Koffein als Mittel gegen Schlafmangel?
Werbung
Koffein als Mittel gegen Schlafmangel? Autorinnen: Berfin Kara, Melanie Hodel und Canan Yilmaz Schule und Abteilung: Alte Kantonsschule Aarau, G3G Abgabedatum: 27. Januar 2017 Lehrpersonen: Stephan Girod und Michael Kappeler Inhaltsverzeichnis 1 PROBLEMSTELLUNG 3 2 ZIELE UND FRAGESTELLUNGEN 4 3 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 5 3.1 FUNKTIONSWEISE SEHSINN 3.2 FUNKTIONSWEISE DES GLEICHGEWICHTSSINNS 3.3 SCHLAFMANGEL 3.3.1 ALLGEMEINE DEFINITION 3.3.2 AUSWIRKUNGEN AUF DEN KÖRPER 3.4 KOFFEIN 3.4.1 EIGENSCHAFTEN 3.4.2 FUNKTIONSWEISE 5 8 11 11 12 13 13 14 4 VORGEHEN, METHODEN, MATERIAL 18 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 18 18 19 19 20 ARBEITSPLANUNG METHODENWAHL MATERIAL VERSUCHSABLAUF AUSWERTUNGSMETHODE 5 RESULTATE 22 5.1 EXPERIMENT GLEICHGEWICHT 5.1.1 DURCHSCHNITT 5.1.2 EINZELNE ERGEBNISSE 5.2 EXPERIMENT REAKTIONSZEIT 5.2.1 DURCHSCHNITT 5.2.2 EINZELNE ERGEBNISSE 22 22 23 25 25 26 6 DISKUSSION 29 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 29 29 30 32 32 AUFFÄLLIGKEITEN 1. HYPOTHESE 2. HYPOTHESE 3. HYPOTHESE 4. HYPOTHESE 7 FAZIT 34 8 ZUSAMMENFASSUNG 35 9 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 36 10 LITERATURVERZEICHNIS 38 11 ANHANG I 11.1 GRAUE LITERATUR 11.1.1 BLICK DURCH DIE RÖHRE UND DER BLINDE FLECK 11.1.2 HELL UND DUNKEL 11.1.3 SCHULER MICHAEL 11.1.4 WIE IST DAS AUGE AUFGEBAUT 11.2 AUSWERTUNGEN VON DEN EXPERIMENTEN 11.2.1 SCHLAFMANGEL MIT KOFFEIN 11.2.2 SCHLAFMANGEL OHNE KOFFEIN 11.2.3 POSITIVKONTROLLE 11.3 FRAGEBÖGEN 11.3.1 POSITIVKONTROLLE 11.3.2 SCHLAFMANGEL 11.4 VERSUCHSEXPERIMENT ZUR REAKTIONSZEIT 11.4.1 MATERIAL 11.4.2 AUFBAU UND DURCHFÜHRUNG 11.4.3 ERKLÄRUNG 11.5 VERSUCHSEXPERIMENTE ZUR AUFNAHMEFÄHIGKEIT 11.5.1 1. EXPERIMENT 11.5.2 2. EXPERIMENT 11.5.3 3. EXPERIMENT I I II III IV V V V V VI VI VII IX X X XI XI XI XII XIII 12 ANTI-PLAGIAT-ERKLÄRUNG XIV Vorwort Bedingt durch moderne Technologien wie Handys, Laptops und Fernseher, den Druck ständig verfügbar sein zu müssen und das nie Abschalten können, leiden immer mehr Menschen unter Schlafmangel (ANDAUERND MÜDE, 2015, besucht: 29.12.16). Dies führt zu einer 24-StundenGesellschaft (ANDAUERND MÜDE, 2015, besucht: 29.12.16). Beispielsweise schlafen zwei von drei jungen Menschen zwischen 16 und 25 Jahren zu wenig (SCHLAFMANGEL BEI JUGENDLICHEN, 2012, besucht: 21.09.16). Dies hat extreme Auswirkungen auf den Alltag und das Wohlbefinden. Konzentrationsprobleme, andauernde Müdigkeit und gesundheitliche Probleme wie Kopfschmerzen sind Folgen davon (LISA, 2014, besucht: 30.11.16; SCHLAFMANGEL: SYMPTOME UND FOLGEN, besucht: 29.12.16). Weil es ein aktuelles Thema ist und auch wir direkt davon betroffen sind, interessiert uns diese Angelegenheit sehr und uns wurde schnell klar, dass wir uns mit diesem Themengebiet auseinandersetzen wollen. An dieser Stelle wollen wir unseren zehn Probanden danken, ohne deren Teilnahme an unseren Experimenten diese Arbeit nicht zustande gekommen wäre. 1 Problemstellung Diese Arbeit befasst sich mit den zwei Sinnen; dem Gleichgewichtssinn und dem Sehsinn. Dabei wird untersucht, ob der Schlafmangel und Koffein Auswirkungen auf diese Sinne haben. Der Sehsinn wurde ausgewählt, da 20 Prozent der Unfälle im Verkehr aufgrund