Studiile privind efectele cofeinei se bazează în mare parte pe evaluarea concentrației de cofeină și a metaboliților săi în plasmă, a frecvenței cardiace sau a variabilității acesteia, a îmbunătățirii funcției cognitive și a evaluării performanței sportive. Cercetătorii au folosit diverse metode pentru a evalua efectele cofeinei asupra performanței atletice, deși există încă aspecte importante legate de modul în care cofeina afectează efectiv mușchii. Din acest motiv, diagnosticele musculare directe, precum tensiomiografia (TMG), pot fi un instrument util pentru optimizarea consumului de cofeină. TMG este o metodă practică, eficientă ca timp și cost, pentru evaluarea schimbărilor în funcția musculară și prevenirea accidentărilor.
TMG este considerată un instrument de măsurare fiabil, iar rezultatele sale au parametri de fiabilitate de la buni la excelenți. TMG măsoară contracția mușchilor superficiali și nu necesită efort din partea subiectului. De asemenea, oferă informații rapide și precise fără a afecta corpul subiectului, deci nu provoacă niciun prejudiciu fizic direct, disconfort sau alterare a corpului acestuia în timpul procesului de măsurare. TMG este unică prin faptul că testează răspunsul direct al fibrelor musculare, și nu răspunsul sistemului nervos, fapt observat și în administrarea cofeinei. Acest lucru este important deoarece permite o înțelegere directă a modului în care cofeina afectează fibrele musculare în sine, fără efectele secundare potențiale rezultate din interacțiunea cu sistemul nervos. În plus, TMG examinează efectul intervenției asupra mușchilor studiați prin măsurarea vitezei și rigidității musculare ale mușchilor individuali. În TMG, mușchiul individual este analizat izolat de sistemul nervos central, prin stimularea electrică a contracției musculare. Stimulul trece prin fibra nervoasă și ajunge în cele din urmă la fibra musculară. Stimulul poate acționa asupra unui nerv motor sau asupra unui punct motor identificat la suprafața mușchiului. Astfel, efectul influenței cofeinei asupra mușchiului poate fi confirmat în acest mod.
În studiul anterior, s-a demonstrat un efect semnificativ al cofeinei asupra sistemului neuromuscular, deoarece la 60 de minute după administrarea cofeinei, TMG a arătat o schimbare a timpului de contracție și a deplasării abdomenului muscular. Având în vedere constatările lui Domaszewski și colaboratorii, prezentul studiu își propune să aprofundeze aspectul temporal al efectelor cofeinei asupra reactivității musculare. În mod specific, accentul este pus pe determinarea existenței unui moment critic în prima oră după ingestia de cofeină care să conducă la maximizarea îmbunătățirii performanței musculare. Pe baza indicațiilor studiului anterior privind schimbările la 60 de minute, prezentul studiu explorează posibilitatea unui efect mai precoce și mai pronunțat la 30 de minute.
Pe baza constatărilor studiului anterior realizat de Domaszewski și a studiului pilot, ipoteza noastră este că timpul de contracție musculară și timpul de întârziere vor prezenta cele mai semnificative modificări la 30 de minute după ingestia de cofeină, comparativ atât cu perioada de dinaintea ingestiei, cât și cu momentul de 60 de minute. În plus, ne așteptăm să observăm un efect sistemic al cofeinei, indicând absența unor diferențe sesizabile între măsurătorile efectuate pe cele două părți ale corpului.
2 Materiale și metode
2.1. Abordarea experimentală a problemei
Pentru a determina răspunsul în timp al mușchiului sub influența unei doze de cofeină, s-a utilizat un design cu măsurători repetate. TMG a fost folosit ca instrument pentru a măsura răspunsul mecanic al mușchiului. Testele au fost efectuate pe sportivi de sex masculin în perioada lor competițională. Participanții au fost rugați să nu își modifice obiceiurile de consum de cofeină înainte de ziua experimentului. În ziua studiului, sportivii au fost rugați să se abțină de la produse care conțin cofeină. Compoziția corporală exactă a fost determinată utilizând analizorul SECA mBCA 515 (Seca GmbH & Co. KG, Hamburg, Germania). Doza de cofeină de 6 mg/kg, calculată în funcție de greutatea corporală, a fost administrată în capsule transparente de celuloză (hidroxipropil metilceluloză 100%), care au fost înghițite cu apă purificată. Cofeina a fost administrată după primul test TMG, iar testul TMG a fost repetat de încă două ori în timpul experimentului: la 30 și 60 de minute după administrarea cofeinei. Leziunile recente și sensibilitatea ridicată la cofeină au reprezentat criterii de excludere.
