Effekter av koffeininmundring på kognitiva och muskelstyrkemått på morgonen hos män

Deltagare Fjorton manliga vuxna med biologiskt kön och genus som klassificerades som "rekreativt aktiva". Alla deltagare rekryterades från studentpopulationen vid universitetets idrottsvetenskapliga institution. Inklusionskriterierna var friska vuxna (18-30 år), skadefria, med tidigare erfarenhet av vikt-/styrketräning (≥ 2 år). Projektet öppnade även för kvinnor att delta, men inga kvinnor anmälde sig. Deltagarna gick vanligtvis till sängs mellan 22:00-23:30 och steg upp 06:00-07:30 och för studieändamål gick de med på att gå till sängs 22:30 och stiga upp 06:30. Ingen av deltagarna fick någon farmakologisk behandling (inklusive icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel, NSAID) under hela studieperioden. Vanlig koffeinkonsumtion bedömdes med hjälp av koffeinkonsumtionsfrågeformuläret (CCQ) och de med >150 mg per dag exkluderades. Vidare uttryckte alla deltagare ingen preferens för träning gällande tid på dygnet genom ett veckovis självrapporterat 2-veckors träningsdagbok. Att rekrytera deltagare med denna specifika typ av träningshistorik innebar att de kända neuromuskulära facilitativa responserna, som vanligtvis associeras med akuta ökningar i muskelstyrka hos outränade individer på grund av neurala anpassningar och responser, reducerades. Exklusionskriterier inkluderade depressivt humör (från Becks depressionsinventering), dålig sömnkvalitet (en Pittsburgh sömnkvalitetsindex global poäng >5, nyligt skiftarbete eller resor över flera tidszoner och 'extrem' kronotyp (bedömd via Compo-site Morningness Questionnaire) samt riskfaktorer och/eller symptom på hjärt-kärlsjukdom. Genom intervjuer fastställdes att frivilliga hade minimal kunskap om effekterna av tid på dygnet eller tid sedan sömn på mänsklig prestation. Muntlig förklaring av det experimentella förfarandet gavs till alla; detta inkluderade studiens mål; de möjliga riskerna associerade med deltagande och de experimentella procedurer som skulle användas. Eventuella frågor besvarades. Individer gav sedan skriftligt informerat samtycke innan de deltog i studien. De experimentella procedurerna godkändes av Human Ethics Committee vid Liverpool John Moores University (ETIKKOD: 08/SPS/030). Studien genomfördes i enlighet med tidskriftens etiska standarder och följde principerna i Helsingforsdeklarationen.

Forskningsdesign Alla deltagare var tvungna att besöka fysiologiska laboratoriet (Liverpool, UK) vid sju tillfällen (torrtemperatur 19-21°C, 29-41% luftfuktighet, barometertryck 962-1010 mmHg och omgivande ljus 750 lux). Deltagarna genomförde (i) ett maximum repetition (1RM) för bänkpress och knäböj, ii) två inlärningssessioner av kognitiva och styrkeprestationstester en vecka före det experimentella protokollet. Under inlärningarna fyllde deltagarna i en 7-dagars matdagbok som analyserades med Nutritics® analysprogramvara av en SENr-registrerad idrotts- och träningsnutritionist. De återstående sessionerna bestod av iii) tre experimentella sessioner, alla minst 72 timmar åtskilda som en standardiserad återhämtningsperiod. Den experimentella delen omfattade tre experimentella försök a) Kontroll (NoPill), b) Koffein (300 mg, CAFF) och c) placebo (maltodextrin, PLAC)] mellan 07:30 och 08:30 (Figur 1). Deltagarna gick till sängs föregående natt runt 22:30, vaknade 06:30 och anlände till laboratoriet 07:00 i fastat tillstånd. För CAFF- och PLAC-villkoren tillhandahölls tabletter i en plastflaska med instruktioner att inta med vatten 06:30 före ankomst till laboratoriet, med bekräftelse vid ankomst. För NoPill-kontroll tillhandahölls ingenting. Deltagarna instruerades att undvika träning eller intensiv fysisk aktivitet 48 timmar före något av besöken, annars upprätthöll deltagarna sina normala dagliga rutiner. Totalt innehöll de tre koffeinkapslarna 300 mg koffein anhydrous och det återstående utrymmet upptogs av maltodextrin (Applied Nutrition LTD, Knowsley, UK) och placebokapslar tillverkades på institutionen och innehöll maltodextrin (~2,4 g, Sport supplements Ltd t/a BulkTM Colchester, UK). Forskare och deltagare var blindade för supplement-schemat och både koffein och placebo lättdammades med maltodextrin för att skapa en liknande smak, båda hade liknande vikt (0,8 g/kapsel) och var storlek 00. Ordningen för behandling avslöjades i slutet av projektet av en forskare ansvarig för anonymisering och randomisering.

