咖啡因摄入对男性早晨认知与肌肉力量指标的影响

参与者 十四名被归类为“娱乐性活跃”的生物学性别和社会性别均为男性的成年人。所有参与者均从大学体育科学系学生群体中招募。纳入标准为健康成年人（18-30岁）、无受伤史、且有既往重量/力量训练经验（≥2年）。该项目亦向女性开放参与，但无女性志愿者。参与者习惯性就寝时间为22:00-23:30，起床时间为06:00-07:30，为研究目的同意统一于22:30就寝、06:30起床。所有参与者在研究期间均未接受任何药物治疗（包括非甾体抗炎药）。通过咖啡因消费问卷评估习惯性咖啡因摄入量，每日摄入量>150毫克者被排除。此外，所有参与者通过为期两周的每周自我报告训练日记表明对训练时段无偏好。招募具有此类特定运动史的参与者意味着，通常因神经适应和反应而在未训练个体中观察到的急性肌肉力量增长相关的已知神经肌肉促进反应得以降低。排除标准包括情绪抑郁（根据贝克抑郁量表）、睡眠质量差（匹兹堡睡眠质量指数总分>5）、近期轮班工作或跨多个时区旅行、“极端”作息类型（通过复合晨间问卷评估）以及心血管疾病风险因素和/或症状。通过访谈确认志愿者对时间点或睡眠时长对人类表现的影响知之甚少。向所有人提供实验程序的口头解释，包括研究目的、参与可能的风险及将采用的实验程序。所有问题均得到解答。随后，个体在参与研究前提供书面知情同意。实验程序获利物浦约翰摩尔斯大学人类伦理委员会批准（伦理代码：08/SPS/030）。研究遵循期刊伦理标准并符合《赫尔辛基宣言》原则。

研究设计 所有参与者需到生理实验室（英国利物浦）进行七次访问（干温19-21°C，湿度29-41%，大气压962-1010 mmHg，环境光750 lux）。参与者在实验方案前一周完成（i）卧推和深蹲的一次最大重复次数测试，（ii）两次认知和力量表现测试的熟悉化训练。熟悉化期间，参与者完成7天饮食日记，由SENr注册运动营养师使用Nutritics®分析软件进行分析。其余部分包括（iii）三次实验环节，每次间隔至少72小时作为标准化恢复期。实验部分包含07:30至08:30之间进行的三个实验试验：a) 对照组（无药丸），b) 咖啡因组（300毫克，CAFF），c) 安慰剂组（麦芽糊精，PLAC）（图1）。参与者前一晚约22:30就寝，06:30起床，并于07:00空腹抵达实验室。对于CAFF和PLAC条件，药丸置于塑料瓶中，指示在06:30抵达实验室前用水服用，并在抵达时确认。对于无药丸对照组，不提供任何物品。参与者被指示在每次访问前48小时内避免训练或剧烈体力活动，除此之外维持正常日常作息。三个咖啡因胶囊共含300毫克无水咖啡因，其余空间由麦芽糊精填充（Applied Nutrition LTD，英国诺斯利），安慰剂胶囊由部门自制，含麦芽糊精（约2.4克，Sport supplements Ltd t/a BulkTM，英国科尔切斯特）。研究者和参与者对补充剂安排设盲，咖啡因和安慰剂均轻微撒上麦芽糊精以产生相似味道，两者重量相似（0.8克/胶囊），均为00号尺寸。处理顺序在项目结束时由负责匿名化和随机化的研究者揭晓。

所有试验每次仅一名参与者进行，但采用错开开始时间的方式，即一名参与者06:45到达，下一名07:00，最后一名07:15开始当天上午环节。此安排对所有环节保持一致。所有参与者居住地距大学实验室不超过10分钟路程。参与者根据卧推和深蹲1RM被均等分配至三组（A、B、C），方法是将参与者第二次熟悉化测试的时间按从最强到最弱排序，并依次分配字母A、B、C。通过采用平衡顺序分配实验条件，最小化学习效应的影响。本研究在11月至2月间进行（英国秋季至冬季），参与者抵达实验室前早晨阳光暴露限制在<80 Lux。研究期间日出时间范围为07:12至07:03。

方案和测量：熟悉化环节 参与者在被视为准备好参与研究前，完成所有力量、认知和问卷测量的两次熟悉化环节。采用第一和第二次测量间变量变异系数值≤10%作为熟悉化标准，符合Atkinson和Nevill的建议[26]。熟悉化环节在12:00进行，持续三周，并在研究开始前一周结束以最小化学习效应。参与者测试前0.5小时到达，静坐休息以减少先前肌肉活动的影响。参与者按以下顺序完成熟悉化：i) 认知测试组合，ii) 有和无经皮电刺激的等长最大自主收缩，iii) 深蹲和卧推。

i) 认知测试组合 轨迹连线测试（TMT；A和B部分）：TMT两部分均包含分布在A4纸上的25个圆圈。A部分圆圈编号1-25，参与者被指示按升序连接数字。B部分圆圈包含数字（1-13）和字母（A-L），参与者被指示按升序连接圆圈，但需交替连接数字和字母（即1-A-2-B-3-C等）。两部分中，参与者被指示尽快连接圆圈，铅笔不离开纸面。若出现错误，立即指出并允许纠正。测试期间记录完成时间，时间越长表示损伤越大。

