Кофеин и его влияние на организм человека

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение школа № 000 (ГБОУ школа № 000)

Исследовательская работа на тему:

Кофеин и его влияние на организм человека.

Автор проекта: ученик 10 «В» класса

Лебедев Андрей.

Руководитель проекта: ,

учитель биологии.

Научный консультант: ,

преподаватель спец. курса.

МОСКВА, 2017

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ                                                                        3

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОФЕИНА                                4

2.1 Открытие кофеина                                                                                4

2.2 Строение молекулы и химические свойства                                                4

2.3 Физические свойства                                                                        5

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ                                 6

3.1 Выделение кофеина из источников                                                 6

3.1.1 Методика эксперимента                                                                 6

3.1.2 Качественный анализ полученного продукта                                 6

3.1.3 Содержание кофеина в разных продуктах                                         6

ГЛАВА 4.        КОФЕИН И ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА                                 8

4.1 Механизм действия кофеина                                                         8

4.2 Эксперимент: влияние кофеина на артериальное давление                 9

ГЛАВА 5.        ВЫВОДЫ                                                                         12

ГЛАВА 6.        СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ                                                 13

ГЛАВА 7.        ПРИЛОЖЕНИЕ                                                                 14

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ

В современном мире едва ли найдется хоть один человек, который никогда не пробовал кофе или чай. Эти напитки пьют все, всегда и везде. Существует огромное разнообразие сортов кофе и чая, их пьют из миниатюрных керамических чашек или литровых бумажных стаканов, в модных кафе или на бегу.

Но многие даже не догадываются о удивительности кофеина, его влиянии на организм, пользе и вреде

Предмет исследования: кофеин

Цель: изучение и установление содержания кофеина в кофе и чае и, изучение возможного влияние напитков, его содержащих на изменение артериального давления человека.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд следующих задач:

Выделить кофеин из образцов кофе, черного чая и зеленого чая и сравнить их с лекарственным препаратом (Jet-Alert); провести эксперимент по изучению влияния напитков: кофе, черного чая и зеленого чая на изменение артериального давления и пульса человека.

Методами исследования являются: эксперимент, наблюдение, сравнение

Практическая значимость проекта: рассказать людям о пользе и вреде кофеина .

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОФЕИНА

2.1 Открытие кофеина

Открытие эффектов кофе произошло, как и многие другие открытия, совершенно случайно. В IX веке эфиопский пастух по имени Калди заметил, что его козы, поев листьев и плодов дикорастущего кофейного 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. Кстати, название «кофе» произошло от названия эфиопской провинции Кафа.

Официально открыт и назван «кофеином» в 1819 году немецким химиком Фердинандом Рунге.

В 1827 году Удри выделил из чайных листьев новый алкалоид и назвал его теином. Кофеин в чистом виде впервые получен в 1828 году (Пеллетье и Каванту). В 1832 году его состав был установлен Велером и Пфаффом с Либихом. В 1838 году Иобст и доказали тождественность теина и кофеина.

Структура кофеина была выяснена к концу XIX века Германом Эмилем Фишером, который был также первым человеком, кто искусственно синтезировал кофеин. Он стал лауреатом Нобелевской премией по химии 1902 года, которую получил частично из-за этой работы.

2.2 Строение молекулы и химические свойства

Химическое название кофеина — 1,3,7-триметил-ксантин (см. схему 1, соединение под номером 1), в щелочной среде (при pH > 9) он превращается в кофеидин (см. схему 1, соединение под номером 2).

СХЕМА 1

По строению и фармакологическим свойствам кофеин близок к теобромину и теофиллину; все три алкалоида относятся к группе метилксантинов. Кофеин лучше действует на ЦНС, а теофиллин (рис 1, соединение под номером 3) и теобромин теофиллин (рис 1, соединение под номером 4) — в качестве стимуляторов сердечной деятельности и лёгких мочегонных средств.

Рисунок 1. Теофиллин и теобромин.

2.3 Физические свойства

Агрегатное состояние: твёрдое кристаллическое вещество, бесцветное или белого цвета, без запаха. Молярная масса: 194,19 г/моль, плотность: 1,23 г/смі, термические свойства: Тплав = 234°C, Тсубл = 180°C.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Выделение кофеина из источников

3.1.1 Методика проведения эксперимента

В фарфоровую чашку поместили смесь измельченного препарата (см. Приложение, рис. 1) и оксида магния в соотношении 1:1, накрыли стеклянной пластинкой и поставили на электроплитку (использовали асбестовую сетку) (см. Приложение, рис. 3). Нагревали 2 минуты, не допуская обугливания. Наблюдали возгонку кофеина, который кристаллизовался по краям стеклянной пластинки (см. Приложение, рис. 4) .Опыт проводили с каждым препаратом отдельно.