2.2. Subiecți
Patruzeci și doi de sportivi de sex masculin, jucători de fotbal la nivel național (vârsta = 24,8 ± 4,4 ani, masa corporală = 81,5 ± 8,4 kg, IMC = 24,4 ± 3,6) au fost incluși în studiu. Sportivii au fost clasificați ca mari consumatori obișnuiți de cofeină, pe baza Chestionarului de Frecvență Alimentară (FFQ). Toți participanții la studiu au semnat un formular de consimțământ informat. Studiul a fost aprobat de Comitetul de Bioetică al Universității de Medicină din Poznań (Nr. 108/22), înregistrat în Registrul Australian Noua Zeelandă pentru Studii Clinice (Nr. 12622000823774) și realizat în conformitate cu liniile directoare descrise în Declarația de la Helsinki pentru cercetarea care implică subiecți umani.
2.3. Proceduri
Mușchii selectați pentru măsurătorile TMG au fost mușchii gastrocnemieni mediali ai piciorului drept și stâng, începând cu cel drept. Participanții au fost așezați în decubit dorsal pe o canapea de studiu. Unghiul corect al articulației genunchiului, de aproximativ 150°, pentru relaxarea mușchilor analizați, a fost asigurat prin utilizarea unui rulou plasat sub articulațiile gleznelor. Testul a fost efectuat conform ghidurilor și recomandărilor producătorilor dispozitivului (GK 40 Panoptik doo, Ljubljana, Slovenia). Două electrozi autoadezivi (Axelgaard, Pulse) care stimulau mușchiul au fost plasați perpendicular pe direcția fibrelor musculare. Electrozii dreptunghiulari, 5 cm × 5 cm, au fost plasați la 5 cm unul de altul. Electrozii au fost poziționați astfel încât să nu afecteze tendoanele și să izoleze contracția mușchiului în cauză sau pentru a evita activarea simultană a mușchilor din apropiere. Locația senzorului a fost selectată manual pentru a identifica partea cea mai groasă și cea mai deformabilă a mușchiului. Dacă era necesar, poziția senzorului a fost ajustată în timpul testului pentru a obține cel mai bun răspuns mecanic al mușchiului. Senzorul a fost aplicat pe piele, la jumătatea distanței dintre electrozi.
Electrozii au primit un impuls dreptunghiular monofazic de 1 ms de la un electrostimulator (TMG-S1, Furlan & Co. ltd., Ljubljana, Slovenia) pentru a induce contracția musculară transcutanată. Amplitudinea impulsului a fost crescută treptat cu 10 mA până la atingerea valorii maxime a stimulatorului (110 mA). Pentru a minimiza efectele oboselii, s-au luat pauze de 10 secunde între impulsuri. Semnalul digital TMG a fost recepționat direct din Matlab Compiler Toolbox la o frecvență de eșantionare de 1 kHz. Semnalul TMG a fost înregistrat și stocat pe un PC portabil. Răspunsul muscular maxim a fost înregistrat pentru analize ulterioare. Doar curba cu cea mai mare valoare Dm a fost luată în considerare pentru analiza finală.
Variabilele evaluate în acest studiu au fost deplasarea radială maximă a abdomenului muscular (Dm), timpul de contracție (Tc), timpul de întârziere (Td) și viteza de deplasare radială (Vrd). Dm a fost definit ca amplitudinea maximă pe curba deplasare–timp a răspunsului de contracție tensiomiografică; Tc a fost obținut prin determinarea intervalului de timp de la 10 la 90% din Dm; Td a fost definit ca intervalul dintre stimulul electric și 10% din Dm; iar Vrd a fost calculat folosind formula [(0,8*Dm)/Tc]*1000.
Toate măsurătorile au fost efectuate de același evaluator, cu o vastă experiență în utilizarea TMG. Fiabilitatea relativă și absolută a măsurătorilor Dm, Tc și Td a fost calculată conform studiilor anterioare: Dm .92 (.80–.97), cv 6,5%, SEM 7,35%; Tc .92 (.80–.96), cv 4,4%, SEM 4,37%; Td .93 (.84–.97), cv 3,4%, SEM 2,89%.
