Koffein, DNA og kognisjon

En dobbeltblind, placebokontrollert crossover-design som inkluderer vekslende perioder med "langsiktig" koffeineksponering og avholdenhet vil bli brukt for å undersøke de interindividuelle effektene av koffein på kognitiv ytelse. Prosedyren som deltakerne må følge på hver av de fire ukene av studien er beskrevet i detalj nedenfor.

1. Baseline visit: baseline spørreskjema, antropometri, kjennskap til studieprosedyrer og oppgaver. Deltakerne vil få tilskudd i uke 1 (n=18 kapsler) og spyttampuller (n=6) for innsamling av spyttprøver. Deltakerne vil også bli utstyrt med koffeinfri kaffe, te og kakao, avhengig av deres preferanser.
2. Dag 1-6: placebo eller koffeinkapsler x 3 per dag kl. 09.00, 11.00 og 15.00. Overholdelse av koffein- og placebotilskuddet vil bli vurdert ved en spyttprøve kl. 17.00 hver dag for hver av dagene med langtidstilskudd. Koffeinkonsentrasjoner i blod og spytt korrelerer sterkt, og nivåene øker vanligvis gradvis i løpet av dagen (på grunn av periodisk inntak av koffeindrikker). Den beste enkeltprøvebioanalysen av daglig koffeininntak er gitt av prøver tatt sent på ettermiddagen (James, 1994; James & Rogers, 2005).
3. Dag 5 og 6: Som forberedelse til "utfordringsdagene" og for å kontrollere miljøfaktorer som har vist seg å påvirke induserbarheten av CYP1A2-enzymet, vil deltakerne bli bedt om å avstå fra alkohol i 48 timer og unngå anstrengende trening i 24 timer før forsøk og unngå inntak av korsblomstret mat (brokkoli og rosenkål) (Gunes & Dahl, 2008). Til slutt vil deltakerne bli utstyrt med diettdagbøker for å registrere all mat og drikke som er konsumert i løpet av 24 timer før alle fire eksperimentelle forsøk.
4. Dag 7 (eksperimentell dag): Deltakerne vil bli bedt om å presentere til laboratoriet etter en nattfaste, og de vil følge prosedyren vist nedenfor:

09:00: Spyttprøve og kognitive oppgaver før tilskudd

09:30: Tilskudd med 3 mg/kg kroppsmasse koffein eller placebo

10:30: Første spyttprøve etter tilskudd og kognitive oppgaver

12:30: Andre spyttprøve etter tilskudd og kognitive oppgaver

13:00: Et måltid som inneholder fruktjuice eller brus og en ostesmørbrød

15:30: Tredje spyttprøve etter tilskudd og kognitive oppgaver

Spyttprøver vil bli tatt ved ankomst og 1, 3 og 6 timer etter tilskudd. Den første prøven vil bli tatt for å verifisere overholdelse av kravet om ikke å ta sitt morgentilskudd, og dermed være i koffeinavholdenhet, uavhengig av studiearm. Det er vist at 1 mg/kg koffein gir koffeinplasmanivåer på ca. 1 μg/ml, og spyttkoffeinkonsentrasjonen kan forventes å være ca. 70 % av plasmanivåene (Walther et al., 1983). Gjennomsnittlige spyttkoffeinnivåer under 1 μg/ml er tidligere rapportert for koffeinavholdenhet over natten (Evans & Griffiths, 1999). Etter koffeinholdig behandling vil koffeinnivåer i spytt hjelpe til med å bestemme koffeinmetabolismen (Dodd et al., 2015).

Tilskuddet vil bli svelget med vann proporsjonalt med deltakerens vekt (3-ml/kg kroppsmasse). I løpet av de eksperimentelle dagene vil deltakerne bli bedt om å konsumere vann ad libitum i deres første forsøk og et likt volum i de påfølgende forsøkene. De vil også bli bedt om å unngå trening mellom forsøkene.

De kognitive oppgavene vil bli utført på fire tidspunkter: før og 1, 3 og 6 timer etter tilskudd. Når du bruker vannfri koffein i kapsler, oppstår den maksimale koffeinkonsentrasjonen vanligvis rundt 1 time etter inntak (Graham, 2001). Derfor vil måling av koffeinmetabolitter i 1 time etter inntak av koffein stort sett måle koffeinabsorpsjon og ikke metabolisme, som bestemmes av CYP1A2-enzymet. Derfor bør studier som undersøker effekten av CYP1A2-genotyper på koffeineffekter fokusere på å bruke protokoller som varer > 1 time, siden disse effektene kan være mer tydelige i hendelser som varer lenger enn 1 time, hvor metabolismen av koffein kan ha en mer uttalt effekt. Det bør også bemerkes at halveringstiden til koffein er i gjennomsnitt 4-6 timer (Nehlig, 2018) hos de fleste voksne, og det er ennå ikke kjent i hvilken grad koffeinmetabolismen endres mellom raske og langsomme metabolisere. Derfor er det ukjent på hvilket tidspunkt det ville være en stor nok forskjell i sirkulerende nivåer av koffein mellom raske og langsomme metaboliserere til å ha en betydelig innvirkning på ergogenisiteten til koffein (Southward et al., 2018). Av denne grunn valgte vi 3 forskjellige tidspunkter etter tilskudd for å fullføre de kognitive oppgavene: 1 time etter tilskudd ble valgt for å tillate sammenligning med flere tidligere koffeinstudier, fordi det er det mest brukte tidspunktet for å teste kognitiv ytelse etter- supplementering i litteraturen (Carswell et al., 2020). Vi la også til 3 timer og 6 timer etter tilskuddstidspunkter siden de er innenfor gjennomsnittlig halveringstid for koffein og for å undersøke forskjellene i ytelse mellom 'raske' og 'langsomme' metaboliserere. Vi antar at de som metaboliserer koffein raskere ikke vil opprettholde høye spyttnivåer av koffein gjennom hele 6 timers hendelsen sammenlignet med de med en langsommere metabolisme av koffein.

På slutten av hver forsøksdag vil deltakerne bli forsynt med kapslene for den påfølgende uken, samt hetteglassene for prøvetaking av spyttkoffein.

Når de er levert, vil prøvene oppbevares frosset ved -20 °C frem til analyse. Koffeinnivåer i spytt vil bli målt ved hjelp av Enzyme Multiplied Immunoassay Technique (EMIT) ved spektrofotometrisk metode. EMIT-analysen er en homogen enzymimmunanalyse beregnet for bruk for å bestemme koffein som metabolitt og vil bli foretrukket gitt at den er mindre invasiv enn å bruke serumkoffein og har vist seg pålitelig og reproduserbar (Tripathi et al., 2015). Serumkoffeinnivåer over 30 μg/ml krever fortynning når de analyseres med EMIT-analyse.