咖啡因、遗传变异和运动表现 (GMC-AP)

研究方法与设计

实验设计：

这项随机、双盲、安慰剂对照、受试者内反测量研究设计将包括来自各种运动的 100 名男性运动员。 女性将不包括在这项研究中，因为荷尔蒙避孕药的使用在女运动员中很常见，而且月经周期的时间对咖啡因代谢和运动测试表现有显着影响。 控制这些因素需要更多的参与者，并需要大量的资源和时间。 然而，如果拟议研究的结果在男性身上显示出有希望的结果，那么我们的目标是在女运动员身上复制这些发现。

参与者将在多伦多大学戈德林中心的人体生理学研究实验室完成 4 次访问（每次约 90-120 分钟）。 所有测试将在周一至周六的不同时间进行。 将指导参与者保持规律的饮食（所有访问都将重复测试前的膳食）和睡眠习惯，在每次访问前 48 小时避免剧烈活动，并在第一次访问前一周和访问期间戒除咖啡因数据收集（4 周）。

样本量计算

参数：

效果大小 = 0.25： 尽管在之前的研究中发现了主要治疗效果的大效应量 (0.38)，但为了保守起见，本试验将有能力检测仍然具有生理重要性的中小效应量。 此外，我们对两种剂量的咖啡因之间的影响感兴趣，这些影响被认为小于主要治疗效果。 因此，需要一个中小效应大小来确保足够的统计能力，以便为时间试验分析得出咖啡因效应之间的结论。 最后，如 Tucker 等人报告的那样，其他评估参数（例如垂直跳跃力）的效果可能比时间试验更小。 (2013) 在一项关于男性篮球运动员垂直跳跃表现的研究中。 因此，需要更小的效应量才能充分支持所有结果测量的研究（即。 力量，力量厌氧，有氧等）

• Alpha（错误概率）= 0.025：通常，alpha = 0.05 是用于此参数的标准值。 然而，在我们的研究中，参与者将参加多项独立试验，因此决定使用较低的 alpha，以考虑多重比较可能产生的误差，例如运动（力量或耐力）加上基因型（风险或常见变异）。
• 功效（1-Beta 概率）= 0.8：常规值 0.8 用于功效。
• 组数 = 2：基因型亚组分析所需的分层数
• 测量次数 = 4：实验室运动测试
• 重复测量之间的相关性 = 0：假设测量之间的相关性为零。
• 样本量 = 74：根据计算，需要 74 名参与者。 我们将招募 100 名运动员，以便在不影响我们结果的统计显着性的情况下考虑可能高达 25% 的退出。 此外，如果我们选择使用多重比较（基因型 + 运动），我们将受益于更大的样本以最小化效应量的下降。

招聘

招聘将在多伦多大学、瑞尔森大学和约克大学校园、安大略省加拿大体育学院以及当地跑步/铁人三项俱乐部通过在适当位置张贴传单进行。 包含研究和联系信息的标准化电子邮件也将发送给符合条件的运动员的主教练和/或运动队/俱乐部（在上面列出的所有地点）的项目主管，然后他们可以选择让他们的运动员了解这项研究。

评估参数

由两名训练有素的运动机能学家、一名博士级运动生理学家、一名学生助理和研究生 Nanci Guest 收集的生理数据。

人体测量和临床特征

• 静息收缩压 (SBP) 和舒张压 (DBP) 血压测量以及脉搏率将进行两次，间隔一分钟。 取两个连续读数的平均值。
• 将在所有测试前测量心率，以确保参与者在所有测试和测试日保持冷静和相似的生理状态。
• Polar 心率监测器（Polar Electro，芬兰）将在整个试验期间（访问 2-4）监测心率
• 身高将使用壁挂式测距仪测量，精确到 0.1 厘米，体重将使用数字秤测量，精确到 0.1 千克，参与者穿着轻便衣服，不穿鞋。
• 体重值将用于确定 2 和 4 毫克/千克体重的咖啡因治疗剂量（加上安慰剂剂量），这些剂量将在访视 2、3 期间以随机顺序（由研究助理得出，对所有研究人员不知情）摄入和 4，在接下来的三周内。
• 身体成分将通过生物阻抗量表（BC-558 Ironman 节段性身体成分监测仪）进行评估

运动测试

描述性特征

最大有氧能力将通过自行车测力计上的最大摄氧量测试进行评估。 该测试是描述性数据的一部分，将用于确定计时测试中设置的阻力（65% 峰值功率）。 参与者将在 Monark 自行车测力计（荷兰格罗宁根）上进行分级运动测试，直到出现意志疲劳。 为了确定最大耗氧量 (VO2Max)，将通过间接开路肺活量测定系统（Parvomedics，Metabolic Cart，Sandy，Utah）分析空气样本中的氧气和二氧化碳浓度。 将为受试者设置 Polar 心率监测器。

四个主要结果指标（爆发力、力量、无氧和有氧能力）

• 如前所述 (5)，将使用垂直跳跃测试 (VJT) 评估肌肉力量。 参与者将在测力台（AMTI，美国马萨诸塞州沃特敦）上完成两次垂直跳跃测试中的每一次尝试。

  1. 深蹲跳 (SJ)：从蹲姿开始（膝盖角度：大约 90°），不进行任何预备反动作；
  2. 反向运动跳跃（CMJ）：从直立姿势开始，进行初步的反向运动；跳跃之间将有 30 秒的休息时间，两次的最佳成绩将被记录下来。
• 力量（上半身）将使用手柄测力计（Lafayette Instrument Company 型号 78010）进行评估。 将记录 3 次试验后的最高分数（以千克为单位）。

