Научно-исследовательская работа по теме: "Влияние кофе на сердечно-сосудистую систему человека".

Автор: Корчак Таисья Сергеевна

                                                                                                                                 ученица  9  класса

МБОУ СОШ № 17 

                                                                           г. Новый Уренгой, ЯНАО, Российская Федерация

«Влияние кофе на работу сердечно - сосудистой системы человека».

  Научный руководитель:

                                                                                                     Рустамова Алла Александровна

                                                                                                                                  учитель биологии

                                           МБОУ СОШ № 17 

2012 г.

Содержание 1.    Аннотация ___________________________________стр.3
2.    Введение _________________________________  стр.4-7      3.Методика исследования _____________________стр.7-8      4.Исследование и результат ____________________стр. 8      5.Выводы ___________________________________стр.9      6. Рекомендации ____________________________ стр.10      7. Приложение ____________________________ стр. 11-21      8. Список литературы ______________________ стр.22

                                                  Аннотация

Ежедневно выпивая чашечку кофе, вряд ли кто задумывается о свойствах этого напитка. Между тем именно этот напиток считается самым противоречивым. Есть специалисты, которые утверждают, что кофе вредно и пить его нельзя (но мы продолжаем его пить, и не думаем об этом), другие утверждают, что кофе чуть ли не единственный способ вылечиться от некоторых заболеваний. Подростки являются активными потребителями энергетиков, не задумываясь над последствиями для своего здоровья.  Многие люди, пьющие "энергетики", думают, что действие их совершенно безвредно, и продолжают увеличивать дозу бодрящих напитков.  Энергетические напитки - это напитки, содержащие вещества, которые позволяют ускорить работу сердца, отстранить сон, улучшить концентрацию. Для некоторых людей даже суточная норма кофеина, может оказаться большой. Это может вызвать проблемы с сердцем, бессонницу и другие неприятности.

Исследовательская работа проводилась с целью доказать влияние кофе и его составляющих компонентов на работу сердечно - сосудистой системы человека. Для проведения эксперимента были организованы две группы испытуемых, разной возрастной категории: 15-16 лет, 40-45 лет, в каждой группе по 4 человека. Для исследования использовалось оборудование, позволяющее снимать и анализировать кардиограмму, частоту сердечных сокращений и измерять артериальное давление. Поскольку целью эксперимента было доказать, что кофе влияет на работу сердца, необходимо было измерить пульс, кардиограмму, давление до и после приема чашки кофе. Полученные результаты были обработаны и изложены в таблицы, графики. По итогам исследования выяснилось, что у испытуемых 1 возрастной группы (15-16 лет) кофе вызвал незначительный подъем артериального давления, но пульс участился значительно, чем у испытуемых 2 возрастной категории (40-45 лет). Такая разница в показаниях говорит о том, что организм подростка не полностью сформирован.  У возрастной группы 40-45 лет наоборот изменилось кровяное давление, что указывает на то, что кровеносные сосуды с возрастом теряют свою эластичность, что может привести к развитию гипертонии.

Искусственно стимулируя работу сердца и нервной системы, подросток может подорвать свое здоровье, т.к. организм привыкает к дозам кофеина, и со временем требует её повышения. Это может привести к значительному повышению артериального давления  или уровоня сахара в крови, что ведёт к серьёзным заболеваниям — гипертонии и сахарному диабету.

Введение

    Ежедневно выпивая чашечку кофе, вряд ли кто задумывается о свойствах этого напитка. Между тем именно этот напиток считается самым противоречивым. Есть специалисты, которые утверждают, что кофе вредно и пить его нельзя (но мы продолжаем его пить, и не думаем об этом), другие утверждают, что кофе чуть ли не единственный способ вылечиться от некоторых заболеваний. По-своему, в некоторой степени правы и те и другие. Остается только выяснить все «за» и «против» кофе. В сыром кофе белковые вещества содержатся почти в одинаковом количестве (аминный азот – 1,55-1,63%, общее содержание белка – 9,69-10,19%).На долю углеводов приходится 50-60% общей массы сырых кофеных зерен. В целом общее количество редуцирующих сахаров в зернах кофе достигает 0,7-1%.В сырых зернах кофе содержание танина¹ варьируется в широких пределах - от 3,6 до 7,7%. Танин- органическое вещество растительного происхождения является основным представителем группы вяжущих средств. В процессе обжаривания (особенно при температуре 175-205°С) количество таннина резко уменьшается и в готовом продукте его остается 0,5-1,0. Снижение содержания таннина во время обжаривания не считается отрицательным фактором, так как способствует формированию вкуса и цвета кофе. В кофейных зернах обнаружены также эфиры хинной кислоты с кофейной и феруловой кислотами. Теофиллин²  представляет собой 1,3-диметилксантин. Общее количество его в зернах дикорастущих кофейных растений 1-4 мг%. Теофиллин  оказывает стимулирующее влияние на деятельность сердца, увеличивает силу сердечных сокращений и ЧСС, повышает коронарный кровоток и потребность миокарда в кислороде. Снижает тонус кровеносных сосудов (главным образом сосудов мозга, кожи и почек). Уменьшает легочное сосудистое сопротивление, понижает давление в малом круге кровообращения. Теобромин³ является диметилксантином, так как при окислении образует монометилаллоксан и монометилмочевину.  Содержание теобромина в сырых зернах кофе незначительное - 1,5-2,5 мг%. Теобромин- нормализует дыхательную функцию, способствует насыщению крови кислородом и снижению концентрации углекислоты; стимулирует дыхательный центр. Оказывает стимулирующее влияние на деятельность сердца, увеличивает силу и ЧСС, повышает коронарный кровоток и ____________________________________________________                                         ¹1.www.wikipedia.org

