Wpływ spożycia kofeiny na poranne wskaźniki funkcji poznawczych i siły mięśniowej u mężczyzn

Uczestnicy Czternastu dorosłych mężczyzn płci biologicznej i tożsamości płciowej, którzy zostali sklasyfikowani jako „rekreacyjnie aktywni”. Wszyscy uczestnicy zostali zrekrutowani z populacji studentów wydziału nauk o sporcie uniwersytetu. Kryteria włączenia obejmowały zdrowych dorosłych (18-30 lat), wolnych od kontuzji, z wcześniejszym doświadczeniem w treningu siłowym/wytrzymałościowym (≥ 2 lata). Projekt otworzył również uczestnictwo dla kobiet, ale żadna kobieta nie zgłosiła się na ochotnika. Uczestnicy zwykle kładli się spać między 22:00 a 23:30 i wstawali o 06:00-07:30, a na potrzeby badania zgodzili się kłaść o 22:30 i wstawać o 06:30. Żaden z uczestników nie otrzymywał żadnego leczenia farmakologicznego (w tym niesteroidowych leków przeciwzapalnych, NLPZ) przez cały okres badania. Zwyczajowe spożycie kofeiny oceniono za pomocą kwestionariusza spożycia kofeiny (CCQ), a osoby spożywające >150 mg dziennie zostały wykluczone. Ponadto wszyscy uczestnicy nie wykazywali preferencji co do pory dnia treningu, zgodnie z cotygodniowym dziennikiem treningowym prowadzonym przez 2 tygodnie. Rekrutacja uczestników z takim specyficznym rodzajem historii ćwiczeń oznaczała, że znane odpowiedzi ułatwiające nerwowo-mięśniowe, które są typowo związane z ostrym wzrostem siły mięśniowej u osób nietrenujących z powodu adaptacji i odpowiedzi nerwowych, zostały zredukowane. Kryteria wykluczenia obejmowały obniżony nastrój (z inwentarza depresji Becka), niską jakość snu (globalny wynik indeksu jakości snu Pittsburgh >5), niedawną pracę zmianową lub podróż przez wiele stref czasowych oraz „skrajny” chronotyp (oceniony za pomocą złożonego kwestionariusza poranności) oraz czynniki ryzyka i/lub objawy chorób sercowo-naczyniowych. Poprzez wywiady ustalono, że ochotnicy mieli minimalną wiedzę na temat wpływu pory dnia lub czasu od snu na wydolność człowieka. Wszystkim zapewniono ustne wyjaśnienie procedury eksperymentalnej; obejmowało to cele badania, możliwe ryzyko związane z uczestnictwem oraz procedury eksperymentalne, które będą stosowane. Wszelkie pytania zostały wyjaśnione. Następnie osoby te wyraziły pisemną, świadomą zgodę przed przystąpieniem do badania. Procedury eksperymentalne zostały zatwierdzone przez Komitet Etyki Badań na Ludziach na Uniwersytecie Liverpool John Moores (KOD ETYKI: 08/SPS/030). Badanie przeprowadzono zgodnie ze standardami etycznymi czasopisma i zgodnie z zasadami Deklaracji Helsińskiej.

