Как кофе влияет на организм?

Кофеин – это алкалоид пуринового ряда, являющийся психостимулятором. Содержится такими растениями, как кофейное дерево, чай, какао, мате, гуарана, кола и некоторыми другими. Он синтезируется ими для защиты от насекомых, а также для поощрения опылителей. В чистом виде – это кристаллики белого цвета или бесцветные с горьковатым привкусом.

Самый популярный кофеиносодержащий напиток – кофе. Чтобы ответить на вопрос, сколько кофеина содержится в кофе, нужно помнить, что его количество зависит от:

• сорта;
• способа приготовления;
• качества зерен.

Больше всего кофеина – в чашке эспрессо, около 50-70 мг. Меньше всего его содержится в растворимом кофе.

Второй по популярности напиток – чай. Чтобы уточнить, сколько содержится кофеина в чае, нужно также помнить, что на его уровень влияют сразу несколько факторов:

• сорт;
• качество чайного листа;
• уровень ферментации;
• тип приготовления;
• концентрация.

Кофеин в зеленом чае содержится в наибольшем количестве. В одной чашке его – около 35-50 мг, в черном чае количество его снижается практически в 2 раза.

Взрослому здоровому человеку без болезней сердца и давления можно получать кофеин не более 300-400 мг в сутки, при этом, разовая доза не должна превышать 150-200 мг. Но это не означает, что эта норма будет безвредной, если пить напиток каждый день несколько раз. Более того, ежедневное потребление кофеина может привести к зависимости от кофе или другого кофеиносодержащего напитка.

Проект «Влияние кофеина на сердечный ритм человека»

Как исследователи в сфере медицины изучают влияние определенных лекарств на организм человека? Они обязательно проводят так называемое слепое исследование. При слепом исследовании тестируемые не знают, принимают ли они препарат или плацебо – таблетку или напиток, не содержащий никаких лекарств.

Вкусовые тесты также часто проводятся как слепые исследования. Почему? Было доказано, что, как правило, люди, которым называют бренды дегустируемых напитков, отзываются лучше о знакомых им брендах.

В рамках этого эксперимента мы проведем слепое исследование, чтобы определить, повышает ли кофе пульс.

Что нам понадобится:

• 10 или более взрослых;
• MP3-плеер с расслабляющей музыкой;
• часы и секундомер (обычно обе эти функции есть на мобильном телефоне);
• ночная маска для глаз;
• 5 банок напитка с кофеином;
• 5 банок того же напитка без кофеина;
• бумага и изолента;
• блокнот.

Ход эксперимента:

1. Перед началом эксперимента не забудьте детально описать испытуемым, что их попросят сделать, какие вопросы будут заданы, как будет использоваться предоставленная ими информация. Когда дело доходит до изучения других людей, этика чрезвычайно важна!
2. Потратьте некоторое время на изучение того, как правильно измерить пульс человека. Существует много хороших онлайн-ресурсов, которые могут помочь научиться этому. Обязательно попрактикуйтесь в измерении чужого пульса с секундомером, пока не убедитесь, что каждый раз вы получаете точные показания.
3. С помощью бумаги и изоленты замаскируйте напитки и промаркируйте каждую банку номером.
4. Убедитесь, что вы записали в блокноте, содержит ли соответствующий номер напитка кофеин или нет.
5. Назначьте время для тестирования каждого взрослого. На выполнение теста понадобится около 30 минут. Проверяйте каждого человека примерно в одно и то же время суток, при одних и тех же условиях (тот же стул, та же песня и т.д.). Обязательно проверяйте каждого взрослого по одному. Попросите всех воздержаться от еды или питья на протяжении двух часов до теста. Как вы думаете, почему мы хотим убедиться, что для всех обеспечены одинаковые условия?
6. Спросите у каждого испытуемого, какие у него или нее привычки в потребления кофеина. Запишите ответы на отдельном листе бумаги, обеспечьте этим записям конфиденциальность.
7. Попросите испытуемого надеть на глаза маску, наушники, послушать музыку и расслабиться.
8. Через 5 минут измерьте и запишите его пульс, не беспокоя его.
9. Дайте ему любой напиток. Запишите номер напитка в блокнот. Попросите испытуемого выпить его как можно быстрее.
10. Подождите 5 минут, а затем измерьте и запишите его пульс. Продолжайте измерять пульс каждый 5 минут на протяжении 15 минут.
11. Составьте из данных, которые вы записали, график.
12. Реагируют ли на кофеин люди, которые потребляют его регулярно? Как они реагируют на плацебо? Какая реакция на оба напитка? Существует ли корреляция между привычным потреблением кофеина и пульсом человека? Постарайтесь придумать как можно больше вопросов и следите за неожиданными результатами. После того, как вы сделаете анализ, обратите внимание на то, как кофеин влияет на организм, и сравните, соответствуют ли результаты вашего исследования открытиям других ученых.

