Cafeïne, genetische variatie en atletische prestaties (GMC-AP)

Onderzoeksmethoden en ontwerp

Experimenteel ontwerp:

Deze gerandomiseerde, dubbelblinde, placebo-gecontroleerde, tegengemeten onderzoeksopzet zal 100 mannelijke atleten uit verschillende sporten omvatten. Vrouwen zullen niet in deze studie worden opgenomen omdat het gebruik van hormonale anticonceptie, wat gebruikelijk is bij vrouwelijke atleten, en het tijdstip van de menstruatiecyclus een significant effect hebben op het cafeïnemetabolisme en de prestatiemetingen van inspanningstests. Controle voor deze factoren zou een veel grotere pool van deelnemers vereisen en aanzienlijke middelen en tijd vergen. Als de bevindingen van het voorgestelde onderzoek echter veelbelovende resultaten laten zien bij mannen, zouden we ernaar streven om die bevindingen te repliceren bij vrouwelijke atleten.

Deelnemers zullen 4 bezoeken afleggen (~90-120 min elk) in het Human Physiology Research Laboratory in het Goldring Centre aan de Universiteit van Toronto. Alle testen vinden plaats van maandag tot en met zaterdag op verschillende tijdstippen. Deelnemers zullen worden geïnstrueerd om hun normale dieet (pre-testmaaltijden worden herhaald voor alle bezoeken) en slaapgewoonten te behouden, inspannende activiteiten 48 uur vóór elk bezoek te vermijden en zich een week voorafgaand aan het eerste bezoek en voor de duur van elk bezoek te onthouden van cafeïne. de dataverzameling (4 weken).

Berekening van de steekproefomvang

Parameters:

Effectgrootte = 0,25: Hoewel in eerder onderzoek een grote effectgrootte voor het belangrijkste behandelingseffect werd gevonden (0,38), werd besloten om conservatief te zijn en deze proef te poweren om een ​​kleine tot middelgrote effectgrootte te detecteren die nog steeds van fysiologisch belang is. Daarnaast zijn we geïnteresseerd in de effecten tussen de twee doses cafeïne waarvan wordt aangenomen dat ze kleiner zijn dan het belangrijkste behandelingseffect. Daarom was een kleine tot middelgrote effectgrootte nodig om voldoende statistisch vermogen te garanderen om tussen-cafeïne-effectconclusies te trekken voor de tijdritanalyse. Ten slotte zullen andere beoordelingsparameters, zoals de verticale sprong voor kracht, waarschijnlijk een kleinere effectgrootte hebben dan de tijdrit, zoals gerapporteerd door Tucker et al. (2013) in een onderzoek naar de prestaties van verticale sprongen bij mannelijke basketballers. Daarom zou een kleinere effectgrootte nodig zijn om de studie voldoende power te geven voor alle uitkomstmaten (d.w.z. kracht, kracht anaëroob, aëroob etc.)

• Alfa (foutkans) = 0,025: Over het algemeen is een alfa = 0,05 de standaardwaarde die voor deze parameter moet worden gebruikt. In onze studie zullen de deelnemers echter deelnemen aan een aantal onafhankelijke onderzoeken en daarom werd besloten om een ​​lagere alfa te gebruiken om rekening te houden met fouten die kunnen voortvloeien uit meerdere vergelijkingen, zoals door sport (kracht of uithoudingsvermogen) plus genotype (risico of veelvoorkomende variant).
• Vermogen (1-bètakans) = 0,8: de conventionele waarde van 0,8 werd gebruikt voor vermogen.
• Aantal groepen = 2: aantal stratificaties vereist voor genotype-subgroepanalyse
• Aantal metingen = 4: De laboratoriumoefeningen
• Correlatie tussen herhaalde metingen = 0: nulcorrelatie tussen metingen werd verondersteld.
• Steekproefgrootte = 74: Op basis van berekeningen zijn 74 deelnemers vereist. We zullen 100 atleten rekruteren om rekening te houden met een mogelijke terugtrekking tot 25%, zonder de statistische significantie van onze resultaten in gevaar te brengen. Als we er bovendien voor kiezen om meerdere vergelijkingen te gebruiken (genotype + sport), zouden we baat hebben bij een grotere steekproef om de daling van de effectgrootte te minimaliseren.