Projekt badawczy Wszyscy uczestnicy musieli odwiedzić laboratorium fizjologiczne (Liverpool, Wielka Brytania) siedem razy (temperatura sucha 19-21°C, wilgotność 29-41%, ciśnienie barometryczne 962-1010 mmHg i światło otoczenia 750 luksów). Uczestnicy wykonali (i) jedno maksymalne powtórzenie (1RM) w wyciskaniu na ławce i przysiadzie ze sztangą na plecach, ii) dwie sesje zapoznawcze z testami wydolności poznawczej i siłowej na tydzień przed protokołem eksperymentalnym. Podczas sesji zapoznawczych uczestnicy wypełnili 7-dniowy dziennik żywieniowy, który został przeanalizowany przy użyciu oprogramowania analitycznego Nutritics® przez zarejestrowanego w SENr dietetyka sportowego i ćwiczeń. Pozostałe sesje obejmowały iii) trzy sesje eksperymentalne, wszystkie oddzielone co najmniej 72-godzinnym okresem regeneracji jako standardowym okresem rekonwalescencji. Część eksperymentalna obejmowała trzy próby eksperymentalne a) Kontrola (NoPill), b) Kofeina (300 mg, CAFF) i c) placebo (maltodekstryna, PLAC)] między 07:30 a 08:30 (Rysunek 1). Uczestnicy poszli spać poprzedniej nocy około 22:30, obudzili się o 06:30 i przybyli do laboratorium o 07:00 na czczo. W warunkach CAFF i PLAC tabletki dostarczono w plastikowej butelce z instrukcją spożycia z wodą o 06:30 przed przybyciem do laboratorium, z potwierdzeniem po przybyciu. W przypadku kontroli NoPill nic nie dostarczono. Uczestnicy otrzymali instrukcję unikania treningu lub intensywnej aktywności fizycznej 48 h przed każdą wizytą, poza tym uczestnicy utrzymywali swoje normalne codzienne rutyny. W sumie trzy kapsułki z kofeiną zawierały 300 mg kofeiny bezwodnej, a pozostałą przestrzeń zajmowała maltodekstryna (Applied Nutrition LTD, Knowsley, Wielka Brytania), a kapsułki placebo zostały wykonane w wydziale i zawierały maltodekstrynę (~2,4 g, Sport supplements Ltd t/a BulkTM Colchester, Wielka Brytania). Badacze i uczestnicy byli zaślepieni co do harmonogramu suplementacji, a zarówno kofeina, jak i placebo były lekko oprószone maltodekstryną, aby uzyskać podobny smak, obie miały podobną wagę (0,8 g/kapsułka) i rozmiar 00. Kolejność leczenia została ujawniona pod koniec projektu przez badacza odpowiedzialnego za anonimizację i randomizację.

Wszystkie próby przeprowadzono z tylko jednym uczestnikiem na raz, ale z przesuniętym początkiem, tak że jeden uczestnik przychodził o 06:45, następny o 07:00, a ostatni na poranną sesję o 07:15. Ten harmonogram dla uczestników był zachowany we wszystkich sesjach. Wszyscy uczestnicy mieszkali nie dalej niż 10 minut od laboratoriów uniwersyteckich. Uczestnicy zostali równo przydzieleni, na podstawie ich 1RM w wyciskaniu na ławce i przysiadzie ze sztangą na plecach, do trzech grup (A, B i C), poprzez uszeregowanie czasów uczestników z drugiej sesji zapoznawczej od najsilniejszego do najsłabszego i przypisanie liter A, B i C w kolejności. Występowanie efektu uczenia się zminimalizowano poprzez przypisanie warunków eksperymentalnych w zrównoważonej kolejności. Niniejsze badanie przeprowadzono między miesiącami listopada a lutego (jesień do zimy w Wielkiej Brytanii), z ekspozycją na poranne światło słoneczne ograniczoną do <80 luksów przed przybyciem do laboratorium. Zakres wschodu słońca w trakcie badania wynosił 07:12 do 07:03.

Protokół i pomiary: sesje zapoznawcze Uczestnicy ukończyli dwie sesje zapoznawcze wszystkich pomiarów siły, poznawczych i kwestionariuszowych, zanim zostali uznani za gotowych do udziału w badaniu. Wartość współczynnika zmienności mniejsza lub równa 10% dla zmiennych między pierwszym a drugim pomiarem została użyta jako kryterium zapoznania zgodnie z zaleceniami Atkinsona i Nevilla [26]. Sesje zapoznawcze odbywały się o 12:00 przez trzy tygodnie i zakończyły się na tydzień przed rozpoczęciem badania, aby zminimalizować efekty uczenia się. Uczestnicy przybywali 0,5 godziny przed rozpoczęciem testu i odpoczywali w pozycji siedzącej, aby zminimalizować wpływ wcześniejszej aktywności mięśniowej. Uczestnicy ukończyli sesję zapoznawczą w następującej kolejności: i) bateria testów poznawczych, ii) izometryczna maksymalna dobrowolna kontrakcja (MVC) z i bez przezskórnej stymulacji elektrycznej, iii) przysiad ze sztangą na plecach i wyciskanie na ławce.

