Kofeina, zmienność genetyczna i wyniki sportowe (GMC-AP)

Metody badawcze i projektowanie

Eksperymentalny projekt:

Ten randomizowany, podwójnie zaślepiony, kontrolowany placebo projekt badania uwzględniającego środki zaradcze obejmie 100 sportowców płci męskiej uprawiających różne sporty. Kobiety nie zostaną uwzględnione w tym badaniu, ponieważ stosowanie hormonalnej antykoncepcji, która jest powszechna wśród zawodniczek, oraz czas cyklu miesiączkowego mają znaczący wpływ na metabolizm kofeiny i wyniki testu wysiłkowego. Kontrolowanie tych czynników wymagałoby znacznie większej puli uczestników i wymagałoby znacznych zasobów i czasu. Jeśli jednak wyniki proponowanych badań wykażą obiecujące wyniki u mężczyzn, wówczas dążylibyśmy do powtórzenia tych wyników u zawodniczek.

Uczestnicy odbędą 4 wizyty (~90-120 min każda) w Human Physiology Research Laboratory w Goldring Centre na Uniwersytecie w Toronto. Wszystkie testy będą odbywać się od poniedziałku do soboty o różnych porach. Uczestnicy zostaną poinstruowani, aby zachować regularną dietę (posiłki przed badaniem będą powtarzane podczas wszystkich wizyt) i nawyki dotyczące snu, unikać forsownej aktywności na 48 godzin przed każdą wizytą oraz powstrzymać się od spożywania kofeiny na tydzień przed pierwszą wizytą i przez cały czas trwania wizyty. zbieranie danych (4 tygodnie).

Obliczanie wielkości próbki

Parametry:

Wielkość efektu = 0,25: Chociaż w poprzednich badaniach stwierdzono dużą wielkość efektu dla głównego efektu leczenia (0,38), zdecydowano, że ze względów konserwatywnych, ta próba będzie miała moc wykrywania małej lub średniej wielkości efektu, która nadal ma znaczenie fizjologiczne. Dodatkowo interesują nas efekty między dwiema dawkami kofeiny, które z założenia są mniejsze niż główny efekt leczenia. Dlatego potrzebna była mała-średnia wielkość efektu, aby zapewnić wystarczającą moc statystyczną do wyciągnięcia wniosków między efektami kofeiny dla analizy próby czasowej. Wreszcie, inne parametry oceny, takie jak skok w pionie dla mocy, prawdopodobnie będą miały mniejszy wpływ niż próba czasowa, jak podali Tucker i in. (2013) w badaniu dotyczącym skoku pionowego u koszykarzy płci męskiej. Dlatego wymagany byłby mniejszy rozmiar efektu, aby odpowiednio zasilać badanie dla wszystkich miar wyniku (tj. siłowe, siłowe beztlenowe, tlenowe itp.)

• Alfa (prawdopodobieństwo błędu) = 0,025: Ogólnie rzecz biorąc, alfa = 0,05 to standardowa wartość używana dla tego parametru. Jednak w naszym badaniu uczestnicy zostaną zapisani do szeregu niezależnych prób, dlatego zdecydowano się na zastosowanie niższej alfa, aby uwzględnić błąd, który może wynikać z wielokrotnych porównań, takich jak sport (moc lub wytrzymałość) plus genotyp (ryzyko lub wspólny wariant).
• Moc (prawdopodobieństwo 1-Beta) = 0,8: Umowna wartość 0,8 została użyta jako moc.
• Liczba grup = 2: Liczba stratyfikacji wymaganych do analizy podgrup genotypowych
• Liczba pomiarów = 4: Laboratorium próby wysiłkowej
• Korelacja między powtarzanymi pomiarami = 0: Założono zerową korelację między pomiarami.
• Wielkość próby = 74: Na podstawie obliczeń wymaganych jest 74 uczestników. Zrekrutujemy 100 sportowców, aby uwzględnić możliwe wycofanie się do 25%, bez potencjalnego uszczerbku dla istotności statystycznej naszych wyników. Ponadto, jeśli zdecydujemy się na wielokrotne porównania (genotyp + sport), skorzystamy z większej próby, aby zminimalizować spadek wielkości efektu.

