XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Как влияет кофеин на организм человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лямина А.С. 1

---

1МБОУ Лицей №1

Браташ С.П. 1

---

1Лицей №1

Работа в формате PDF

347 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

I Введение

Актуальность работы:Многие люди начинают свой день с чашечки кофе или чая, которые они употребляют в течение дня. Я задалась вопросом «А зачем?» Конечно, для того, чтобы быстрее встать на ноги утром и начать новый день. «Но за счет чего это происходит?» Разумеется и в этом случае благодаря воздействию- кофеина.

Химическая исследовательская работа о влиянии кофеина на организм человека, включающая практический эксперимент о том, влияет ли кофеин на частоту сердечных сокращений и может ли его употребление нанести вред здоровью.

Цель исследования: определить, влияет ли кофеин на частоту сердечных сокращений.
Объект исследования:  продукты, содержащие кофеин.
Задачи исследования.
• Познакомиться с химическим составом кофеина и его свойствами.
• Определить влияние кофеина на давление и частоту пульса.
• Результаты исследования обобщить и сделать вывод.

II Теоретическая часть

2.1. Кофеин понятие и Химическая роль

Кофеин - алкалоид пуринового ряда, бесцветные или белые горькие кристаллы. Является психостимулятором, содержится в кофе, чае и многих прохладительных напитках. Кофеин содержится в растениях, таких, как кофе, чай, какао, падуб парагвайский (мате), кола и некоторых других. Он синтезируется растениями для защиты от насекомых, поедающих листья, стебли и зёрна, а также для поощрения опылителей.

C ₈H₁₀N₄O₂ - химическая формула

По строению и фармакологическим свойствам кофеин близок к теобромину и теофиллину. Кофеин лучше действует на ЦНС, а теофиллин и теобромин — в качестве стимуляторов сердечной деятельности и лёгких мочегонных средств.

С точки зрения физики кофеин — белые игольчатые кристаллы горьковатого вкуса, без запаха.

2.2. Кофе

Кофе занимает лидирующие позиции среди напитков мирового уровня, оказывая значительное воздействие на здоровье человека в долгосрочной перспективе. Согласно информации, опубликованной в Washington Post в 2015 году, ежедневно по всему миру потребляется суммарно два миллиарда чашек этого популярного напитка. Кофе богат на разнообразные биоактивные компоненты, обладающие антиоксидантными, противовоспалительными или противоопухолевыми свойствами, такие как хлорогеновая кислота, кофеин, алкалоиды и кофеол. Кофеин, в свою очередь, является стимулятором центральной нервной системы и органическим веществом, относящимся к группе метилксантинов.

2.3. История открытия кофеина

По одной легенде, открытие эффектов кофе случайно. В IX веке эфиопский пастух заметил, что его козы, после того, как они ели листья и плоды дикорастущего дерева, начинали неистово скакать. Пастух рассказал об этом настоятелю местного монастыря, который рискнул сам попробовать это загадочное растение. Позже употребление отвара листьев и плодов кофейного дерева стало традицией этого монастыря, ведь благодаря этому напитку монахи чувствовали себя бодрее во время ночных служб. Название «кофе» произошло от названия эфиопской провинции Ка́фа.

Гораздо позже, в 1819 году Фридлиб Фердинанд Рунге, немецкий химик, выделил из экстракта кофейных зерен шелковистые кристаллы не имеющие цвета, с горьковатым привкусом, водный раствор с которым по бодрящим качествам многократно превосходил отвар кофе. Этот элемент, который является подвидом алкалоидов, получил название кофеина, потому что выделили его именно из него, хотя он также содержится и в других растениях. Также он носит названия теина, матеина или гуаранина. Помимо кофе, кофеин содержится в чайных листьях, какао-бобах, листьях и побегах мате, вьющейся лиане гуаране (в плодах которой содержание кофеина вдвое выше чем в кофейных зернах).