2.4. Analize statistice
Pentru a evalua semnificația diferențelor dintre efectele principale ale LATERALITĂȚII (stâng vs. drept) și TIMPULUI (înainte vs. 30 min vs. 60 min) și variabilele individuale (Tc, Td, Dm, Vrd), a fost utilizată o analiză ANOVA. Pentru a detecta diferențele specifice în efectele principale examinate, a fost folosit testul Post-hoc Tukey HSD. Calculele au fost efectuate utilizând software-ul StatsCloud. Dimensiunea eșantionului de 42 de participanți este suficient de sensibilă pentru a detecta cu GPower o mărime a efectului f = 0,19, o putere de 80% și un nivel de semnificație de 5%.
În analiza efectului Lateralitate și Timp asupra Td, a fost găsit un efect semnificativ al Timpului, F(2, 246) = 3,39, p = .035, ή2p = 0,03. Nu a fost găsit niciun efect semnificativ pentru factorul Lateralitate și interacțiunea dintre Lateralitate și Timp.
În studiul care a examinat efectul Lateralitate și Timp asupra Dm, a fost găsit un efect semnificativ statistic al Timpului, F(2, 246) = 6,83, p = .001, ή2p = 0,05. Nu a fost găsit niciun efect semnificativ pentru factorul Lateralitate și interacțiunea dintre Lateralitate și Timp.
În analiza efectului Lateralitate și Timp asupra Vrd, nu a fost găsit niciun efect semnificativ pentru fiecare factor.
Pentru parametrii TMG (Tc, Td, Dm, Vrd), rezultatele se schimbă semnificativ între măsurătoarea de dinaintea administrării cofeinei și cea de la 30 de minute după administrarea cofeinei. Analiza post-hoc a evidențiat o diferență semnificativă statistic pentru parametrul Tc între evaluarea de dinaintea utilizării cofeinei și cea de la 30 de minute după (p < .001), precum și între 30 și 60 de minute după consumul de cofeină (p = 0,008). Diferențe semnificative statistic au fost observate, de asemenea, între evaluarea de dinaintea utilizării cofeinei și cea de la 30 de minute după pentru parametrii Td (p = 0,027) și Dm (p < .001).
Pentru parametrul calculat Vrd, nu au fost găsite diferențe semnificative între măsurători.
Contracția musculară este mai rapidă la 30 de minute (parametrii Tc, Td) decât înainte și la 60 de minute după administrarea cofeinei: Tc (înainte = 21,94 ± 4,5 ms, 30 min = 19,09 ± 3,1 ms, 60 min = 20,84 ± 3,5 ms), Td (înainte = 19,35 ± 2,0 ms, 30 min = 18,6 ± 1,9 ms, 60 min = 19,01 ± 1,7 ms).
În plus, mușchiul a prezentat o rigiditate mai mare (parametru Dm) la 30 de minute după administrarea cofeinei decât înainte și la 60 de minute după administrarea cofeinei: Dm (înainte = 2,64 ± 1,0 mm, 30 min = 2,07 ± 0,9 mm, 60 min = 2,47 ± 1,1 mm).
La parametrul Vrd, rezultatele înainte de administrarea cofeinei au fost la nivelul de 95,91 ± 3,2 mm/ms, la 30 de minute după administrarea cofeinei la nivelul de 85,74 ± 1,5 mm/ms, iar la 60 de minute au atins nivelul de 91,73 ± 1,1 mm/ms.
În studiul nostru anterior, o singură doză de cofeină a fost asociată cu o scădere semnificativă a Tc și Dm la 60 de minute după ingestie. În prezentul studiu, măsurarea TMG a fost efectuată la 30 și 60 de minute după administrarea cofeinei pentru a determina momentul exact al acțiunii cofeinei. Rezultatele au arătat că cofeina a avut un efect mai mare asupra mușchiului la 30 de minute după ingestia de cofeină decât la 60 de minute după. Totuși, este esențial de remarcat o discrepanță față de un studiu anterior al lui Domaszewski și colab., unde modificările parametrilor musculari au fost raportate la 60 de minute după ingestia de cofeină. În studiul nostru, durata reactivității musculare îmbunătățite pare să fie mai scurtă, efectele diminuându-se până la momentul de 60 de minute. Această diferență sugerează că intervalul optim pentru reactivitatea musculară maximă la cofeină poate varia între indivizi sau în condiții diferite.