i) Bateria testów poznawczych Test Łączenia Punktów (TMT; części A i B): Obie części TMT składają się z 25 kółek rozłożonych na arkuszu papieru A4. W części A kółka są ponumerowane 1-25, a uczestnik otrzymuje instrukcję narysowania linii łączących liczby w kolejności rosnącej. W części B kółka zawierają zarówno liczby (1-13), jak i litery (A-L), a uczestnik otrzymuje instrukcję narysowania linii łączących kółka w rosnącym wzorze, ale z dodatkowym zadaniem naprzemiennego przełączania między liczbami i literami (tj. 1-A-2-B-3-C itd.). W obu częściach uczestnik otrzymuje instrukcję połączenia kółek tak szybko, jak to możliwe, bez odrywania ołówka od papieru. Jeśli zostanie popełniony błąd, jest on natychmiast wskazywany, a uczestnik może go poprawić. Podczas testu mierzony jest czas ukończenia, przy czym wyższy czas wskazuje na większe upośledzenie.

Test Uczenia się Słuchowego i Słownego Reya: RAVLT to neuropsychologiczna ocena zaprojektowana do oceny pamięci werbalnej u pacjentów w wieku 16 lat i starszych. RAVLT może być używany do oceny charakteru i nasilenia dysfunkcji pamięci oraz do śledzenia zmian w funkcji pamięci w czasie [28]. Test zaprojektowano jako paradygmat uczenia się listy, w którym ochotnik słyszy listę 15 rzeczowników i jest proszony o przypomnienie jak największej liczby słów z listy. Odnotowuje się liczbę poprawnych i liczbę podanych przez uczestnika, ale nie znajdujących się na liście (intruzje). Proces ten powtarza się jeszcze 4 razy. Proces jest powtarzany, ale druga lista „interferencyjna” (Lista B) jest prezentowana w ten sam sposób, a uczestnik jest proszony o przypomnienie jak największej liczby słów z Listy B i rejestrowany jest wynik. Po próbie interferencyjnej uczestnik jest natychmiast proszony o przypomnienie słów z Listy A, które słyszał pięć razy wcześniej, i rejestrowana jest liczba poprawnych słów i intruzji. Całkowita liczba RAVTL, liczba dystraktorów i retencja są rejestrowane i analizowane.

Test interferencji słowo-kolor Stroopa. Uczestników poproszono o odczytanie na głos swoich odpowiedzi na słowa lub kolory przez 45 s tak szybko, jak to możliwe, i o niepozostawianie błędów niepoprawionych. Było to filmowane, a liczba błędów i całkowita ilość wykonana zostały zarejestrowane i przeanalizowane. Pierwszy arkusz miał tekst (czerwony, niebieski, żółty, czarny i zielony) w czarnym tuszu (test nazywania słów, W). Drugi arkusz miał bloki kolorów odpowiadające tekstowi na pierwszym arkuszu (test nazywania kolorów, C). W trzecim arkuszu uczestnicy musieli odczytać słowo (które było pokolorowane inaczej niż słowo, np. słowo było żółte, a kolor czerwony, określane jako test nazywania koloru słowa, CW), a w czwartym arkuszu uczestnicy musieli odczytać kolor (który był błędnie nazwany, np. kolor był żółty, ale słowo było czerwone, określane jako test nazywania słowa, a nie koloru, WC). W tym czwartym arkuszu słowa były wydrukowane w odwrotnej kolejności niż w trzecim arkuszu. Dane surowe analizowano pod kątem liczby błędów (aby dać wskazanie tempa/dokładności prędkości w 45 s) i wyników interferencji (wskaźnik efektywności funkcji hamującej), gdzie C reprezentuje poprawne odpowiedzi wyprodukowane w 45 s w nazywaniu kolorów, a CW odpowiada poprawnym odpowiedziom osiągniętym w 45 s w warunku interferencji. Wykonano to również dla testu nazywania słowa, a nie koloru.

