Effekter av koffeininntak på kognitive og muskelstyrkemålinger om morgenen hos menn

Deltakere Fjorten voksne menn av biologisk kjønn og kjønnsidentitet som ble klassifisert som "rekreasjonsaktive". Alle deltakerne ble rekruttert fra studentpopulasjonen ved Universitetets idrettsvitenskapsavdeling. Inklusjonskriteriene var friske voksne (18-30 år), skadefrie, med tidligere vekt-/styrketreningserfaring (≥ 2 år). Prosjektet åpnet også for deltakelse for kvinner, men ingen kvinner meldte seg frivillig. Deltakerne hadde vanlig leggetid mellom 22:00-23:30 og stod opp mellom 06:00-07:30, og for studiens formål ble det avtalt at de skulle legge seg kl. 22:30 og stå opp kl. 06:30. Ingen av deltakerne mottok noen farmakologisk behandling (inkludert ikke-steroide antiinflammatoriske legemidler, NSAIDer) gjennom hele studieperioden. Vanlig kaffeinforbruk ble vurdert ved hjelp av kaffeinforbruksspørreskjemaet (CCQ), og de med >150 mg per dag ble ekskludert. Videre uttrykte alle deltakerne ingen preferanse for trenings tidspunkt på dagen gjennom en ukentlig selvrapportert 2-ukers treningsdagbok. Rekruttering av deltakere med denne spesifikke typen treningshistorikk betydde at de kjente nevromuskulære fasiliterende responsene, som typisk er assosiert med akutte økninger i muskelstyrke blant utrente individer på grunn av nevrale tilpasninger og responser, ble redusert. Eksklusjonskriterier inkluderte depressivt humør (fra Beck depresjonsinventar), dårlig søvnkvalitet (en Pittsburgh søvnkvalitetsindeks global score >5), nylig skiftarbeid eller reiser over flere tidssoner og 'ekstrem' kronotype (vurdert via Composite Morningness Questionnaire) og risikofaktorer og/eller symptomer på hjerte- og karsykdom. Gjennom intervjuer ble det fastslått at frivillige hadde minimal kunnskap om effektene av tid på dagen eller tid siden søvn på menneskelig prestasjon. Muntlig forklaring av den eksperimentelle prosedyren ble gitt til alle; dette inkluderte målene med studien; de mulige risikoene forbundet med deltakelse og de eksperimentelle prosedyrene som skulle brukes. Eventuelle spørsmål ble besvart. Enkeltpersoner ga deretter skriftlig, informert samtykke før de deltok i studien. De eksperimentelle prosedyrene ble godkjent av Human Ethics Committee ved Liverpool John Moores University (ETIKKODE: 08/SPS/030). Studien ble utført i samsvar med tidsskriftets etiske standarder og overholdt prinsippene i Helsinkideklarasjonen.

Forskningsdesign Alle deltakere måtte besøke fysiologilaboratoriet (Liverpool, Storbritannia) på syv anledninger (tørr temperatur 19-21°C, 29-41% fuktighet, lufttrykk 962-1010 mmHg og omgivelseslys 750 lux). Deltakerne gjennomførte (i) en maksimal repetisjon (1RM) for benkpress og bakløft, ii) to innlæringssesjoner med kognitive og styrkeprestasjonstester en uke før den eksperimentelle protokollen. Under innlæringene fylte deltakerne ut en 7-dagers matdagbok som ble analysert ved hjelp av Nutritics® analyseprogramvare av en SENr-registrert idretts- og treningsernæringsfysiolog. De resterende sesjonene besto av iii) tre eksperimentelle sesjoner, alle minst 72 timer fra hverandre som en standardisert gjenopprettingsperiode. Den eksperimentelle delen besto av tre eksperimentelle forsøk a) Kontroll (NoPill), b) Koffein (300 mg, CAFF) og c) placebo (maltodekstrin, PLAC) mellom 07:30 og 08:30 (Figur 1). Deltakerne la seg kvelden før rundt 22:30, våknet kl. 06:30 og ankom laboratoriet kl. 07:00 i fastende tilstand. For CAFF- og PLAC-betingelsene ble piller levert i en plastflaske med instruksjoner om å innta med vann kl. 06:30 før ankomst til laboratoriet, med bekreftelse ved ankomst. For NoPill-kontrollen ble ingenting gitt. Deltakerne ble instruert om å unngå trening eller intens fysisk aktivitet 48 timer før noen av besøkene, ellers opprettholdt deltakerne sine normale daglige rutiner. Totalt inneholdt de tre koffeinkapslene 300 mg vannfri koffein og det resterende rommet ble okkupert av maltodekstrin (Applied Nutrition LTD, Knowsley, Storbritannia) og placebokapsler ble laget på avdelingen og inneholdt maltodekstrin (~2,4 g, Sport supplements Ltd t/a BulkTM Colchester, Storbritannia). Forskere og deltakere var blindet for supplementplanen og både koffein og placebo ble lett strødd med maltodekstrin for å skape en lignende smak, begge hadde lignende vekt (0,8 g/kapsel) og var størrelse 00. Rekkefølgen for behandling ble avslørt på slutten av prosjektet av en forsker ansvarlig for anonymisering og randomisering.