von Müdigkeit zustande kommen (SCHLÄFRIGKEIT AM STEUER, besucht: 21.09.16). Der Grund für die Wahl des Gleichgewichtssinnes ist, dass Schlafmangel gleich grosse negative Auswirkungen auf das Gleichgewicht hat wie ein Promille Alkohol im Blut (W AS PASSIERT BEIM SCHLAFMANGEL MIT DEM KÖRPER?, 2015, besucht: 10.01.17). Die oben genannten Gründe motivierten uns, eine Lösung für diese Probleme zu finden. Nach weiteren Überlegungen und Recherchen entschieden wir uns Koffein bei unseren Experimenten einzusetzen. Denn Koffein ist in vielen Süssgetränken vorhanden und gilt in der Gesellschaft als „Wachmacher“ (DR. VÖGTLI, Alexander, 2016, besucht: 24.12.16; MARION, 2013, besucht: 04.01.17). 3 2 Ziele und Fragestellungen Das Ziel dieser Arbeit ist es herauszufinden, ob Schlafmangel Auswirkungen auf den Sehsinn und den Gleichgewichtssinn hat und ob man diese Auswirkungen mit Koffein vermindern kann. Dies wird anhand von zwei verschiedenen Experimenten untersucht. Unter Schlafmangel verstehen wir dabei, dass man zwischen 24 und 28 Stunden nicht geschlafen hat. Die konkreten Hypothesen lauten: 1. Schlafmangel hat Auswirkungen auf die Reaktionszeit. 2. Schlafmangel hat Auswirkungen auf das Gleichgewicht. 3. Koffein verkürzt die Reaktionszeit, welche durch Schlafmangel beeinträchtigt wurde. 4. Koffein verbessert das Gleichgewicht, welches durch Schlafmangel beeinträchtigt wurde. Zunächst wird davon ausgegangen, dass Schlafmangel negative Auswirkungen auf den Sehsinn und den Gleichgewichtssinn hat. Darunter wird zum einen eine verlängerte Reaktionszeit verstanden, das heisst eine langsamere Wahrnehmung mit den Augen. Zum anderen eine Verschlechterung des Gleichgewichts, was bedeutet, dass Menschen mit Schlafmangel mehr Schwierigkeiten haben das Gleichgewicht zu halten als im ausgeschlafenen Zustand. Unter ausgeschlafenen Zustand verstehen wir, mindestens sieben Stunden geschlafen zu haben (W EIL, Joelle, besucht: 23.09.16). Die dritte und vierte Hypothese besagen, dass die oben erwähnten Auswirkungen des Schlafmangels durch die Einnahme von Koffein vermindert werden können. Zum einen wird durch die Einnahme von Koffein die Reaktionszeit verkürzt, sodass schneller reagiert werden kann als im schlaflosen Zustand. Zum anderen verbessert Koffein das Gleichgewicht, was bedeutet, dass dadurch das Gleichgewicht besser gehalten werden kann als mit Schlafentzug. Das Minimalziel lautete, die vier Hypothesen beantworten zu können. Als eine mögliche Erweiterung des Themas könnte die Sensibilisierung der Sinne bei Schlafmangel in Erwähnung gezogen werden. 4 3 Theoretische Grundlagen 3.1 Funktionsweise Sehsinn Jeder hat sich bestimmt die Frage gestellt, wieso wir Menschen überhaupt zwei Augen besitzen. Der Grund dafür ist, dass wir nur mit zwei Augen ein räumliches Sehvermögen haben, weil wir somit auch die Distanzen besser abschätzen können. (SCHULER Michael, siehe Anhang S. III) Wenn das Auge von aussen betrachtet wird, dann ist nur ein kleiner Teil des ganzen Auges sichtbar. Die Hornhaut, Iris und die Pupille sind erkennbar. Jedoch wenn das ganze Auge angeschaut wird, inklusive der Teil, welcher sich im Innern des Kopfes befindet, wird ersichtlich, aus wie vielen verschiedenen Komponenten das Auge in Wirklichkeit besteht. Die