2.4. Влияние кофеина на центральную нервную систему

Многогранное влияние кофеина на центральную нервную систему и его механизм действия, связанный с аденозиновыми рецепторами. Давайте подробнее обсудим, как кофеин и его антагонизм аденозиновых рецепторов могут вызывать тревожные состояния:

Аденозиновые рецепторы: рецепторы A1 и A2A играют ключевую роль в нейромодуляции. Они отвечают за регуляцию концентрации различных нейромедиаторов, в том числе дофамина, что напрямую влияет на эмоциональное состояние, настроение и уровень тревожности. Блокировка этих рецепторов кофеином может привести к увеличению высвобождения дофамина, что, в свою очередь, может вызывать повышенную возбудимость и тревожность.

Нейромедиаторы: глутамат и ГАМК также находятся под влиянием аденозиновых рецепторов. Кофеин может усиливать глутаматергическую сигнализацию, что в условиях повышенной активности может способствовать возникновению беспокойства. В то же время блокировка ГАМК-рецепторов может снижать ингаляционные эффекты ГАМК, повышая уровень возбудимости.

Кровообращение в мозге: кофеин может снижать мозговой кровоток, что приводит к относительной гипоперфузии. Это может снижать доступ кислорода и питательных веществ, что также может способствовать развитию тревожности и других когнитивных нарушений.

Локальное высвобождение дофамина и норадреналина: кофеин, активируя нейроны, связанные с норадреналиновыми системами, может способствовать «боевому» состоянию, которое является основным фактором развития тревожных расстройств.

Таким образом, кофеин, хотя и может оказывать определённое положительное воздействие, например повышать уровень бдительности и концентрации, также способен вызывать негативные последствия, особенно у людей с предрасположенностью к тревожности. Это объясняет, почему некоторые люди могут замечать усиление тревожности после употребления кофеина.

Исследования показывают, что кофеин, в качестве стимулятора центральной нервной системы, может усиливать симптомы тревожности у некоторых индивидуумов. На личную реакцию на кофеин влияют различные факторы, такие как генетическая предрасположенность, уровень стресса и общее психическое состояние.

Во время пандемии COVID-19, когда стресс и тревожность возросли, многие могли увеличивать потребление кофеина для борьбы с нагрузками или для поддержания энергии в условиях стресса. Это может создать цикл: усилившаяся тревога может подтолкнуть к увеличению кофеина, что в свою очередь усугубляет общее состояние.

Крайне важно понимать, что здоровый образ жизни, охватывающий сбалансированное питание, физическую активность и адекватное управление стрессом, включая контроль потребления кофеина, способствует улучшению психического здоровья и самочувствия. Поэтому изучение воздействия кофеина на тревожные расстройства является важным шагом для разработки эффективных методов лечения и поддержки людей, испытывающих такие расстройства.

Осознание влияния кофеина на тревожность поможет как медработникам, так и пациентам принимать более информированные решения касательно потребления кофеина и его последствий для психического здоровья.

2.5. Кофеин-индуцированное тревожное расстройство

Тревожное расстройство, вызванное кофеином, классифицируется как подтип тревожного расстройства, вызванного веществами или медикаментами, согласно пятому изданию Диагностического и статистического руководства по психическим расстройствам (DSM-5)

Связь между кофеином и тревогой:

Использование кофеина давно связывают с повышенной тревожностью. Оба фактора активируют симпатическую нервную систему. Кофеин может усугубить и поддерживать тревожные состояния, а также спровоцировать панические атаки у людей, склонных к ним. Исследования показали, что потребление кофеина в дозах более 400 мг увеличивает вероятность развития тревоги и панических атак у населения в целом. У пациентов с паническим расстройством риск панической атаки под воздействием кофеина значительно выше. Чрезмерное употребление кофеина может привести к проявлениям, варьирующимся от общей тревожности до обсессивно-компульсивных и фобических симптомов.

Диагностические критерии DSM-5:

Для установления диагноза «тревожное расстройство, вызванное кофеином», необходимы следующие условия:

• Наличие симптомов панических атак или тревоги.

• Явная связь между этими симптомами и употреблением кофеина.

