Кофеин, генетическая изменчивость и спортивные результаты (GMC-AP)

Методы исследования и дизайн

Экспериментальная дизайн:

В этом рандомизированном, двойном слепом, плацебо-контролируемом исследовании с контризмерениями внутри субъектов будут участвовать 100 спортсменов-мужчин из различных видов спорта. Женщины не будут включены в это исследование, потому что использование гормональных контрацептивов, которое распространено среди женщин-спортсменов, и время менструального цикла оказывают значительное влияние на метаболизм кофеина и результаты тестов с физической нагрузкой. Контроль этих факторов потребует гораздо большего количества участников и потребует значительных ресурсов и времени. Однако, если результаты предлагаемого исследования покажут многообещающие результаты у мужчин, мы постараемся воспроизвести эти результаты у спортсменок.

Участники завершат 4 посещения (~ 90-120 минут каждое) в Исследовательской лаборатории физиологии человека в Центре Голдринга в Университете Торонто. Все испытания будут проходить с понедельника по субботу в разное время. Участников проинструктируют соблюдать обычную диету (предварительные приемы пищи будут повторяться для всех посещений) и режим сна, избегать физических нагрузок за 48 часов до каждого визита и воздерживаться от кофеина за неделю до первого визита и на протяжении всего визита. сбор данных (4 недели).

Расчет размера выборки

Параметры:

Размер эффекта = 0,25: Несмотря на то, что в предыдущем исследовании была обнаружена большая величина эффекта для основного терапевтического эффекта (0,38), было решено, что в целях консервативности это исследование должно быть способно выявить малую-среднюю величину эффекта, которая по-прежнему имеет физиологическое значение. Кроме того, нас интересуют эффекты между двумя дозами кофеина, которые, как предполагается, меньше основного лечебного эффекта. Таким образом, размер эффекта от малого до среднего был необходим, чтобы обеспечить достаточную статистическую мощность, чтобы сделать выводы об эффектах кофеина для анализа временных испытаний. Наконец, другие параметры оценки, такие как вертикальный прыжок для мощности, вероятно, будут иметь меньший размер эффекта, чем испытание на время, как сообщают Tucker et al. (2013) в исследовании вертикальных прыжков у баскетболистов-мужчин. Следовательно, для адекватной мощности исследования по всем показателям результатов (т.е. мощность, сила анаэробные, аэробные и т.д.)

• Альфа (вероятность ошибки) = 0,025: В общем случае альфа = 0,05 является стандартным значением для этого параметра. Однако в нашем исследовании участники будут включены в ряд независимых испытаний, и поэтому было решено использовать более низкую альфу, чтобы учесть ошибку, которая может возникнуть из-за множественных сравнений, например, по видам спорта (сила или выносливость) плюс генотип (риск или распространенный вариант).
• Мощность (вероятность 1-бета) = 0,8: для мощности использовалось обычное значение 0,8.
• Количество групп = 2: количество стратификации, необходимое для анализа подгруппы генотипа.
• Количество измерений = 4: Лабораторные нагрузочные тесты
• Корреляция между повторными измерениями = 0: предполагалась нулевая корреляция между измерениями.
• Размер выборки = 74: по расчетам требуется 74 участника. Мы наберем 100 спортсменов, чтобы учесть возможное исключение до 25% без потенциального ущерба для статистической значимости наших результатов. Кроме того, если мы решим использовать множественные сравнения (генотип + вид спорта), мы выиграем от большей выборки, чтобы свести к минимуму падение размера эффекта.

Набор персонала

Набор будет осуществляться в Университете Торонто, в кампусах Университетов Райерсона и Йорка, в Канадском спортивном институте Онтарио, а также в местных беговых/триатлонных клубах с помощью листовок, размещенных в соответствующих местах. Стандартное электронное письмо с информацией об исследовании и контактной информацией также будет отправлено главным тренерам и/или программным директорам спортивных команд/клубов (во всех местах, перечисленных выше) со спортсменами, имеющими право на участие, которые затем могут сообщить своим спортсменам об исследовании.

Параметры оценки

Физиологические данные, собранные двумя обученными кинезиологами, физиологом с докторской степенью, одним студентом-ассистентом и Нанси Гест, аспиранткой.