 ²2.www.jagaman.ru

³3.www.gezelst.ru

потребность миокарда в кислороде. Кофеин⁴  - важнейший алкалоид кофейных зерен, известный под названием 2,6-диокси-1,3,7-триметилпурин, или 1,3,7-триметилксантин. Различные виды кофе характеризуются следующим содержанием кофеина (% в пересчете насухое вещество): Арабика-0,6-1,2; Робуста-1,8-3; Либерика-1,2-1,5. Количество кофеина в зернах в значительной степени изменяется и в зависимости от сорта кофе. Содержаниекофеина в зернах играет очень важную роль при оценке качества сырья и установлении технических требований на него. Кофеин - психостимулирующее и аналептическое средство. Оказывает стимулирующее действие на ЦНС, главным образом на кору головного мозга, дыхательный и сосудодвигательный центры. Повышает умственную и физическую работоспособность, уменьшает сонливость, чувство усталости. Оказывает выраженное влияние на сердечно-сосудистую систему: увеличивает силу и частоту сокращений сердца, повышает АД при гипотензии.  Энергетические напитки - это напитки, содержащие вещества, которые позволяют ускорить работу сердца, отстранить сон, улучшить концентрацию. Самыми опасными элементами в составе, являются кофеин и гуарана, а точнее их концентрация. Для некоторых людей даже суточная норма кофеина, может оказаться большой. Это может вызвать проблемы с сердцем, бессонницу и другие неприятности.

Состав энергетиков

    1)   Кофеин. Это - главное действующее вещество любого энергетика, стимулирующее активность. Кофеин стимулирует деятельность головного мозга и мыслительные процессы, деятельность сердечнососудистой системы.

    2)   Таурин. Это второй главный компонент энергетиков, содержащихся в них в большом количестве. Таурин накапливается в тканях мышц . Таурин обладает противосудорожными свойствами,  Однако последние исследования показали, что таурин никакого положительного стимулирующего воздействия на организм человека не оказывает. Более того, в больших количествах таурин способен вызвать перевозбуждение нервной системы и её истощение.

    3)   Карнитин. Среди его положительных свойств — усиление обмена веществ, снижение утомляемости мышц и окисление жирных кислот в организме. При превышении дозы может вызвать боли в области желудка, диспепсию, слабость в мышцах и резкое снижение давления.

    4)   Женьшень, гуарана. Экстракты гуараны и женьшеня способны избавить от боли в

____________________________________________________

⁴4. www.ladytoday.ru

мышцах при чрезмерных нагрузках, придать сил, повысить активность организма и сопротивляемость болезням. Но в больших количествах и применяемые регулярно, напитки с экстрактами гуараны и женьшеня могут спровоцировать различные нарушения деятельности сердечно - сосудистой и нервной систем, повысить давление и привести к развитию гипертонии, стимулировать развитие раковых клеток. Сердце ― уникальный орган человеческого тела, обладающий способностью к автоматии ― собственному сокращению независимо от работы центральной нервной системы. Это происходит благодаря тому, что в здоровом сердце, в правом предсердии есть естественный ритмоводитель (синусно-предсердный узел), который инициирует упорядоченную последовательность электроимпульсов (рис.1). Каждый импульс затем проходит по естественным проводникам от предсердия к предсердно-желудочковому узлу и далее к обоим желудочкам. Естественные пути проводимости облегчают упорядоченное распространение импульса и скоординированное сокращение сначала предсердия, а затем желудочков. Продвижение электрического импульса  создает уникальные отклонения, отраженные на электрокардиограмме (ЭКГ), которые передают сведения о сердечной функции и здоровье (рис. 1). Электрокардиограмма (ЭКГ) ― графическая запись электрических событий, происходящих в сердце.