Так же для сравнения (опыт проводим с лекарственным препаратом, содержащим кофеин (Jet-alert) (см. Приложение, рис 2).

Кристаллизированный кофеин был микроскопирован на увеличении x800 (см. рис:8-11).

Кристаллы выделенные из таблеток значительно больше и выразительнее, из-за того что в таблетках он содержится в чистом виде и бес примесей. Кристаллы выделенные из кофе, черного чая и зеленого чая примерно одинаковые.

3.1.2 Проверка на содержание кофеина в полученных кристаллах.

Кристаллы кофеина поместили в фарфоровую чашку и добавили 1-2 капли НCl (конц.). Появляется желтое окрашивание (см. рис 6).

Осторожно нагревали чашку и выпарили содержимое досуха. Остаток смочили 1 каплей 25% р-ра аммиака. Появляется пурпурно-красное окрашивание (см. рис 7).

3.1.3 Содержание кофеина в разных продуктах

Таблица 1. Содержание кофеина в разных продуктах.

Продукт	Содержание кофеина
Растворимый кофе	300-480 мг/л
Кофе «американо»	около 300 мг/л
Энергетические напитки	300-350 мг/л
Чай	180-420 мг / л (такая большая разница — из-за различия сортов и разных способов заварки чая)
Кола	около 100 мг/л
Кофе эспрессо	1700-2250 мг/л
Шоколад	430 мг / кг

Суточная норма кофеина составляет около 150 мг.

ГЛАВА 4.        КОФЕИН И ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

4.1 Механизм действия кофеина

Что бы вы сказали, если бы кто-то обвинил вас, что вы пристрастились к психостимулятору, и принимаете, ежедневно, большие его дозы? Ну, правда может оказаться немного ближе, чем вы думаете. Кофеин является веществом, вызывающим сильное привыкание, и многие из нас потребляют его в больших количествах.

Мы принимаем этот стимулятор, чтобы придать себе энергии, и нет никаких сомнений в том, что это помогает. Но проблема с кофеином в том, что энергия, которую он нам дает, быстро заканчивается. Мы все испытывали регулярные всплески энергичности, связанные с регулярным употреблением кофе. После каждого пика следует падение, и, если мы не будем осторожны, каждое падение побуждает нас употреблять больше того же стимулятора.

Как же действует кофеин на организм человека? Здесь следует учитывать, что всё зависит от индивидуальных физиологических особенностей каждого человека. Итак, под действием кофеина:

ускоряется сердечная деятельность (сокращения миокарда становятся более интенсивными и учащаются); поднимается кровяное давление (при этом артериальное давление практически не повышается, поскольку одновременно с возбуждением сосудодвигательного центра и сердца расширяются кровеносные сосуды скелетных мышц, головного мозга сердца и почек); примерно на 30 минут заметно улучшается настроение (происходит это за счёт высвобождения дофамина — нейромедиатора, известного также под названием "гормон счастья"); повышается двигательная и мышечная активность (Кофеин входит в группу допинговых стимулирующих средств, запрещённых Олимпийским комитетом — допустимое его содержание в моче спортсмена не должно превышать 12 мкг/мл — это порядка 5 чашек крепкого кофе); повышается умственная и физическая работоспособность (кофеин считается психотропным средством, поскольку блокирует действие аденозина — нуклеозида, отвечающего за стимуляцию сна и подавление бодрости, без которого нервные клетки продолжают находиться в возбуждённом состоянии; усиливает процессы возбуждения в коре головного мозга, изменяет общий уровень мозговой активности от обычного спокойного состояния до высокоактивного); уменьшается усталость и сонливость (бодрящий эффект отчетливо начинает проявляться уже через 20 минут после попадания кофеина в организм); усиливается секреция желез желудка.

4.2 Влияние кофеина на артериальное давление

Чтобы узнать, влияет ли кофеин на артериальное давление, мне потребовалось провести опыт

1.Дал трем испытуемым 3 напитка: растворимый кофе, зеленый чай, черный чай (в разные дни, для точных результатов)

2.Померил артериальное давление и пульс до применения напитка, 10 минут спустя (после приема напитка), 20 минут спустя (после приема напитка).

3.Составил таблицы по полученным данным:

Таблица 2. Измерения пульса и давления при приеме растворимого кофе.

