Влияние приема кофеина на утренние когнитивные показатели и мышечную силу у мужчин

Участники Четырнадцать взрослых мужчин, соответствующих биологическому полу и гендеру, классифицированных как «рекреационно активные». Все участники были набраны из числа студентов факультета спортивных наук университета. Критерии включения: здоровые взрослые (18-30 лет), без травм, с предыдущим опытом тренировок с отягощениями/силовых тренировок (≥ 2 года). Проект также открыл участие для женщин, но ни одна женщина не вызвалась добровольцем. Участники обычно ложились спать между 22:00-23:30 и вставали в 06:00-07:30, а для целей исследования согласились ложиться в 22:30 и вставать в 06:30. Ни один из участников не получал какого-либо фармакологического лечения (включая нестероидные противовоспалительные препараты, НПВП) на протяжении всего периода исследования. Привычное потребление кофеина оценивалось с помощью опросника потребления кофеина (CCQ), и те, у кого было >150 мг в день, были исключены. Кроме того, все участники выразили отсутствие предпочтений к тренировкам относительно времени суток, что подтверждалось еженедельным самоотчетным дневником тренировок за 2 недели. Набор участников с таким специфическим типом истории упражнений означал, что известные нейромышечные фасилитативные реакции, которые обычно связаны с острым увеличением мышечной силы у нетренированных лиц из-за нейронных адаптаций и реакций, были снижены. Критерии исключения включали депрессивное настроение (по опроснику депрессии Бека), плохое качество сна (глобальный балл Питтсбургского индекса качества сна >5, недавняя сменная работа или путешествия через несколько часовых поясов и «экстремальный» хронотип (оцененный с помощью Композитного вопросника утренности), а также факторы риска и/или симптомы сердечно-сосудистых заболеваний. В ходе интервью было установлено, что у добровольцев были минимальные знания о влиянии времени суток или времени после сна на работоспособность человека. Всем была предоставлена устная информация об экспериментальной процедуре; это включало цели исследования; возможные риски, связанные с участием, и экспериментальные процедуры, которые будут использоваться. На все вопросы были даны ответы. Затем лица предоставили письменное информированное согласие перед участием в исследовании. Экспериментальные процедуры были одобрены Комитетом по этике исследований с участием человека в Ливерпульском университете Джона Мура (ЭТИЧЕСКИЙ КОД: 08/SPS/030). Исследование проводилось в соответствии с этическими стандартами журнала и соответствовало принципам Хельсинкской декларации.

Дизайн исследования Все участники должны были посетить физиологическую лабораторию (Ливерпуль, Великобритания) семь раз (сухая температура 19-21°C, влажность 29-41%, барометрическое давление 962-1010 мм рт.ст. и окружающее освещение 750 люкс). Участники выполнили (i) одно повторение с максимальным весом (1ПМ) для жима лежа и приседаний со штангой на спине, ii) две ознакомительные сессии когнитивных и силовых тестов за неделю до экспериментального протокола. Во время ознакомления участники заполнили 7-дневный пищевой дневник, который был проанализирован с использованием программного обеспечения для анализа Nutritics® зарегистрированным спортивным диетологом SENr. Оставшиеся сессии состояли из iii) трех экспериментальных сессий, все с интервалом не менее 72 часов в качестве стандартизированного периода восстановления. Экспериментальная часть включала три экспериментальных испытания: a) Контроль (NoPill), b) Кофеин (300 мг, CAFF) и c) Плацебо (мальтодекстрин, PLAC)] между 07:30 и 08:30 (Рисунок 1). Участники ложились спать предыдущей ночью около 22:30, просыпались в 06:30 и прибывали в лабораторию в 07:00 в состоянии натощак. Для условий CAFF и PLAC таблетки предоставлялись в пластиковой бутылке с инструкцией употреблять с водой в 06:30 до прибытия в лабораторию, с подтверждением по прибытии. Для контроля NoPill ничего не предоставлялось. Участникам было предписано избегать тренировок или интенсивной физической активности за 48 часов до любого из визитов, в остальном участники поддерживали свои обычные повседневные дела. В общей сложности три капсулы с кофеином содержали 300 мг безводного кофеина, а оставшееся пространство занимал мальтодекстрин (Applied Nutrition LTD, Ноусли, Великобритания), а капсулы плацебо были изготовлены в отделении и содержали мальтодекстрин (~2,4 г, Sport supplements Ltd t/a BulkTM Колчестер, Великобритания). Исследователи и участники были слепы к графику приема добавок, и как кофеин, так и плацебо были слегка посыпаны мальтодекстрином для создания схожего вкуса, оба имели схожий вес (0,8 г/капсула) и были размера 00. Порядок лечения был раскрыт в конце проекта исследователем, ответственным за анонимизацию и рандомизацию.