 Гипотеза: кофе усиливает сердечную деятельность, возбуждает сосудодвигательный центр, учащает пульс, а также повышает артериальное давление.

Актуальность данного исследования заключается в том, что кофе и кофесодержащие напитки все больше становятся популярными среди людей молодого возраста, а также подростков, у которых нервная система неустойчива, организм не сформирован полностью.    Новизна исследования заключается в использовании современной электронной аппаратуры, позволяющей школьникам не только снимать ЭКГ прямо на уроках анатомии, но и анализировать полученные данные, проводить расчеты без участия врача - кардиолога.

Цель исследования доказать влияние кофе на работу сердечно -  сосудистой системы у людей разной возрастной категории.

    Задачи:

1.      Получить графическое изображение электрической активности сердца в течение определенного промежутка времени (до и после употребления кофе).

2. Связать  формы волны ЭКГ с активностью сердца.

3.Определить частоту сердечных сокращений, измеряя частоту отдельных  участков форм волны в ЭКГ.

1.      Сравнить формы волны после того, как испытуемый выпьет чашку крепкого черного кофе.

2.      Сравнить полученные данные и сделать выводы.

    Методы исследования: экспериментальное снятие ЭКГ до и после употребление кофе, графическое построение изменения частоты сердечного ритма, анализ полученных данных, сравнительная характеристика работы сердечно-сосудистой системы у разных возрастных групп испытуемых.

Оборудование и реактивы:

1.      УИОД

2.      ПО LabQuest App

3.      Датчик ЭКГ

4.      Одноразовые электроды

5.      Чашка крепкого черного кофе

                                       Методика проведения исследования

    Во время подготовки и проведения эксперимента испытуемый должен сидеть в расслабленном положении на стуле, положив руки на колени или на подлокотники стула. (прил. 2). Для проведения исследования необходимо:

1. Снять с одного одноразового электрода защитную пленку и плотно прижать его выступом вниз к внутренней стороне правого запястья испытуемого.

2. Оставшиеся два электрода аналогичным образом закрепить на внутренней стороне левого и правого локтевых сгибов.

3. Подсоединить зажимы измерительных кабелей датчика к выступам электродов, соблюдая следующий порядок: черный зажим ― к электроду на правом запястье (базовая точка), зеленый ― к электроду на правом локтевом сгибе, красный ― к электроду на левом локтевом сгибе.

4. Подключить датчик к УИОД.

5. Нажать кнопку ,  чтобы начать сбор данных. Сбор данных автоматически завершится через 3 секунды.

Как только сбор данных завершится, на экране появится кардиограмма испытуемого. Вычислить частоту сердечных сокращений в ударах в минуту, можно используя данные ЭКГ. Распечатать полученный результат можно в виде графика. На графике:

      - интервал P―R: время от начала волны P до начала комплекса QRS;

     - комплекс QRS: время от отклонения Q до отклонения S;

- интервал Q―T: время от отклонения Q до конца T.

6.  Предложить испытуемому выпить чашку крепкого черного кофе.

7. Через 5 минут можно  начать сбор данных. Сбор данных автоматически завершится через 3с.

8. Повторить расчеты после получения графического изображения ЭКГ (п.5).

  9. После проведения эксперимента необходимо сравнить полученные данные со стандартными и сделать вывод о состоянии работы  сердца и влиянии кофе на его работу.

Кроме ЭКГ у испытуемых также были сняты показания кровяного давления до и после приема кофе.

                                           Исследование и результаты

В исследовании участвовали 2 возрастные группы испытуемых: учащиеся 15-16 лет и учителя 40-45 лет. В каждой группе было по 4 человека, таким образом, результаты исследования показали объективную картину влияния кофе на сердечно - сосудистую систему разных возрастных групп людей. По итогам начального исследования 1 группы (возраст 15-16 лет) данные были собраны и изображены в виде графика (прил.5- 6). После приема кофе у испытуемых вновь были измерены пульс, давление, кардиограмма. Показания так же были обработаны и изображены в виде графиков (прил.5-6). По итогам начального исследования 2 группы (возраст 40-45 лет) данные были собраны и изображены в виде графика (прил.7 - 8). После приема кофе у испытуемых вновь были измерены пульс, давление, кардиограмма. (прил. № 13). Показания так же были обработаны и изображены в виде графиков (прил.7- 8). Также все данные измерения давления (прил.4).