• Отсутствие других возможных причин тревоги, таких как другие типы тревожных расстройств, которые могли бы возникнуть до употребления кофеина или продолжаться после его прекращения.

• Симптомы должны вызывать клинически значимые нарушения или снижение работоспособности.

Диагностические особенности:

Важно отметить, что диагноз не ставится, если симптомы паники предшествуют употреблению кофеина или сохраняются более месяца после его прекращения. В таких случаях следует искать альтернативные причины тревоги.

Распространенность:

Точные данные о распространенности этого расстройства неизвестны. Исследования показывают, что в общей популяции этот показатель составляет 0,002% в год, но он выше в клинических группах.

2.6. Влияние кофе на здоровье человека

Положительные эффекты

Умеренное употребление кофе оказывает лечебное воздействие на организм человека, и это было подтверждено многими исследованиями. Ниже приведены полезные свойства кофе, благодаря которым у этого напитка так много поклонников по всему миру.

Важно! Полезные свойства напитка и их влияние на организм человека оцениваются только в отношении натурального молотого кофе. Употребление быстрорастворимого кофе не дает такого же эффекта.

• Помогает избавиться от лишнего жира

• Увеличивает физическую выносливость

• Защищает печень от цирроза

• Снижает риск развития болезней Альцгеймера и Паркинсона

• Предотвращает сердечно-сосудистые заболевания

• Замедляет синтез мочевой кислоты

Негативные эффекты

Бодрящий эффект кофе имеет опасную сторону. Вот почему чрезмерное употребление кофе опасно! Особенно это касается людей, входящих в группы риска. Людям с гипертонией или нарушениями сердечного ритма рекомендуется полностью отказаться от кофе. Людям, страдающим от возбуждения или бессонницы, полезно исключить кофе из меню или, по крайней мере, ограничить его потребление.

• Вызывает бессонницу

• Вызывает проблемы при протекании беременности

• Может спровоцировать сердечный приступ

• Увеличивает риск сердечного приступа среди людей молодого возраста

• Вызывает сухость кожи

• Вызывает мигрень и хронические головные боли

• Вызывает обезвоживание

2.7. Содержание кофеина в различных продуктах и суточная норма кофе

Чтобы узнать содержание кофеина в продуктах, поможет таблица с его точным содержанием.

• Чашка кофе 90-150 мг

• Растворимый кофе 60-80 мг

• Чай 30-70 мг

• Газированный напиток, содержащий кофе 30-50 мг

• Шоколадка 20-50 мг

• Сухой черный чай 2-3%

• Сухой зеленый чай 3-4%

• Жареные зерна кофе 2-2.5%

• Зеленые зерна кофе 3-4%

Суточная норма кофе

Назвать определенное число чашек в день, которое могло бы стать нормой, было бы неверно. Ведь и сорта зерен, и способ приготовления, и привычка разбавлять напиток молоком или водой влияют на содержание в нем кофеина. Поэтому рекомендательные нормы связаны с количеством этого действующего вещества в составе.

Взрослому человеку за раз рекомендуется употреблять не более 100-200 мг кофеина. Оптимальный объем кофе для дневной нормы – не более 400 мг кофеина или 3-5 чашек напитка в сутки.

Относительно безопасных доз психостимулятора существует множество споров. Так, американские ученые утверждают, что кофеин в детском и подростковом возрасте противопоказан, так как значительно нарушает работу нервной системы и сердечной мышцы, повышает риск заболеваний органов пищеварительного тракта и дыхательной системы.

Другая группа ученых из Европы и Канады утверждает, что детям и подростками кофеин не противопоказан. В этом возрасте допустимой является дозировка от 2,5 до 3 мг Кофеина на 1 кг веса в сутки. В соответствии с этими критериями в зависимости от возраста допускается употребление:

• детям от 4 до 6 лет – 45 мг кофеина в сутки

• детям 7-9 лет – не более 62, 5 мг алкалоида в день

• детям старше 10 лет и подросткам разрешается около 85 мг активного вещества в день

Такая дневная доза кофеина приблизительная, так как исследований относительно безопасности психостимулятора у детей и подростков проводилось недостаточно.

