Koffein, genetisk variation och atletisk prestation (GMC-AP)

Forskningsmetoder och design

Experimentell design:

Denna randomiserade, dubbelblinda, placebokontrollerade, motmätta studiedesign inom försökspersoner kommer att inkludera 100 manliga idrottare från en mängd olika sporter. Kvinnor kommer inte att inkluderas i denna studie eftersom användning av hormonella preventivmedel, vilket är vanligt bland kvinnliga idrottare, och tidpunkten för menstruationscykeln har en signifikant effekt på koffeinmetabolismen och träningstestets prestationsmått. Att kontrollera för dessa faktorer skulle kräva en mycket större pool av deltagare och kräva avsevärda resurser och tid. Men om resultaten från den föreslagna forskningen visar lovande resultat hos män, skulle vi då sikta på att replikera dessa fynd hos kvinnliga idrottare.

Deltagarna kommer att genomföra 4 besök (~90-120 min vardera) i Human Physiology Research Laboratory i Goldring Center vid University of Toronto. Alla tester kommer att äga rum måndag till lördag vid olika tidpunkter. Deltagarna kommer att instrueras att bibehålla sin vanliga diet (förtestade måltider kommer att replikeras för alla besök) och sömnvanor, undvika ansträngande aktivitet 48 timmar före varje besök och avstå från koffein en vecka före det första besöket och under hela tiden datainsamlingen (4 veckor).

Provstorleksberäkning

Parametrar:

Effektstorlek = 0,25: Även om en stor effektstorlek för den huvudsakliga behandlingseffekten hittades i tidigare forskning (0,38), bestämdes det att för att vara konservativ skulle detta försök användas för att detektera en liten-medelstor effektstorlek som fortfarande är av fysiologisk betydelse. Dessutom är vi intresserade av effekterna mellan de två doserna av koffein som antas vara mindre än den huvudsakliga behandlingseffekten. Därför behövdes en liten-medelstor effektstorlek för att säkerställa tillräcklig statistisk kraft för att dra slutsatser mellan koffeineffekter för tidstestanalysen. Slutligen kommer andra bedömningsparametrar såsom Vertical Jump for power sannolikt att ha en mindre effektstorlek än tidstestet som rapporterats av Tucker et al. (2013) i en studie om vertikala hoppprestationer hos manliga basketspelare. Därför skulle en mindre effektstorlek krävas för att tillräcklig effekt för studien för alla resultatmått (dvs. kraft, styrka anaerob, aerob etc.)

• Alfa (felsannolikhet) = 0,025: I allmänhet är ett alfa = 0,05 standardvärdet som ska användas för denna parameter. Men i vår studie kommer deltagarna att vara inskrivna i ett antal oberoende försök, och därför beslutades det att använda en lägre alfa för att ta hänsyn till fel som kan uppstå från flera jämförelser såsom efter sport (kraft eller uthållighet) plus genotyp (risk eller vanlig variant).
• Effekt (1-Beta-sannolikhet) = 0,8: Det konventionella värdet 0,8 användes för effekt.
• Antal grupper = 2: Antal stratifieringar som krävs för analys av genotypundergrupp
• Antal mätningar = 4: Laboratorieövningarna
• Korrelation mellan upprepade mätningar = 0: Noll korrelation mellan mätningar antogs.
• Provstorlek = 74: Baserat på beräkningar krävs 74 deltagare. Vi kommer att rekrytera 100 idrottare för att ta hänsyn till eventuella uttag på upp till 25 %, utan att potentiellt kompromissa med den statistiska signifikansen av våra resultat. Dessutom, om vi väljer att använda flera jämförelser (genotyp + sport) skulle vi dra nytta av ett större urval för att minimera minskningen i effektstorlek.

Rekrytering

Rekryteringen kommer att utföras på universiteten i Toronto, Ryerson och York University, Canadian Sport Institute of Ontario och på lokala löpar-/triathlonklubbar med hjälp av flygblad på lämpliga platser. Ett standardiserat e-postmeddelande med studie- och kontaktinformation kommer också att skickas till huvudtränare och/eller programledare för idrottslag/klubbar (på alla platser som anges ovan) med kvalificerade idrottare, som sedan kan välja att göra sina idrottare medvetna om studien.

Parametrar för bedömning

Fysiologiska data insamlade av två utbildade kinesiologer, en träningsfysiolog på doktorsnivå, en studentassistent och Nanci Guest, doktoranden.

