은 3주 동안 12:00에 진행되었으며, 학습 효과를 최소화하기 위해 연구 시작 1주 전에 종료되었습니다. 참가자들은 테스트 시작 30분 전에 도착하여 이전 근육 활동의 영향을 최소화하기 위해 앉은 자세로 휴식했습니다. 참가자들은 숙련을 다음 순서로 완료했습니다: i) 인지 테스트 배터리, ii) 경피적 전기 자극 유무에 따른 등척성 최대 자발적 수축(MVC), iii) 백 스쿼트와 벤치 프레스.

i) 인지 테스트 배터리 트레일 메이킹 테스트(TMT; A부와 B부): TMT의 두 부분 모두 A4 용지에 분포된 25개의 원으로 구성됩니다. A부에서는 원에 1-25까지 번호가 매겨져 있으며, 참가자는 오름차순으로 숫자를 연결하는 선을 그리도록 지시받습니다. B부에서는 원에 숫자(1-13)와 글자(A-L)가 모두 포함되어 있으며, 참가자는 오름차순 패턴으로 원을 연결하되 숫자와 글자를 번갈아 가며 연결하는 추가 작업을 수행하도록 지시받습니다(예: 1-A-2-B-3-C 등). 두 부분 모두에서 참가자는 가능한 한 빨리, 연필을 종이에서 떼지 않고 원을 연결하도록 지시받습니다. 오류가 발생하면 즉시 지적되며 참가자는 수정할 수 있습니다. 테스트 동안 완료 시간이 측정되며, 시간이 길수록 손상 정도가 크다는 것을 나타냅니다.

레이 청각 언어 학습 테스트: RAVLT는 16세 이상 환자의 언어 기억을 평가하기 위해 설계된 신경심리학적 평가입니다. RAVLT는 기억 기능 장애의 성격과 심각성을 평가하고 시간에 따른 기억 기능 변화를 추적하는 데 사용될 수 있습니다[28]. 이 테스트는 목록 학습 패러다임으로 설계되어 있으며, 자원자가 15개의 명사 목록을 듣고 가능한 한 많은 단어를 회상하도록 요청받습니다. 정답 수와 참가자가 제공했지만 목록에 없는 단어 수(방해)가 기록됩니다. 이 과정은 4번 더 반복됩니다. 과정이 반복되지만 두 번째 '방해' 목록(목록 B)이 동일한 방식으로 제시되며, 참가자는 목록 B에서 가능한 한 많은 단어를 회상하도록 요청받고 점수가 기록됩니다. 방해 시험 후, 참가자는 즉시 이전에 다섯 번 들었던 목록 A의 단어를 회상하도록 요청받으며, 정확한 단어 수와 방해가 기록됩니다. RAVTL 총 수, 방해 수, 보유율이 기록되고 분석됩니다.

스트룹 단어-색상 간섭 테스트. 참가자들은 45초 동안 가능한 한 빨리 단어나 색상에 대한 반응을 읽어내고, 오류를 수정하지 않고 남기지 않도록 요청받았습니다. 이는 촬영되었으며 오류 수와 완료된 총량이 기록되고 분석되었습니다. 첫 번째 시트에는 검정색 잉크로 텍스트(빨강, 파랑, 노랑, 검정, 초록)가 인쇄되어 있었습니다(단어 명명 테스트, W). 두 번째 시트에는 첫 번째 시트의 텍스트에 해당하는 색상 블록이 있었습니다(색상 명명 테스트, C). 세 번째 시트에서는 참가자들이 단어(단어와 다른 색상으로 칠해진, 예: 단어는 노랑이고 색상은 빨강)를 읽어내야 했으며(단어 색상 명명 테스트, CW), 네 번째 시트에서는 참가자들이 색상(잘못 명명된, 예: 색상은 노랑이지만 단어는 빨강)을 읽어내야 했습니다(색상이 아닌 단어 명명 테스트, WC). 이 네 번째 시트에서는 단어가 세 번째 시트와 반대 순서로 인쇄되었습니다. 원시 데이터는 오류 수(45초 내 속도/정확도 지표)와 간섭 점수(억제 기능 효율성 지표)에 대해 분석되었으며, 여기서 C는 색상 명명에서 45초 내 생성된 정답 수, CW는 간섭 조건에서 45초 내 달성된 정답 수에 해당합니다. 이는 색상이 아닌 단어 명명 테스트에서도 수행되었습니다.