Растворимый кофе	До применения напитка	Прошло 10 мин после приема напитка	Прошло 20 мин после приема напитка
Испытуемый 1	111/83 мм рт. ст. 80 уд./мин	120/74 мм рт. ст. 83 уд./мин	117/70 мм рт. ст. 82 уд./мин
Испытуемый 2	110/70 мм рт. ст. 72 уд./мин	113/79 мм рт. ст. 83 уд./мин	110/78 мм рт. ст. 78 уд./мин
Испытуемый 3	110/65 мм рт. ст. 80 уд./мин	114/70 мм рт. ст. 84 уд./мин	113/70 мм рт. ст. 84 уд./мин

Таблица 3. Измерения пульса и давления при приеме черного чая.

Чай чёрный	До применения напитка	Прошло 10 мин после приема напитка	Прошло 20 мин после приема напитка
Испытуемый 1	139/53 мм рт. ст. 89 уд./мин	142/77 мм рт. ст. 82 уд./мин	130/66 мм рт. ст. 86 уд./мин
Испытуемый 2	114/79 мм рт. ст. 69 уд./мин	126/61 мм рт. ст. 76 уд./мин	124/62 мм рт. ст. 74 уд./мин
Испытуемый 3	130/73 мм рт. ст. 80 уд./мин	135/82 мм рт. ст. 80 уд./мин	130/80 мм рт. ст. 82 уд./мин

Таблица 4. Измерения пульса и давления при приеме зелёного чая.

Чай зелёный	До применения напитка	Прошло 10 мин после приема напитка	Прошло 20 мин после приема напитка
Испытуемый 1	130/73 мм рт. ст. 86 уд./мин	136/65 мм рт. ст. 83 уд./мин	137/66 мм рт. ст. 85 уд./мин
Испытуемый 2	130/71 мм рт. ст. 84 уд./мин	131/70 мм рт. ст. 85 уд./мин	129/68 мм рт. ст. 83 уд./мин
Испытуемый 3	118/72 мм рт. ст. 74 уд./мин	120/76 мм рт. ст. 80 уд./мин	120/70 мм рт. ст. 82 уд./мин

Изменение показаний незначительное, значит принятие кофеина не влияет на артериальное давление и пульс.

ГЛАВА 5. ВЫВОД

Кофеин очень противоречивое вещество, которое одновременно и полезно и вредно для организма: Оно помогает держаться нам бодрыми, подымает настроение, но это стимулятор, который может вызывать привыкание, если регулярно потреблять его в избыточном количестве. Это вещество нередко называют «самым популярным легальным наркотиком в мире». Хоть это вещество и не влияет на артериальное давление и пульс, оно все же может вызвать некоторые проблемы с организмом, такие как: повышенная тревожность, бессонница, диарея, учащенное мочеиспускание, головокружение, спазмы в желудке и кишечнике, прилив крови к лицу, жажду, тошноту, головные боли. Поэтому, когда будете заваривать очередную кружку кофе или чая, задумайтесь, а нужно ли это вам.

ГЛАВА 6. СПИСОК ЛИТЕАРАТУРЫ

Кофейная жемчужина [Электронный ресурс].-Новостной сайт - Режим доступа – http://www. pearl-coffee. org/coffee-notes/kofein-polza-i-vred. html; Дата обращ. – 11. 04. 2017 г. Зожник [Электронный ресурс].- Новостной сайт - Режим доступа – 1@0I. ">http://zozhnik.ru/gid-po-kofeinu-dejstvie-effekty-pravi/; 0B0 >1@0I. – 11. 04. 2017 г. livejournal [Электронный ресурс].- Новостной сайт - Режим доступа – 1@0I. ">http://p-i-f.livejournal.com/2350829.html; 0B0 >1@0I. – 11. 04. 2017 г. Фармацевтическая химия. — 2-е изд., перераб. и доп. — Т. 2. — М.: Медицина, 1976. Фармацевтическая химия : учебн. пособие : в 2 ч. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: МЕДпресс-информ, 2007. — 624 с. Фармакология : учебник. — 9-е изд., перераб., испр. и доп. — М.: ГЭОТАР-Медицина, 2006. — 736 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

Рисунок 1. Смесь измельченного  препарата и оксида магния

  Рисунок 2. Препараты

 

Рисунок 3. Возгонка кофеина  Рисунок 4. Кристаллизация кофеина

  По краям стеклянной пластинки 

 

Рисунок 5. Кристаллы кофеина 

в фарфоровой чашке с HCl

Рисунок 6. Кристаллы кофеина с HCl выпарили досуха и добавили 25% р-р аммиака 

 

Рисунок 7. Кристаллы выделенные

из таблеток

Рисунок 8. Кристаллы выделенные из растворимого кофе

 

Рисунок 9. Кристаллы выделенные из зелёного чая

Рисунок 10. Кристаллы выделенные из чёрного чая