Antropometriska och kliniska egenskaper

• Vilosystoliska (SBP) och diastoliska (DBP) blodtrycksmätningar samt puls kommer att göras två gånger, med en minuts mellanrum. Medelvärdet av de två på varandra följande avläsningarna kommer att tas.
• Pulsen kommer att mätas före alla tester för att säkerställa deltagarnas lugn och liknande fysiologiska tillstånd för alla tester och testdagar.
• Pulsen kommer att övervakas under hela försöken (besök 2-4) av Polar Heart Rate Monitors (Polar Electro, Finland)
• Höjden kommer att mätas till närmaste 0,1 cm med hjälp av en väggmonterad stadiometer och kroppsvikten kommer att mätas till närmaste 0,1 kg med hjälp av en digital våg med deltagare i lätta kläder och utan skor.
• Kroppsviktsvärdet kommer att användas för att bestämma 2 och 4 mg per kilo kroppsmassadoser för koffeinbehandlingar (plus en placebodos) som kommer att intas i slumpmässig ordning (härledd av forskningsassistent och blindad för alla utredare) under besök 2, 3 och 4, under de följande tre veckorna.
• Kroppssammansättning kommer att bedömas med en bioimpedensskala (BC-558 Ironman Segmental Body Composition Monitor)

Träningsprov

Beskrivande egenskaper

Maximal aerobic kapacitet kommer att bedömas genom ett VO2 max-test på en cykelergometer. Detta test är en del av beskrivande data och kommer att användas för att bestämma resistans som ställts in i tidstestet (65 % toppeffekt). Deltagarna kommer att genomgå ett graderat träningstest på en Monark-cykelergometer (Groningen, Nederländerna) tills de blir viljemässig trötthet. För att bestämma maximal syreförbrukning (VO2Max) kommer luftprover att analyseras för syre- och koldioxidkoncentrationer via ett indirekt spirometrisystem med öppen krets (Parvomedics, Metabolic Cart, Sandy, Utah). Ämnen kommer att ställas in med en Polar pulsmätare.

Fyra huvudsakliga resultatmått (kraft, styrka, anaerob och aerob kapacitet)

• Muskelkraft kommer att bedömas med Vertical Jump Test (VJT) som beskrivits tidigare (5). Deltagarna kommer att genomföra två försök vid vart och ett av två vertikala hopptest på en kraftplatta (AMTI, Watertown, MA, USA).

  1. squat jump (SJ): från en hukposition (knävinkel: ungefär 90°) där ingen preliminär motrörelse utförs;
  2. motrörelsehopp (CMJ): från en upprätt stående position med en preliminär motrörelse; Det kommer att finnas en 30 sekunders viloperiod mellan hoppen och det bästa resultatet av två kommer att registreras.
• Styrka (överkropp) kommer att bedömas med hjälp av en Handgrip Dynamometer (Lafayette Instrument Company modell 78010). Den högsta poängen efter 3 försök kommer att registreras (i kg).

• Anaerob kapacitet kommer att bedömas med Wingate Anaerobic Test på en cykelergometer (Ergomedic 849E, Monark, Sverige). Deltagarna kommer att cykla mot ett fast motstånd på 0,085 kg/kg kroppsvikt. Tre huvudmått kommer att registreras under testet:

  • Toppeffekt (PP): ett mått på maximal anaerob effekt, eller den maximala effekt som uppnåtts under en 5-sekundersperiod under de första 10 sekunderna av testet. PP kommer att registreras i Watt (W) och W/kg.
  • Medeleffekt (MP): ett mått på anaerob kapacitet, eller medeleffekten som uppnås under 30-sekunderstestet. MP kommer att spelas in i W och W/kg.
  • Trötthetsindex (FI): ett mått på hastigheten för effektminskning, eller skillnaden mellan den högsta 5-sekunderseffekten och den lägsta 5-sekunderseffekten, dividerat med förfluten tid. FI kommer att registreras i procent.
• Uthållighet/aerob kapacitet och effekt kommer att bedömas av en cykeltidsförsök (TT). Deltagarna kommer att instrueras att genomföra en 10 km TT, utförd på en cykelergometer (Monarch Sports and Medical, Vansbro, Sverige), så snabbt som möjligt utan temporal, verbal eller fysiologisk feedback. Tid som krävs för att slutföra testet och genomsnitt effekt kommer att registreras vid slutförandet av varje test.

Ytterligare tester under träningstestning

• Blodlaktattest. Omedelbart efter Wingate-testet kommer deltagarna att sticka fingret med en engångslansett för att punktera huden och ta ett kapillärblodprov för analys med Lactate Pro-analysatorn (LT-1710, Arkray Inc, Kyoto, Japan)
• Rating of Perceived Exertion (RPE) - Borg-skalan för RPE kommer att användas för att bedöma försökspersoners uppfattning om trötthet.

Genotypning

Salivprover kommer att samlas in under besök 1 av träningstestning med hjälp av Oragene-500-kitet för DNA-isolering med standardprocedurer som beskrivits tidigare. Vi kommer att genomföra en genomomfattande associationsstudie, vilket är ett tillvägagångssätt som involverar scanning efter markörer över genomerna av våra studiedeltagare tillsammans, inte individer, för att hitta genetiska variationer associerade med en viss egenskap som VO2 max, laktatclearance effektivitet, muskelfibertyp och förändringar i träningsprestanda efter koffein. Vi kommer också att undersöka kända genetiska variationer som är förknippade med koffeinmetabolism och reaktion, för att avgöra om dessa gener också påverkar responsen på träning efter att försökspersoner har fått i sig koffein.

