Cafeína, variação genética e desempenho atlético (GMC-AP)

Métodos de pesquisa e design

Design experimental:

Este projeto de estudo randomizado, duplo-cego, controlado por placebo e contramedido dentro dos indivíduos incluirá 100 atletas do sexo masculino de uma variedade de esportes. As mulheres não serão incluídas neste estudo porque o uso de contraceptivos hormonais, que é comum entre atletas do sexo feminino, e o tempo do ciclo menstrual têm um efeito significativo no metabolismo da cafeína e nas medidas de desempenho do teste de esforço. O controle desses fatores exigiria um grupo muito maior de participantes e recursos e tempo consideráveis. No entanto, se as descobertas da pesquisa proposta mostrarem resultados promissores em homens, pretendemos replicar essas descobertas em atletas do sexo feminino.

Os participantes completarão 4 visitas (~ 90-120 min cada) no Laboratório de Pesquisa em Fisiologia Humana no Goldring Center da Universidade de Toronto. Todos os testes serão realizados de segunda a sábado em vários horários. Os participantes serão instruídos a manter sua dieta regular (refeições pré-teste serão replicadas para todas as visitas) e hábitos de sono, evitar atividades extenuantes 48 horas antes de cada visita e abster-se de cafeína uma semana antes da primeira visita e durante a duração de cada visita. a coleta de dados (4 semanas).

Cálculo do Tamanho da Amostra

Parâmetros:

Tamanho do efeito = 0,25: Embora um tamanho de efeito grande para o efeito do tratamento principal tenha sido encontrado em pesquisas anteriores (0,38), decidiu-se que, para ser conservador, este estudo teria poder para detectar um tamanho de efeito pequeno a médio que ainda é de importância fisiológica. Além disso, estamos interessados ​​nos efeitos entre as duas doses de cafeína, que são consideradas menores do que o efeito principal do tratamento. Portanto, um tamanho de efeito pequeno-médio foi necessário para garantir poder estatístico suficiente para tirar conclusões entre os efeitos da cafeína para a análise do contra-relógio. Finalmente, outros parâmetros de avaliação, como o salto vertical para potência, provavelmente terão um tamanho de efeito menor do que o contra-relógio, conforme relatado por Tucker et al. (2013) em um estudo sobre o desempenho do salto vertical em jogadores de basquete masculino. Portanto, um tamanho de efeito menor seria necessário para alimentar adequadamente o estudo para todas as medidas de resultado (ou seja, potência, força anaeróbica, aeróbica etc.)

• Alfa (probabilidade de erro) = 0,025: Em geral, um alfa = 0,05 é o valor padrão a ser usado para este parâmetro. No entanto, em nosso estudo, os participantes serão inscritos em vários ensaios independentes e, portanto, foi decidido usar um alfa mais baixo para levar em consideração o erro que pode surgir de comparações múltiplas, como por esporte (potência ou resistência) mais genótipo (risco ou variante comum).
• Potência (probabilidade 1-Beta) = 0,8: O valor convencional de 0,8 foi usado para potência.
• Número de grupos = 2: Número de estratificações necessárias para análise de subgrupo de genótipo
• Número de medições = 4: Os testes de exercício de laboratório
• Correlação entre medidas repetidas = 0: Assumiu-se correlação zero entre as medidas.
• Tamanho da amostra = 74: Com base nos cálculos, são necessários 74 participantes. Vamos recrutar 100 atletas de forma a contabilizar uma possível desistência de até 25%, sem comprometer potencialmente a significância estatística dos nossos resultados. Além disso, se optarmos por usar comparações múltiplas (genótipo + esporte), nos beneficiaríamos de uma amostra maior para minimizar a queda no tamanho do efeito.

Recrutamento

O recrutamento será realizado nos campi da University of Toronto, Ryerson e York University, no Canadian Sport Institute of Ontario e em clubes locais de corrida/triatlo por panfletos afixados em locais apropriados. Um e-mail padronizado com estudo e informações de contato também será enviado aos treinadores principais e/ou diretores de programas de times/clubes esportivos (em todos os locais listados acima) com atletas elegíveis, que podem optar por informar seus atletas sobre o estudo.

Parâmetros de Avaliação

Dados fisiológicos coletados por dois cinesiologistas treinados, um fisiologista do exercício de nível PhD, um aluno assistente e Nanci Guest, a estudante de pós-graduação.