Alla försök utfördes med endast en deltagare åt gången, men med en förskjuten start så att en deltagare kom in 06:45, nästa 07:00 och den sista för den morgonens session 07:15. Denna schemaläggning för deltagarna hölls konsekvent för alla sessioner. Alla deltagare bodde högst 10 minuter från universitetslaboratorierna. Deltagarna fördelades lika, baserat på deras 1RM för bänkpress och knäböj, i tre grupper (A, B och C), genom att lista deltagarnas tider från den andra inlärningen i ordning från starkast till svagast och tilldela bokstäverna A, B och C i ordning. Förekomsten av inlärningseffekt minimerades genom att tilldela de experimentella villkoren i motbalanserad ordning. Denna studie genomfördes mellan månaderna november till februari (UK höst till vinter), med morgonsol exponering begränsad till <80 Lux före ankomst till laboratoriet. Soluppgångsintervallet under studieperioden var 07:12 till 07:03.

Protokoll och mätningar: inlärningssessioner Deltagarna genomförde två inlärningssessioner av alla styrke-, kognitiva och frågeformulärsmått, innan de ansågs redo att delta i studien. En variationskoefficientvärde mindre än eller lika med 10 % för variabler mellan första och andra måtten användes som kriterium för inlärning i linje med rekommendationerna från Atkinson och Nevill [26]. Inlärningssessioner ägde rum 12:00 under en treveckorsperiod och avslutades en vecka före studien startade för att minimera inlärningseffekter. Deltagarna anlände 0,5 timmar före teststart och vilade i sittande position, för att minimera påverkan av tidigare muskelaktivitet. Deltagarna genomförde inlärningen i följande ordning: i) kognitiv testbatteri, ii) isometrisk maximal frivillig kontraktion (MVC) med och utan perkutan elektrisk stimulering, iii) knäböj och bänkpress.

i) Kognitiv testbatteri Trail Making Test (TMT; del A och B): Båda delarna av TMT består av 25 cirklar fördelade över ett A4-papper. I del A är cirklarna numrerade 1-25, och deltagaren instrueras att dra linjer för att koppla ihop siffrorna i stigande ordning. I del B inkluderar cirklarna både siffror (1-13) och bokstäver (A-L) och deltagaren instrueras att dra linjer för att koppla ihop cirklarna i stigande mönster men med den extra uppgiften att växla mellan siffror och bokstäver (dvs. 1-A-2-B-3-C etc.). I båda delarna instrueras deltagaren att koppla ihop cirklarna så snabbt som möjligt, utan att lyfta pennan från papperet. Om ett fel görs, påpekas detta omedelbart och deltagaren får korrigera det. Under testet mäts tiden till slutförande, med en högre tid som indikerar större nedsättning.

Rey Auditory Verbal Learning Test: RAVLT är en neuropsykologisk bedömning utformad för att utvärdera verbal minne hos patienter 16 år och äldre. RAVLT kan användas för att utvärdera arten och allvaret av minnesdysfunktion och för att spåra förändringar i minnesfunktion över tid [28]. Testet är utformat som ett listinlärningsparadigm där volontären hör en lista på 15 substantiv och ombeds återkalla så många ord från listan som möjligt. Antalet korrekta och antalet som gavs av deltagaren men inte fanns på listan (intrusioner) noteras. Denna process upprepas 4 gånger till. Processen upprepas men med en andra "interferens"lista (Lista B) presenteras på samma sätt, och deltagaren ombeds återkalla så många ord som möjligt från Lista B och poängsättning registreras. Efter interferensförsöket ombeds deltagaren omedelbart att återkalla orden från Lista A, som de hörde fem gånger tidigare och antalet korrekta ord och intrusioner registreras. RAVTL totalt antal, antal distraktioner och retention registreras och analyseras.