                                                           Выводы

    В ходе эксперимента гипотеза, которая была выдвинута перед испытанием подтвердилась, кофе действительно оказывает влияние на работу сердечно-сосудистой системы, ускоряя ритм сердца и незначительно повышая кровяное давление. При этом конечно же возбуждается дыхательный центр, что приводит к учащенному дыханию. Отсюда можно сделать вывод о том, что при учащенном сердцебиении и дыхании происходит лучший газообмен в организме, он получает больше кислорода, а значит повышается физическая активность, возбудимость мозга, умственная и физическая работоспособность улучшается. Однако  действие кофеина на каждого человека индивидуально, и зависит от типа нервной системы. А даже небольшое и не очень длительное по времени превышение индивидуальной дозы влечет к истощению нервных клеток, нарушению нормального функционирования организма. По итогам эксперимента было выявлено, что кофе у испытуемых первой возрастной группы (15-16 лет) повысилось систолическое давление незначительно, в среднем на 4,25%, диастолическое повысилось на 9,35% (прил. № 11 ), зато частота пульса выросла в среднем на 17%. У второй возрастной группы (40-45 лет) систолическое давление выросло в среднем на 17,27%, диастолическое давление выросло на 18,3%, пульс повысился на 7,1%. (прил.№ 11). Такая разница в показаниях говорит о том, что организм подростка не полностью сформирован. Такая же картина наблюдается и при употреблении кофе подростками с неустойчивой нервной системой, поэтому детям и подросткам кофе ни в коем случае нельзя давать. У возрастной группы 40-45 лет наоборот изменилось кровяное давление, что указывает на то, что кровеносные сосуды с возрастом теряют свою эластичность, что может привести к развитию гаппертонии. Вред кофе для детей огромен, он нарушает рост и развитие ребенка. Нечего и говорить о том, что при употреблении кофеинсодержащих напитков, типа энергетиков, содержащих дозу кофенина в 5-6 раз превышающих норму, последствия могут быть катастрофическими. Искусственно стимулируя работу сердца и нервной системы, подросток может подорвать свое здоровье, т.к. организм привыкает к дозам кофеина, и со временем требует её повышения. Это может привести к значительному повышению артериального давления  или уровеня сахара в крови, что ведёт к серьёзным заболеваниям — гипертонии и сахарному диабету.

    Подростки являются активными потребителями энергетиков, не задумываясь над последствиями для своего здоровья.  Многие люди, пьющие "энергетики", думают, что действие их совершенно безвредно, и продолжают увеличивать дозу бодрящих напитков. Увлечение бодрящей газировки медики называют новым видом зависимости. Следовательно, энергетические напитки можно назвать психостимуляторами, которые вызывают возбудимость организма на кратковременный промежуток времени, но так как организм это получает извне, он очень быстро запоминает и стремится получить его еще.

                                               Рекомендации

После проведенных исследований несомненно нужно:

- вести пропаганду против кофеинсодержащих напитков;

- не разрешать пить кофе детям до 18 лет;

- повышать тонус организма спортивными занятиями;

- укреплять стенки сосудов закаливающими процедурами.

                                           Приложение

1.

2.

3.

Приложение № 4                                                                                                           Таблица 1

	Измерения	Возрастная группа 15-16 лет				Возрастная группа 40-45 лет
		1исп.	2исп	3исп.	4исп.	5исп.	6исп.	7исп.	8исп.
До приема кофе	Систолическое давление (мм рт. ст.)	128	113	122	115	115	109	132	128
	Диастолическое давление (мм рт.ст.)	68	77	71	69	71	80	89	83
	Пульс	66	81	73	68	85	65	78	80
После приема кофе	Систолическое давление (мм рт. ст.)	132	120	128	119	134	130	150	154
	Диастолическое давление (мм рт.ст.)	72	84	83	73	89	96	98	98
	Пульс	78	98	82	79	88	69	85	88

Приложение № 5

1испытуемый - до кофе                                                     - после кофе

 

2 испытуемый  - до  кофе                                      -   после кофе

 

3 испытуемый - до кофе                                             - после кофе

    

4 испытуемый - до кофе                                    - после кофе

 

Приложение № 5

Приложение № 6

                                                  

Приложение № 7

Приложение № 8

Приложение № 9

Приложение № 10

Табл.№ 2  «Изминение систолического давления после выпитого кофе»

Систолическое давление	1 испытуемый	2 испытуемый	3 испытуемый	4 испытуемый	Средний показатель
Группа 15-16 лет	3%	6%	5%	3%	4,25%
Группа 40-45 лет	16.5%	19%	13.6%	20%	17,27%