Hornhaut schützt das Augeninnere vor der Aussenwelt (zum Beispiel vor Wind und Gas) und bricht das Licht, um ein scharfes Sehen zu ermöglichen (DIE HORNHAUT DES AUGES (CORNEA), besucht: 29.12.16). Zudem bildet die Hornhaut den gewölbten und durchsichtigen Bereich der harten Augenhaut, die das ganze Auge umhüllt (BAYRHUBER Horst u.a. 2013, S. 276). Die Iris wird auch Regenbogenhaut genannt und ist ein Muskel, welcher sich zwischen der Hornhaut und der Linse befindet und eine kreisförmige Öffnung, die Pupille, besitzt. Die Aufgabe der Iris besteht darin, den Durchmesser der Pupille nach der Intensität des Lichtes anzupassen. Zum Beispiel bei einem helleren Licht (wenn mehr Licht durch das Auge dringt) wird die Pupille durch die Iris verengt, damit nicht zu viel Licht ins Innere kommt. Hingegen im Dunkeln passiert das Umgekehrte: Der Durchmesser der Pupille wird von der Iris vergrössert, damit genügend Licht auf die Netzhaut fällt. Auch ist die Iris für die Farbgebung des Auges zuständig. Die Farbe variiert zwischen Blau, Grün, Abbildung 1: Querschnitt des menschlichen Auges (BAYRHUBER Horst u.a., S. 276) Braun oder Grau. (DIE REGENBOGENHAUT (IRIS), besucht: 29.12.16) Die Aderhaut befindet sich zwischen der harten Augenhaut und der Netzhaut. Da sie Blutgefässe besitzt, ist es ihre Aufgabe das Auge mit Blut, Nährstoff und Sauerstoff zu versorgen (WIE IST DAS AUGE AUFGEBAUT?, siehe Anhang S. IV). (BAYRHUBER Horst u.a. 2013, S. 276) Der Glaskörper ist durchsichtig und daher kann das Licht einwandfrei auf die Netzhaut fallen (GLASKÖRPER, besucht: 04.01.17). 5 Die Netzhaut wird auch Retina genannt und in ihr befinden sich die Lichtsinneszellen, die Zapfen und Stäbchen (BAYRHUBER Horst u.a. 2013, S. 276). Ohne die Lichtsinneszellen wären das HellDunkel-Sehen im Dunkeln und die Wahrnehmung der Farben am Tag nicht möglich. Die Stäbchen reagieren bereits auf wenig Licht und sind daher für das Sehen unterschiedlicher Graustufen verantwortlich. Hingegen sind die Zapfen zuständig für das farbige Sehen, weil diese erst bei viel Licht erregt werden. Jede Erregung von den Zapfen und Stäbchen führt zu einem elektrischen Signal, welches an die Nervenzellen und danach an die Nervenfasern weitergeleitet wird. Die Nervenfasern bündeln sich zusammen zum Sehnerv, der weiter ins Gehirn führt. Schlussendlich entsteht im Gehirn das Bild. (HELL UND DUNKEL, siehe Anhang S. II; W IE IST DAS AUGE AUFGEBAUT?, siehe Anhang S. IV) Die Zentralgrube wird auch der gelbe Fleck genannt und in diesem Bereich der Netzhaut befinden sich viele dicht nebeneinanderliegende Lichtsinneszellen. Deshalb kann man in diesem Bereich am schärfsten sehen. (W IE IST DAS AUGE AUFGEBAUT?, siehe Anhang S. IV ; BAYRHUBER Horst u.a. 2013, S. 276) Beim Blinden Fleck wird die Netzhaut unterbrochen, weil dort die Nervenfasern der linken und rechten Netzhauthälften den Sehnerv bilden und er somit das Auge verlässt. Deswegen sind dort die Lichtsinneszellen nicht vorhanden. Im Bild, das schlussendlich gesehen wird, müsste sich aufgrund des Blinden Flecks ein Loch bilden, jedoch wird dieser Verlust später vom Gehirn vervollständigt und für uns entsteht ein komplettes Bild. (BLICK DURCH DIE RÖHRE UND DER BLINDE FLECK, siehe Anhang S. I; BAYRHUBER Horst u.a. 2013, S. 