Koffein, genetisk variasjon og atletisk ytelse (GMC-AP)

Forskningsmetoder og design

Eksperimentelt design:

Denne randomiserte, dobbeltblindede, placebokontrollerte, motmålte studiedesignen innen forsøkspersoner vil inkludere 100 mannlige idrettsutøvere fra en rekke idretter. Kvinner vil ikke bli inkludert i denne studien fordi bruk av hormonelle prevensjonsmidler, som er vanlig blant kvinnelige idrettsutøvere, og tidspunktet for menstruasjonssyklusen har en betydelig effekt på koffeinmetabolismen og treningstestresultatene. Kontroll for disse faktorene vil kreve en mye større gruppe deltakere og kreve betydelige ressurser og tid. Men hvis funnene fra den foreslåtte forskningen viser lovende resultater hos menn, vil vi da ta sikte på å gjenskape disse funnene hos kvinnelige idrettsutøvere.

Deltakerne vil gjennomføre 4 besøk (~90-120 min hver) i Human Physiology Research Laboratory i Goldring Center ved University of Toronto. All testing vil finne sted mandag til lørdag til forskjellige tider. Deltakerne vil bli instruert om å opprettholde sitt vanlige kosthold (pre-testing måltider vil bli replikert for alle besøk) og sovevaner, unngå anstrengende aktivitet 48 timer før hvert besøk, og avstå fra koffein en uke før det første besøket og i løpet av varigheten av datainnsamlingen (4 uker).

Prøvestørrelsesberegning

Parametere:

Effektstørrelse = 0,25: Selv om en stor effektstørrelse for hovedbehandlingseffekten ble funnet i tidligere forskning (0,38), ble det bestemt at for å være konservativ, ville denne studien være drevet for å oppdage en liten-middels effektstørrelse som fortsatt er av fysiologisk betydning. I tillegg er vi interessert i effektene mellom de to dosene koffein som antas å være mindre enn hovedbehandlingseffekten. Derfor var en liten-middels effektstørrelse nødvendig for å sikre tilstrekkelig statistisk kraft til å trekke konklusjoner mellom koffeineffekter for tidsforsøksanalysen. Til slutt vil andre vurderingsparametere som vertikalhoppet for kraft sannsynligvis ha en mindre effektstørrelse enn tidsprøven som rapportert av Tucker et al. (2013) i en studie om vertikale hoppprestasjoner hos mannlige basketballspillere. Derfor vil en mindre effektstørrelse være nødvendig for å gi tilstrekkelig kraft til studien for alle utfallsmål (dvs. kraft, styrke anaerob, aerob osv.)

• Alfa (feilsannsynlighet) = 0,025: Generelt er alfa = 0,05 standardverdien som skal brukes for denne parameteren. Imidlertid vil deltakerne i vår studie bli registrert i en rekke uavhengige forsøk, og derfor ble det besluttet å bruke en lavere alfa for å ta hensyn til feil som kan oppstå fra flere sammenligninger som etter sport (kraft eller utholdenhet) pluss genotype (risiko eller vanlig variant).
• Power (1-Beta sannsynlighet) = 0,8: Den konvensjonelle verdien på 0,8 ble brukt for kraft.
• Antall grupper = 2: Antall stratifikasjoner som kreves for genotype undergruppeanalyse
• Antall målinger = 4: Laboratorieøvelsestestene
• Korrelasjon mellom gjentatte mål = 0: Null korrelasjon mellom målinger ble antatt.
• Prøvestørrelse = 74: Basert på beregninger kreves det 74 deltakere. Vi vil rekruttere 100 idrettsutøvere for å ta høyde for mulig uttak på opptil 25 %, uten potensielt å kompromittere den statistiske signifikansen av resultatene våre. I tillegg, hvis vi velger å bruke flere sammenligninger (genotype + sport), vil vi ha fordel av et større utvalg for å minimere fallet i effektstørrelse.

Rekruttering

Rekrutteringen vil bli utført ved universitetene i Toronto, Ryerson og York University, Canadian Sport Institute of Ontario, og ved lokale løpe-/triatlonklubber ved hjelp av flygeblader lagt ut på passende steder. En standardisert e-post med studie- og kontaktinformasjon vil også bli sendt til hovedtrenere og/eller programledere for idrettslag/klubber (på alle steder oppført ovenfor) med kvalifiserte utøvere, som deretter kan velge å gjøre sine utøvere oppmerksomme på studien.

Parametre for vurdering

Fysiologiske data samlet inn av to trente kinesiologer, en treningsfysiolog på PhD-nivå, en studentassistent og Nanci Guest, doktorgradsstudenten.