Stroop ord-färg interferenstest. Deltagarna ombads läsa upp sina svar på ord eller färger i 45 s så snabbt som möjligt och att inte lämna några fel okorrigerade. Detta filmades och antalet fel och totalt antal slutförda registrerades och analyserades. Det första arket hade text (röd, blå, gul, svart och grön) i svart bläck (namngivning ord test, W). Det andra arket hade färgblock som motsvarar texten på det första arket (namngivning färg test, C). Med det tredje arket var deltagarna tvungna att läsa upp ordet (som var färgat annorlunda än ordet, t.ex. ordet var gult och färgen röd, kallat namngivning färg av ord test, CW) och för det fjärde arket var deltagarna tvungna att läsa upp färgen (som felaktigt namngavs, t.ex. färgen var gul men ordet var rött, kallat namngivning av ord inte färg test, WC). I detta fjärde ark var orden tryckta i omvänd ordning till det tredje arket. Rådata analyserades för antal fel (för att ge en indikation på takt/hastighetsnoggrannhet under 45 s) och interferenspoäng (en indikator på effektiviteten av den hämmande funktionen), där C representerar de korrekta svaren producerade på 45 s i namngivning färger, och CW motsvarar de korrekta svaren uppnådda på 45 s i interferensvillkoret. Detta utfördes även för namngivning av ord inte-färg test.

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) Isometrisk maximal frivillig kontraktion Deltagarna utförde isometriska MVCs av quadricepsmuskler (3 s varaktighet), både med och utan twitch interpolation perkutan stimulering (Digimeter, DS7, Hertfordshire, UK). Under den inledande sessionen tränade deltagarna att utföra MVCs utan twitch interpolation, för att vänja sig vid att uppnå och upprätthålla frivillig kraft under den tid som krävdes. Denna session användes också för att erhålla maximal ström tolerans och etablera den supra-maximala strömamplituden för superposition under en MVC. Med subjektet i vila ökades ampere för en 240 V fyrkantsvågspuls (100 μs, 1 Hz) progressivt tills punkten då ytterligare intensitetsökningar inte orsakade någon ytterligare ökning i vilotwitchkraft uppnåddes.

Twitch interpolation Quadricepsen stimulerades elektriskt med två fuktade ytelektroder (Chattanooga, USA, 5 x 12 cm) som placerades proximalt över vastus lateralis och distalt över vastus medialis. Huden förbereddes före placering av varje elektrod genom rakning och lätt skrapning av huden, följt av rengöring med en isopropylalkohol svabb. En permanent markering penna användes för att markera och identifiera positionen för varje elektrod för att minimera elektrodplaceringsvariabilitet från session till session. Två impulser levererades före och efter kontraktionerna; de andra två impulserna administrerades under kontraktionsperioden och testade toppvärdet av MVC. Toppkrafterna för före- och efterkontraktion twitcharna genomsnittades sedan, vilket möjliggjorde jämförelse av vilotwitchamplituder i både opotentierat och potentierat tillstånd respektive. Amplituden för supra-maximal superponerad ström identifierades för varje subjekt i inlärningssessioner och motsvarade 10% ovanför den nivå som krävdes för att framkalla en vilomuskel twitch av maximal amplitud.