Werving

Werving vindt plaats op de campussen van de University of Toronto, Ryerson en York University, het Canadian Sport Institute of Ontario en bij lokale hardloop-/triatlonclubs door middel van flyers die op de juiste locaties worden gepost. Er wordt ook een gestandaardiseerde e-mail met studie- en contactgegevens gestuurd naar hoofdcoaches en/of programmadirecteuren van sportteams/clubs (op alle hierboven genoemde locaties) met in aanmerking komende sporters, die er vervolgens voor kunnen kiezen hun sporters bewust te maken van het onderzoek.

Beoordelingsparameters

Fysiologische gegevens verzameld door twee getrainde kinesiologen, een inspanningsfysioloog op PhD-niveau, een student-assistent en Nanci Guest, de afgestudeerde student.

Antropometrische en klinische kenmerken

• Rust systolische (SBP) en diastolische (DBP) bloeddrukmetingen, evenals polsslag, zullen twee keer worden genomen, een minuut na elkaar. Het gemiddelde van de twee opeenvolgende metingen wordt genomen.
• De hartslag wordt vóór alle tests gemeten om de kalmte van de deelnemers en een vergelijkbare fysiologische toestand voor alle tests en testdagen te garanderen.
• De hartslag wordt tijdens de duur van de onderzoeken (bezoek 2-4) gecontroleerd door Polar Heart Rate Monitors (Polar Electro, Finland)
• De lengte wordt gemeten tot op 0,1 cm nauwkeurig met behulp van een stadiometer aan de muur en het lichaamsgewicht wordt gemeten tot op 0,1 kg nauwkeurig met behulp van een digitale weegschaal waarbij de deelnemer lichte kleding draagt ​​en geen schoenen draagt.
• De lichaamsgewichtswaarde zal worden gebruikt om doseringen van 2 en 4 mg per kilogram lichaamsgewicht te bepalen voor cafeïnebehandelingen (plus een placebodosis) die in willekeurige volgorde zullen worden ingenomen (afgeleid door onderzoeksassistent en geblindeerd voor alle onderzoekers) tijdens bezoeken 2, 3 en 4, gedurende de volgende drie weken.
• De lichaamssamenstelling wordt beoordeeld met een bio-impedantieschaal (BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor)

Inspanningstests

Beschrijvende kenmerken

De maximale aerobe capaciteit wordt bepaald door een VO2 max-test op een fietsergometer. Deze test maakt deel uit van beschrijvende gegevens en wordt gebruikt om de weerstand te bepalen die is ingesteld in de tijdrittest (65% piekvermogen). Deelnemers ondergaan een graduele inspanningstest op een Monark fietsergometer (Groningen, Nederland) tot vrijwillige vermoeidheid. Om het maximale zuurstofverbruik (VO2Max) te bepalen, zullen luchtmonsters worden geanalyseerd op zuurstof- en kooldioxideconcentraties via een indirect spirometriesysteem met open circuit (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Onderwerpen worden opgesteld met een Polar hartslagmeter.

Vier belangrijke uitkomstmaten (vermogen, kracht, anaerobe en aerobe capaciteit)

• Spierkracht wordt beoordeeld met behulp van de Vertical Jump Test (VJT) zoals eerder beschreven (5). Deelnemers zullen twee pogingen doen bij elk van de twee verticale springtests op een krachtplaat (AMTI, Watertown, MA, VS).

  1. hurksprong (SJ): vanuit een gehurkte houding (kniehoek: ongeveer 90°) waarin geen voorbereidende tegenbeweging wordt gemaakt;
  2. tegenbewegingssprong (CMJ): vanuit een rechtopstaande positie met een voorbereidende tegenbeweging; Er is een rustperiode van 30 seconden tussen de sprongen en de beste score van twee wordt geregistreerd.
• De kracht (bovenlichaam) wordt beoordeeld met behulp van een handgreepdynamometer (Lafayette Instrument Company model 78010). De hoogste score na 3 pogingen wordt genoteerd (in kg).