Все испытания проводились только с одним участником за раз, но с разнесенным началом, так что один участник приходил в 06:45, следующий в 07:00 и последний для утренней сессии в 07:15. Это расписание для участников сохранялось неизменным для всех сессий. Все участники жили не более чем в 10 минутах от университетских лабораторий. Участники были равномерно распределены на основе их 1ПМ для жима лежа и приседаний со штангой на спине в три группы (A, B и C), путем перечисления результатов участников со второй ознакомительной сессии в порядке от сильнейшего к слабейшему и присвоения букв A, B и C по порядку. Частота эффекта обучения была минимизирована путем назначения экспериментальных условий в сбалансированном порядке. Настоящее исследование проводилось между месяцами с ноября по февраль (осень-зима в Великобритании), с ограниченным воздействием утреннего солнечного света до <80 Люкс до прибытия в лабораторию. Диапазон времени восхода солнца в течение исследования составлял 07:12 до 07:03.

Протокол и измерения: ознакомительные сессии Участники выполнили две ознакомительные сессии всех силовых, когнитивных и опросных измерений, прежде чем считаться готовыми к участию в исследовании. Коэффициент вариации значений менее или равный 10% для переменных между первым и вторым измерениями использовался в качестве критерия ознакомления в соответствии с рекомендациями, данными Аткинсоном и Невиллом [26]. Ознакомительные сессии проводились в 12:00 в течение трехнедельного периода и завершались за неделю до начала исследования, чтобы минимизировать эффекты обучения. Участники прибывали за 0,5 часа до начала теста и отдыхали в сидячем положении, чтобы минимизировать влияние предыдущей мышечной активности. Участники завершали ознакомление в следующем порядке: i) когнитивная батарея тестов, ii) изометрическое максимальное произвольное сокращение (МПС) с чрескожной электрической стимуляцией и без нее, iii) приседания со штангой на спине и жим лежа.

i) Когнитивная батарея тестов Тест соединения чисел (TMT; части A и B): Обе части TMT состоят из 25 кругов, распределенных на листе бумаги формата A4. В части A круги пронумерованы 1-25, и участнику предлагается провести линии, чтобы соединить числа в возрастающем порядке. В части B круги включают как числа (1-13), так и буквы (A-L), и участнику предлагается провести линии, чтобы соединить круги в возрастающем порядке, но с дополнительной задачей чередования чисел и букв (т.е., 1-A-2-B-3-C и т.д.). В обеих частях участнику предлагается соединить круги как можно быстрее, не отрывая карандаш от бумаги. Если допущена ошибка, она немедленно указывается, и участнику разрешается ее исправить. Во время теста измеряется время до завершения, причем большее время указывает на большее нарушение.

Слуховой вербальный тест Рея: RAVLT — это нейропсихологическая оценка, предназначенная для оценки вербальной памяти у пациентов в возрасте 16 лет и старше. RAVLT может использоваться для оценки характера и тяжести нарушения памяти и отслеживания изменений функции памяти с течением времени [28]. Тест разработан как парадигма обучения списку, в которой доброволец слышит список из 15 существительных и просится вспомнить как можно больше слов из списка. Отмечается количество правильных и количество слов, названных участником, но не входящих в список (интрузии). Этот процесс повторяется еще 4 раза. Процесс повторяется, но представляется второй «интерференционный» список (Список B) таким же образом, и участника просят вспомнить как можно больше слов из Списка B, и записывается результат. После интерференционного испытания участника немедленно просят вспомнить слова из Списка A, который он слышал пять раз ранее, и записывается количество правильных слов и интрузий. Общее количество RAVTL, количество отвлечений и удержание записываются и анализируются.