Antropometriske og kliniske egenskaper

• Hvilesystoliske (SBP) og diastoliske (DBP) blodtrykksmålinger, samt puls, vil bli tatt to ganger med ett minutts mellomrom. Gjennomsnittet av de to påfølgende målingene vil bli tatt.
• Hjertefrekvensen vil bli målt før alle tester for å sikre deltakernes ro og lignende fysiologisk tilstand for alle tester og testdager.
• Hjertefrekvensen vil bli overvåket under varigheten av forsøkene (besøk 2-4) av Polar hjertefrekvensmålere (Polar Electro, Finland)
• Høyde vil bli målt til nærmeste 0,1 cm ved hjelp av et veggmontert stadiometer og kroppsvekt vil bli målt til nærmeste 0,1 kg ved hjelp av en digital vekt med deltaker iført lette klær og uten sko.
• Kroppsvektverdien vil bli brukt til å bestemme 2 og 4 mg per kilo kroppsmassedoser for koffeinbehandlinger (pluss en placebodose) som vil bli inntatt i tilfeldig rekkefølge (utledet av forskningsassistent og blindet for alle etterforskere) under besøk 2, 3 og 4, i løpet av de påfølgende tre ukene.
• Kroppssammensetning vil bli vurdert ved hjelp av en bioimpedensskala (BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor)

Treningsprøver

Beskrivende kjennetegn

Maksimal aerob kapasitet vil bli vurdert ved en VO2 max test på et sykkelergometer. Denne testen er en del av beskrivende data og vil bli brukt til å bestemme motstand satt i tidsprøvetesten (65 % toppeffekt). Deltakerne vil gjennomgå en gradert treningstest på et Monark-sykkelergometer (Groningen, Nederland) inntil frivillig tretthet. For å bestemme maksimalt oksygenforbruk (VO2Max), vil luftprøver bli analysert for oksygen- og karbondioksidkonsentrasjoner via et indirekte åpent kretsspirometrisystem (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Motivene vil bli satt opp med en Polar pulsmåler.

Fire hovedresultatmål (kraft, styrke, anaerob og aerob kapasitet)

• Muskelkraft vil bli vurdert ved hjelp av Vertical Jump Test (VJT) som beskrevet tidligere (5). Deltakerne vil fullføre to forsøk på hver av to vertikale hopptester på en kraftplate (AMTI, Watertown, MA, USA).

  1. knebøy hopp (SJ): fra en hukposisjon (knevinkel: ca. 90°) der ingen foreløpig motbevegelse utføres;
  2. motbevegelseshopp (CMJ): fra en oppreist stående stilling med en foreløpig motbevegelse; Det vil være en 30 sekunders hvileperiode mellom hoppene og den beste poengsummen av to vil bli registrert.
• Styrken (overkroppen) vil bli vurdert ved hjelp av et Handgrip Dynamometer (Lafayette Instrument Company modell 78010). Den høyeste poengsummen etter 3 forsøk vil bli registrert (i kg).

• Anaerob kapasitet vil bli vurdert ved hjelp av Wingate Anaerobic Test på et sykkelergometer (Ergomedic 849E, Monark, Sverige). Deltakerne skal sykle mot en fast motstand på 0,085 kg/kg kroppsmasse. Tre hovedmål vil bli registrert under testen:

  • Toppeffekt (PP): et mål på maksimal anaerob kraft, eller maksimal effekt oppnådd i en 5-sekunders periode i løpet av de første 10 sekundene av testen. PP vil bli registrert i Watt (W) og W/kg.
  • Gjennomsnittlig effekt (MP): et mål på anaerob kapasitet, eller gjennomsnittlig effekt oppnådd under 30-sekunders testen. MP vil bli registrert i W og W/kg.
  • Fatigue Index (FI): et mål på hastigheten på kraftnedgangen, eller differansen mellom den høyeste 5-sekunders utgangseffekten og den laveste 5-sekunders utgangseffekten, delt på medgått tid. FI vil bli registrert i prosent.
• Utholdenhet/aerob kapasitet og effekt vil bli vurdert av en Cycling Time Trial (TT). Deltakerne vil bli bedt om å fullføre en 10 km TT, utført på et sykkelergometer (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Sverige), så raskt som mulig uten tidsmessig, verbal eller fysiologisk tilbakemelding. Tid som kreves for å fullføre testen og gjennomsnittlig effekt vil bli registrert ved fullføring av hver test.

Ytterligere tester under treningstesting

• Blodlaktattesting. Umiddelbart etter Wingate-testen vil deltakerne få stukket fingeren med en engangslansett for å punktere huden og få en kapillærblodprøve for analyse med Lactate Pro-analysatoren (LT-1710, Arkray Inc, Kyoto, Japan)
• Rating of Perceived Exertion (RPE) - Borg-skalaen for RPE vil bli brukt for å vurdere forsøkspersoners oppfatning av fatigue.

Genotyping

Spyttprøver vil bli samlet inn under besøk 1 av treningstesting ved bruk av Oragene-500-settet for DNA-isolering ved bruk av standardprosedyrer som beskrevet tidligere. Vi vil gjennomføre en genomomfattende assosiasjonsstudie, som er en tilnærming som involverer skanning etter markører på tvers av genomene til våre studiedeltakere sammen, ikke individer, for å finne genetiske variasjoner assosiert med en bestemt egenskap som VO2 max, laktatclearance effektivitet, muskelfibertype og endringer i treningsytelse etter koffein. Vi vil også undersøke kjente genetiske variasjoner som er assosiert med koffeinmetabolisme og respons, for å finne ut om disse genene også påvirker responsen på trening etter at forsøkspersoner har inntatt koffein.