276) Wenn ein Gegenstand betrachtet wird, entsteht auf der Zentralgrube, beziehungsweise auf dem Gelben Fleck der Netzhaut, ein umgekehrtes und verkleinertes Abbild davon (SCHULER Michael, siehe Anhang S. III). Der Grund für die Umkehrung und Verkleinerung des betrachteten Gegenstandes ist die Form der Linse (HUBEL David H.1989, S. 73). Denn aufgrund ihrer gewölbten Form wirkt sie wie eine Sammellinse (AUGENLINSE, besucht: 10.01.17). Daher kann das Licht, welches auf das Auge fällt, mit Hilfe der Linse gebrochen werden, sodass schliesslich eine scharfe Abbildung auf der Netzhaut entsteht (AUGENLINSE, besucht: 10.01.17). Anschliessend wird das umgekehrte Bild vom Gehirn wieder umgedreht (SCHULER Michael, siehe Anhang S. III). 6 Bei der Beobachtung des Kreuzes (siehe Abbildung 2), welches sich in der Mitte der blauen und roten Fläche befindet, strömt das Licht zunächst durch die Hornhaut und danach durch die Linse. Nach der Durchquerung des Glaskörpers gelangt das Licht auf die Netzhaut. Auf der Abbildung 2 ist ersichtlich, dass das rechte Gesichtsfeld1 (das blaue Quadrat) auf den linken Retinahälften der beiden Augen entsteht. Hingegen das linke Gesichtsfeld (das rote Quadrat) wird auf den beiden rechten Netzhauthälften abgebildet. Die Lichtsinneszellen der Netzhaut wandeln das Licht in elektrische Signale um. Diese werden über die gebündelten Nervenfasern zum Sehnerv geleitet, der die einzige Verbindung vom Abbildung 2: Verlauf der Sehnerven im Gehirn von oben abgebildet (BAYRHUBER Horst u.a., S. 285) Auge zum Gehirn darstellt. Die Sehnerven der beiden Augen begegnen sich an der Sehnervenkreuzung und kreuzen sich. Dabei gehen alle Informationen der linken Retinahälften (sprich die Informationen des rechten Gesichtsfeldes) in die linke Hemisphäre2 und alle Informationen der rechten Netzhauthälften in die rechte Gehirnhälfte. Nach dem Auseinandergehen der Sehnerven verlaufen die Informationen in das Zwischenhirn, wo sie dann über die Nervenzellen zunächst zur primären Sehrinde geleitet werden. (BAYRHUBER Horst u.a. 2013, S. 285) Die Sehrinde ist in zwei Sehzentren gegliedert: Die primäre und sekundäre Sehrinde. Sie befindet sich im Hinterhauptlappen der Grosshirnrinde, welche auf der Rückseite des Grosshirns liegt, und sie gehört zu den sensorischen Regionen, weil sie die vom Sehnerv erhaltenen Impulse verarbeitet (BAYRHUBER Horst u.a. 2013, S. 298). Die Aufgabe der primären Sehrinde besteht darin, die erhaltene Information in Einzelinformationen zu unterteilen. Diese werden dann zur sekundären Sehrinde geleitet. In der sekundären Sehrinde befinden sich die sensorischen Assoziationsregionen (BAYRHUBER Horst u.a. 2013, S. 298). Dort werden die Einzelinformationen mit den bekannten Informationen der Sinnesorgane und anderen Bereichen des Gehirns zusammengesetzt (DIE GROSSHIRNRINDE – NEO- ODER ISOCORTEX, besucht: 08.01.17; BAYRHUBER Horst u.a. 2013, S. 298). Danach werden die zusammengeführten Informationen an den Temporallappen und Partiallappen weitergeleitet. Die Aufgabe des Temporallappens ist, die Gesichter und Objekte zu erkennen, und 1Erklärung des Gesichtsfeldes: Die Aussenwelt, die von beiden Augen wahrgenommen wird ohne die Augen zu bewegen (HUBEL David H.1989, S. 73; GESICHTSFELD, besucht: 08.01.17) 2 