Тест интерференции слов и цветов Струпа. Участников просили вслух называть свои ответы на слова или цвета в течение 45 с как можно быстрее и не оставлять ошибок неисправленными. Это записывалось на видео, и количество ошибок и общее количество выполненных заданий записывалось и анализировалось. Первый лист содержал текст (красный, синий, желтый, черный и зеленый) черными чернилами (тест называния слов, W). Второй лист содержал блоки цвета, соответствующие тексту на первом листе (тест называния цвета, C). На третьем листе участники должны были назвать слово (которое было окрашено иначе, чем слово, например, слово было желтым, а цвет красным, называемый тестом называния цвета слова, CW), а на четвертом листе участники должны были назвать цвет (который был неправильно назван, например, цвет был желтым, но слово было красным, называемый тестом называния слова, а не цвета, WC). На этом четвертом листе слова были напечатаны в обратном порядке по сравнению с третьим листом. Необработанные данные анализировались на количество ошибок (чтобы дать указание на точность темпа/скорости за 45 с) и баллы интерференции (индикатор эффективности тормозной функции), где C представляет правильные ответы, произведенные за 45 с в назывании цветов, а CW соответствует правильным ответам, достигнутым за 45 с в условии интерференции. Это также выполнялось для теста называния слова, а не цвета.

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) Изометрическое максимальное произвольное сокращение Участники выполняли изометрические МПС мышц квадрицепса (продолжительностью 3 с), как с чрескожной стимуляцией интерполированного подергивания (Digimeter, DS7, Хартфордшир, Великобритания), так и без нее. Во время начальной сессии участники практиковались в выполнении МПС без интерполированного подергивания, чтобы привыкнуть к практике достижения и поддержания произвольного усилия в течение требуемого времени. Эта сессия также использовалась для получения максимальной толерантности к току и установления супрамаксимальной амплитуды тока для наложения во время МПС. При покое испытуемого амперность импульса прямоугольной формы 240 В (100 мкс, 1 Гц) постепенно увеличивалась до точки, когда дальнейшее увеличение интенсивности не вызывало дальнейшего увеличения силы покоящегося подергивания.

Интерполированное подергивание Квадрицепсы стимулировались электрически с использованием двух увлажненных поверхностных электродов (Chattanooga, США, 5 x 12 см), которые располагались проксимально над латеральной широкой мышцей бедра и дистально над медиальной широкой мышцей бедра. Кожа подготавливалась перед размещением каждого электрода путем бритья и легкого абразивного воздействия на кожу, с последующей очисткой тампоном с изопропиловым спиртом. Постоянный маркер использовался для отметки и идентификации положения каждого электрода, чтобы минимизировать вариабельность размещения электродов от сессии к сессии. Два импульса подавались до и после сокращений; два других импульса вводились во время периода сокращения и тестировали пиковое значение МПС. Пиковые силы подергиваний до и после сокращения затем усреднялись, позволяя сравнить амплитуды покоящихся подергиваний в непотенцированном и потенцированном состояниях соответственно. Амплитуда супрамаксимального наложенного тока определялась для каждого испытуемого в ознакомительных сессиях и соответствовала 10% выше уровня, необходимого для вызова покоящегося мышечного подергивания максимальной амплитуды.

