咖啡因的故事

林中雄Richard Lin

richard.lin.cino@gmail.com

0931-35189820154-04-01

咖啡因介紹

• 咖啡因是一種中樞神經興奮劑，能暫時的驅走睡意並恢復精力。有咖啡因成分的咖啡、茶、飲料及能量飲料十分暢銷，因此，咖啡因也是世界上最普遍被使用的精神藥品。

• 咖啡因在攝取後45分鐘內被胃和小腸完全吸收。吸收後它會分布於身體的所有器官之中，轉化過程符合化學動力學。

• 咖啡因的半衰期，即身體轉化所攝取咖啡因的一半量所用的時間，在不同個體之間差異極大。一個健康成人的咖啡因的半衰期大約是3-4個小時。

• 長時間飲用咖啡因可以導致身體對咖啡因的習慣化。假如這時中斷使用咖啡因，血壓會過度降低，導致頭疼和其它症狀。

• 「即使是一天只喝一杯咖啡的人，在停止這樣的習慣一陣子後，也會產生戒斷現象。嗜睡就是戒掉咖啡因後眾所皆知的副作用。」

教學目標

•如何建立模型，來模擬咖啡的攝取，體內咖啡因含量

•如何建立模型，來模擬身體對咖啡容忍度的現象

•如何建立模型，來模擬睡意(以打嗑睡的次數來表現)與咖啡因含量的關係。

•模擬各種狀況，身體對咖啡因的反應。

故事一•咖啡迷明光，每天明光拜訪當地的咖啡館，買一杯熱咖啡慢慢地

喝一天，讓他有能力對抗長時間工作所造成疲憊的睡意。

•在這個練習中，我們將研究明光的對咖啡因上癮的效果。最初明光通常每天攝取200毫克的咖啡因，維持身體內有50毫克的咖啡因。也排出200毫克的咖啡因。

•如果他感覺特別的愛睏犯困，他會攝取更多的咖啡。

•他的身體要花6小時才能將咖啡因排放出體外。

從上面的描述中，請建立一個明光體內咖啡因量的積流圖，其日常咖啡攝取量，及排放量。請列出所有的方程式。模擬其咖啡因的變化。

故事一: 積流圖

體內咖啡因含量

咖啡因排出咖啡因攝取量

正常咖啡因攝取 咖啡因排出時間<睡意對咖啡因攝取的影響>

故事一: 模擬的結果

•每天咖啡因的攝取量為200毫克，身體內的咖啡因含量為50毫克，咖啡因排出量為200 毫克，達到平衡。

故事二:

•明光一般每天攝取量為200毫克 ，在第10天開始因工作需要，改為每天攝取400毫克，在第15天，因工作沒那麼重，回到每天攝取200毫克

•請模擬此現象。

•積流圖相同。

故事二: 模擬結果

•每天咖啡因的攝取量從200毫克上昇到400毫克，身體內的咖啡因含量增到100毫克，咖啡因排出量為400毫克，達到平衡。

故事三:

•長期攝取咖啡因，身體慢慢發展出對咖啡因的容忍度，身體期望一定的咖啡因的量，適應這種咖啡因的量，因此，身體需要更多的咖啡因，才能達到相同的興奮效果。

•明光的身體需要5天才能發展出這種容忍度。

•請建立模式來說明此現象，包含積流圖及相關方程式及模擬結果。

故事三: 積流圖

故事三: 模擬結果Selected Variables

50

50 Mg

45

45 Mg

40

40 Mg

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Time (Day)

身體期望的咖啡因量 : real

體內咖啡因含量 : real Mg

•系統維持平衡，兩者皆為50毫克。

故事三: 攝取量增加

•若攝取量第1天時，從200毫克增加到400毫克，其反結果。身體的咖啡因快速上昇，但其容忍度慢慢增加，到20天達到平衡。

故事三: 量增，而後量減

•若在第15天，攝取量恢復到每天200毫克，其系統反應如圖。

故事四:

•明光喝咖啡來抵擋睡意。通常情況下，明光每小時打哈欠大約十次。當他的咖啡因含量較高時，他比較不會昏昏欲睡，打哈欠頻率較低。當他含有較低咖啡因量時，感覺昏昏欲睡，

•而打哈欠更頻繁。以數據來說地，當他的身上的咖啡因比是1.5時，他每小時只打了個哈欠或兩次。當他的身上只有.5咖啡因比時，他哈欠連連，每小時18次。

修正你的模型來說明此現象，解釋明光的睡意。

故事四: 積流圖

故事四: 模擬結果

•在每天攝取200毫克，身體含有咖啡因50毫克時，睡意表現為一小時10次的哈欠。平衡狀態。

Selected Variables

10 Yawn/Hour

50

50 Mg

9.5 Yawn/Hour

45

45 Mg

9 Yawn/Hour

40

40 Mg

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Time (Day)