Rekrutacja

Rekrutacja będzie prowadzona na kampusach University of Toronto, Ryerson i York University, Canadian Sport Institute of Ontario oraz w lokalnych klubach biegowych/triathlonowych za pomocą ulotek umieszczonych w odpowiednich miejscach. Standardowa wiadomość e-mail z informacjami dotyczącymi badania i kontaktami zostanie również wysłana do głównych trenerów i/lub dyrektorów programowych drużyn/klubów sportowych (we wszystkich lokalizacjach wymienionych powyżej) z kwalifikującymi się sportowcami, którzy następnie mogą zdecydować, czy ich sportowcy zostaną poinformowani o badaniu.

Parametry oceny

Dane fizjologiczne zebrane przez dwóch przeszkolonych kinezjologów, fizjologa ćwiczeń na poziomie doktora, jednego asystenta studenta i Nanci Guest, absolwentkę.

Charakterystyka antropometryczna i kliniczna

• Spoczynkowe pomiary ciśnienia skurczowego (SBP) i rozkurczowego (DBP) oraz tętna będą wykonywane dwukrotnie w odstępie jednej minuty. Przyjmuje się średnią z dwóch kolejnych odczytów.
• Tętno będzie mierzone przed wszystkimi testami, aby zapewnić uczestnikom spokój i podobny stan fizjologiczny we wszystkich testach i dniach testowych.
• Tętno będzie monitorowane przez cały czas trwania prób (Wizyta 2-4) przez Polar Heart Rate Monitors (Polar Electro, Finlandia)
• Wzrost zostanie zmierzony z dokładnością do 0,1 cm za pomocą zamontowanego na ścianie stadiometru, a masa ciała zostanie zmierzona z dokładnością do 0,1 kg za pomocą wagi cyfrowej, przy czym uczestnik będzie ubrany w lekką odzież i bez butów.
• Wartość masy ciała zostanie wykorzystana do określenia dawek 2 i 4 mg na kilogram masy ciała w leczeniu kofeiną (plus dawka placebo), które będą przyjmowane w kolejności losowej (opracowanej przez asystenta badawczego i zaślepionej dla wszystkich badaczy) podczas wizyt 2, 3 i 4, w ciągu następnych trzech tygodni.
• Skład ciała zostanie oceniony za pomocą skali bioimpedencji (BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor)

Testy wysiłkowe

Charakterystyka opisowa

Maksymalna wydolność tlenowa zostanie oceniona za pomocą testu VO2 max na ergometrze rowerowym. Ten test jest częścią danych opisowych i zostanie wykorzystany do określenia oporu ustawionego w teście jazdy na czas (65% mocy szczytowej). Uczestnicy przejdą stopniowany test wysiłkowy na ergometrze rowerowym Monark (Groningen, Holandia) aż do wolicjonalnego zmęczenia. Aby określić maksymalne zużycie tlenu (VO2Max), próbki powietrza zostaną przeanalizowane pod kątem stężenia tlenu i dwutlenku węgla za pomocą spirometrii pośredniej z obiegiem otwartym (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Uczestnicy zostaną skonfigurowani z czujnikiem tętna Polar.

Cztery główne miary wyników (moc, siła, wydolność beztlenowa i tlenowa)

• Siła mięśniowa zostanie oceniona za pomocą testu skoku pionowego (VJT), jak opisano wcześniej (5). Uczestnicy wykonają po dwa podejścia do każdego z dwóch testów skoku pionowego na płycie siłowej (AMTI, Watertown, MA, USA).

  1. wyskok z przysiadu (SJ): z pozycji przysiadu (kąt kolana: w przybliżeniu 90°), w której nie wykonuje się żadnego wstępnego ruchu kontrującego;
  2. skok w kontrze (CMJ): z pozycji stojącej z ruchem w kontrze wstępnym; Pomiędzy skokami będzie 30 sekund przerwy, a najlepszy wynik z dwóch zostanie zapisany.
• Siła (górna część ciała) zostanie oceniona za pomocą dynamometru z uchwytem (Lafayette Instrument Company model 78010). Najwyższa punktacja po 3 próbach zostanie zarejestrowana (w kg).