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) Izometryczna maksymalna dobrowolna kontrakcja Uczestnicy wykonywali izometryczne MVC mięśni czworogłowych (trwające 3 s), zarówno z, jak i bez przezskórnej stymulacji interpolacji drgania (Digimeter, DS7, Hertfordshire, Wielka Brytania). Podczas sesji wstępnej uczestnicy ćwiczyli wykonywanie MVC bez interpolacji drgania, aby przyzwyczaić się do praktyki osiągania i utrzymywania siły dobrowolnej przez wymagany czas. Ta sesja była również używana do uzyskania maksymalnej tolerancji prądu i ustalenia nadmaksymalnej amplitudy prądu do superpozycji podczas MVC. Przy spoczynku badanego amperaż impulsu prostokątnego 240 V (100 μs, 1 Hz) był stopniowo zwiększany do momentu, gdy dalsze zwiększanie intensywności nie powodowało dalszego wzrostu siły drgania spoczynkowego.

Interpolacja drgania Mięśnie czworogłowe były stymulowane elektrycznie przy użyciu dwóch zwilżonych elektrod powierzchniowych (Chattanooga, USA, 5 x 12 cm), które umieszczono proksymalnie nad mięśniem obszernym bocznym i dystalnie nad mięśniem obszernym przyśrodkowym. Skóra została przygotowana przed umieszczeniem każdej elektrody poprzez golenie i lekkie ścieranie skóry, a następnie czyszczenie wacikiem z alkoholem izopropylowym. Stały pisak został użyty do zaznaczenia i identyfikacji pozycji każdej elektrody, aby zminimalizować zmienność umiejscowienia elektrod między sesjami. Dwa impulsy były dostarczane przed i po skurczach; pozostałe dwa impulsy były podawane podczas okresu skurczu i testowały wartość szczytową MVC. Siły szczytowe drgań przed- i póskurczowych były następnie uśredniane, umożliwiając porównanie amplitud drgań spoczynkowych odpowiednio w warunkach niepotencjalizowanych i potencjalizowanych. Amplituda nadmaksymalnego prądu superpozycyjnego została zidentyfikowana dla każdego badanego w sesjach zapoznawczych i odpowiadała 10% powyżej poziomu wymaganego do wywołania drgania mięśniowego spoczynkowego o maksymalnej amplitudzie.

Dane były rejestrowane przez dziewięć sekund i analizowane za pomocą komercyjnie zaprojektowanego programu (AcqKnowledge III, Biopac Systems, Massachusetts). Obliczenie aktywacji dobrowolnej przeprowadzono zgodnie ze współczynnikiem interpolowanego drgania, gdzie wielkość interpolowanego drgania jest wyrażona jako stosunek amplitudy wywołanej przez ten sam bodziec dostarczony do rozluźnionego, potencjalizowanego mięśnia. Średnia siła podczas 100 m.s-1 okresu przed zastosowaniem każdego bodźca podczas skurczu została zarejestrowana, a następnie maksymalna siła zarejestrowana podczas 100 m.s-1 okresu po zastosowaniu każdego bodźca. Średnia siła przedbodźcowa z 100 m.s-1 (przyjęta jako siła MVC) i wynikowa maksymalna siła pobodźcowa zostały użyte do obliczenia wielkości interpolowanego drgania poprzez odjęcie średniej siły przedbodźcowej od maksymalnej siły pobodźcowej.

Aktywacja dobrowolna = = [1 - (Wielkość interpolowanego drgania / Wielkość drgania spoczynkowego)] x 100

Podczas sesji zapoznawczych uczestnicy naprzemiennie wykonywali MVC z i bez interpolacji drgania, tak że w każdej sesji wykonano około trzy próby każdego. Standardowe silne werbalne zachęty podczas każdej sesji/próby zapoznawczej oraz wizualna informacja zwrotna w czasie rzeczywistym o ich wykonaniu były dostarczane uczestnikom poprzez wyświetlacz komputerowy na dużym ekranie umieszczonym przed nimi.