• 厌氧能力将在自行车测力计（Ergomedic 849E，Monark，Sweden）上使用 Wingate 厌氧测试进行评估。 参与者将骑车对抗 0.085 公斤/公斤体重的固定阻力。 测试期间将记录三个主要措施：

  • 峰值功率 (PP)：最大无氧功率的量度，或在测试的前 10 秒内 5 秒内达到的最大功率输出。 PP 将以瓦特 (W) 和 W/kg 记录。
  • 平均功率 (MP)：无氧能力的量度，或在 30 秒测试期间达到的平均功率输出。 MP 将以 W 和 W/kg 记录。
  • 疲劳指数 (FI)：衡量功率下降率的指标，或最高 5 秒功率输出与最低 5 秒功率输出之间的差除以经过的时间。 FI 将记录为百分比。
• 耐力/有氧能力和功率输出将通过自行车计时赛 (TT) 进行评估。 参与者将被指导完成 10 公里的 TT，在自行车测力计（Monarch Sports and Medical，Vansbro，Sweden）上进行，尽可能快，没有时间，口头，生理反馈。完成测试所需的时间和平均功率输出将在每次测试完成时记录下来。

运动测试期间的附加测试

• 血乳酸测试。 在 Wingate 测试参与者的手指上立即用一次性柳叶刀刺破皮肤并获取毛细血管血样，用于使用 Lactate Pro 分析仪（LT-1710，Arkray Inc，Kyoto，Japan）进行分析
• 感知用力等级 (RPE) - RPE 的 Borg 量表将用于评估受试者对疲劳的感知。

基因分型

唾液样本将在运动测试的访问 1 期间收集，使用 Oragene-500 试剂盒使用标准程序进行 DNA 分离，如前所述。我们将进行全基因组关联研究，这是一种涉及扫描整个基因组标记的方法我们的研究参与者不是个人，而是一起寻找与特定特征相关的遗传变异，例如最大摄氧量、乳酸清除效率、肌肉纤维类型和咖啡因后运动表现的变化。 我们还将检查与咖啡因代谢和反应相关的已知遗传变异，以确定这些基因是否也会影响受试者摄入咖啡因后对运动的反应。

膳食摄入量评估

受试者将完成一份包含 196 项的半定量食物频率问卷，以确定习惯性咖啡因摄入量以及其他饮食因素。 膳食摄入量信息将用于确定潜在的影响调节剂，例如通常的咖啡因摄入量。

健康、生活方式和身体活动评估

一般健康、生活方式和身体活动问卷 (GHLPA) 将包括有关咖啡因的详细问题（例如 摄入习惯、戒断效应等），以前在我们的实验室中使用过，结合以前用于评估运动员运动/身体活动的经过验证的习惯性身体活动/运动史问卷。

统计分析

将使用 SAS（版本 9.2，NC，美国，2009）统计软件进行分析。 简而言之，我们将报告基因型组之间的描述性数据（身高、体重、年龄、血压、咖啡因摄入量和习惯、体脂百分比、最大摄氧量、运动年限、每周训练时间、饮食评估数据和其他生活方式指标）比较独立的 t 检验。 最大摄氧量、10 公里计时赛、无氧能力、乳酸阈值、力量和强度以及感知运动率的潜在差异将使用重复测量方差分析 (RMANOVA) 进行评估，治疗作为参与者内部因素，基因型作为参与者之间的因素因素。 对于所有 RMANOVA 程序，将使用具有 Bonferroni 校正的独立和相关 t 检验执行事后检验，以便 P<0.05 将被要求作为显着性阈值。

实验程序

初步筛选 - 电话或亲自访问

潜在参与者将验证他们的运动参与情况以及承诺每隔 7 天对实验室进行四次每次 2 小时访问的能力。 参与者将被提醒保持规律饮食的重要性。 将强调和重申所需戒除咖啡因的重要性，包括首次访问前 7 天和研究持续时间（4 周）的任何含咖啡因补充剂。

访问 1（约 90 分钟）

第一次访问实验室将涉及熟悉，并在解释研究的目的、益处和风险后获得所有参与者的书面知情同意。 参与者将被告知他们可以随时退出研究。

每个受试者将完成一份“运动准备”问卷（PAR-Q；身体活动准备问卷），收集描述性和人体测量数据，包括出生日期、身高、体重和血压，他们还将提供唾液样本用于DNA分离和基因分型。 在第一次访问期间，还将测量最大摄氧量（最大摄氧量；如下所述）以获取描述性基线数据，并得出后续测试访问的实验时间试验的工作量水平。

参观 2、3 和 4（约 120 分钟）

除了 20 分钟的等待期（然后开始 10 分钟的测试前热身）外，所有这三次访问都是相同的，因为咖啡因浓度的血清浓度达到峰值水平，参与者将完成不同的问卷调查或安静地坐着他们自己的活动。

抵达后，参与者将被随机分配（以保持盲法）摄入每公斤体重 2 或 4 毫克咖啡因的补充剂，或葡萄糖安慰剂 (PLAC)。 每位参与者在每次就诊期间将摄入相同数量且颜色和大小相同的胶囊，无论是 0、2 还是 4 mg/kg，以保持治疗的双盲。 每个受试者将完成一份问卷或安静地坐着（例如 阅读、使用电子设备等），同时等待第一次运动测试。

访问 2、3 和 4 的运动测试协议将相同。 20 分钟后，参与者将热身 10 分钟，然后进行 4 次运动测试（从摄入咖啡因后 30 分钟开始）以确定不同的表现指标：

我。肌肉力量 - 垂直跳跃测试

二.强度 - 手柄测功机

三. 无氧能力 - 温盖特

四. Endurance/Aerobic Capacity（有氧能力）- 10 公里自行车计时赛

参与者可以在整个运动测试期间随意喝水。