• Wydolność beztlenowa zostanie oceniona za pomocą testu beztlenowego Wingate na ergometrze rowerowym (Ergomedic 849E, Monark, Szwecja). Uczestnicy będą jeździć na rowerze ze stałym oporem 0,085kg/kg masy ciała. Podczas testu zostaną zarejestrowane trzy główne pomiary:

  • Moc szczytowa (PP): miara maksymalnej mocy beztlenowej lub maksymalnej mocy wyjściowej osiągniętej przez okres 5 sekund w ciągu pierwszych 10 sekund testu. PP zostanie zapisane w watach (W) i W/kg.
  • Średnia moc (MP): miara wydolności beztlenowej lub średnia moc wyjściowa osiągnięta podczas 30-sekundowego testu. MP zostanie zapisane w W i W/kg.
  • Wskaźnik zmęczenia (FI): miara tempa spadku mocy lub różnica między najwyższą 5-sekundową mocą wyjściową a najniższą 5-sekundową mocą wyjściową, podzielona przez czas, który upłynął. FI zostanie zapisane w procentach.
• Wytrzymałość/wydolność aerobowa i moc wyjściowa zostaną ocenione podczas kolarskiej próby czasowej (TT). Uczestnicy zostaną poinstruowani, aby jak najszybciej ukończyć 10 km TT na ergometrze rowerowym (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Szwecja) bez czasowych, werbalnych i fizjologicznych informacji zwrotnych. Czas potrzebny do ukończenia testu i średnia moc wyjściowa zostanie zarejestrowana po zakończeniu każdego testu.

Dodatkowe testy podczas testów wysiłkowych

• Badanie mleczanów we krwi. Bezpośrednio po teście Wingate uczestnicy zostaną nakłuci w palec jednorazowym lancetem w celu nakłucia skóry i pobrania próbki krwi włośniczkowej do analizy za pomocą analizatora Lactate Pro (LT-1710, Arkray Inc, Kioto, Japonia)
• Ocena postrzeganego wysiłku (RPE) — Skala Borga dla RPE zostanie wykorzystana do oceny postrzegania zmęczenia przez badanych.

Genotypowanie

Próbki śliny zostaną pobrane podczas Wizyty 1 testu wysiłkowego przy użyciu zestawu Oragene-500 do izolacji DNA przy użyciu standardowych procedur opisanych wcześniej. Przeprowadzimy badanie asocjacyjne całego genomu, które jest podejściem obejmującym skanowanie w poszukiwaniu markerów w genomach naszych uczestników badania wspólnie, a nie indywidualnie, w celu znalezienia zmienności genetycznej związanej z określoną cechą, taką jak VO2 max, wydajność usuwania mleczanów, typ włókien mięśniowych i zmiany w wynikach ćwiczeń po kofeinie. Zbadamy również znane wariacje genetyczne, które są związane z metabolizmem i reakcją na kofeinę, aby ustalić, czy te geny również wpływają na reakcję na ćwiczenia po spożyciu kofeiny przez badanych.

Ocena spożycia

Uczestnicy wypełnią 196-punktowy półilościowy kwestionariusz dotyczący częstotliwości spożywania posiłków, aby określić zwyczajowe spożycie kofeiny, a także inne czynniki dietetyczne. Informacje dotyczące spożycia zostaną wykorzystane do zidentyfikowania potencjalnych modyfikatorów efektu, takich jak zwykłe spożycie kofeiny.

Ocena zdrowia, stylu życia i aktywności fizycznej

Kwestionariusz ogólnego stanu zdrowia, stylu życia i aktywności fizycznej (GHLPA) będzie zawierał szczegółowe pytania dotyczące kofeiny (np. nawyków żywieniowych, efektów odstawiennych itp.), stosowanych wcześniej w naszym laboratorium, w połączeniu z zatwierdzonym kwestionariuszem nawykowej aktywności fizycznej/historii sportu, używanym wcześniej do oceny sportu/aktywności fizycznej u sportowców.