iii) Przysiad ze sztangą na plecach i wyciskanie na ławce Uczestnicy zapoznali się z przysiadem ze sztangą na plecach i wyciskaniem na ławce trzy razy przed rozpoczęciem cyklu testowego. Każdego uczestnika poproszono o wykonanie przysiadu ze sztangą na plecach z przyrostowymi obciążeniami (40, 60, 80% 1RM) po jednym powtórzeniu przy każdym obciążeniu, a między każdym wysiłkiem pozwolono na 5-minutowy odpoczynek. Podobnie w wyciskaniu na ławce każdy uczestnik wykonał jedno powtórzenie przeciwko każdemu przyrostowemu obciążeniu (40, 60 i 80% 1RM) i ponownie między każdym wysiłkiem roboczym dano 5-minutowy odpoczynek. Zrobiono to, aby górne obciążenia wymagane do prób eksperymentalnych były znane jako wygodnie w granicach fizycznych możliwości każdego z uczestników, a zatem było minimalne prawdopodobieństwo, że nie będą w stanie wykonać wymaganych wysiłków do zbierania danych. Każdy z uczestników wykonał dwa ćwiczenia w tej samej kolejności: wyciskanie na ławce, a następnie przysiad ze sztangą na plecach, wykonując trzy podnoszenia w każdym ćwiczeniu przeciwko stopniowo zwiększającym się obciążeniom (40, 60 i 80% 1RM). Masa własna ciała jednostki była uwzględniana w ćwiczeniu przysiadu ze sztangą na plecach, ponieważ jest to ruch całego ciała, ale nie w wyciskaniu na ławce. Enkoder liniowy siły-prędkości MuscleLab (Muscle Lab, Ergotest wersja 4010, Norwegia) został przymocowany do sztangi olimpijskiej Eleiko (20 kg), która była ustawiona na podporach na standardowym stojaku do przysiadów, ramiona bezpieczeństwa były ustawione tak, że uczestnik osiągał pozycję zgięcia kolana ≤90° (ustawienia mierzone i rejestrowane podczas procesu zapoznawczego). Z tej pozycji uczestnik otrzymał instrukcję wypychania sztangi do góry tak mocno, jak to możliwe; wartość rejestrowana podczas testu dotyczyła tylko fazy koncentrycznej działania. System MuscleLab koduje siłę, przemieszczenie sztangi i prędkość wyprodukowaną dla każdego indywidualnego podniesienia, tak że można zmierzyć następujące pomiary wydolności mięśni: średnia prędkość (AV), średnia moc (AP, średnia siła x średnia prędkość), szczytowa prędkość (PV, najwyższa wartość prędkości), czas do szczytowej prędkości (tPV, czas do osiągnięcia najwyższej wartości prędkości), średnia prędkość napędowa (MPV, średnia prędkość podczas fazy napędowej ruchu koncentrycznego), tempo rozwoju prędkości (RDV, średnie przyspieszenie podczas fazy napędowej ruchu koncentrycznego) i przemieszczenie (D, liniowe przemieszczenie sztangi podczas ruchu). Proces ten powtarzano trzy razy, z 5-minutowym odpoczynkiem między każdym indywidualnym podniesieniem i przeciwko progresywnym obciążeniom roboczym, jak opisano powyżej. W wyciskaniu na ławce uczestnik otrzymał instrukcję opuszczenia sztangi do klatki piersiowej i ponownie instrukcję pchania przeciwko sztandze tak mocno, jak to możliwe. Powtórzono to trzy razy przeciwko obciążeniom roboczym opisanych powyżej, z 5-minutowym odpoczynkiem między każdym pchnięciem.

Najwyższe z trzech wyników AP (i związane z nimi wartości AV, PV, MPV, RDV, D i tPV) zostały użyte do analizy dla każdej masy na sztandze odpowiednio dla wyciskania na ławce i przysiadu ze sztangą na plecach. Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo kontuzji, dwie osoby były ustawione po obu stronach uczestników podczas wykonywania podnoszeń, aby w razie potrzeby interweniować w dowolnym momencie. Dodatkowo, za każdym razem były w miejscu zabezpieczenia.