Erklärung der Hemisphäre: Die rechte bzw. linke Gehirnhälfte (HUBEL David H. 1989, S. 73) 7 im Partiallappen werden die Bewegung und Lage des Objektes wahrgenommen und seine Entfernung und Grösse berechnet (PD DR. MED. MÜRI René M. 2002, S.18; DIE GROSSHIRNRINDE – NEO- ODER ISOCORTEX, besucht: 08.01.17). (DIE GROSSHIRNRINDE – NEO- ODER ISOCORTEX, besucht: 08.01.17) Je nach Situation leitet das motorische Rindenfeld, welches mit sämtlichen Muskeln verbunden ist, den Befehl an den entsprechenden Muskel weiter. Die Muskelbefehle an die rechte Körperseite werden von der linken Hemisphäre ausgeführt und die linke Körperseite steht unter Kontrolle der rechten Hemisphäre. (HUBEL, David H., 1989, S.73) 3.2 Funktionsweise des Gleichgewichtssinns Wenn wir an unser Ohr denken, kommt uns zuerst in den Sinn, dass es uns ermöglicht zu hören. Jedoch besitzt es noch eine andere wichtige Aufgabe: Es ist auch zuständig für das Gleichgewicht (W IE FUNKTIONIERT DER GLEICHGEWICHTSSINN?, 2010, besucht: 28.12.16). Im Innenohr nämlich sitzt unser Gleichgewichtsorgan, das uns unteranderem erlaubt die Balance zu halten und die Bewegungen zu koordinieren (W IE FUNKTIONIERT DER GLEICHGEWICHTSSINN?, 2010, besucht: 28.12.16; GLEICHGEWICHTSORGAN, besucht: 06.01.17) Um unser Gleichgewicht halten zu können, braucht es jedoch weit mehr als nur das Gleichgewichtsorgan. Auch Augen, Propriozeptoren und Muskeln sind daran beteiligt. (BRUNNERPLOSKY, Helmut, 2015, besucht: 30.12.16). Doch zunächst einmal zum Aufbau und Funktion des Gleichgewichtsorgans. Das Gleichgewichtsorgan umfasst zum einen drei ringförmige Kanäle, welche man Bogengänge nennt, und zum anderen zwei Säckchen, die sogenannten Macula- Organe; Utriculus und Sacculus (siehe Abbildung 3) (GLEICHGEWICHTSORGAN, besucht: 06.01.17; W IE FUNKTIONIERT DER GLEICHGEWICHTSSINN?, 2010, besucht: 28.12.16). Abbildung 3: Innenohr (LEHMANN, Katha, 2015, besucht: 22.01.17) Diese beiden Organe haben jeweils unterschiedliche Aufgaben. Die Bogengänge registrieren radiale Beschleunigungen, also Drehbewegungen (CORVES, Anna, 2012, besucht: 28.12.16; 8 GLEICHGEWICHTSORGAN, besucht: 06.01.17). Darunter versteht man Bewegungen wie zum Beispiel Nicken und Kopfschütteln (CORVES, Anna, 2012, besucht: 28.12.16). Die Macula-Organe hingegen sind zuständig für das Erfassen von linearen Beschleunigungen, das heisst für horizontale Beschleunigungen wie mit dem Zug, und vertikale Beschleunigungen wie zum Beispiel mit dem Lift (GLEICHGEWICHTSORGAN, besucht: 06.01.17). Die drei Bogengänge, genannt vorderer, hinterer und horizontaler Bogengang, stehen im rechten Winkel zueinander und zeigen in alle drei Richtungen des Raumes (KURIOSAH! GLEICHGEWICHT, 2016, besucht: 28.12.16; SADLOWSKI, Henrik, 2013, besucht: 02.01.17). Somit kann eine Raumtiefe geschaffen werden und dadurch ein dreidimensionales Bild (KURIOSAH! GLEICHGEWICHT, 2016, besucht: 28.12.16). Aufgrund dieser Anordnung sind die Bogengänge in der Lage, Bewegungen im Raum wahrzunehmen und der Mensch kann sich darin orientieren. (KURIOSAH! GLEICHGEWICHT, 2016, besucht: 28.12.16). Die Bogengänge teilen sich sozusagen die Aufgaben auf. Jeder dieser drei Kanäle ist für eine bestimmte Kopfbewegung verantwortlich. So ist einer zuständig für das Heben und Senken des Kopfes, ein anderer nimmt wahr, wenn man den Kopf nach links und nach rechts dreht, und noch ein anderer registriert das seitwärts Neigen (W IE FUNKTIONIERT DER GLEICHGEWICHTSSINN? 