Frequenza cardiaca e caffeina

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Leonzia Gambino
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1 Frequenza cardiaca e caffeina Per frequenza cardiaca intendiamo il numero di battiti al minuto del cuore. Questo parametro è molto significativo perché dall attività cardiaca dipende il flusso di sangue ai tessuti, con tutti gli effetti che questa funzione comporta. Figura 1 - Automatismo del cuore 1 L attività di contrazione e distensione delle fibre muscolari cardiache è determinata dalla capacità del miocardio di generare autonomamente impulsi elettrici (automatismo del cuore) che dal seno atriale, attraverso il nodo di atrio-ventricolare, il fascio di Hiss ed il reticolo di fibre di Purkinje si diffondono a tutto il cuore. L automatismo del cuore (pacemaker) è documentato dall autonoma contrazione del miocardio anche dopo la rimozione di ogni collegamento dall organismo, come accade nell espianto che precede un trapianto cardiaco. Tuttavia il cuore è comunque innervato dal sistema nervoso simpatico che ne regola l attività in ragione del contesto in cui l organismo di trova ad operare, delle attività che svolge e delle emozioni che prova. Le sostanze nervine, che procurano effetti sul sistema nervoso centrale, in modo indiretto modificano la frequenza del battito cardiaco. La caffeina è un alcaloide, naturalmente presente nei semi di caffè, ma anche nel cacao, nel tè e nella cola, appartenente alla classe delle metilxantine. La grande diffusione del caffè e del tè fanno della caffeina la sostanza stupefacente più diffusa al mondo per gli effetti biologici che è in grado di procurare. La sua assunzione determina un aumento dei livelli di adrenalina e noradrenalina, ormoni che stimolano il sistema nervoso simpatico, determinando un aumento del battito cardiaco e dell'afflusso di sangue ai muscoli, una diminuzione dell'afflusso di sangue alla pelle ed agli organi interni ed il rilascio di glucosio del fegato 3. In questa esperienza, utilizzando la tecnologia RTL (Real Time Laboratory) abbiamo voluto verificare sperimentalmente questi effetti, monitorando in un soggetto la frequenza cardiaca 1 Da: Figura 2 - Caffeina 2 2 Da: 3 Da:

2 prima e dopo l assunzione di una tazzina di caffè. Strumenti e materiali Per acquisire i dati sperimentali abbiamo utilizzato il sistema costituito dal palmare TI84Plus e, dall interfaccia di acquisizione dati CBL2, entrambi prodotti dalla Texas Instruments, a cui è stato collegato il sensore di frequenza cardiaca prodotto da Vernier Software & Technology. Per l elaborazione dei dati è stato utilizzato il software TI InterActive! prodotto dalla Texas Instruments. Procedura Assemblare il sistema di acquisizione dati Accedere all applicazione Datamate Collegare al lobo auricolare del soggetto da testare il sensore di frequenza cardiaca (Heart Rate Monitor) Configurare il sistema inserendo come frequenza di campionamento 5 e come numero di campioni (durata monitoraggio 0 ) Fare riposare seduto il soggetto per qualche minuto e quindi avviare l acquisizione dei dati Dopo 2 minuti fare ingerire il caffè Aspettare il termine dell acquisizione dei dati. Trasferire sul PC le due liste di dati Elaborare con TI InterActive! Dati sperimentali 1 1 Tabella 1 - Dati complessivi Figura 3 - Frequenza cardiaca rilevata

3 Elaborazione dei dati Dall osservazione della rappresentazione grafica della frequenza cardiaca è possibile distinguere quattro fasi: Fase 1: da 0 a 2". L'andamento della frequenza si mantiene sostanzialmente costante. Fase 2: da 2 a 0". La frequenza cardiaca aumenta prima (da 2 a 3") ed quindi decresce (da 3 a 0"). Fase 3: da 0 a 5". La frequenza cardiaca decresce gradualmente, raggiungendo valori leggermente più bassi della fase iniziale. Fase 4: da 5 a 0". La frequenza cardiaca tende a stabilizzarsi ed a recuperare la condizione iniziale. Dividiamo i dati acquisiti nei quattro intervalli come sopra delineati. Fase 1 Tabella 2 Dati: Fase Figura 4 - Frequenza cardiaca: Fase Figura 5 - Fase 1: curva di regressione Determino la curva di regressione utilizzando la funzione "Stat Calculation tools": Linear Regression (ax+b) regeq(x) =.00564x Si tratta dell'equazione di una retta che interseca quasi orizzontalmente l'intervallo dei dati. L'intercetta di 84,2 esprime con buona approssimazione la frequenza cardiaca del primo intervallo. Il grafico rappresenta i dati sperimentali e la curva di regressione.

4 Fase 2: Tabella 3 - Dati fase Figura 6 - Frequenza cardiaca: Fase Figura 7 - Fase 2: curva di regressione Calcolo la curva di regressione utilizzando una curva quadratica: Quadratic Regression regeq1(x) = x^ x La frequenza cardiaca raggiunge il valore massimo ( b/s) dopo 325" e quindi inizia a decrescere. Il grafico rappresenta i dati sperimentali e la curva di regressione. Fase 3 Tabella 4 - Dati Fase Figura 8 - Frequenza cardiaca: Fase Figura 9 - Fase 3: curva di regressione Calcolo la curva di regressione lineare:

5 Linear Regression (ax+b) regeq2(x) = x Il valore iniziale della frequenza cardiaca è ancora superiore a quello iniziale (84,2 b/m), ma l'andamento della curva di regressione, decrescente, indica la tendenza al recupero della condizione di equilibrio iniziale. Fase 4 Tabella 5 - Dati Fase Figura 10 - Frequenza cardiaca: Fase Figura 11 - Fase 4: curva di regressione I dati appaiono piuttosto dispersi. Calcolo la curva di regressione utilizzando un modello lineare: Linear Regression (ax+b) regeq3(x) =.01456x La frequenza cardiaca appare leggermente depressa, potrebbe essere un effetto fisiologico legato comunque all assunzione della caffeina, o un elemento di incertezza sperimentale. La tendenza verso la crescita del valore della frequenza cardiaca indica il ritorno verso i valori iniziali. Conclusione L esperienza ha confermato le premesse teoriche sull effetto della caffeina sulla frequenza cardiaca. Il soggetto testato allo stato di riposo ha fatto registrare una frequenza media di 84 battiti al minuto. Dopo l assunzione del caffè la frequenza è aumentata a battiti al minuto per poi ritornare ai valori iniziali. Pandolfo Giancarlo 5BP Caldarella Miriana 5BP Fichera Lorenzo 5BP

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