Analiza statystyczna

Analizy zostaną przeprowadzone przy użyciu oprogramowania statystycznego SAS (wersja 9.2, NC, USA, 2009). W skrócie, przedstawimy dane opisowe (wzrost, waga, wiek, ciśnienie krwi, spożycie kofeiny i nawyki, % tkanki tłuszczowej, VO2max, lata uprawiania sportu, godziny treningów tygodniowo, dane dotyczące oceny diety i inne miary stylu życia) porównania między grupami genotypów za pomocą niezależne testy t. Potencjalne różnice w VO2max, jeździe na czas na 10 km, wydolności beztlenowej, progu mleczanowym, mocy i sile oraz szybkości postrzeganego wysiłku zostaną ocenione za pomocą analizy wariancji z powtarzanymi pomiarami (RMANOVA) z leczeniem jako czynnikiem wewnątrz uczestników i genotypem jako między uczestnikami czynnik. W przypadku wszystkich procedur RMANOVA testy posthoc zostaną przeprowadzone przy użyciu niezależnych i zależnych testów t z poprawką Bonferroniego, tak że P < 0,05 będzie wymagane jako próg istotności.

Procedura eksperymentalna

Wstępne badanie przesiewowe – rozmowa telefoniczna lub wizyta osobista

Potencjalni uczestnicy zweryfikują swój udział w sporcie i zdolność do zobowiązania się do czterech 2-godzinnych wizyt w laboratorium w odstępie 7 dni. Uczestnikom zostanie przypomniane, jak ważne jest przestrzeganie regularnej diety. Zostanie podkreślone i powtórzone znaczenie wymaganej abstynencji kofeinowej, w tym wszelkich suplementów zawierających kofeinę przez 7 dni przed pierwszą wizytą oraz czasu trwania badania (4 tygodnie).

Wizyta 1 (~90 min)

Pierwsza wizyta w laboratorium obejmuje zapoznanie się i uzyskanie pisemnej świadomej zgody wszystkich uczestników po wyjaśnieniu celów, korzyści i zagrożeń związanych z badaniem. Uczestnicy zostaną poinformowani o możliwości wycofania się z badania w dowolnym momencie.

Każdy uczestnik wypełni kwestionariusz „gotowości do ćwiczeń” (PAR-Q; Kwestionariusz Gotowości do Aktywności Fizycznej), w którym zostaną zebrane dane opisowe i antropometryczne, w tym data urodzenia, wzrost, masa ciała i ciśnienie krwi, a także dostarczy próbkę śliny do badania. Izolacja DNA i genotypowanie. Podczas tej pierwszej wizyty zostanie również zmierzony maksymalny pobór tlenu (VO2 max; opisany poniżej) w celu uzyskania opisowych danych wyjściowych oraz określenia poziomów obciążenia dla eksperymentalnych prób czasowych podczas kolejnych wizyt testowych.

Wizyta 2, 3 i 4 (~120 min)

Wszystkie trzy wizyty będą identyczne, z wyjątkiem 20-minutowego okresu oczekiwania (wtedy rozpoczyna się 10-minutowa rozgrzewka przed badaniem) na stężenie kofeiny w surowicy do poziomu maksymalnego, podczas którego uczestnik wypełnia inny kwestionariusz lub siedzi cicho z ich własna działalność.

Po przybyciu uczestnicy zostaną losowo przydzieleni (w celu zachowania zaślepienia) do spożycia suplementu w dawce 2 lub 4 mg kofeiny na kg masy ciała lub placebo z dekstrozą (PLAC). Każdy uczestnik będzie przyjmował tę samą liczbę kapsułek o identycznym kolorze i rozmiarze podczas każdej wizyty, niezależnie od tego, czy będzie to 0, 2 czy 4 mg/kg, w celu utrzymania podwójnie zaślepionego leczenia. Każdy badany wypełni kwestionariusz lub usiądzie cicho (np. czytanie, korzystanie z e-urządzeń itp.) w oczekiwaniu na pierwszą próbę wysiłkową.

Protokół próby wysiłkowej będzie identyczny dla wizyt 2, 3 i 4. Po 20 minutach uczestnicy rozgrzeją się przez 10 minut, a następnie wykonają 4 testy wysiłkowe (rozpoczynają się 30 minut po spożyciu kofeiny), aby określić różne miary wydajności:

I. Siła mięśniowa — test skoku pionowego

II. Siła — dynamometr ręczny

iii. Wydolność beztlenowa — Wingate

iv. Wytrzymałość/wydolność tlenowa (siła aerobowa) — jazda na rowerze na 10 km na czas

Zawodnicy mogą pić wodę ad libitum przez cały czas trwania próby wysiłkowej.