Data samlades in i nio sekunder och analyserades med ett kommersiellt utformat mjukvaruprogram (AcqKnowledge III, Biopac Systems, Massachusetts). Beräkningen av frivillig aktivering utfördes enligt ett interpolerat twitch förhållande där storleken på det interpolerade twitch uttrycks som ett förhållande av amplituden framkallad av samma stimulus levererad till en avslappnad potentierad muskel. Den genomsnittliga kraften under 100 m.s-1 perioden före applicering av varje stimulus under kontraktionen registrerades och därefter den maximala kraften registrerades under 100 m.s-1 perioden efter att varje stimulus hade applicerats. Den 100 m.s-1 genomsnittliga före-stimulus kraften (tagen som MVC kraft) och den resulterande maximala efter-stimulus kraften användes för att beräkna storleken på det interpolerade twitch, genom subtraktion av genomsnittlig före-stimulus kraft från maximal efter-stimulus kraft.

Frivillig aktivering = = [1 - (Storlek på interpolerat twitch / Storlek på vilotwitch)] x 100

Under inlärningssessioner växlade deltagarna mellan att utföra MVCs med och utan twitch interpolation, så att ungefär tre försök av varje utfördes inom varje session. Standardiserad stark muntlig uppmuntran under varje inlärningssession/försök och realtids visuell feedback av deras prestation tillhandahölls till deltagarna via datorskärmen på en stor skärm placerad framför dem.

iii) Knäböj och bänkpress Deltagarna blev bekanta med knäböj och bänkpress tre gånger före start av testcykeln. Varje deltagare ombads utföra knäböj med inkrementella laster (40, 60, 80% 1RM) för en repetition vid varje last och 5-min vila tilläts mellan varje ansträngning. Likaså för bänkpress utförde varje deltagare en repetition mot varje inkrementell last (40, 60 och 80 % 1RM) och återigen gavs 5-min vila mellan varje arbetsansträngning. Detta gjordes så att de övre lasterna som krävdes för de experimentella försöken var kända för att vara bekvämt inom var och en av deltagarnas fysiska förmågor och som sådan fanns minimal sannolikhet att de skulle misslyckas med att utföra de nödvändiga ansträngningarna för datainsamling. Var och en av deltagarna utförde de två övningarna i samma ordning: bänkpress och sedan knäböj, utförde tre lyft vid varje övning mot progressivt ökande laster (40, 60 och 80 % 1RM). Individens egen kroppsvikt faktorerades in i knäböjövningen, eftersom detta är en helkroppsrörelse, men inte i bänkpress. MuscleLab kraft-hastighet linjärkodare (Muscle Lab, Ergotest version 4010, Norge) fästes vid en Eleiko Olympisk stång (20 kg) som placerades på vilar på ett standard knäböjställ, säkerhetsarmar ställdes så att deltagaren uppnådde ≥90° knäflexionsposition (inställningar mättes och registrerades under inlärningsprocessen). Från denna position instruerades deltagaren att driva stången uppåt så kraftfullt som möjligt; värdet registrerat under testet var för den koncentriska fasen av handlingen endast. MuscleLab-systemet kodar kraften, förskjutningen av stången och hastigheten producerad för varje individuellt lyft, så att följande mätningar av muskelprestation kan mätas: genomsnittlig hastighet (AV), genomsnittlig effekt (AP, genomsnittlig kraft x genomsnittlig hastighet), topphastighet (PV, högsta värde av hastighet), tid till topphastighet (tPV, tid att nå högsta värde av hastighet), genomsnittlig propulsiv hastighet (MPV, genomsnittlig hastighet under den propulsiva fasen av den koncentriska rörelsen), hastighetsutvecklingshastighet (RDV, genomsnittlig acceleration under den propulsiva fasen av den koncentriska rörelsen) och förskjutning (D, linjär förskjutning av stången under rörelsen). Denna process upprepades tre gånger, med 5-min vila tillåten mellan varje individuellt lyft, och mot de progressiva arbetsbelastningarna som beskrivs ovan. För bänkpress instruerades deltagaren att sänka stången till bröstet och, återigen, instruktionen given var att trycka mot stången så kraftfullt som möjligt. Detta upprepades tre gånger mot arbetsbelastningarna beskrivna ovan, med 5-min vila mellan varje tryck.