Alle forsøk ble utført med bare én deltaker om gangen, men med en forskyvet start slik at én deltaker kom inn kl. 06:45, den neste kl. 07:00 og den siste for den morgenens sesjon kl. 07:15. Denne planleggingen for deltakere ble holdt konsistent for alle sesjoner. Alle deltakere bodde ikke mer enn 10 minutter unna universitetslaboratoriene. Deltakerne ble likt tildelt, basert på deres 1RM for benkpress og bakløft, i tre grupper (A, B og C), ved å liste deltakernes tider fra den andre innlæringen i rekkefølge fra den sterkeste til den svakeste og tildele bokstavene A, B og C i rekkefølge. Forekomsten av læringseffekten ble minimert ved å tildele de eksperimentelle betingelsene i motbalansert rekkefølge. Denne studien ble utført mellom månedene november til februar (britisk høst til vinter), med morgen sollyseksponering begrenset til <80 Lux før ankomst til laboratoriet. Soloppgangsområdet for studiens varighet var 07:12 til 07:03.

Protokoll og målinger: innlæringssesjoner Deltakerne gjennomførte to innlæringssesjoner med alle styrke-, kognitive- og spørreskjemamålinger, før de ble ansett som klare til å delta i studien. En variasjonskoeffisientverdi mindre enn eller lik 10 % for variabler mellom første og andre målinger ble brukt som kriterium for innlæring i samsvar med anbefalingene gitt av Atkinson og Nevill [26]. Innlæringssesjoner fant sted kl. 12:00 over en tre-ukers periode og ble avsluttet en uke før studien startet for å minimere læringseffekter. Deltakerne ankom 0,5 timer før teststart og hvilte i sittende stilling, for å minimere påvirkning fra tidligere muskelaktivitet. Deltakerne gjennomførte innlæringen i følgende rekkefølge: i) kognitiv testbatteri, ii) isometrisk maksimal frivillig kontraksjon (MVC) med og uten perkutan elektrisk stimulering, iii) bakløft og benkpress.

i) Kognitiv testbatteri Trail Making Test (TMT; del A og B): Begge deler av TMT består av 25 sirkler fordelt over et A4-ark. I del A er sirklene nummerert 1-25, og deltakeren blir instruert til å tegne linjer for å koble tallene i stigende rekkefølge. I del B inkluderer sirklene både tall (1-13) og bokstaver (A-L) og deltakeren blir instruert til å tegne linjer for å koble sirklene i stigende mønster, men med den ekstra oppgaven å veksle mellom tall og bokstaver (dvs. 1-A-2-B-3-C osv.). I begge deler blir deltakeren instruert til å koble til sirklene så raskt som mulig, uten å løfte blyanten fra papiret. Hvis en feil blir gjort, blir dette påpekt umiddelbart og deltakeren får lov til å korrigere det. Under testen måles tiden til fullføring, med høyere tid som indikasjon på større nedsatt funksjon.

Rey Auditory Verbal Learning Test: RAVLT er en nevropsykologisk vurdering designet for å evaluere verbal hukommelse hos pasienter i alderen 16 år og eldre. RAVLT kan brukes til å evaluere natur og alvorlighetsgrad av hukommelsesdysfunksjon og til å spore endringer i hukommelsesfunksjon over tid [28]. Testen er designet som et listelæringsparadigme der frivillige hører en liste med 15 substantiv og blir bedt om å huske så mange ord fra listen som mulig. Antall riktige og antallet som ble gitt av deltakeren men ikke på listen (inntrengninger) noteres. Denne prosessen gjentas 4 ganger til. Prosessen gjentas, men med en andre "interferens"-liste (Liste B) presentert på samme måte, og deltakeren blir bedt om å huske så mange ord som mulig fra Liste B og poengsum registreres. Etter interferensforsøket blir deltakeren umiddelbart bedt om å huske ordene fra Liste A, som de hørte fem ganger tidligere, og antall riktige ord og inntrengninger registreres. RAVTL totalt antall, antall distraksjoner og retensjon registreres og analyseres.