2010, besucht: 28.12.16). Alle drei Bogengänge sind mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche man Endolymphe nennt und am Ende jedes Ganges befindet sich eine Wölbung, die Ampulle, welche man auf der Abbildung 4 sehen kann (W IE FUNKTIONIERT DER GLEICHGEWICHTSSINN? 2010, besucht: 28.12.16; CORVES, Anna, 2012, besucht: 28.12.16). In der Ampulle befinden sich Sinneszellen, auch Haarzellen genannt, die von einer gallertartigen Membran umgeben sind; der Cupula (DAS INNENOHR, besucht: 02.01.17). Die Cupula ist mit der Decke der Ampulle verwachsen und versperrt so den Durchgang (VESTIBULARAPPARAT, besucht: 02.01.17). Abbildung 4: Ampulle (GEISLER, Frank, besucht: 22.01.17) 9 Wird der Kopf nach rechts gedreht, dies kann mit oder ohne den Rest vom Körper geschehen, so bewegt sich auch die Cupula mit dem Bogengang nach rechts (DAS INNENOHR, besucht: 02.01.17; SADLOWSKI, Henrik, 2013, besucht: 02.01.17). Die Endolymphe jedoch bleibt stehen, da sie träge ist (SADLOWSKI, Henrik, 2013, besucht: 02.01.17). Daraus lässt sich schliessen, dass die Endolymphe relativ zur Bewegung nach links fliesst, also in die entgegengesetzte Richtung der Kopfbewegung (SADLOWSKI, Henrik, 2013, besucht: 02.01.17). Dadurch wird die Cupula ebenfalls nach links abgebogen (SADLOWSKI, Henrik, 2013, besucht: 02.01.17). Die Haarzellen, die von der Cupula umgeben sind, werden infolgedessen auch abgelenkt und werden gereizt (DR. BERNSTEIN, Peter, besucht: 04.01.17). Diesen Reiz leiten sie an den Gleichgewichtsnerv weiter und dieser wiederum sendet ihn zum Gehirn (DR. MED. NONNENMACHER, 2016, besucht: 02.01.17). Aufgrund der Informationen aus den drei Bogengängen kann das Gehirn errechnen, in welche Richtung sich der Körper bewegt (DR. RER. NAT. GERALDINE NAGEL, 2011, besucht: 02.01.17). Die Macula-Organe basieren auf einem ähnlichen Prinzip. Der Sacculus sitzt vertikal im Raum und ist somit für die senkrechte Beschleunigung zuständig, während der Utriculus horizontal ausgerichtet ist und damit waagrechte Beschleunigungen registriert (CORVES, Anna, 2012, besucht: 28.12.16; RUDOLF-MÜLLER, Eva, 2016, besucht: 02.01.17). Am Boden der beiden Säckchen befinden sich Haarsinneszellen, deren Zellfortsätze, sogenannte Zilien, in den Raum emporragen (vergleiche Abbildung 5: MaculaOrgan (ACOUSTIC Abbildung 5) (CORVES, Anna, 2012, besucht: 28.12.16). Diese sind von einer MACULA, DRAWING, gallertartigen Materie umgeben, der Otolithenmembran, und auf dieser besucht: 22.01.17) wiederum sitzen die Otolithen (CORVES, Anna, 2012, besucht: 28.12.16). Otolithen sind kleine Kalziumkarbonatkristalle, deren Aufgabe es ist, das Gewicht zu erhöhen, um die Schwerkraft zu intensivieren und somit die Empfindlichkeit zu verstärken (CORVES, Anna, 2012, besucht: 28.12.16; DIE SCHWERKRAFTORGANE, besucht: 06.01.17; DAS GLEICHGEWICHTSORGAN, besucht: 06.01.17). Die Otolithenmembran wird von einer Flüssigkeit, der Endolymphe, umhüllt (PFENNING, Philipp-Niclas, besucht: 06.01.17). Wird der Körper in Beschleunigung versetzt, beginnt sich die gallertartige Materie in den beiden Säckchen zu