Вывод:

Результаты, которые вы получите, будут сильно зависеть от того, каких испытуемых вы задействовали для исследования. Почему? Кофеин – это стимулятор, который повышает частоту сердечных сокращений и придает больше энергии. Однако, действие кофе и других напитков с кофеином на организм не идентично. Многие люди рождаются с естественной толерантностью к кофеину, которая выражается в том, что его влияние на них не сильно выражено. Люди без естественной толерантности могут также со временем развить ее, просто потребляя кофеин.

То, что некоторые люди могут иметь толерантность к кофеину, а другие нет, является одной из переменных – то, что напрямую влияет на информацию, которую мы собираем. Вот пример того, как эта переменная может работать: вы можете проверять двух людей, которые случайным образом имеют естественную толерантность к кофеину. Если так получится, что они будут единственными людьми, которых вы проверите, возможно, вы не увидите существенного изменения в частоте сердцебиения. Эти данные могут привести вас к неверному выводу о влиянии кофеина на организм человека! Вот почему нужно протестировать как можно больше испытуемых, а также нужно узнать у них про привычки в употреблении кофеина. Выполнив эти шаги, вы сможете собрать более объективные данные, которые позволят вам контролировать переменную толерантности, выявляя людей, у которых с большой вероятностью есть такая толерантность к препарату.

Проект «Влияние кофеина на сердечный ритм планктона дафнии»

У дафний, также известных как водяные блохи, кровеносная система схожа с системой млекопитающих. Самое важное, у них – камерное сердце, за работой которого можно наблюдать под микроскопом. С помощью секундомера и внимания к деталям вы сможете протестировать, влияет ли конкретное химическое вещество на частоту сердечных сокращений.

Сердце у дафний находится со стороны спины. У самок оно – над выводковой камерой с эмбрионами, с которыми его можно спутать, так как они тоже двигаются. Но характер их движения нерегулярный.

Мы можем разбавить некоторые химические вещества и применить их к дафниям, а затем понаблюдать, изменится ли частота их сердечных сокращений. Цель этого эксперимента – определить, влияет ли конкретное химическое вещество на частоту сердечных сокращений дафнии и, если влияет, то каким образом: увеличивает ее или уменьшает.

Что нам понадобится:

• живые дафнии (водяные блохи);
• чистая стеклянная банка или другая стеклянная емкость и дистиллированная вода (для создания среды обитания);
• хлебные дрожжи (пища для дафний);
• составной микроскоп;
• предметные стекла для микроскопов с глубокими лунками;
• мерный цилиндр;
• градуированная пипетка или одноразовые пипетки;
• секундомер;
• 4-8 л дистиллированной воды или водопроводная вода, предварительно оставленная на открытом воздухе на 48 часов;
• химические вещества на ваш выбор (кофе, кофеин, средство от сорняков, спортивные напитки и т.д.).

Указанные материалы и оборудование можно найти в магазинах товаров для аквариумов или онлайн-магазинах, продуктовых магазинах, лабораториях средней школы.