Efectul cofeinei asupra performanței umane rămâne un domeniu popular de cercetare, cu eforturi de a înțelege mai bine efectele sale și de a formula recomandări mai precise pentru utilizare. Acest lucru este valabil mai ales în sport, unde consumul de cofeină îmbunătățește performanța fizică, adică rezistența musculară, forța musculară, puterea anaerobă și rezistența aerobă, susținute de evaluări de calitate moderată spre ridicată și dovezi de calitate moderată. Rezultatele acestui studiu indică o tendință similară, deoarece efectul cofeinei asupra modificării parametrilor către o dinamică musculară îmbunătățită a fost observat la toți subiecții. Acest lucru este confirmat și în studiile efectuate pe fibre musculare izolate, unde cofeina a îmbunătățit semnificativ viteza și forța contracțiilor declanșate de un impuls electric.
Aceste studii privind momentul administrării cofeinei asupra calității contracțiilor musculare au fost realizate folosind TMG, deoarece aceasta înregistrează semnale biologice din mușchi. De asemenea, măsoară deplasarea burții musculare în milimetri și durata contracției musculare în milisecunde. După cum au arătat multe studii, cei mai fiabili și analizați parametri TMG sunt Tc și Dm. Valorile Tc reduse trebuie tratate cu prudență, deoarece este o măsură susceptibilă la influențe provenite din modificările Dm. De fapt, rezultatele noastre indică faptul că Tc și Dm s-au schimbat în aceeași direcție. Un Tc mai mic ar putea fi legat de o recrutare progresivă a fibrelor de tip II și de o cuplare excitație–contracție mai eficientă. Prin urmare, ipoteza este că această doză de cofeină îmbunătățește o cuplare excitație–contracție mai eficientă a gastrocnemianului medial. O valoare Dm redusă indică o rigiditate musculară mai mare. Ambii parametri pot indica în mod ideal schimbări în dinamica musculară, ceea ce este de așteptat în urma administrării cofeinei. Studiul prezent a confirmat cea mai mare utilitate a măsurării acestor doi parametri. Mai mult, pe baza studiilor anterioare, fiabilitatea Tc și Dm a fost bună spre excelentă, ceea ce nu se poate spune despre ceilalți parametri, ale căror rezultate în studiul prezent au fost de asemenea neclare. Interesant este că parametrul Vrd este independent de Dm și a fost considerat un parametru sensibil pentru a identifica oboseala neuromusculară, dar surprinzător nu a prezentat nicio modificare după administrarea cofeinei.
Studiile au indicat că cofeina a cauzat o scădere a parametrului Tc, ceea ce a confirmat că aceasta modifică profilul neuromuscular și că o persoană poate acționa temporar similar ca după antrenarea mușchilor prin antrenament dinamic sau de forță. Mai mult, parametrul Tc este corelat cu proporția lanțurilor grele de miozină de tip I sau cu viteza sprinterilor. Stimularea prin cofeină a redus, de asemenea, parametrul Dm, deplasarea radială maximă, care este legată de deformarea transversală absolută a mușchiului. Când Dm este redus, este interpretat ca o creștere a rigidității musculare și indică o bună predispoziție la sarcini precum sprinturile sau săriturile. Astfel de modificări ale răspunsului muscular nu sunt rezultatul unei schimbări structurale a fibrelor musculare, ci un răspuns pe termen scurt la stimularea cu cofeină. Schimbările structurale ale mușchiului pot fi influențate de programe genetice, influențe hormonale sau oboseală. Numărul fibrelor musculare striate nu se poate schimba; singurul lucru care se poate modifica în mușchiul scheletic este procentul de fibre musculare care se contractă rapid față de cele lente.
Cafeaua consumată cu aproximativ 60 de minute înainte de exercițiu pare să îmbunătățească performanța sportivă la majoritatea oamenilor. Acest lucru este confirmat de majoritatea studiilor care recomandă ingestia cofeinei cu 60 de minute înainte de exercițiu. Totuși, unele studii sugerează administrarea cofeinei cu 30 de minute înainte de activitatea fizică. Prin urmare, nu este încă clar ce efecte ale cofeinei sunt observate la un timp mai scurt/mai lung între ingestia de cofeină și activitatea fizică. În studiul de față, am încercat să demonstrăm că momentul de 30 de minute după ingestia de cofeină are un efect mai mare asupra dinamicii musculare. Totuși, când parametrii TMG au fost măsurați la 60 de minute, s-a arătat deja o tendință ascendentă. Uneori valorile la această măsurătoare au crescut peste prima măsurătoare, ceea ce ar putea fi motivul lipsei efectului cofeinei asupra mușchilor la acel moment.