bewegen. Auf Grund dessen werden die Zilien gekrümmt und somit entsteht ein mechanischer Reiz bei den Haarsinneszellen. Dieser wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches über den Gleichgewichtsnerv weiter an das Gehirn geleitet wird. (CORVES, Anna, 2012, besucht: 28.12.16) Jenes Signal wird zum Hirnstamm gesendet und dort gelangt die Information zu den Nervenzellen im Kleinhirn und in den Vestibulariskernen. An diesem Ort kommen alle Informationen zusammen: 10 Die Infos von den drei Bogengängen und von den zwei Macula-Organen aus beiden Kopfhälften, sowie aber auch entsprechende Infos von den Augen. Denn diese geben wichtige Meldungen über unsere Lage im Raum. Zudem sind sie in der Lage oben von unten zu unterscheiden. Auch von den Rezeptoren bei den Füssen kommen essentielle Signale über die Verteilung des Druckes an den Sohlen. Dazu kommen noch Rezeptoren von der Muskulatur, die Veränderungen der Spannung in den verschiedenen Muskeln wahrnehmen und Rezeptorden in den Gelenken, welche das Hirn über deren Position und Belastung informieren. Kurz gesagt kommen alle Infos vom vestibulären System, das heisst von den Gleichgewichtsorganen, vom optischen System, das sind die Augen, und vom propriozeptiven System, das heisst Meldungen über Position und Bewegungen unseres Körpers, im Hirn zusammen. (CORVES, Anna, 2012, besucht: 28.12.16; DR. MED. OBERMANN, Mark, besucht: 06.01.17; BRUNNER-PLOSKY, Helmut, 2015, besucht: 30.12.16) Mittels all dieser Informationen aus den verschiedensten Körperregionen werden im Kleinhirn alle miteinander in Verbindung gebracht, sodass es die exakte Körperstellung berechnen kann. Das Kleinhirn sendet dann entsprechende Befehle wieder an die Muskeln und Augen zurück, um diese so zu positionieren, dass wir unser Gleichgewicht halten und unsere Bewegungen korrigieren können. (DR. MED. OBERMANN, Mark, besucht: 06.01.17) 3.3 Schlafmangel 3.3.1 Allgemeine Definition Von Schlafmangel ist die Rede, wenn die Anzahl Stunden an Schlaf, die man um ausgeruht zu sein braucht, nicht erreicht werden. Diese Anzahl an Stunden variieren zwischen vier und elf Stunden, wobei der Durchschnitt bei sieben bis achteinhalb Stunden Schlaf liegt (DR. PHIL. BRUNNER, Daniel, besucht: 25.12.16). Da es von Mensch zu Mensch unterschiedlich ist, wie viel Schlaf er braucht um ausgeruht zu sein, gibt es keinen genauen Wert, ab dem man von Schlafmangel spricht (DR. PHIL. BRUNNER, Daniel, besucht: 25.12.16). Jedoch kann bereits ein Schlafmangel von zwei Stunden zu Verhaltensänderungen führen (PROFESSOR DR. MED. DEMENT, William, 2016, besucht: 25.12.16). Schlafmangel kann in akuter oder chronischer Form vorkommen und entsteht durch Schlafstörungen wie schlecht ein- oder durchschlafen, und macht sich durch das ständige Gefühl müde zu sein bemerkbar (DR. PHIL. BRUNNER, Daniel, besucht: 25.12.16; PROFESSOR DR. MED. DEMENT, William, 2016, besucht: 25.12.16; PROF. DR. POLLMÄCHER, Thomas, besucht: 25.12.16). Ursachen dafür sind oft Stress, Ängste, Genussmittel wie Nikotin und Alkohol sowie Gesundheitsstörungen (PROFESSOR DR. MED. DEMENT, William, 2016, besucht: 25.12.16). 