Características Antropométricas e Clínicas

• As medições da pressão arterial sistólica (PAS) e diastólica (PAD) em repouso, bem como a frequência cardíaca, serão feitas duas vezes, com um minuto de intervalo. A média das duas leituras consecutivas será tomada.
• A frequência cardíaca será medida antes de todos os testes para garantir a calma do participante e um estado fisiológico semelhante para todos os testes e dias de teste.
• A frequência cardíaca será monitorada durante toda a duração dos testes (visita 2-4) por monitores de frequência cardíaca Polar (Polar Electro, Finlândia)
• A altura será medida com precisão de 0,1 cm usando um estadiômetro montado na parede e o peso corporal será medido com precisão de 0,1 kg usando uma balança digital com o participante vestindo roupas leves e sem sapatos.
• O valor do peso corporal será usado para determinar 2 e 4 mg por quilograma de dosagens de massa corporal para tratamentos de cafeína (mais uma dose de placebo) que serão ingeridos em ordem aleatória (derivada pelo assistente de pesquisa e cega para todos os investigadores) durante as visitas 2, 3 e 4, nas três semanas seguintes.
• A composição corporal será avaliada por uma balança de bioimpedância (BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor)

Testes de exercício

Características Descritivas

A Capacidade Aeróbica Máxima será avaliada por um teste de VO2 máx em cicloergômetro. Este teste faz parte dos dados descritivos e será usado para determinar a resistência definida no teste de contra-relógio (potência de pico de 65%). Os participantes serão submetidos a um teste de esforço graduado em cicloergômetro Monark (Groningen, Holanda) até a fadiga voluntária. Para determinar o consumo máximo de oxigênio (VO2Max), as amostras de ar serão analisadas quanto às concentrações de oxigênio e dióxido de carbono por meio de um sistema de espirometria de circuito aberto indireto (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Os indivíduos serão configurados com um monitor de freqüência cardíaca Polar.

Quatro principais medidas de resultado (potência, força, capacidade anaeróbica e aeróbica)

• A potência muscular será avaliada usando o teste de salto vertical (VJT) conforme descrito anteriormente (5). Os participantes completarão duas tentativas em cada um dos dois testes de salto vertical em uma plataforma de força (AMTI, Watertown, MA, EUA).

  1. salto agachado (SJ): a partir de uma posição de agachamento (ângulo do joelho: 90° aproximadamente) em que nenhum contra-movimento preliminar é executado;
  2. salto contra movimento (CMJ): de uma posição ereta com um contramovimento preliminar; Haverá um período de descanso de 30 segundos entre os saltos e a melhor pontuação de dois será registrada.
• A força (parte superior do corpo) será avaliada usando um dinamômetro de preensão manual (Lafayette Instrument Company modelo 78010). A pontuação mais alta após 3 tentativas será registrada (em kg).

• A capacidade anaeróbica será avaliada usando o Wingate Anaerobic Test em um cicloergômetro (Ergomedic 849E, Monark, Suécia). Os participantes pedalarão contra uma resistência fixa de 0,085kg/kg de massa corporal. Três medidas principais serão registradas durante o teste:

  • Potência de pico (PP): uma medida da potência anaeróbica máxima, ou a potência máxima alcançada por um período de 5 segundos durante os primeiros 10 segundos do teste. A PP será registrada em Watts (W) e W/kg.
  • Potência média (MP): uma medida da capacidade anaeróbica ou a potência média alcançada durante o teste de 30 segundos. O MP será registrado em W e W/kg.
  • Índice de fadiga (FI): uma medida da taxa de diminuição de energia, ou a diferença entre a saída de energia de 5 segundos mais alta e a saída de energia de 5 segundos mais baixa, dividida pelo tempo decorrido. FI será registrado como uma porcentagem.
• A capacidade de resistência/aeróbica e a produção de energia serão avaliadas por um contra-relógio (TT) de ciclismo. Os participantes serão instruídos a completar um TT de 10 km, realizado em cicloergômetro (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Suécia), o mais rápido possível, sem feedback temporal, verbal, ou fisiológico. Tempo necessário para completar o teste e média a saída de energia será registrada após a conclusão de cada teste.

Testes adicionais durante o teste de esforço

• Teste de Lactato Sanguíneo. Imediatamente após o teste de Wingate, os participantes terão o dedo picado com uma lanceta descartável para perfurar a pele e obter uma amostra de sangue capilar para análise com o analisador Lactate Pro (LT-1710, Arkray Inc, Kyoto, Japão)
• Avaliação do Esforço Percebido (RPE) - A escala de Borg para RPE será usada para avaliar a percepção de fadiga dos indivíduos.

Genotipagem

Amostras de saliva serão coletadas durante a Visita 1 do teste de exercício usando o kit Oragene-500 para isolamento de DNA usando procedimentos padrão conforme descrito anteriormente. Conduziremos um estudo de associação de todo o genoma, que é uma abordagem que envolve a varredura de marcadores nos genomas de os participantes do nosso estudo juntos, não indivíduos, para encontrar variações genéticas associadas a uma característica específica, como VO2 máx, eficiência de depuração de lactato, tipo de fibra muscular e mudanças no desempenho do exercício após a cafeína. Também examinaremos as variações genéticas conhecidas que estão associadas ao metabolismo e à resposta à cafeína, para determinar se esses genes também afetam a resposta ao exercício após os indivíduos ingerirem cafeína.