Trebuie menționat că unele studii sugerează, de asemenea, că răspunsul organismului după ingestia de cofeină poate fi influențat de doze variate de cofeină. Totuși, cofeina la o doză de 6 mg/kg greutate corporală are un efect direct asupra activității mecanice a mușchiului scheletic prin reducerea parametrilor TMG: Tc, Td și Dm, care apar independent de inducerea modificărilor în sistemul nervos central. Studiul indică faptul că cofeina poate avea un efect de scurtare a vitezei de mișcare. Totuși, trebuie menționat că măsurătorile TMG determină răspunsul muscular la un stimul extern și nu stimulul produs direct în creier.
Cercetarea noastră arată clar un efect pozitiv crescut al cofeinei asupra mușchilor la 30 de minute după administrare decât la 60 de minute. Totuși, pentru a înțelege pe deplin mecanismele cofeinei asupra activității musculare, este util să se studieze doze diferite de cofeină la sportivi, pentru a determina doza care funcționează cel mai bine pentru mușchi. De asemenea, ar fi util să se ia în considerare studiul participanților care nu sunt consumatori obișnuiți de cofeină, ceea ce ar putea oferi concluzii interesante și ar putea indica nevoia unor cercetări viitoare.
O limitare a acestui studiu ar putea fi lipsa unui grup de control. Totuși, un grup fără intervenție ar avea o valoare limitată, deoarece rezultatele studiilor ulterioare nu s-ar schimba fără intervenție anterioară. În plus, valoarea studiului ar putea fi limitată de faptul că a fost studiat un singur mușchi. Totuși, în contextul cercetărilor despre cofeină, acesta este ultimul mușchi care primește sânge, iar efectele măsurate aici se aplică întregului corp. Limitarea este și faptul că studiul a implicat doar sportivi de sex masculin, deci rezultatele nu ar trebui generalizate. În practică, rezultatele acestui studiu pot fi legate de suplimentarea cu cofeină. Se dovedește că mușchii răspund la cofeină și sunt mai rapizi la 30 de minute decât la 60 de minute.
La o administrare de 6 mg/kg greutate corporală de cofeină, mușchii diagnosticați cu dispozitivul TMG au un timp de contracție (Tc) și timp de întârziere (Td) mai mici la 30 de minute decât la 60 de minute după administrarea cofeinei. Există, de asemenea, o tendință similară în parametrul Dm, astfel încât mușchii la 30 de minute ar putea avea o cuplare excitație–contracție și o rigiditate musculară mai mari decât la 60 de minute. TMG este un instrument eficient pentru imagistica non-invazivă a semnalelor biomedicale de la mușchi după administrarea de cofeină.
Aceste constatări sugerează că persoanele care necesită o performanță musculară crescută, precum sportivii sau cei care desfășoară activități fizice, pot beneficia de consumul de cofeină cu aproximativ 30 de minute înainte de activitate. Procedând astfel, pot experimenta contracții musculare mai rapide și un timp de întârziere redus, ceea ce poate duce la îmbunătățirea performanței sportive.
În plus, utilizarea TMG permite monitorizarea non-invazivă a răspunsurilor musculare după administrarea de cofeină, facilitând cercetări suplimentare și aplicații practice în domeniul performanței sportive și al reabilitării fizice.
By. Bitanu-Alexandru Sebastian-Alin
Referinte:
IntroducereBeta-hidroxi-beta-metilbutiratul este un metabolit al aminoacidului leucină, produs în mod natural atât la oameni, cât…
1 Metode Luările de poziție ale ISSN sunt articole invitate, identificate de editorii ISSN și…
IntroducereVitamina D, o vitamină solubilă în grăsimi, a fost descoperită pentru prima dată în uleiul…
IntroducereAlimentația cu restricție de timp (TRE) este un termen pentru strategiile dietetice prin care aportul…
Introducere Utilizarea suplimentelor alimentare cu creatină continuă să crească, parțial determinată de aplicațiile sale tot…
1.IntroducereSocietatea Internațională de Nutriție Sportivă (ISSN) a publicat inițial un „Position Stand” despre proteine în…