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) 등척성 최대 자발적 수축 참가자들은 대퇴사두근의 등척성 MVC를 수행했습니다(3초 지속), 경피적 경련 보간 자극(Digimeter, DS7, Hertfordshire, UK) 유무에 관계없이. 초기 세션에서 참가자들은 경련 보간 없이 MVC를 수행하는 연습을 하여 필요한 시간 동안 자발적 힘을 달성하고 유지하는 연습에 익숙해졌습니다. 이 세션은 또한 최대 전류 내성을 얻고 MVC 중 중첩을 위한 초대 전류 진폭을 설정하는 데 사용되었습니다. 피험자가 휴식 상태일 때, 240V 사각파 펄스(100 μs, 1 Hz)의 전류 강도를 점진적으로 증가시켜 더 이상의 강도 증가가 휴식 경련 힘 증가를 일으키지 않는 지점에 도달할 때까지 진행했습니다.

경련 보간 대퇴사두근은 두 개의 습윤 표면 전극(Chattanooga, USA, 5 x 12 cm)을 사용하여 전기적으로 자극되었으며, 이는 근위부에 넙다리근 외측, 원위부에 넙다리근 내측에 위치했습니다. 피부는 각 전극 부착 전에 면도와 가벼운 마찰로 준비된 후 이소프로필 알코올 솜으로 청소되었습니다. 영구 마킹 펜을 사용하여 각 전극의 위치를 표시하고 확인하여 세션 간 전극 배치 변동성을 최소화했습니다. 두 개의 충격이 수축 전후에 전달되었습니다; 다른 두 충격은 수축 기간 동안 투여되었으며 MVC의 최고값을 테스트했습니다. 수축 전후 경련의 최고 힘이 평균화되어, 각각 비강화 및 강화 조건에서 휴식 경련 진폭을 비교할 수 있었습니다. 초대 중첩 전류의 진폭은 각 피험자별로 숙련 세션에서 확인되었으며, 최대 진폭의 휴식 근육 경련을 유발하는 데 필요한 수준의 10% 이상에 해당했습니다.

데이터는 9초 동안 획득되었으며 상용 소프트웨어 프로그램(AcqKnowledge III, Biopac Systems, Massachusetts)으로 분석되었습니다. 자발적 활성화 계산은 보간 경련 비율에 따라 수행되었으며, 보간 경련의 크기는 이완된 강화 근육에 동일한 자극을 가했을 때 유발된 진폭의 비율로 표현됩니다. 각 자극 적용 전 100 m.s-1 기간 동안의 평균 힘이 기록되었으며, 이후 각 자극 적용 후 100 m.s-1 기간 동안 기록된 최대 힘이 기록되었습니다. 100 m.s-1 평균 자극 전 힘(MVC 힘으로 간주)과 결과적인 최대 자극 후 힘을 사용하여 보간 경련의 크기를 계산했으며, 최대 자극 후 힘에서 평균 자극 전 힘을 빼는 방식입니다.

자발적 활성화 = = [1 - (보간 경련 크기 / 휴식 경련 크기)] x 100

숙련 세션 동안 참가자들은 경련 보간 유무에 따른 MVC 수행을 번갈아 가며 했으며, 각 세션 내에서 각각 약 3번의 시행이 수행되었습니다. 각 숙련 세션/시행 동안 표준화된 강한 구두 격려와 실시간 시각적 피드백이 참가자 앞에 놓인 대형 화면을 통해 컴퓨터 디스플레이로 제공되었습니다.