• De anaerobe capaciteit wordt beoordeeld met behulp van de Wingate Anaerobe Test op een fietsergometer (Ergomedic 849E, Monark, Zweden). Deelnemers fietsen tegen een vaste weerstand van 0,085kg/kg lichaamsgewicht. Tijdens de test worden drie hoofdmaatregelen vastgelegd:

  • Piekvermogen (PP): een maatstaf voor het maximale anaerobe vermogen, of het maximale geleverde vermogen gedurende een periode van 5 seconden tijdens de eerste 10 seconden van de test. PP wordt geregistreerd in Watt (W) en W/kg.
  • Gemiddeld vermogen (MP): een maatstaf voor de anaerobe capaciteit, of het gemiddelde geleverde vermogen tijdens de test van 30 seconden. MP wordt geregistreerd in W en W/kg.
  • Vermoeidheidsindex (FI): een maat voor de snelheid waarmee het vermogen afneemt, of het verschil tussen het hoogste uitgangsvermogen van 5 seconden en het laagste uitgangsvermogen van 5 seconden, gedeeld door de verstreken tijd. FI wordt geregistreerd als een percentage.
• Uithoudingsvermogen/aerobe capaciteit en vermogen worden beoordeeld door middel van een fietstijdrit (TT). Deelnemers krijgen de opdracht om zo snel mogelijk een TT van 10 km af te leggen, uitgevoerd op een fietsergometer (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Zweden), zonder temporele, verbale of fysiologische feedback. Benodigde tijd om de test te voltooien en gemiddeld het uitgangsvermogen wordt na voltooiing van elke test geregistreerd.

Aanvullende tests tijdens inspanningstesten

• Bloed lactaat testen. Onmiddellijk na de Wingate-test zullen deelnemers hun vinger laten prikken met een wegwerplancet om de huid te doorboren en een capillair bloedmonster te verkrijgen voor analyse met de Lactate Pro-analysator (LT-1710, Arkray Inc, Kyoto, Japan)
• Beoordeling van waargenomen inspanning (RPE) - De Borg-schaal voor RPE zal worden gebruikt om de perceptie van vermoeidheid door proefpersonen te beoordelen.

Genotypering

Speekselmonsters worden verzameld tijdens bezoek 1 van inspanningstesten met behulp van de Oragene-500-kit voor DNA-isolatie met behulp van standaardprocedures zoals eerder beschreven. We zullen een genoombrede associatiestudie uitvoeren, een benadering waarbij wordt gescand naar markers in het genoom onze studiedeelnemers samen, niet individuen, om genetische variaties te vinden die verband houden met een bepaalde eigenschap zoals VO2 max, efficiëntie van lactaatklaring, spiervezeltype en veranderingen in trainingsprestaties na cafeïne. We zullen ook bekende genetische variaties onderzoeken die verband houden met het metabolisme en de respons van cafeïne, om te bepalen of deze genen ook de respons op inspanning beïnvloeden nadat proefpersonen cafeïne hebben ingenomen.

Beoordeling van de voedingsinname

De proefpersonen vullen een semi-kwantitatieve vragenlijst over de voedselfrequentie van 196 items in om de gebruikelijke inname van cafeïne en andere voedingsfactoren te bepalen. Informatie over de inname via de voeding zal worden gebruikt om mogelijke effectmodificatoren te identificeren, zoals de gebruikelijke cafeïneconsumptie.

Beoordeling van gezondheid, levensstijl en lichaamsbeweging

De algemene vragenlijst over gezondheid, levensstijl en lichaamsbeweging (GHLPA) bevat gedetailleerde vragen over cafeïne (bijv. innamegewoonten, ontwenningsverschijnselen, enz.), eerder gebruikt in ons laboratorium, gecombineerd met een gevalideerde vragenlijst over gebruikelijke fysieke activiteit/sportgeschiedenis die eerder werd gebruikt om sport/fysieke activiteit bij atleten te beoordelen.