睡意 : real Yawn/Hour

身體期望的咖啡因量 : real

體內咖啡因含量 : real Mg

故事四: 模擬結果

•第1天，每天攝取量增加到400毫克，睡意幾乎沒有。但隨著時間過去，身體對咖啡因的容忍度提高，睡意慢慢恢復到每小時10個哈欠。

咖啡因

100 Mg

100

10 Yawn/Hour

50 Mg

50

5 Yawn/Hour

0 Mg

0

0 Yawn/Hour

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Time (Day)

體內咖啡因含量 : real Mg

身體期望的咖啡因量 : real

睡意 : real Yawn/Hour

故事四: 模擬結果

•若在第10天降低攝取量為200毫克，此時，睡意大增，每小時的哈欠到達17次。 顯示上癮的現象，需要更多的咖啡因來對治睡意。

咖啡因

100 Mg

100

20 Yawn/Hour

50 Mg

50

10 Yawn/Hour

0 Mg

0

0 Yawn/Hour

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Time (Day)

體內咖啡因含量 : real Mg

身體期望的咖啡因量 : real

睡意 : real Yawn/Hour

故事五:

•明光愈感到昏睡，他攝取更多的咖啡因。例如，當她感覺兩倍的昏昏欲睡，他得喝兩倍的咖啡。如果他覺得一半的昏昏欲睡，他就需要三分之一的咖啡。如果他覺得四倍的昏昏欲睡，她需攝取五倍之多的咖啡。他從不會消耗多於五倍份量的咖啡，因為如果他這樣做，他將開始顫抖，無法打字。(中毒現象)

•用睡意來調整咖啡的攝取量。

在你的模式中添加第二個函數完成反饋迴路。

•請問現在你的模式有幾個回饋迴路?請辨認之，且描述每個回饋迴路。

故事五: 積流圖

體內咖啡因含量咖啡因排除咖啡因攝取量

正常咖啡因攝取 咖啡因排除時間

<咖啡因攝取lookup>

身體期望的咖啡因量

咖啡因容量度的發生

咖啡因差距

容忍度發生時間

睡意

正常的睡意量

相對咖啡因比例

咖啡因對睡意的影響

睡意lookup

睡意對咖啡因攝取

相對睡意

故事五: 平衡的結果

•平衡的狀態，身體的咖啡因為50毫克，每小時10哈欠。

Selected Variables

10 Yawn/Hour

50

50 Mg

9.5 Yawn/Hour

45

45 Mg

9 Yawn/Hour

40

40 Mg

0 0.40 0.80 1.20 1.60 2 2.40 2.80 3.20 3.60 4

Time (Day)

睡意 : real Yawn/Hour

身體期望的咖啡因量 : real

體內咖啡因含量 : real Mg

故事六:

•在時間.5時，增加工作負荷1倍，其系統反應為何?

•請在模式中增加工作負荷對咖啡因攝取的影響。

故事六: 積流圖

體內咖啡因含量

咖啡因排除咖啡因攝取量

正常咖啡因攝取 咖啡因排除時間

<咖啡因攝取lookup>

身體期望的咖啡因量

咖啡因容量度的發生

咖啡因差距

容忍度發生時間

睡意

正常的睡意量

相對咖啡因比例

咖啡因對睡意的影響

睡意lookup

睡意對咖啡因攝取

相對睡意

額外工作負荷對睡意的影響

故事六: 結果

•工作量增加，身體所需的咖啡因不斷增加，以維持一定的睡意。

Selected Variables

200

200 Mg

100

100 Mg

0

0 Mg

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Time (Day)

身體期望的咖啡因量 : real

體內咖啡因含量 : real Mg

故事六: 結果

•工作量在.5天時增加2 倍，因而所需的咖啡因攝取量增加到500毫克。

Selected Variables

500 Mg/Day20 Yawn/Hour60

270 Mg

0 Mg/Day9 Yawn/Hour

40.9

40 Mg

0 0.40 0.80 1.20 1.60 2 2.40 2.80

Time (Day)

咖啡因攝取量 : real Mg/Day

睡意 : real Yawn/Hour

身體期望的咖啡因量 : real

額外工作負荷對睡意的影響 : real

體內咖啡因含量 : real Mg

故事七: 沒得喝!

•明光上山觀光，忘了帶咖啡上山，沒有咖啡可喝。

•請模擬之。

故事七:

故事七:

•身體中的咖啡因從50毫克下降到0毫克。

故事七:

•睡意大增。

故事八:

•在故事七中，睡意一直維持在高點，是不合理的。在長時間後，身體恢復正常，不需要那麼多的咖啡因來對抗睡意。

•請修改模式，以正常期待咖啡因量來修改，以滿足身體習慣(容忍度)的改變。

故事八:

故事八:

•身體中的咖啡因從50毫克下降到0毫克。

故事八:

•身體慢慢的習慣無咖啡因的狀態，因此，睡意慢慢恢復正常。