Но нужно помнить про индивидуальные особенности каждого организма. Кто-то чувствует себя отлично, выпивая по 5 чашек крепкого кофе, а у кого-то даже вторая кружка вызывает сердцебиение. Особенно внимательно к реакции организма нужно относиться беременным и кормящим, ведь все вещества из рациона мамы вместе с молоком попадают в организм малыша.

2.8. Влияние кофеина на артериальное давление

Вопрос о том, повышает или понижает кофеин артериальное давление, является сложным и не имеет однозначного ответа. На сегодняшний день идентифицировано более 29 вариантов гена, отвечающего за метаболизм пуринового алкалоида - СУР1А2. Это означает, что влияние кофеина на организм индивидуально и зависит от генетических особенностей, типа нервной системы и наличия хронических заболеваний.

Вот некоторые ключевые моменты:

• В низких дозах при эпизодическом употреблении кофеин активизирует когнитивные функции и стимулирует сердечную деятельность, незначительно повышая частоту сердечных сокращений.

• При исходной гипотензии (шок, коллапс, предобморочное состояние) кофеин может повысить артериальное давление на 5-10 мм рт. ст.

• Потребление 200-300 мг кофеина (1,5-2 чашки заварного кофе) может привести к повышению артериального давления на 8 мм рт. ст.

• У лиц с нормальным артериальным давлением кофеин не оказывает существенного влияния.

• Примерно у 15% людей наблюдаются парадоксальные реакции: функции центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы подавляются.

III Практическая часть

Опыт- Влияние кофеина на артериальное давление

В данной практической части исследования мы сосредоточимся на анализе и интерпретации данных, полученных в ходе эксперимента с участием членов моей семьи. Перед началом работы все участники были полностью информированы о целях и методах исследования, а также о возможных рисках и преимуществах участия. Каждый из участников дал свое добровольное согласие на участие, что подтверждает их осознанный выбор и готовность сотрудничать в рамках данного проекта.

В основе этого эксперимента лежало измерение и регистрация артериального давления и пульса в состоянии покоя. Затем каждому из членов моей семьи в разные дни было предложено выпить кофе, газированный напиток, содержащий кофе и чай. После употребления напитка я также наблюдала за членами моей семьи в состоянии покоя, подождав 20 минут. Это было сделано для того, чтобы убедиться, что частота сердечных сокращений не увеличивается независимо от наличия или отсутствия кофеина в организме во время физической нагрузки. Записать результаты измерения в таблицу.

Таблица 1- кружка чая вместимостью 250 мл

Таблица 2 – кружка растворимого кофе без сахара и молока, вместимостью 250мл.

Таблица 3 – кружка газированного напитка, содержащий кофе, вместимостью 250 мл

4. Вывод

1. Кофеин является психостимулятором. У испытуемых повышается физическая активность.

2. Длительное употребление вызывает привыкание.

3. Передозировка кофеина вызывает нервозность, напряжение и расстройства пищеварения.

4. Он повышает кровяное давление и частоту сердечных сокращений.

5. Снимает вялость и сонливость.

6. Главным принципом, которым должен руководствоваться любитель кофе соблюдать умеренность и не злоупотреблять напитком.

5. Список литературы

https://nasrf.ru/baza-znaniy/vopros-otvet/povyshaet-li-kofein-arterialnoe-davlenie

https://ru.wikipedia.org/wiki/Кофе

https://ru.wikipedia.org/wiki/Кофеин

https://en.wikipedia.org/wiki/Caffeine-induced_anxiety_disorder

https://en.wikipedia.org/wiki/DSM-5

https://doi.org/10.3389/fpsyg.2024.1270246

https://nasrf.ru/baza-znaniy/vopros-otvet/kakova-bezopasnaya-doza-kofeina

6. Приложения

Давление брата до/после кружки растворимого кофе

Давление папы до/после кружки растворимого кофе

Давление бабушки до/после кружки растворимого кофе