Avaliação da Ingestão Alimentar

Os indivíduos preencherão um questionário de frequência alimentar semiquantitativo de 196 itens para determinar a ingestão habitual de cafeína, bem como outros fatores dietéticos. As informações sobre a ingestão dietética serão usadas para identificar potenciais modificadores de efeito, como o consumo habitual de cafeína.

Avaliação de Saúde, Estilo de Vida e Atividade Física

O questionário geral de saúde, estilo de vida e atividade física (GHLPA) incluirá perguntas detalhadas sobre a cafeína (por exemplo, hábitos de ingestão, efeitos de abstinência, etc.), previamente utilizados em nosso laboratório, combinados com um questionário validado de atividade física habitual/histórico do esporte, previamente utilizado para avaliar o esporte/atividade física em atletas.

Análise Estatística

As análises serão realizadas com o software estatístico SAS (Versão 9.2, NC, EUA, 2009). Resumidamente, relataremos dados descritivos (altura, peso, idade, pressão arterial, ingestão e hábitos de cafeína, % de gordura corporal, VO2max, anos no esporte, horas de treinamento por semana, dados de avaliação alimentar e outras medidas de estilo de vida) comparações entre grupos de genótipos usando testes t independentes. Diferenças potenciais em VO2max, contrarrelógio de 10 km, capacidade anaeróbica, limiar de lactato, potência e força e taxa de esforço percebido serão avaliadas usando análise de variância de medidas repetidas (RMANOVA) com tratamento como um fator dentro dos participantes e genótipo entre os participantes fator. Para todos os procedimentos RMANOVA, testes post hoc serão realizados usando testes t independentes e dependentes com uma correção de Bonferroni de modo que P< 0,05 seja necessário como limite de significância.

Procedimento experimental

Triagem inicial - telefonema ou visita presencial

Os participantes em potencial verificarão sua participação em esportes e capacidade de se comprometer com quatro visitas de 2 horas ao laboratório com 7 dias de intervalo. Os participantes serão lembrados da importância de manter sua dieta regular. A importância da abstinência de cafeína necessária, incluindo quaisquer suplementos contendo cafeína por 7 dias antes da primeira visita e a duração do estudo (4 semanas) será enfatizada e reiterada.

Visita 1 (~ 90 min)

A primeira visita ao laboratório envolverá familiarização e obtenção de consentimento informado por escrito de todos os participantes após uma explicação sobre os objetivos, benefícios e riscos envolvidos com o estudo. Os participantes serão informados de que são livres para desistir do estudo a qualquer momento.

Cada indivíduo preencherá um questionário de "prontidão para o exercício" (PAR-Q; Questionário de Prontidão para Atividade Física), coletará dados descritivos e antropométricos, incluindo data de nascimento, altura, massa corporal e pressão arterial, e também fornecerá uma amostra de saliva para Isolamento e genotipagem de DNA. Durante esta primeira visita, o consumo máximo de oxigênio (VO2 max; descrito abaixo) também será medido para dados de linha de base descritivos e para derivar os níveis de carga de trabalho para testes de tempo experimentais em visitas de teste subsequentes.

Visita 2, 3 e 4 (~120 min)

Todas as três visitas serão idênticas, com exceção do período de espera de 20 minutos (então começa o aquecimento pré-teste de 10 minutos) para que a concentração sérica de cafeína atinja níveis máximos, em que o participante preencherá um questionário diferente ou ficará sentado em silêncio com sua própria atividade.

Após a chegada, os participantes serão designados aleatoriamente (para manter a cegueira) para ingerir o suplemento em 2 ou 4 mg de cafeína por kg de peso corporal ou placebo de dextrose (PLAC). Cada participante ingerirá o mesmo número de cápsulas com cor e tamanho idênticos durante cada visita, seja 0, 2 ou 4 mg/kg, a fim de manter o tratamento duplo-cego. Cada sujeito irá preencher um questionário ou sentar-se em silêncio (por exemplo, leitura, uso de dispositivos eletrônicos, etc.) enquanto aguarda o primeiro teste de esforço.

O protocolo do teste ergométrico será idêntico para as visitas 2, 3 e 4. Após 20 min, os participantes irão aquecer por 10 min e então realizar 4 testes de exercício (começando 30 min após a ingestão de cafeína) para determinar diferentes medidas de desempenho:

eu. Potência muscular - Teste de salto vertical

ii. Força - Dinamômetro de preensão manual

iii. Capacidade anaeróbica - Wingate

4. Resistência/Capacidade aeróbica (potência aeróbica) - Contrarrelógio de ciclismo de 10 km

Os participantes podem beber água ad libitum durante os testes de exercício.