Ход эксперимента:

1. Сбор материалов – это самая большая часть работы над этим экспериментом. Спланируйте все заранее, чтобы получить дафний вовремя. Сбор данных происходит довольно быстро: вы сможете собрать необходимое количество данных за три 30-минутных сеанса (или один 90-минутный марафон с микроскопом).
2. Помните, при смешивании растворов следует соблюдать осторожность. Все меры безопасности и инструкции к использованию химических веществ должны быть соблюдены.
3. После того, как вы получите дафний, поместите их в банку, наполненную дистиллированной водой комнатной температуры.
4. Добавьте крошечную щепотку дрожжей – слишком много загрязнит воду и убьет дафний. Лучше, чтобы они не доели, чем переели.
5. Поставьте банку на солнце или под лампу, храните ее таким образом.
6. С помощью мерного цилиндра смешайте 99 мл дистиллированной воды с 1 мл тестируемого химического вещества. Если вы используете твердое химическое вещество, тогда 1 г = 1 мл.
7. Получится 1% раствор.
8. Возьмите 10 мл 1% раствора и смешайте его с 90 мл дистиллированной воды. Получится 0,1% раствор.
9. Растворы можно хранить в чистых пластиковых контейнерах.
10. Подготовьте одноразовую пипетку: отрежьте кончик, чтобы получилось достаточно большое отверстие для поимки дафнии.
11. Поймайте дафнию с помощью пипетки и поместите ее в лунку на предметном стекле.
12. Сфокусируйте микроскоп на дафнии. Если дафния не слишком большая, вы можете использовать покровное стекло, чтобы удержать ее на месте.
13. Добавьте две или три капли 1% раствора. С помощью секундомера посчитайте, сколько раз сердце дафнии пробилось за одну минуту. Верните дафнию в банку.
14. Сделайте это как минимум еще 10 раз и запишите количество сердечных сокращений. Посчитайте среднее количество сердечных сокращений для 1% раствора.
15. Повторите шаги 11-14 для 0,1% раствора и для простой воды, которая будет контролем. Часть эксперимента с контрольной группой очень важна, иначе вам не с чем будет сравнить данные, полученные с растворами!
16. Посмотрите на все данные и сделайте выводы.
17. Оформите данные в виде таблицы. Создайте гистограмму для усредненных данных сердечных сокращений. Также можно добавить любой другой статистический анализ: процентное изменение, тест хи-квадрат или t-тесты, если знаете, как их подготовить.
18. Хотя никакие диаграммы не требуются, всегда полезно фотографировать процесс, чтобы у вас было отличное визуальное оформление финального отчета.
19. В этом случае сфотографировать дафнию может быть действительно трудно. Попробуйте найти камеру для микроскопа. Если не получится, можно использовать схемы строения ее тела из интернета, чтобы визуализировать описание дафнии.

Вывод:

Ответьте на вопросы. Что такое закрытая система кровообращения? Чем сходство между сердцем дафнии и сердцем млекопитающих? Как химические вещества влияют на частоту сердечных сокращений на примере целевого химического вещества в этом эксперименте? Как кофе обычно влияет на сердце?

Проект «Кофеиновая зависимость»

Кофе содержит кофеин, стимулятор центральной нервной системы, временно снимающий сонливость. Люди, которые выпивают хотя бы одну чашку кофе в день, часто говорят, что «кофе – наркотик». Но разве можно действительно стать зависимым от кофе? Если ответ «да», то кофейная наркомания должна иметь последствия в виде таких физических симптомов абстиненции, как головные боли, плохая концентрация и раздражительность.

В этом эксперименте мы узнаем, возникает ли зависимость от кофе.

Что нам понадобится:

• 25 человек, потребляющих кофе ежедневно;
• 25 человек, потребляющих кофе от случая к случаю;
• ручка;
• бумага для заметок.

Ход эксперимента:

1. Сначала необходимо проанкетировать каждого из потенциальных испытуемых, спросив их о здоровье и о том, как часто они пьют кофе. Исключите тех, у кого есть хронические состояния или заболевания. Поделите здоровых испытуемых на две группы: те, кто выпивает не менее одной чашки кофе в день, и те, кто выпивает не более одной чашки кофе в неделю.
2. Попросите испытуемых не пить кофе один день.
3. В течение этого дня они должны каждый час делать записи о своем самочувствии.
4. После завершения описываемого дня соберите у испытуемых записи.
5. Сравните две группы. Чем их дни отличались? Какие симптомы испытывали те, кто имеет привычку пить кофе каждый день, если они были?

Вывод:

Ответьте на вопросы. Где содержится больше кофеина: в чае или кофе? Что такое зависимость от кофе и как она может возникнуть?