iii) 백 스쿼트와 벤치 프레스 참가자들은 테스트 주기 시작 전에 백 스쿼트와 벤치 프레스에 세 번 숙련되었습니다. 각 참가자는 백 스쿼트를 점진적 하중(40, 60, 80% 1RM)으로 각 하중당 한 번 반복 수행하도록 요청받았으며, 각 시도 사이에 5분 휴식이 허용되었습니다. 마찬가지로 벤치 프레스의 경우, 각 참가자는 각 점진적 하중(40, 60, 80% 1RM)에 대해 한 번 반복을 수행했으며, 각 작업 시도 사이에 다시 5분 휴식이 주어졌습니다. 이는 실험 시험에 필요한 상위 하중이 각 참가자의 신체 능력 내에서 편안하게 수행될 수 있도록 알려져 있어 데이터 수집을 위한 필요한 시도를 수행하지 못할 가능성이 최소화되도록 하기 위해 수행되었습니다. 각 참가자는 두 운동을 동일한 순서로 수행했습니다: 벤치 프레스 후 백 스쿼트, 각 운동에 대해 점진적으로 증가하는 하중(40, 60, 80% 1RM)에 대해 3회의 리프트를 수행했습니다. 개인의 체중은 백 스쿼트 운동에 고려되었으나(이는 전신 운동이기 때문), 벤치 프레스에는 고려되지 않았습니다. MuscleLab 힘-속도 선형 인코더(Muscle Lab, Ergotest 버전 4010, 노르웨이)는 Eleiko 올림픽 바(20 kg)에 부착되었으며, 이는 표준 스쿼트 랙의 받침대 위에 놓였고, 안전 암은 참가자가 ≥90° 무릎 굴곡 위치를 달성하도록 설정되었습니다(숙련 과정에서 측정 및 기록된 설정). 이 위치에서 참가자는 바를 가능한 한 강력하게 위로 밀어 올리도록 지시받았습니다; 테스트 중 기록된 값은 동작의 구심 단계만을 위한 것이었습니다. MuscleLab 시스템은 각 개별 리프트에 대해 힘, 바의 변위, 생성된 속도를 인코딩하여 근육 수행 측정을 측정할 수 있도록 했습니다: 평균 속도(AV), 평균 파워(AP, 평균 힘 x 평균 속도), 최고 속도(PV, 속도의 최고값), 최고 속도 도달 시간(tPV, 최고 속도 값에 도달하는 시간), 평균 추진 속도(MPV, 구심 운동의 추진 단계 동안 평균 속도), 속도 발달률(RDV, 구심 운동의 추진 단계 동안 평균 가속도), 변위(D, 운동 중 바의 선형 변위). 이 과정은 세 번 반복되었으며, 각 개별 리프트 사이에 5분 휴식이 허용되었고, 위에서 설명한 점진적 작업 부하에 대해 수행되었습니다. 벤치 프레스의 경우, 참가자는 바를 가슴까지 내리고, 다시 바를 가능한 한 강력하게 밀도록 지시받았습니다. 이는 위에서 설명한 작업 부하에 대해 세 번 반복되었으며, 각 밀기 사이에 5분 휴식이 있었습니다.

세 번의 AP 출력(및 관련 AV, PV, MPV, RDV, D, tPV 값) 중 가장 높은 값이 각각 벤치 프레스와 백 스쿼트에 대한 각 바의 질량 분석에 사용되었습니다. 부상 가능성을 줄이기 위해 참가자들이 리프트를 수행할 때 두 사람이 양쪽에 위치하여 필요할 경우 언제든지 개입할 수 있도록 했습니다. 또한, 모든 경우에 안전 지지대가 마련되었습니다.