Данные собирались в течение девяти секунд и анализировались с помощью коммерчески разработанной программы (AcqKnowledge III, Biopac Systems, Массачусетс). Расчет произвольной активации проводился согласно отношению интерполированного подергивания, при котором размер интерполированного подергивания выражается как отношение амплитуды, вызванной тем же стимулом, поданным к расслабленной потенцированной мышце. Средняя сила в течение 100 мс периода перед применением каждого стимула во время сокращения записывалась, и впоследствии максимальная сила, записанная в течение 100 мс периода после применения каждого стимула. Средняя сила 100 мс до стимула (принятая как сила МПС) и результирующая максимальная сила после стимула использовались для расчета размера интерполированного подергивания путем вычитания средней силы до стимула из максимальной силы после стимула.

Произвольная активация = = [1 - (Размер интерполированного подергивания / Размер покоящегося подергивания)] x 100

Во время ознакомительных сессий участники чередовали выполнение МПС с интерполированным подергиванием и без него, так что примерно три попытки каждого выполнялись в каждой сессии. Стандартизированная сильная вербальная поддержка во время каждой ознакомительной сессии/попытки и визуальная обратная связь в реальном времени об их производительности предоставлялась участникам через компьютерный дисплей на большом экране, расположенном перед ними.

iii) Приседания со штангой на спине и жим лежа Участники знакомились с приседаниями со штангой на спине и жимом лежа три раза до начала тестового цикла. Каждого участника просили выполнить приседания со штангой на спине с увеличивающимися нагрузками (40, 60, 80% 1ПМ) по одному повторению на каждой нагрузке, и между каждым усилием разрешался 5-минутный отдых. Аналогично для жима лежа, каждый участник выполнял одно повторение против каждой увеличивающейся нагрузки (40, 60 и 80% 1ПМ), и снова давался 5-минутный отдых между каждым рабочим усилием. Это делалось для того, чтобы знать, что верхние нагрузки, требуемые для экспериментальных испытаний, комфортно находятся в пределах физических возможностей каждого из участников, и, таким образом, была минимальная вероятность того, что они не смогут выполнить требуемые усилия для сбора данных. Каждый из участников выполнял два упражнения в том же порядке: жим лежа, а затем приседания со штангой на спине, выполняя три подъема в каждом упражнении против прогрессивно увеличивающихся нагрузок (40, 60 и 80% 1ПМ). Собственная масса тела индивидуума учитывалась в упражнении приседания со штангой на спине, так как это движение всего тела, но не в жиме лежа. Линейный энкодер силы-скорости MuscleLab (Muscle Lab, версия Ergotest 4010, Норвегия) был прикреплен к олимпийской штанге Eleiko (20 кг), которая была установлена на стойках на стандартной стойке для приседаний, страховочные упоры были установлены так, чтобы участник достигал положения сгибания колена ≥90° (настройки измерялись и записывались в процессе ознакомления). Из этого положения участнику предлагалось поднимать штангу вверх как можно более мощно; значение, записанное во время теста, относилось только к концентрической фазе действия. Система MuscleLab кодирует силу, перемещение штанги и скорость, произведенную для каждого отдельного подъема, так что следующие измерения мышечной производительности могут быть измерены: средняя скорость (AV), средняя мощность (AP, средняя сила x средняя скорость), пиковая скорость (PV, наивысшее значение скорости), время до пиковой скорости (tPV, время достижения наивысшего значения скорости), средняя пропульсивная скорость (MPV, средняя скорость во время пропульсивной фазы концентрического движения), скорость развития скорости (RDV, среднее ускорение во время пропульсивной фазы концентрического движения) и перемещение (D, линейное перемещение штанги во время движения). Этот процесс повторялся три раза, с разрешенным 5-минутным отдыхом между каждым отдельным подъемом и против прогрессивных рабочих нагрузок, как описано выше. Для жима лежа участнику предлагалось опустить штангу к груди и, опять же, давалась инструкция толкать штангу как можно более мощно. Это повторялось три раза против рабочих нагрузок, описанных выше, с 5-минутным отдыхом между каждым толчком.

Наивысшие из трех выходных значений AP (и связанные значения AV, PV, MPV, RDV, D и tPV) использовались для анализа для каждой массы на штанге для жима лежа и приседаний со штангой на спине соответственно. Чтобы снизить вероятность травмы, два человека располагались по обе стороны от участников, когда они выполняли свои подъемы, чтобы вмешаться в любое время, если потребуется. Кроме того, на каждом случае имелась страховочная поддержка.