Det högsta av de tre AP-utdatan (och associerade AV, PV, MPV, RDV, D och tPV värden) användes för analys för varje massa på stången för både bänkpress och knäböj respektive. För att minska risken för skada placerades två personer på varje sida av deltagarna när de utförde sina lyft, för att ingripa vid behov. Dessutom fanns säkerhetsstöd på plats vid varje tillfälle.

Experimentellt Protokoll och Mätningar

De experimentella sessionerna ägde rum en vecka efter den sista inlärningen med 72 timmars återhämtning mellan de tre experimentella villkoren (dvs. CAFF, PLAC, NoPill). Vid ankomst till laboratoriet ombads de att sätta in en mjuk flexibel rektalprobe (mini-termistor, Grant Instruments, Shepreth, UK) ungefär 10 cm bortom den externa anala sfinktern. Deltagarna vilade sedan i 30 min i sittande position för att bedöma vilorektal temperatur (Trec). Hudtemperatur (Tsk) bedömdes samtidigt av hudtermistorer (Grant Instruments, Squirrel 2010 serie, Shepreth, UK), som placerades på fyra platser på vänster sida av kroppen (bröst [ch], underarm [f], lår [th] och vaden [ca]). Genomsnittet av de sista 5 min av 30 min viloperiod registrerades för vilotemperaturer Trec och Tsk. Medel Tsk beräknades enligt följande:

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

Medelkroppstemperaturen (Tmb) beräknades med:

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

Deltagarna fyllde i profil av humörtillstånd frågeformulär (POMS; Version 32), deras subjektiva bedömning av sömn (med sömnfrågor från Liverpool Jet lag Questionnaire, ansträngning (0-10, 0 = ingen ansträngning och 10 = maximal ansträngning) och bedömning av upplevd ansträngning (RPE). Efter de initiala vilomätningarna värmede deltagarna upp på en cykelergometer (Corival cpet, Lode, Groningen, Nederländerna) i 5 min vid 150 W. Efter uppvärmning tog deltagarna bort rektalprober privat och hudtermistorer togs bort. Efter detta utfördes MVC och bänkpress och knäböjövningar sedan.

Statistisk analys De huvudsakliga forskningsvariablerna i denna studie var toppkraft i MVC och PV i bänkpress och knäböj. För MVC toppkraft uppskattades sexton deltagare ge 80% statistisk styrka (p < 0,05), dygnsvariation effektstorlek (ES) på 0,67 för en-sidat t-test. För PV för bänkpress uppskattades nio deltagare ge 80% statistisk styrka (p < 0,05), dygnsvariation effektstorlek (ES) på 0,92 för en-sidat t-test. För PV för knäböj uppskattades nio deltagare ge 80% statistisk styrka (p < 0,05), dygnsvariation effektstorlek (ES) på 0,91 för en-sidat t-test. Forskarna rekryterade 18 deltagare för att tillåta för avhopp, med n=4 oförmögna att slutföra hela protokollet. Stickprovsstorleksuppskattningen utfördes med programvara G*Power 3.1. Data analyserades med Statistical Package for Social Sciences version 30 (SPSS, Chicago, IL, USA). All data kontrollerades för normalitet med Shapiro-Wilk test. Allmänna linjära modeller användes för att analysera alla insamlade mätningar; signifikansen av interaktioner och huvudeffekter utvärderades med ANOVA. Sfäricitetsöverträdelser korrigerades av Greenhouse-Geisser (ε < 0,75) eller Huynh-Feldt (ε > 0,75) och huvudeffekter av Bonferroni parvisa jämförelser. Pearson korrelationer utfördes för att utforska individualiserade responser på CAFF vs andra villkor (relativt kroppsvikt) och % förändring i MVC prestation. All data presenteras som medelvärden ± standardavvikelse (SD), om inte annat anges. Signifikans sattes vid p ≤ 0,05. P-värden mellan 0,05 och 0,10 ansågs indikera en statistisk trend. Effektstorlekar hänvisas till som partiella eta kvadratvärden (η2p) med värden 0,01, 0,06 och 0,14 motsvarande en liten, medelstor och stor effekt respektive. Nittiofemprocentiga konfidensintervall (95% CI) och medelskillnader mellan parvisa jämförelser rapporteras där lämpligt.