Statistische analyse

Analyses zullen worden uitgevoerd met behulp van SAS (versie 9.2, NC, VS, 2009) statistische software. In het kort zullen we beschrijvende gegevens rapporteren (lengte, gewicht, leeftijd, bloeddruk, cafeïne-inname en gewoonten, lichaamsvet%, VO2max, jaren in sport, trainingsuren per week, voedingsevaluatiegegevens en andere levensstijlmaatregelen) vergelijkingen tussen genotypegroepen met behulp van onafhankelijke t-toetsen. Potentiële verschillen in VO2max, 10 km tijdrit, anaërobe capaciteit, lactaatdrempel, kracht en kracht en snelheid van waargenomen inspanning zullen worden beoordeeld met behulp van herhaalde metingen van variantieanalyse (RMANOVA) met behandeling als een factor binnen de deelnemer en genotype als een factor tussen deelnemers factor. Voor alle RMANOVA-procedures zullen posthoc-testen worden uitgevoerd met behulp van onafhankelijke en afhankelijke t-testen met een Bonferroni-correctie zodat P<0,05 vereist is als drempel voor significantie.

Experimentele procedure

Eerste screening - telefoontje of persoonlijk bezoek

Potentiële deelnemers verifiëren hun sportdeelname en het vermogen om zich te committeren aan vier bezoeken van 2 uur aan het lab, met een tussenpoos van 7 dagen. Deelnemers zullen worden herinnerd aan het belang van het handhaven van hun normale dieet. Het belang van de vereiste onthouding van cafeïne, inclusief eventuele cafeïnehoudende supplementen gedurende 7 dagen voorafgaand aan het eerste bezoek en de duur van het onderzoek (4 weken) zal worden benadrukt en herhaald.

Bezoek 1 (~90 min)

Het eerste bezoek aan het laboratorium omvat een kennismaking en het verkrijgen van schriftelijke geïnformeerde toestemming van alle deelnemers na uitleg over de doelstellingen, voordelen en risico's van het onderzoek. De deelnemers worden geïnformeerd dat ze zich op elk moment uit het onderzoek kunnen terugtrekken.

Elke proefpersoon zal een "oefeningsgereedheid"-vragenlijst (PAR-Q; Physical Activity Readiness Questionnaire) invullen, beschrijvende en antropometrische gegevens verzamelen, waaronder geboortedatum, lengte, lichaamsgewicht en bloeddruk, en ze zullen ook een speekselmonster verstrekken voor DNA-isolatie en genotypering. Tijdens dit eerste bezoek zal ook de maximale zuurstofopname (VO2 max; hieronder beschreven) worden gemeten voor beschrijvende basislijngegevens en om werklastniveaus af te leiden voor experimentele tijdritten bij volgende testbezoeken.

Bezoek 2, 3 en 4 (~120 min)

Alle drie de bezoeken zijn identiek, met uitzondering van de wachttijd van 20 minuten (daarna begint de warming-up van 10 minuten) om de serumconcentratie van cafeïneniveaus te laten pieken, waarbij de deelnemer een andere vragenlijst invult of rustig gaat zitten met hun eigen activiteit.

Bij aankomst worden de deelnemers willekeurig toegewezen (om verblinding te behouden) om ofwel het supplement met 2 of 4 mg cafeïne per kg lichaamsgewicht, ofwel dextrose-placebo (PLAC) in te nemen. Elke deelnemer zal tijdens elk bezoek hetzelfde aantal capsules met identieke kleur en grootte innemen, of het nu 0, 2 of 4 mg/kg is, om de behandeling dubbelblind te houden. Elke proefpersoon vult een vragenlijst in of gaat rustig zitten (bijv. lezen, e-devices gebruiken etc.) tijdens het wachten op de eerste inspanningstest.

Het inspanningstestprotocol is identiek voor bezoeken 2, 3 en 4. Na 20 minuten zullen de deelnemers gedurende 10 minuten opwarmen en vervolgens 4 inspanningstests uitvoeren (beginnend bij 30 minuten na inname van cafeïne) om verschillende prestatiemetingen te bepalen:

i. Spierkracht - Verticale sprongtest

ii. Kracht - Handgreep Rollenbank

iii. Anaerobe capaciteit - Wingate

iv. Uithoudingsvermogen/aerobe capaciteit (aerobe kracht) - 10 km fietstijdrit

Tijdens de inspanningstesten mogen deelnemers onbeperkt water drinken.