Экспериментальный протокол и измерения

Экспериментальные сессии проводились через неделю после последнего ознакомления с 72-часовым восстановлением между тремя экспериментальными условиями (т.е. CAFF, PLAC, NoPill). По прибытии в лабораторию их просили вставить мягкий гибкий ректальный зонд (мини-термистор, Grant Instruments, Шепрет, Великобритания) примерно на 10 см за внешний анальный сфинктер. Затем участники отдыхали в течение 30 минут в сидячем положении для оценки покоящейся ректальной температуры (Trec). Температура кожи (Tsk) оценивалась одновременно кожными термисторами (Grant Instruments, серия Squirrel 2010, Шепрет, Великобритания), которые размещались в четырех местах на левой стороне тела (грудь [ch], предплечье [f], бедро [th] и икра [ca]). Среднее значение последних 5 минут 30-минутного периода покоя записывалось для покоящихся температур Trec и Tsk. Средняя Tsk рассчитывалась следующим образом:

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

Средняя температура тела (Tmb) рассчитывалась с использованием:

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

Участники заполняли опросник профиля настроения (POMS; Версия 32), свою субъективную оценку сна (используя вопросы о сне из Ливерпульского опросника джетлага), усилия (0-10, 0 = нет усилия и 10 = максимальное усилие) и оценку воспринимаемого напряжения (RPE). После начальных измерений покоя участники разминались на велоэргометре (Corival cpet, Lode, Гронинген, Нидерланды) в течение 5 минут при 150 Вт. После разминки участники удаляли ректальные зонды в уединении, и кожные термисторы снимались. После этого выполнялись МПС, жим лежа и приседания со штангой на спине.

Статистический анализ Основными исследовательскими переменными в настоящем исследовании были пиковая сила в МПС и PV в жиме лежа и приседаниях со штангой на спине. Для пиковой силы МПС предполагалось, что шестнадцать участников обеспечат 80% статистической мощности (p < 0,05), размер эффекта (ES) суточной вариации 0,67 для одностороннего t-теста. Для PV для жима лежа предполагалось, что девять участников обеспечат 80% статистической мощности (p < 0,05), размер эффекта (ES) суточной вариации 0,92 для одностороннего t-теста. Для PV для приседаний со штангой на спине предполагалось, что девять участников обеспечат 80% статистической мощности (p < 0,05), размер эффекта (ES) суточной вариации 0,91 для одностороннего t-теста. Исследователи набрали 18 участников, чтобы учесть выбывание, причем n=4 не смогли завершить полный протокол. Оценка размера выборки была выполнена с использованием программного обеспечения G*Power 3.1. Данные анализировались с использованием Статистического пакета для социальных наук версии 30 (SPSS, Чикаго, Иллинойс, США). Все данные проверялись на нормальность с помощью теста Шапиро-Уилка. Общие линейные модели использовались для анализа всех собранных измерений; значимость взаимодействий и основных эффектов оценивалась с помощью ANOVA. Нарушения сферичности корректировались по Гринхаусу-Гейссеру (ε < 0,75) или Хьюну-Фельдту (ε > 0,75), а основные эффекты — попарными сравнениями Бонферрони. Проводились корреляции Пирсона для изучения индивидуальных реакций на CAFF по сравнению с другими условиями (относительно массы тела) и процентного изменения производительности МПС. Все данные представлены как средние значения ± стандартное отклонение (SD), если не указано иное. Значимость устанавливалась на уровне p ≤ 0,05. P-значения между 0,05 и 0,10 считались указывающими на статистическую тенденцию. Размеры эффектов упоминаются как значения частичного эта-квадрата (η²p) со значениями 0,01, 0,06 и 0,14, соответствующими малому, среднему и большому эффекту соответственно. Девяносто пять процентов доверительных интервалов (95% ДИ) и средние различия между попарными сравнениями сообщаются там, где это уместно.