Kostintagsbedömning

Försökspersonerna kommer att fylla i ett semikvantitativt frågeformulär med 196 artiklar för att bestämma vanligt koffeinintag samt andra kostfaktorer. Kostintagsinformation kommer att användas för att identifiera potentiella effektmodifierare som vanlig koffeinkonsumtion.

Hälsa, livsstil och fysisk aktivitetsbedömning

Frågeformuläret för allmän hälsa, livsstil och fysisk aktivitet (GHLPA) kommer att innehålla detaljerade frågor om koffein (t.ex. intagsvanor, abstinenseffekter etc), som tidigare använts i vårt labb, kombinerat med ett validerat frågeformulär för vanemässig fysisk aktivitet/sporthistoria som tidigare använts för att bedöma sport/fysisk aktivitet hos idrottare.

Statistisk analys

Analyserna kommer att utföras med hjälp av SAS (Version 9.2, NC, USA, 2009) statistisk programvara. Kortfattat kommer vi att rapportera beskrivande data (längd, vikt, ålder, blodtryck, koffeinintag och vanor, kroppsfett %, VO2max, år i sport, träningstimmar per vecka, kostbedömningsdata och andra livsstilsmått) jämförelser mellan genotypgrupper med oberoende t-tester. Potentiella skillnader i VO2max, 10 km tidsförsök, anaerob kapacitet, laktat-tröskel, kraft och styrka och hastighet av upplevd ansträngning kommer att bedömas med hjälp av variansanalys med upprepade mått (RMANOVA) med behandling som en inom deltagarnas faktor och genotyp som en mellan deltagare faktor. För alla RMANOVA-procedurer kommer posthoc-tester att utföras med hjälp av oberoende och beroende t-tester med en Bonferroni-korrigering så att P<0,05 kommer att krävas som tröskel för signifikans.

Experimentell procedur

Initial screening - telefonsamtal eller personligt besök

Potentiella deltagare kommer att verifiera sitt idrottsdeltagande och förmåga att förbinda sig till fyra 2-timmarsbesök på labbet med 7 dagars mellanrum. Deltagarna kommer att påminnas om vikten av att behålla sin vanliga kost. Vikten av den erforderliga koffeinabstinensen, inklusive eventuella koffeinhaltiga kosttillskott under 7 dagar före det första besöket och studiens varaktighet (4 veckor) kommer att betonas och upprepas.

Besök 1 (~90 min)

Det första besöket på laboratoriet kommer att innebära bekantskap och inhämtning av skriftligt informerat samtycke från alla deltagare efter en förklaring om syftena, fördelarna och riskerna med studien. Deltagarna kommer att informeras om att de är fria att dra sig ur studien när som helst.

Varje försöksperson kommer att fylla i ett "exercise readiness"-enkät (PAR-Q; Physical Activity Readiness Questionnaire) har beskrivande och antropometriska data insamlade, inklusive födelsedatum, längd, kroppsmassa och blodtryck, och de kommer också att tillhandahålla ett salivprov för DNA-isolering och genotypning. Under detta första besök kommer maximal syreupptagning (VO2 max; beskrivs nedan) också att mätas för beskrivande baslinjedata och för att härleda arbetsbelastningsnivåer för experimentella tidsförsök vid efterföljande testbesök.

Besök 2, 3 och 4 (~120 min)

Alla tre besöken kommer att vara identiska med undantag för den 20 minuters vänteperioden (sedan börjar 10 minuters uppvärmning före testet) för att serumkoncentrationen av koffeinnivåer ska nå toppnivåer, där deltagaren kommer att fylla i ett annat frågeformulär eller sitta tyst med sin egen verksamhet.

Vid ankomsten kommer deltagarna att ha slumpmässigt tilldelats (för att bibehålla blindningen) att inta antingen tillägget med 2 eller 4 mg koffein per kg kroppsvikt, eller dextros placebo (PLAC). Varje deltagare kommer att inta samma antal kapslar med identisk färg och storlek under varje besök, oavsett om det är 0, 2 eller 4 mg/kg, för att bibehålla dubbelblindning av behandlingen. Varje ämne kommer att fylla i ett frågeformulär eller sitta tyst (t.ex. läsa, använda e-enheter etc.) i väntan på det första träningstestet.

Träningstestprotokollet kommer att vara identiskt för besök 2, 3 och 4. Efter 20 minuter kommer deltagarna att värma upp i 10 minuter och sedan utföra 4 träningstester (som börjar 30 minuter efter koffeinintag) för att bestämma olika prestationsmått:

i. Muskelkraft - Vertikalt hopptest

ii. Styrka - Handtag Dynamometer

iii. Anaerob kapacitet - Wingate

iv. Uthållighet/aerob kapacitet (aerob kraft) - 10 km cykeltid

Deltagarna kan dricka vatten ad libitum under träningstesten.