Protokół eksperymentalny i pomiary

Sesje eksperymentalne odbyły się tydzień po ostatniej sesji zapoznawczej z 72-godzinną regeneracją między trzema warunkami eksperymentalnymi (tj. CAFF, PLAC, NoPill). Po przybyciu do laboratorium poproszono ich o wprowadzenie miękkiej, elastycznej sondy doodbytniczej (mini-termistor, Grant Instruments, Shepreth, Wielka Brytania) około 10 cm poza zewnętrzny zwieracz odbytu. Uczestnicy następnie odpoczywali przez 30 min w pozycji siedzącej, aby ocenić spoczynkową temperaturę odbytniczą (Trec). Temperatura skóry (Tsk) była oceniana jednocześnie przez termistory skórne (Grant Instruments, seria Squirrel 2010, Shepreth, Wielka Brytania), które umieszczono w czterech miejscach po lewej stronie ciała (klatka piersiowa [ch], przedramię [f], udo [th] i łydka [ca]). Średnia z ostatnich 5 min 30-minutowego okresu odpoczynku została zarejestrowana dla spoczynkowych temperatur Trec i Tsk. Średnia Tsk została obliczona w następujący sposób:

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

Średnia temperatura ciała (Tmb) została obliczona przy użyciu:

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

Uczestnicy wypełnili kwestionariusz profilu stanów nastroju (POMS; Wersja 32), subiektywną ocenę snu (używając pytań o sen z kwestionariusza jet lag Liverpool), wysiłku (0-10, 0 = brak wysiłku, 10 = maksymalny wysiłek) i ocenę odczuwanego wysiłku (RPE). Po wstępnych pomiarach spoczynkowych uczestnicy rozgrzali się na ergometrze rowerowym (Corival cpet, Lode, Groningen, Holandia) przez 5 min przy 150 W. Po rozgrzewce uczestnicy usunęli sondy doodbytnicze w prywatności, a termistory skórne zostały zdjęte. Następnie podjęto MVC oraz ćwiczenia wyciskania na ławce i przysiadu ze sztangą na plecach.

Analiza statystyczna Główne zmienne badawcze w niniejszym badaniu to siła szczytowa w MVC i PV w wyciskaniu na ławce i przysiadzie ze sztangą na plecach. Dla siły szczytowej MVC szesnastu uczestników oszacowano, aby zapewnić 80% mocy statystycznej (p < 0,05), wielkość efektu (ES) zmienności dobowej 0,67 dla jednostronnego testu t. Dla PV w wyciskaniu na ławce dziewięciu uczestników oszacowano, aby zapewnić 80% mocy statystycznej (p < 0,05), wielkość efektu (ES) zmienności dobowej 0,92 dla jednostronnego testu t. Dla PV w przysiadzie ze sztangą na plecach dziewięciu uczestników oszacowano, aby zapewnić 80% mocy statystycznej (p < 0,05), wielkość efektu (ES) zmienności dobowej 0,91 dla jednostronnego testu t. Badacze zrekrutowali 18 uczestników, aby uwzględnić rezygnacje, przy czym n=4 nie było w stanie ukończyć pełnego protokołu. Estymację wielkości próby przeprowadzono przy użyciu oprogramowania G*Power 3.1. Dane analizowano przy użyciu Pakietu Statystycznego dla Nauk Społecznych wersja 30 (SPSS, Chicago, IL, USA). Wszystkie dane sprawdzono pod kątem normalności za pomocą testu Shapiro-Wilka. Do analizy wszystkich zebranych pomiarów użyto ogólnych modeli liniowych; istotność interakcji i efektów głównych oceniono za pomocą ANOVA. Naruszenia sferyczności skorygowano przez Greenhouse-Geisser (ε < 0,75) lub Huynh-Feldt (ε > 0,75), a efekty główne przez porównania parami Bonferroniego. Przeprowadzono korelacje Pearsona, aby zbadać zindywidualizowane odpowiedzi na CAFF w porównaniu z innymi warunkami (względem masy ciała) i % zmianę w wydolności MVC. Wszystkie dane przedstawiono jako średnie ± odchylenie standardowe (SD), chyba że zaznaczono inaczej. Istotność ustalono na p ≤ 0,05. Wartości p między 0,05 a 0,10 uznano za wskazujące na trend statystyczny. Wielkości efektów odnoszą się do wartości częściowej eta kwadrat (η²p) z wartościami 0,01, 0,06 i 0,14 odpowiadającymi odpowiednio małemu, średniemu i dużemu efektowi. Dziewięćdziesięciopięcioprocentowe przedziały ufności (95% CI) i średnie różnice między porównaniami parami są raportowane tam, gdzie to odpowiednie.