실험 프로토콜 및 측정

실험 세션은 마지막 숙련 세션 1주 후에 진행되었으며, 세 실험 조건(즉, CAFF, PLAC, NoPill) 사이에 72시간 회복 기간이 있었습니다. 실험실 도착 시, 그들은 외부 항문 괄약근을 약 10cm 넘어서는 부드럽고 유연한 직장 프로브(mini-thermistor, Grant Instruments, Shepreth, UK)를 삽입하도록 요청받았습니다. 참가자들은 그 후 앉은 자세로 30분 동안 휴식하여 휴식 직장 온도(Trec)를 평가했습니다. 피부 온도(Tsk)는 동시에 피부 온도계(Grant Instruments, Squirrel 2010 시리즈, Shepreth, UK)로 평가되었으며, 이는 신체 왼쪽 네 위치(가슴[ch], 팔뚝[f], 허벅지[th], 종아리[ca])에 배치되었습니다. 30분 휴식 기간의 마지막 5분 평균이 휴식 Trec 및 Tsk 온도로 기록되었습니다. 평균 Tsk는 다음과 같이 계산되었습니다:

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

평균 체온(Tmb)은 다음을 사용하여 계산되었습니다:

Tmb = (0.64 x Tr) + (0.36 x Tsk).

참가자들은 기분 상태 프로필 설문지(POMS; 버전 32), 주관적 수면 평가(리버풀 시차 증후군 설문지의 수면 질문 사용), 노력(0-10, 0 = 노력 없음, 10 = 최대 노력), 지각된 운동 강도(RPE)를 완료했습니다. 초기 휴식 측정 후, 참가자들은 사이클 에르고미터(Corival cpet, Lode, Groningen, Netherlands)에서 150W로 5분간 워밍업했습니다. 워밍업 후, 참가자들은 개인적으로 직장 프로브를 제거하고 피부 온도계를 떼어냈습니다. 이후 MVC와 벤치 프레스 및 백 스쿼트 운동이 수행되었습니다.

통계 분석 본 연구의 주요 연구 변수는 MVC의 최고 힘과 벤치 프레스 및 백 스쿼트의 PV였습니다. MVC 최고 힘의 경우 16명의 참가자가 80% 통계적 검정력(p < 0.05), 일중 변동 효과 크기(ES) 0.67을 제공할 것으로 추정되었습니다(단측 t-검정). 벤치 프레스 PV의 경우 9명의 참가자가 80% 통계적 검정력(p < 0.05), 일중 변동 효과 크기(ES) 0.92를 제공할 것으로 추정되었습니다(단측 t-검정). 백 스쿼트 PV의 경우 9명의 참가자가 80% 통계적 검정력(p < 0.05), 일중 변동 효과 크기(ES) 0.91을 제공할 것으로 추정되었습니다(단측 t-검정). 연구자들은 중도 탈락을 고려하여 18명의 참가자를 모집했으며, n=4명이 전체 프로토콜을 완료하지 못했습니다. 표본 크기 추정은 G*Power 3.1 소프트웨어를 사용하여 수행되었습니다. 데이터는 Statistical Package for Social Sciences 버전 30(SPSS, Chicago, IL, USA)을 사용하여 분석되었습니다. 모든 데이터는 Shapiro-Wilk 검정을 사용하여 정규성을 확인했습니다. 일반 선형 모델을 사용하여 수집된 모든 측정값을 분석했으며, 상호작용과 주효과의 유의성은 ANOVA로 평가되었습니다. 구형성 위반은 Greenhouse-Geisser(ε < 0.75) 또는 Huynh-Feldt(ε > 0.75)로 수정되었고, 주효과는 Bonferroni 쌍별 비교로 평가되었습니다. Pearson 상관관계는 CAFF 대 다른 조건(체중 대비)에 대한 개별화된 반응과 MVC 수행의 % 변화를 탐색하기 위해 수행되었습니다. 모든 데이터는 달리 명시되지 않는 한 평균 ± 표준 편차(SD)로 제시되었습니다. 유의성은 p ≤ 0.05로 설정되었습니다. p 값이 0.05와 0.10 사이인 경우 통계적 경향을 나타내는 것으로 간주되었습니다. 효과 크기는 부분 에타 제곱 값(η²p)으로 언급되며, 0.01, 0.06, 0.14 값은 각각 작은, 중간, 큰 효과에 해당합니다. 95% 신뢰 구간(95% CI)과 쌍별 비교 간 평균 차이가 적절한 경우 보고되었습니다.