Проект «Кофе улучшает показатели в спорте»

С помощью этого эксперимента мы оценим, помогает ли кофеин в спорте. Мы проверим, способны ли испытуемые, получившие дозу кофеина, бегать быстрее, бросать мяч дальше или делать больше ударов.

Цель эксперимента – оценить, улучшает ли кофеин спортивные результаты.

Что нам понадобится:

• около 20 испытуемых;
• 10 чашек кофе с кофеином;
• 10 чашек кофе без кофеина;
• беговая дорожка;
• бейсбольное поле;
• измерительная лента;
• маркеры расстояния;
• гольф клуб;
• мячик для гольфа;
• секундомер;
• блокнот.

Ход эксперимента:

1. Привлеките для этого исследования испытуемых с похожими физическими данными. Например, подберите подростков мужского пола в одной весовой категории. Попросите всех пройти атлетические тесты утром натощак.
2. С помощью измерительной ленты подготовьте отметки расстояния, чтобы вы могли легко определить, как далеко был брошен мяч.
3. Попросите испытуемого пробежать расстояние 50 м.
4. Запишите время.
5. Попросите испытуемого бросить бейсбольный мяч 3 раза.
6. Запишите расстояние, на которое мяч был брошен каждый раз.
7. Попросите испытуемого загнать мячик в лунку, находящуюся на расстоянии 3 м. Повторите 10 раз.
8. Запишите, сколько было сделано попаданий.
9. Попросите испытуемого выпить 100 мл кофеина (одна чашка кофе).
10. Подождите 30 минут и повторите шаги 3-8.
11. Повторите шаги 3-10 с девятью другими испытуемыми.
12. Теперь повторите весь эксперимент с остальными десятью испытуемыми. Но эта группа получит такой же объем кофе без кофеина. Не говорите ни одной из групп, получили ли они напиток с кофеином или без кофеина.
13. Проанализируйте результаты. Показала ли группа, получившая кофеин, лучшие результаты во второй части спортивных тестов по сравнению с контрольной группой, которая не получила кофеин? Помогает ли кофеин улучшить показатели в определенных видах спортивных соревнований (например, бег, бросание или попадание)? Каким образом можно охарактеризовать влияние кофеина на скорость, силу или координацию рук и глаз?
14. По аналогии вы можете проверить спортивные показатели используя любой другой доступный вид спорта.

Вывод:

Расскажите, помогает ли кофеин людям бежать быстрее. Помогает ли он улучшить координацию рук и глаз? Делает ли он людей сильнее?

Проект «Экстракция кофеина из зеленого чая Ганпаудер»

В рамках этого научного проекта мы извлечем кофеин из зеленого чая сорта Ганпаудер, используя дихлорметан и безводный сульфат натрия. Извлеченный кофеин будет проверен методом анализа с помощью дубильной кислоты. Это исследование также продемонстрирует процесс отделения встречающегося в природе продукта от растения.

Что нам понадобится:

• шарики зеленого чая Ганпаудер;
• дубильная кислота;
• дихлорметан;
• безводный сульфат натрия;
• дистиллированная вода;
• электрическая плита;
• кастрюля объемом 2,5 л;
• кухонные весы;
• делительная воронка объемом 25 мл;
• мерная чашка;
• капельница;
• пробирки;
• пластиковая чайная ложка;
• две или три мензурки объемом 125 мл;
• небольшая пластиковая воронка;
• кофейный фильтр;
• тройной лучевой баланс.

Ход эксперимента:

1. Эксперимент должен проходить под вытяжкой в оборудованной химической лаборатории или на улице в тенистой местности с достаточной вентиляцией.
2. Положите 300 г зеленого чая в кастрюлю.
3. Наполните кастрюлю наполовину дистиллированной водой, перемешайте.
4. Прокипятите 10 мин на плите.
5. Дайте смеси остыть.
6. Вылейте охлажденный чайный раствор в делительную воронку через кофейный фильтр, чтобы собрать чайные листья. Перед этим убедитесь, что кран воронки закрыт.
7. Добавьте 20 мл дихлорметана.
8. Закройте воронку пробкой.
9. Держа пальцы на пробке, начните осторожно встряхивать делительную воронку. Не встряхивайте ее слишком сильно, иначе образуется эмульсия. Старайтесь вращать или раскачивать делительную воронку, чтобы тщательно перемешать содержимое.
10. Периодически открывайте кран, чтобы снизить давление газа, как показано на рисунке выше.
11. Когда содержимое начнет разделяться, остановитесь.
12. Как только два слоя отделятся, выньте пробку.
13. Слейте нижний слой, как показано на рисунке слева.
14. Добавьте 1 ч. л. безводного сульфата натрия, чтобы высушить полученный раствор.
15. Аккуратно перелейте раствор дихлорметана через фильтр в другую мензурку.
16. Дайте дихлорметану испариться или поместите мензурку в ванну с горячей водой.
17. Когда весь растворитель дихлорметана испарится, образуется осадок в виде зеленовато-белых кристаллов кофеина.
18. Чтобы подтвердить то, что из чая был извлечен кофеин, разведите 1 г дубильной кислоты в 1 мл спирта и разбавьте дистиллированной водой до 10 мл. Приготовьте этот раствор непосредственно перед применением.
19. Растворите часть осадка кристаллического кофеина в 2 мл дистиллированной воды.
20. С помощью пипетки, добавьте по каплям раствор дубильной кислоты к растворенному кофеину. Должен образоваться белый осадок. Прекратите добавлять дубильную кислоту! При добавлении избыточного количества дубильной кислоты осадок растворится и исчезнет!
21. Небольшие количества химических соединений, используемых в этом проекте, могут быть смыты в раковину с использованием большого количества воды, если местные санитарные правила не запрещают это.
22. В рамках расширенной версии этого проекта можно дождаться, когда испарится весь дихлорметан, и взвесить собранные остатки кофеина на весах, записав данные. Далее можно повторить процесс экстракции с чаем без кофеина и / или другими сортами чая, такими как белый, Улун и черный.

Вывод:

Ответьте на вопросы. Что такое дихлорметан и почему он используется в этом эксперименте? Что такое дубильная кислота и почему она используется в этом эксперименте? Что такое зеленый чай Ганпаудер и почему он используется в этом эксперименте? Содержится ли в чае кофеин? Сколько неочищенного кофеина выделилось из зеленого чая Ганпаудер? В каком сорте чая больше кофеина: в зеленом или черном?

Проект «Окрашивание зубов чаем или кофе»

Зубы представляют собой структуры во рту, имеющие индивидуальную квадратную или кубическую форму с выемками, и предназначенные для использования при расщеплении пищи для последующего ее потребления. У зубов – естественный белый или почти белый цвет, но отложения из еды и напитков, таких как кофе и чай, со временем могут привести к появлению желтизны или неоднородного оттенка.

В этом эксперименте мы будем использовать скорлупу яиц, чтобы исследовать, какое влияние оказывает кофе и чай на зубы. Также мы узнаем, сколько нужно времени для появления первых видимых результатов.

Что нам понадобится:

• яйца, очищенные в соответствии с этими инструкциями;
• кофе;
• чай;
• 2 больших пластиковых контейнеров.

Ход эксперимента:

1. Налейте в разные контейнеры кофе и чай.
2. Положите минимум по скорлупе с одного яйца в каждый контейнер.
3. Каждый день доставайте ее и оценивайте, насколько изменился цвет.
4. Сделайте несколько фотографий постепенных изменений. Отметьте день, когда вы действительно увидели изменение цвета.
5. Запишите результаты и сравните то, как воздействуют эти две жидкости.

Пример оформления таблицы с результатами

	День №1	День №2	День №3
Кофе
Чай

Вывод:

Расскажите, для чего нужны зубы. Какой естественный цвет зубов? Как пятна от кофе и других напитков появляются на зубах?

Заключение

После проведения такой масштабной исследовательской работы про кофеин и его влияние на здоровье людей, у вас появится четкое понимание о том, что такое кофеин и в каких напитках он содержится, как влияет на организм, вызывает ли кофе зависимость, какие существуют признаки зависимости. Эта информация будет полезной для формирования в будущем правильных привычек в питании и заботы о свое здоровье!