Антропометрические и клинические характеристики

• Измерения систолического (САД) и диастолического (ДАД) артериального давления в покое, а также частоты пульса будут проводиться дважды с интервалом в одну минуту. Будет взято среднее значение двух последовательных показаний.
• Перед всеми тестами будет измеряться частота сердечных сокращений, чтобы обеспечить спокойствие участников и одинаковое физиологическое состояние для всех тестов и тестовых дней.
• Частота сердечных сокращений будет контролироваться на протяжении всего периода испытаний (посещения 2–4) с помощью мониторов сердечного ритма Polar (Polar Electro, Финляндия).
• Рост будет измеряться с точностью до 0,1 см с помощью настенного ростомера, а масса тела будет измеряться с точностью до 0,1 кг с использованием цифровых весов, при этом участник будет одет в легкую одежду и босиком.
• Значение массы тела будет использоваться для определения дозировок 2 и 4 мг на килограмм массы тела для лечения кофеином (плюс доза плацебо), которые будут приниматься внутрь в произвольном порядке (получено научным сотрудником и ослеплено для всех исследователей) во время посещений 2, 3. и 4, в течение следующих трех недель.
• Состав тела будет оцениваться по шкале биоимпеданса (сегментарный монитор состава тела Ironman BC-558).

Упражнения Тесты

Описательные характеристики

Максимальная аэробная мощность будет оцениваться с помощью теста VO2 max на велоэргометре. Этот тест является частью описательных данных и будет использоваться для определения сопротивления, установленного в тесте на время (пиковая мощность 65%). Участники будут проходить тест с дозированной нагрузкой на велоэргометре Monark (Гронинген, Нидерланды) до проявления произвольного утомления. Чтобы определить максимальное потребление кислорода (VO2Max), образцы воздуха будут проанализированы на концентрацию кислорода и углекислого газа с помощью системы косвенной спирометрии открытого цикла (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Субъектам будет установлен монитор сердечного ритма Polar.

Четыре основных показателя результата (мощность, сила, анаэробные и аэробные возможности)

• Мышечная сила будет оцениваться с помощью теста вертикального прыжка (VJT), как описано ранее (5). Участники выполнят по две попытки в каждом из двух тестов вертикального прыжка на силовой пластине (AMTI, Уотертаун, Массачусетс, США).

  1. прыжок с приседанием (SJ): из положения на корточках (угол коленей: приблизительно 90°), в котором не выполняется предварительное встречное движение;
  2. встречный прыжок (ВМД): из положения стоя с предварительным встречным движением; Между прыжками будет 30-секундный период отдыха, и будет записан лучший результат из двух.
• Сила (верхняя часть тела) будет оцениваться с помощью ручного динамометра (модель 78010 компании Lafayette Instrument Company). Регистрируется наивысший балл после 3 попыток (в кг).

• Анаэробная способность будет оцениваться с использованием анаэробного теста Wingate на велоэргометре (Ergomedic 849E, Монарк, Швеция). Участники будут ездить на велосипеде с фиксированным сопротивлением 0,085 кг/кг массы тела. Во время теста будут фиксироваться три основных показателя:

  • Пиковая мощность (PP): мера максимальной анаэробной мощности или максимальной выходной мощности, достигнутой за 5-секундный период в течение первых 10 секунд теста. PP будет записываться в ваттах (Вт) и Вт/кг.
  • Средняя мощность (MP): мера анаэробной мощности или средняя выходная мощность, достигнутая в течение 30-секундного теста. MP будет записываться в Вт и Вт/кг.
  • Индекс усталости (FI): мера скорости снижения мощности или разница между самой высокой выходной мощностью за 5 секунд и самой низкой выходной мощностью за 5 секунд, деленная на прошедшее время. FI будет записываться в процентах.
• Выносливость/аэробные способности и выходная мощность будут оцениваться в циклической гонке на время (ТТ). Участникам будет предложено пройти ТТ на 10 км на велоэргометре (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Швеция) как можно быстрее без временной, вербальной и физиологической обратной связи. Время, необходимое для выполнения теста, и среднее значение выходная мощность будет записываться по завершении каждого теста.

Дополнительные тесты во время нагрузочного тестирования

• Анализ крови на лактат. Сразу после теста Вингейта участникам проколют палец одноразовым ланцетом, чтобы проколоть кожу и получить образец капиллярной крови для анализа с помощью анализатора Lactate Pro (LT-1710, Arkray Inc, Киото, Япония).
• Оценка воспринимаемой нагрузки (RPE) — Шкала Борга для RPE будет использоваться для оценки восприятия субъектами усталости.

Генотипирование

Образцы слюны будут собраны во время визита 1 нагрузочного теста с использованием набора Oragene-500 для выделения ДНК с использованием стандартных процедур, как описано ранее. Мы проведем полногеномное исследование ассоциации, которое представляет собой подход, включающий сканирование маркеров в геномах участники нашего исследования вместе, а не по отдельности, чтобы найти генетические вариации, связанные с определенной чертой, такой как VO2 max, эффективность клиренса лактата, тип мышечного волокна и изменения в физической нагрузке после кофеина. Мы также изучим известные генетические вариации, которые связаны с метаболизмом и реакцией на кофеин, чтобы определить, влияют ли эти гены также на реакцию на физические упражнения после того, как субъекты употребляют кофеин.