Stroop ord-farge interferenstest. Deltakerne ble bedt om å lese opp sine responser til ord eller farger i 45 s så raskt som mulig og å ikke la noen feil stå ukorrigert. Dette ble filmet og antall feil og totalt antall fullførte ble registrert og analysert. Det første arket hadde tekst (rød, blå, gul, svart og grønn) i svart blekk (navngiving ordtest, W). Det andre arket hadde fargeblokker som tilsvarer teksten på det første arket (navngiving fargetest, C). Med det tredje arket måtte deltakerne lese opp ordet (som var farget annerledes enn ordet, f.eks. ordet var gult og fargen rød, referert til som navngiving farge av ordtest, CW) og for det fjerde arket måtte deltakerne lese opp fargen (som var feilnavngitt, f.eks. fargen var gul men ordet var rødt, referert til som navngiving av ord ikke fargetest, WC). På dette fjerde arket var ordene trykt i omvendt rekkefølge til det tredje arket. Rådataene ble analysert for antall feil (for å gi en indikasjon på tempo/hastighetsnøyaktighet i de 45 s) og interferensskårer (en indikator på effektiviteten til den hemmede funksjonen), der C representerer de riktige svarene produsert i 45 s i navngiving av farger, og CW tilsvarer de riktige svarene oppnådd i 45 s i interferensbetingelsen. Dette ble også utført for navngiving av ord ikke-fargetest.

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) Isometrisk maksimal frivillig kontraksjon Deltakerne utførte isometriske MVC-er av quadricepsmusklene (3 s varighet), både med og uten twitch interpolasjon perkutan stimulering (Digimeter, DS7, Hertfordshire, Storbritannia). Under den innledende sesjonen praktiserte deltakerne å utføre MVC-er uten twitch interpolasjon, for å bli vant til praksisen med å oppnå og opprettholde frivillig kraft i den tiden som kreves. Denne sesjonen ble også brukt til å oppnå maksimal strømtoleranse og etablere den supramaksimale strømamplituden for superimposisjon under en MVC. Med forsøkspersonen i hvile ble amperen til en 240 V firkantbølgepuls (100 μs, 1 Hz) progressivt økt til det punktet hvor ytterligere økninger i intensitet forårsaket ingen ytterligere økning i hvile twitch kraft nådd.

Twitch interpolasjon Quadriceps ble elektrisk stimulert ved bruk av to fuktede overfladeelektroder (Chattanooga, USA, 5 x 12 cm) som ble plassert proksimalt over vastus lateralis og distal over vastus medialis. Huden ble forberedt før plassering av hver elektrode ved barbering og lett sliping av huden, etterfulgt av rengjøring med en isopropylalkohol svamp. En permanent markering penn ble brukt til å merke og identifisere posisjonen til hver elektrode for å minimere elektrodeplasseringsvariabilitet fra sesjon til sesjon. To impulser ble levert før og etter kontraksjonene; de to andre impulsene ble administrert under kontraksjonsperioden og testet toppverdien av MVC. Toppkreftene til pre- og post-kontraksjon twitches ble deretter gjennomsnittet, noe som tillot sammenligning av hvile twitch amplituder i henholdsvis en upotensiert og potensiert tilstand. Amplituden til supramaksimal superimponert strøm ble identifisert for hver forsøksperson i innlæringssesjoner og tilsvarte 10% over nivået som kreves for å fremkalle en hvile muskel twitch av maksimal amplitude.

Data ble innhentet i ni sekunder og analysert med et kommersielt designet programvareprogram (AcqKnowledge III, Biopac Systems, Massachusetts). Beregningen av frivillig aktivering ble utført i henhold til en interpolert twitch ratio hvor størrelsen på den interpolerte twitch uttrykkes som et forhold til amplituden fremkalt av den samme stimulusen levert til en avslappet potensiert muskel. Gjennomsnittskraften i løpet av 100 m.s-1 perioden før påføring av hver stimulus under kontraksjonen ble registrert og deretter den maksimale kraften registrert i løpet av 100 m.s-1 perioden etter at hver stimulus var påført. 100 m.s-1 gjennomsnittlig pre-stimulus kraft (tatt som MVC kraft) og den resulterende maksimale post-stimulus kraften ble brukt til å beregne størrelsen på den interpolerte twitch, ved subtraksjon av gjennomsnittlig pre-stimulus kraft fra maksimal post-stimulus kraft.