Rey听觉词语学习测试：RAVLT是一种神经心理学评估，旨在评估16岁及以上患者的言语记忆。RAVLT可用于评估记忆功能障碍的性质和严重程度，并追踪记忆功能随时间的变化[28]。测试设计为列表学习范式，志愿者听到15个名词列表，并被要求尽可能回忆列表中的单词。记录正确数量及参与者给出但不在列表中的单词数量（侵入）。此过程重复4次。随后以相同方式呈现第二个“干扰”列表（列表B），要求参与者尽可能回忆列表B中的单词并记录得分。干扰试验后，立即要求参与者回忆之前听过五次的列表A中的单词，记录正确单词数和侵入数。记录和分析RAVTL总数量、分心数量和保留率。

Stroop词色干扰测试。参与者被要求在45秒内尽可能快地读出对单词或颜色的反应，并纠正所有错误。此过程被录像，记录和分析错误数量及完成总量。第一张纸上的文本（红、蓝、黄、黑、绿）为黑色墨水（命名单词测试，W）。第二张纸上的色块对应第一张纸上的文本（命名颜色测试，C）。第三张纸，参与者需读出单词（单词颜色与词义不同，例如单词为黄色但颜色为红色，称为命名词色测试，CW）；第四张纸，参与者需读出颜色（颜色名称错误，例如颜色为黄色但单词为红色，称为命名非词色测试，WC）。第四张纸上的单词顺序与第三张纸相反。分析原始数据的错误数量（指示45秒内的节奏/速度准确性）和干扰分数（抑制功能效率的指标），其中C代表45秒内命名颜色的正确答案数，CW代表干扰条件下45秒内实现的正确答案数。此分析亦应用于命名非词色测试。

I = [(C - CW) / (C + CW)] × 100 (1)

ii) 等长最大自主收缩 参与者进行股四头肌等长MVC（持续3秒），包括有和无抽搐插值经皮刺激（Digimeter，DS7，英国赫特福德郡）。初始环节中，参与者练习无抽搐插值的MVC，以适应达到并维持所需时间的自主力量。此环节亦用于获取最大电流耐受性，并建立MVC期间叠加的超最大电流幅度。受试者静息时，逐步增加240V方波脉冲（100μs，1Hz）的电流强度，直至强度进一步增加不再引起静息抽搐力增加。

抽搐插值 使用两个湿润表面电极（Chattanooga，美国，5 x 12 cm）对股四头肌进行电刺激，电极近端置于股外侧肌，远端置于股内侧肌。放置每个电极前，通过剃毛和轻微摩擦皮肤准备皮肤，随后用异丙醇棉签清洁。使用永久标记笔标记和识别每个电极位置，以最小化环节间电极放置变异性。收缩前后各传递两个脉冲；另外两个脉冲在收缩期间施加，测试MVC的峰值。然后平均收缩前后抽搐的峰值力，分别比较未强化和强化条件下的静息抽搐幅度。在熟悉化环节中为每个受试者确定超最大叠加电流幅度，对应诱发最大幅度静息肌肉抽搐所需水平之上10%。

数据采集持续九秒，并使用商业设计软件程序（AcqKnowledge III，Biopac Systems，马萨诸塞州）分析。自主激活的计算根据插值抽搐比率进行，其中插值抽搐的大小表示为相同刺激对放松强化肌肉引发幅度的比率。记录每次刺激施加前100毫秒期间的平均力，随后记录每次刺激施加后100毫秒期间的最大力。使用100毫秒平均刺激前力（视为MVC力）和所得最大刺激后力，通过从最大刺激后力减去平均刺激前力计算插值抽搐的大小。

自主激活 = [1 - (插值抽搐大小 / 静息抽搐大小)] × 100

熟悉化环节中，参与者在有和无抽搐插值的MVC之间交替进行，每个环节大约各完成三次试验。每次熟悉化环节/试验中提供标准化强力口头鼓励，并通过计算机显示器在前方大屏幕上提供实时视觉反馈。