Табл.№ 3 

«Изминение диастолического давления после выпитого кофе»

Диастолическое давление	1 испытуемый	2 испытуемый	3 испытуемый	4 испытуемый	Средний показатель
Группа 15-16 лет	3%	6%	5%	3%	9,35%
Группа 40-45 лет	16.5%	19%	13.6%	20%	18,3%

Табл.№ 4  «Изменение пульса после выпитого кофе»

Пульс	1 испытуемый	2 испытуемый	3 испытуемый	4 испытуемый	Средний показатель
Группа 15-16 лет	18%	20%	12%	16%	17%
Группа 40-45 лет	16.5%	19%	13.6%	20%	7%

1.     Приложение № 11 УИОД

Приложение № 12 «Проведение эксперимента»

Приложение № 13

Таблица № 1(возрастная группа 15-16 лет)

	Интервал на ЭКГ	Время, с
№ участника		В начале эксперимента	После чашки кофе	Стандартные данные
1.	P—R	0,13	0,22	от 0,12 до 0,20
	QRS	0,7	0,9	меньше, чем 0,12
	Q—T	0,33	0,41	от 0,30 до 0,40
	Частота сердечных         сокращений,                     уд./мин	66	78	70
	Интервал на ЭКГ	Время, с
		В начале эксперимента	После чашки кофе	Стандартные данные
2.	P—R	0,18	0,27	от 0,12 до 0,20
	QRS	0,12	0,15	меньше, чем 0,12
	Q—T	0,38	0,45	от 0,30 до 0,40
	Частота сердечных              сокращений,                уд./мин	81	98	70
	Интервал на ЭКГ	Время, с
		В начале эксперимента	После чашки кофе	Стандартные данные
3	P—R	0,13	0,20	от 0,12 до 0,20
	QRS	0,9	0,12	меньше, чем 0,12
	Q—T	0,35	0,39	от 0,30 до 0,40
	Частота                    сердечных               сокращений,                    уд./мин	73	82	70
	Интервал на ЭКГ	Время, с
		В начале эксперимента	После чашки кофе	Стандартные данные
4	P—R	0,11	0,16	от 0,12 до 0,20
	QRS	0,8	0,19	меньше, чем 0,12
	Q—T	0,31	0,35	от 0,30 до 0,40
	Частота                    сердечных              сокращений,                     уд./мин	68	79	70

Таблица № 2 (возрастная группа 40-45 лет)

	Интервал на ЭКГ	Время, с
№ участника		В начале эксперимента	После чашки кофе	Стандартные данные
1.	P—R	0,16	0,22	от 0,12 до 0,20
	QRS	0,10	0,13	меньше, чем 0,12
	Q—T	0,34	0,41	от 0,30 до 0,40
	Частота сердечных         сокращений,                     уд./мин	85	88	70
	Интервал на ЭКГ	Время, с
		В начале эксперимента	После чашки кофе	Стандартные данные
2.	P—R	0,7	0,14	от 0,12 до 0,20
	QRS	0.5	0,8	меньше, чем 0,12
	Q—T	0,31	0,35	от 0,30 до 0,40
	Частота сердечных              сокращений,                уд./мин	65	69	70
	Интервал на ЭКГ	Время, с
		В начале эксперимента	После чашки кофе	Стандартные данные
3	P—R	0,16	0,19	от 0,12 до 0,20
	QRS	0,9	0,12	меньше, чем 0,12
	Q—T	0,35	0,39	от 0,30 до 0,40
	Частота                    сердечных               сокращений,                    уд./мин	78	85	70
	Интервал на ЭКГ	Время, с
		В начале эксперимента	После чашки кофе	Стандартные данные
4	P—R	0,18	0,23	от 0,12 до 0,20
	QRS	0,11	0,14	меньше, чем 0,12
	Q—T	0,36	0,40	от 0,30 до 0,40
	Частота     сердечных     сокращений,  уд./мин	80	88	70

                          Использованная литература

1.   С.А. Георгиева и др. Физиология. -  М.: Медицина, 2009г.

2.   Е.Б. Бабский, Г.И. Косицкий, А.Б. Коган и др. Физиология человека. – М.: Медицина, 2004 г.

3.   Ю.А. Ермолаев Возрастная физиология. – М.: Высш. Шк., 2005 г.

4.   С.Е. Советов, Б.И. Волков и др. Школьная гигиена. – М.: Просвещение, 2007 г.

5. www.wikipedia.org

6. www.jagaman.ru

 7.www.gezelst.ru