Frivillig aktivering = = [1 - (Størrelse på interpolert twitch / Størrelse på hvile twitch)] x 100

Under innlæringssesjoner vekslet deltakerne mellom å utføre MVC-er med og uten twitch interpolasjon, slik at omtrent tre forsøk av hver ble utført i hver sesjon. Standardisert sterk verbal oppmuntring under hver innlæringssesjon/forsøk og sanntids visuell tilbakemelding av deres prestasjon ble gitt til deltakerne via dataskjermen på en stor skjerm plassert foran dem.

iii) Bakløft og benkpress Deltakerne ble innlært i bakløft og benkpress tre ganger før starten av testingssyklusen. Hver deltaker ble bedt om å utføre bakløft med trinnvise belastninger (40, 60, 80% 1RM) for en repetisjon ved hver belastning og 5-minutters hvile ble tillatt mellom hver innsats. Likeledes for benkpress utførte hver deltaker en repetisjon mot hver trinnvis belastning (40, 60 og 80 % 1RM) og igjen ble 5-minutters hvile gitt mellom hver arbeidsinnsats. Dette ble gjort slik at de øvre belastningene som kreves for de eksperimentelle forsøkene var kjent for å være komfortabelt innenfor hver av deltakernes fysiske kapabiliteter og som sådan var det minimal sannsynlighet for at de ikke klarte å utføre de nødvendige innsatsene for datainnsamling. Hver av deltakerne utførte de to øvelsene i samme rekkefølge: benkpress og deretter bakløft, og utførte tre løft i hver øvelse mot progressivt økende belastninger (40, 60 og 80 % 1RM). Den enkeltes egen kroppsmasse ble tatt hensyn til i bakløftøvelsen, da dette er en helkroppsbevegelse, men ikke i benkpress. MuscleLab kraft-hastighet lineær enkoder (Muscle Lab, Ergotest versjon 4010, Norge) ble festet til en Eleiko olympisk stang (20 kg) som var plassert på stativ på en standard knebøyrak, sikkerhetsarmer ble satt slik at deltakeren oppnådde ≥90° knebøyposisjon (innstillinger målt og registrert under innlæringsprosessen). Fra denne posisjonen ble deltakeren instruert til å skyve stangen oppover så kraftig som mulig; verdien registrert under testen var kun for den konsentriske fasen av handlingen. MuscleLab-systemet enkoder kraften, forskyvningen av stangen, og hastigheten produsert for hvert enkelt løft, slik at følgende målinger av muskelprestasjon kan måles: gjennomsnittshastighet (AV), gjennomsnittlig effekt (AP, gjennomsnittskraft x gjennomsnittshastighet), topphastighet (PV, høyeste verdi av hastighet), tid til topphastighet (tPV, tid for å nå den høyeste verdien av hastighet), gjennomsnittlig fremdriftshastighet (MPV, gjennomsnittshastighet under fremdriftsfasen av den konsentriske bevegelsen), hastighetsutviklingsrate (RDV, gjennomsnittlig akselerasjon under fremdriftsfasen av den konsentriske bevegelsen) og forskyvning (D, lineær forskyvning av stangen under bevegelsen). Denne prosessen ble gjentatt tre ganger, med 5-minutters hvile tillatt mellom hvert enkelt løft, og mot de progressive arbeidsbelastningene som beskrevet ovenfor. For benkpress ble deltakeren instruert til å senke stangen til brystet og, igjen, instruksjonen gitt var å skyve mot stangen så kraftig som mulig. Dette ble gjentatt tre ganger mot arbeidsbelastningene beskrevet ovenfor, med 5-minutters hvile mellom hvert trykk.

Den høyeste av de tre AP-utgangene (og tilhørende AV, PV, MPV, RDV, D og tPV verdier) ble brukt til analyse for hver masse på stangen for henholdsvis benkpress og bakløft. For å redusere sannsynligheten for skade ble to personer plassert på hver side av deltakerne mens de utførte løftene, for å gripe inn når som helst om nødvendig. I tillegg var det sikkerhetsstøtte på plass ved hver anledning.