Vurdering av kostholdsinntak

Forsøkspersonene vil fylle ut et semi-kvantitativt spørreskjema med 196 elementer for å bestemme det vanlige koffeininntaket så vel som andre kostholdsfaktorer. Kostinntaksinformasjon vil bli brukt til å identifisere potensielle effektmodifikatorer som vanlig koffeinforbruk.

Helse, livsstil og fysisk aktivitetsvurdering

Spørreskjemaet Generell helse, livsstil og fysisk aktivitet (GHLPA) vil inneholde detaljerte spørsmål om koffein (f.eks. inntaksvaner, abstinenseffekter osv.), tidligere brukt i laboratoriet vårt, kombinert med et validert vanlig fysisk aktivitet/sporthistorie spørreskjema tidligere brukt for å vurdere sport/fysisk aktivitet hos idrettsutøvere.

Statistisk analyse

Analyser vil bli utført ved hjelp av SAS (versjon 9.2, NC, USA, 2009) statistisk programvare. Kort fortalt vil vi rapportere beskrivende data (høyde, vekt, alder, blodtrykk, koffeininntak og vaner, kroppsfett %, VO2max, år i idrett, treningstimer per uke, kostholdsvurderingsdata og andre livsstilsmål) sammenligninger mellom genotypegrupper ved bruk av uavhengige t-tester. Potensielle forskjeller i VO2max, 10 km tidsforsøk, anaerob kapasitet, laktatterskel, kraft og styrke og hastighet på opplevd anstrengelse vil bli vurdert ved å bruke gjentatte mål variansanalyse (RMANOVA) med behandling som en innen deltakerfaktor og genotype som en mellom-deltakere faktor. For alle RMANOVA-prosedyrer vil posthoc-tester bli utført ved bruk av uavhengige og avhengige t-tester med en Bonferroni-korreksjon slik at P<0,05 vil være nødvendig som terskel for signifikans.

Eksperimentell prosedyre

Innledende screening - telefonsamtale eller personlig besøk

Potensielle deltakere vil bekrefte sin idrettsdeltakelse og evne til å forplikte seg til fire 2-timers besøk til laboratoriet med 7 dagers mellomrom. Deltakerne vil bli minnet om viktigheten av å opprettholde sitt vanlige kosthold. Betydningen av nødvendig koffeinavholdenhet, inkludert eventuelle koffeinholdige kosttilskudd i 7 dager før det første besøket og varigheten av studien (4 uker) vil bli understreket og gjentatt.

Besøk 1 (~90 min)

Det første besøket til laboratoriet vil innebære familiarisering og innhenting av skriftlig informert samtykke fra alle deltakerne etter en forklaring om målene, fordelene og risikoene forbundet med studien. Deltakerne vil bli informert om at de står fritt til å trekke seg fra studien når som helst.

Hvert forsøksperson vil fylle ut et "treningsberedskap"-spørreskjema (PAR-Q; Physical Activity Readiness Questionnaire) med beskrivende og antropometriske data samlet inn, inkludert fødselsdato, høyde, kroppsmasse og blodtrykk, og de vil også gi en spyttprøve for DNA-isolering og genotyping. Under dette første besøket vil maksimalt oksygenopptak (VO2 maks; beskrevet nedenfor) også bli målt for beskrivende baseline-data, og for å utlede arbeidsbelastningsnivåer for eksperimentelle tidsforsøk ved påfølgende testbesøk.

Besøk 2, 3 og 4 (~120 min)

Alle tre besøkene vil være identiske med unntak av ventetiden på 20 minutter (deretter begynner 10 minutter oppvarming før testing) for at serumkonsentrasjonen av koffeinnivåer skal nå toppnivåer, hvor deltakeren vil fylle ut et annet spørreskjema eller sitte stille med sin egen aktivitet.

Ved ankomst vil deltakerne ha blitt tilfeldig tildelt (for å opprettholde blinding) til å innta enten tilskuddet med 2 eller 4 mg koffein per kg kroppsvekt, eller dekstrose placebo (PLAC). Hver deltaker vil innta samme antall kapsler med identisk farge og størrelse under hvert besøk, enten det er 0, 2 eller 4 mg/kg, for å opprettholde dobbeltblinding av behandlingen. Hvert emne vil fylle ut et spørreskjema eller sitte stille (f.eks. lesing, bruk av e-enheter etc.) mens du venter på den første treningsprøven.

Protokoll for treningstest vil være identisk for besøk 2, 3 og 4. Etter 20 minutter vil deltakerne varme opp i 10 minutter og deretter utføre 4 treningstester (som starter 30 minutter etter inntak av koffein) for å bestemme ulike ytelsesmål:

Jeg. Muskelkraft - Vertikal hopptest

ii. Styrke - Handgrip Dynamometer

iii. Anaerob kapasitet - Wingate

iv. Utholdenhet/aerob kapasitet (aerob kraft) - 10 km sykkeltidprøve

Deltakerne kan drikke vann ad libitum gjennom treningstestene.