Оценка потребления пищи

Субъекты заполнили полуколичественный опросник по частоте приема пищи из 196 пунктов, чтобы определить привычное потребление кофеина, а также другие диетические факторы. Информация о диетическом потреблении будет использоваться для определения потенциальных модификаторов эффекта, таких как обычное потребление кофеина.

Оценка здоровья, образа жизни и физической активности

Анкета общего состояния здоровья, образа жизни и физической активности (GHLPA) будет включать подробные вопросы о кофеине (например, привычки потребления, эффекты отмены и т. д.), ранее использовавшиеся в нашей лаборатории, в сочетании с утвержденным вопросником привычной физической активности/спортивной истории, ранее использовавшимся для оценки спортивной/физической активности спортсменов.

Статистический анализ

Анализы будут проводиться с использованием статистического программного обеспечения SAS (версия 9.2, Северная Каролина, США, 2009 г.). Вкратце, мы сообщим описательные данные (рост, вес, возраст, артериальное давление, потребление кофеина и привычки, % телесного жира, VO2max, годы занятий спортом, количество тренировочных часов в неделю, данные оценки питания и другие показатели образа жизни) сравнения между группами генотипов с использованием независимые t-тесты. Потенциальные различия в VO2max, гонке на время на 10 км, анаэробной емкости, лактатном пороге, мощности и силе, а также скорости воспринимаемой нагрузки будут оцениваться с использованием дисперсионного анализа повторных измерений (RMANOVA) с лечением как фактором внутри участников и генотипом как между участниками. фактор. Для всех процедур RMANOVA апостериорные тесты будут выполняться с использованием независимых и зависимых t-тестов с поправкой Бонферрони, так что в качестве порога значимости потребуется P<0,05.

Экспериментальная процедура

Первичный скрининг - телефонный звонок или личное посещение

Потенциальные участники подтвердят свое участие в спортивных мероприятиях и способность совершить четыре двухчасовых визита в лабораторию с интервалом в 7 дней. Участникам напомнят о важности соблюдения их регулярного рациона. Важность обязательного воздержания от кофеина, включая любые добавки, содержащие кофеин, в течение 7 дней до первого визита и на протяжении всего исследования (4 недели) будет подчеркнута и повторена.

Посещение 1 (~90 мин)

Первый визит в лабораторию будет включать ознакомление и получение письменного информированного согласия от всех участников после объяснения целей, преимуществ и рисков, связанных с исследованием. Участники будут проинформированы о том, что они могут выйти из исследования в любое время.

Каждый субъект заполнит анкету «готовности к упражнениям» (PAR-Q; анкета готовности к физической активности), соберет описательные и антропометрические данные, включая дату рождения, рост, массу тела и артериальное давление, а также предоставит образец слюны для Выделение ДНК и генотипирование. Во время этого первого визита максимальное потребление кислорода (VO2 max; описано ниже) также будет измеряться для получения описательных исходных данных и для определения уровней рабочей нагрузки для экспериментальных испытаний на время во время последующих тестовых посещений.

Посещение 2, 3 и 4 (~120 мин)

Все три визита будут идентичными, за исключением 20-минутного периода ожидания (затем начинается 10-минутная разминка перед тестированием), чтобы концентрация кофеина в сыворотке достигла пиковых уровней, когда участник заполнит другую анкету или спокойно посидит с их собственная деятельность.

По прибытии участники будут случайным образом распределены (для поддержания ослепления) для приема либо добавки в количестве 2 или 4 мг кофеина на кг массы тела, либо плацебо декстрозы (PLAC). Каждый участник будет принимать одинаковое количество капсул одинакового цвета и размера во время каждого визита, будь то 0, 2 или 4 мг/кг, чтобы сохранить двойное слепое лечение. Каждый субъект заполнит анкету или будет сидеть тихо (например, чтение, использование электронных устройств и т. д.) в ожидании первого теста с физической нагрузкой.

Протокол теста с физической нагрузкой будет идентичен для посещений 2, 3 и 4. Через 20 минут участники разогреваются в течение 10 минут, а затем выполняют 4 теста с физической нагрузкой (начиная с 30-минутной задержки после приема кофеина), чтобы определить различные показатели производительности:

я. Мышечная сила - тест вертикального прыжка

II. Сила — рукоятка динамометра

III. Анаэробная мощность - Wingate

IV. Выносливость/аэробная мощность (аэробная мощность) – велогонка на время 10 км

Участники могут пить воду вволю во время тестов с физической нагрузкой.