Eksperimentell protokoll og målinger

De eksperimentelle sesjonene fant sted en uke etter den siste innlæringen med 72 timers gjenoppretting mellom de tre eksperimentelle betingelsene (dvs. CAFF, PLAC, NoPill). Ved ankomst til laboratoriet ble de bedt om å sette inn en myk fleksibel rektal probe (mini-termistor, Grant Instruments, Shepreth, Storbritannia) omtrent 10 cm forbi den ytre anale sfinkter. Deltakerne hvilte deretter i 30 minutter i sittende stilling for å vurdere hvile rektal temperatur (Trec). Hudtemperatur (Tsk) ble vurdert samtidig av hudtermistorer (Grant Instruments, Squirrel 2010 series, Shepreth, Storbritannia), som ble plassert på fire steder på venstre side av kroppen (bryst [ch], underarm [f], lår [th] og legg [ca]). Gjennomsnittet av de siste 5 minuttene av 30-minutters hvileperioden ble registrert for hvile Trec og Tsk temperaturer. Gjennomsnittlig Tsk ble beregnet som følger:

Tsk = (0,34 x Tch) + (0,33 x Tth) + (0,18 x Tca) + (0,15 x Tf)

Gjennomsnittlig kroppstemperatur (Tmb) ble beregnet ved bruk av:

Tmb = (0,64 x Tr) + (0,36 x Tsk).

Deltakerne fullførte profil av humørtilstander spørreskjema (POMS; Versjon 32), deres subjektive vurdering av søvn (ved bruk av søvnspørsmål fra Liverpool Jet lag Questionnaire), innsats (0-10, 0 = ingen innsats og 10 = maksimal innsats) og vurdering av opplevd anstrengelse (RPE). Etter de innledende hvilemålingene varmet deltakerne opp på en sykkelergometer (Corival cpet, Lode, Groningen, Nederland) i 5 minutter ved 150 W. Etter oppvarming fjernet deltakerne rektale prober privat og hudtermistorer ble tatt av. Etter dette ble MVC og benkpress og bakløftøvelser deretter utført.

Statistisk analyse De viktigste forskningsvariablene i denne studien var toppkraft i MVC og PV i benkpress og bakløft. For MVC toppkraft ble seksten deltakere estimert til å gi 80% statistisk styrke (p < 0,05), døgnvariasjon effektstørrelse (ES) på 0,67 for en-halet t-test. For PV for benkpress ble ni deltakere estimert til å gi 80% statistisk styrke (p < 0,05), døgnvariasjon effektstørrelse (ES) på 0,92 for en-halet t-test. For PV for bakløft ble ni deltakere estimert til å gi 80% statistisk styrke (p < 0,05), døgnvariasjon effektstørrelse (ES) på 0,91 for en-halet t-test. Forskerne rekrutterte 18 deltakere for å tillate for frafall, med n=4 ikke i stand til å fullføre hele protokollen. Prøvestørrelsesestimatet ble utført ved bruk av programvaren G*Power 3.1. Data ble analysert ved bruk av Statistical Package for Social Sciences versjon 30 (SPSS, Chicago, IL, USA). Alle data ble sjekket for normalitet ved bruk av Shapiro-Wilk testen. Generelle lineære modeller ble brukt til å analysere alle målinger samlet inn; signifikansen av interaksjoner og hovedeffekter ble evaluert av ANOVA. Sfærisitetsbrudd ble korrigert av Greenhouse-Geisser (ε < 0,75) eller Huynh-Feldt (ε > 0,75) og hovedeffekter av Bonferroni parvis sammenligninger. Pearson korrelasjoner ble utført for å utforske individualiserte responser til CAFF vs andre betingelser (i forhold til kroppsmasse) og % endring i MVC prestasjon. Alle data presenteres som gjennomsnitt ± standardavvik (SD), med mindre annet er angitt. Signifikans ble satt til p ≤ 0,05. P-verdier mellom 0,05 og 0,10 ble ansett å indikere en statistisk trend. Effektstørrelser refereres til som partielle eta kvadratverdier (η²p) med verdier på 0,01, 0,06 og 0,14 som tilsvarer henholdsvis liten, middels og stor effekt. Nitti-fem prosent konfidensintervaller (95% CI) og gjennomsnittsforskjeller mellom parvis sammenligninger rapporteres der det er passende.