iii) 深蹲和卧推 参与者在测试周期开始前进行三次深蹲和卧推熟悉化。要求每个参与者以递增负荷（40、60、80% 1RM）进行深蹲，每个负荷一次重复，每次努力间允许5分钟休息。同样，对于卧推，每个参与者对每个递增负荷（40、60和80% 1RM）进行一次重复，每次工作努力间再次给予5分钟休息。此举旨在确保实验试验所需的上限负荷在各参与者身体能力范围内，从而最小化数据收集所需努力失败的可能性。每个参与者按相同顺序进行两个练习：先卧推后深蹲，每个练习以逐步增加的负荷（40、60和80% 1RM）进行三次举起。个体自身体重纳入深蹲练习考虑，因为这是全身运动，但不纳入卧推。MuscleLab力速线性编码器（Muscle Lab，Ergotest版本4010，挪威）连接至Eleiko奥林匹克杠铃（20公斤），杠铃置于标准深蹲架的支架上，安全臂设置使参与者达到≤90°膝屈位置（设置值在熟悉化过程中测量和记录）。从此位置，参与者被指示尽可能用力向上推杠铃；测试期间记录的值仅针对动作的向心阶段。MuscleLab系统编码每次举起的力、杠铃位移和产生的速度，从而测量以下肌肉表现：平均速度、平均功率（平均力 × 平均速度）、峰值速度（速度最高值）、达到峰值速度时间（达到速度最高值所需时间）、平均推进速度（向心运动推进阶段的平均速度）、速度发展率（向心运动推进阶段的平均加速度）和位移（运动期间杠铃的线性位移）。此过程重复三次，每次举起间允许5分钟休息，并针对上述渐进负荷进行。对于卧推，参与者被指示将杠铃降至胸部，并再次指示尽可能用力推杠铃。此过程针对上述负荷重复三次，每次推举间休息5分钟。

分别使用卧推和深蹲每个杠铃质量三次平均功率输出中的最高值（及相关平均速度、峰值速度、平均推进速度、速度发展率、位移和达到峰值速度时间值）进行分析。为减少受伤可能性，两名人员在参与者进行举起时位于两侧，以便需要时随时干预。此外，每次均有安全支持到位。

实验方案和测量

实验环节在最后一次熟悉化后一周进行，三个实验条件间（即CAFF、PLAC、无药丸）有72小时恢复期。抵达实验室后，参与者被要求插入柔软灵活的直肠探头（微型热敏电阻，Grant Instruments，英国谢普雷斯）至外肛门括约肌约10厘米处。随后参与者静坐休息30分钟以评估静息直肠温度。同时通过皮肤热敏电阻（Grant Instruments，Squirrel 2010系列，英国谢普雷斯）评估皮肤温度，热敏电阻置于身体左侧四个位置（胸部、前臂、大腿和小腿）。记录30分钟休息期最后5分钟的平均值作为静息直肠温度和皮肤温度。平均皮肤温度计算如下：

皮肤温度 = (0.34 × 胸部温度) + (0.33 × 大腿温度) + (0.18 × 小腿温度) + (0.15 × 前臂温度)

平均体温计算使用：

平均体温 = (0.64 × 直肠温度) + (0.36 × 皮肤温度)。

参与者完成心境状态问卷（POMS；版本32）、主观睡眠评分（使用利物浦时差问卷中的睡眠问题）、努力程度（0-10，0=无努力，10=最大努力）和自觉用力评分。初始休息测量后，参与者在自行车测功计（Corival cpet，Lode，荷兰格罗宁根）上以150W热身5分钟。热身后，参与者在私密处移除直肠探头，取下皮肤热敏电阻。随后进行最大自主收缩、卧推和深蹲练习。

统计分析 本研究的主要研究变量是最大自主收缩的峰值力以及卧推和深蹲的峰值速度。对于最大自主收缩峰值力，估计16名参与者可提供80%统计功效（p<0.05），昼夜变异效应大小为0.67（单尾t检验）。对于卧推峰值速度，估计9名参与者可提供80%统计功效（p<0.05），昼夜变异效应大小为0.92（单尾t检验）。对于深蹲峰值速度，估计9名参与者可提供80%统计功效（p<0.05），昼夜变异效应大小为0.91（单尾t检验）。研究者招募18名参与者以允许退出，其中4名未能完成完整方案。样本量估计使用软件G*Power 3.1进行。数据使用社会科学统计软件包版本30（SPSS，芝加哥，伊利诺伊州，美国）分析。所有数据通过Shapiro-Wilk检验检查正态性。使用一般线性模型分析所有收集的测量值；通过方差分析评估交互作用和主效应的显著性。球形性违反正通过Greenhouse-Geisser（ε<0.75）或Huynh-Feldt（ε>0.75）校正，主效应通过Bonferroni成对比较。进行Pearson相关性以探索个体对咖啡因与其他条件（相对于体重）的反应及最大自主收缩表现的百分比变化。所有数据以均值±标准差呈现，除非另有说明。显著性设定为p≤0.05。p值在0.05至0.10之间被视为统计趋势。效应大小以偏η平方值表示，值0.01、0.06和0.14分别对应小、中、大效应。在适当时报告95%置信区间和成对比较的均值差异。