11 3.3.2 Auswirkungen auf den Körper „Konzentrationsprobleme, Energieverlust und verminderte Produktivität“ sind die bekanntesten Folgen von Schlafmangel, die wahrscheinlich jeder schon einmal gehört hat (LISA, 2014, besucht: 30.11.16). Jedoch wissen die wenigsten, wie diese zustande kommen. Im folgenden Abschnitt wollen wir präziser auf die Auswirkungen von Schlafmangel auf den gesamten Körper eingehen. Den ganzen Tag lang beansprucht der Mensch sein Gehirn, indem er denkt, anspruchsvolle Aufgaben löst und andere Aktivitäten betreibt, wie zum Beispiel zur Schule oder zur Arbeit gehen (W AGNER 2015, besucht: 11.01.17). Dadurch müssen die Nervenzellen ständig Arbeit leisten und aktiv sein (BRAUN 1998, S.120). Dabei produzieren sie als Nebenerzeugnis das Abfallprodukt Adenosin (MEHNER, 2012, besucht: 28.12.16; SCHLAFMANGEL: DAS PASSIERT IM KÖRPER, WENN WIR ÜBERMÜDET SIND, 2016, besucht: 10.01.17). Je länger die Nervenzellen tätig sind, desto mehr Adenosin wird hergestellt, welches in der Nacht während des Schlafes zersetzt wird (SCHLAFMANGEL: DAS PASSIERT IM KÖRPER, WENN WIR ÜBERMÜDET SIND, 2016, besucht: 10.01.17; WIE HÄLT UNS KOFFEIN WACH? - DAS PHÄNOMEN KOFFEIN, 2015, besucht: 28.12.16). Im Schlaf ist der Säuberungsmechanismus des Gehirns aktiv, welcher für den Abbau des Adenosins zuständig ist. Mithilfe einer Flüssigkeit transportiert er das Adenosin weg (SCHLAFMANGEL: DAS PASSIERT IM KÖRPER, WENN WIR ÜBERMÜDET SIND, 2016, besucht: 10.01.17). Deswegen ist der Schlaf lebensnotwendig, da das Gehirn Zeit hat, um sich zu erholen. Dabei verarbeitet es das, was man den ganzen Tag erlebt und neu gelernt hat (SCHLAFMANGEL: DAS PASSIERT IM KÖRPER, WENN WIR ÜBERMÜDET SIND, 2016, besucht: 10.01.17). Wenn der Mensch lange den Schlaf auslässt, wird immer mehr Adenosin im Frontalhirn gebildet, welches dann im Körper angesammelt wird (HAMMER, 2015, besucht: 10.01.17; W ELCHE NEBENWIRKUNGEN HAT KAFFEE?, besucht: 22.01.17). Dieses besetzt die Rezeptoren der Neuronen und hemmt die Ausschüttung der Neurotransmitter Acetylcholin, Dopamin und Noradrenalin (siehe Unterkapitel Koffein auf der Seite 13), somit schränkt es seine Aktivität ein, um das Gehirn vor Überanstrengung zu bewahren (W IE HÄLT UNS KOFFEIN WACH? - DAS PHÄNOMEN KOFFEIN, 2015, besucht: 28.12.16; ADENOSIN, besucht: 10.01.17). Es gibt ihm den Alarm, seine Tätigkeit zu verringern (KAFFEE AUS MEDIZINISCHER SICHT, 2013, besucht: 14.01.17). Dadurch wird die Weiterleitung des Aktionspotentials an das nächste Neuron verlangsamt (MEHNER, 2012, besucht: 28.12.16). Als Folge davon erhöhen sich der Schlafdruck und die Müdigkeit (W AS PASSIERT BEI SCHLAFMANGEL MIT DEM KÖRPER?, 2015, besucht: 21.09.16). Der Mensch hat das Bedürfnis schlafen zu gehen. Ohne Adenosin würden die Menschen keine Müdigkeit verspüren, darum ist das Adenosin ein wichtiger Schutzmechanismus, der das Gehirn rechtzeitig vor einer Überbelastung warnt. Es sorgt 12 dafür, dass der Wachzustand zur rechten Zeit vom Schlafzustand abgelöst wird. (BRAUN 1998, S.120) Nebst dem Adenosin wird auch vermehrt Cortisol ausgeschüttet, wenn man lange aufbleibt. Findet ein Schlafenzug statt, zum Beispiel ein 24 stündiger Schlafentzug, wird im Gehirn mehr Cortisol produziert. (W AS PASSIERT BEI SCHLAFMANGEL MIT DEM KÖRPER?, 2015, besucht: 21.09.16) Cortisol ist ein Stresshormon, das normalerweise nur bei Stress- und Gefahrensituationen ausgeschüttet wird (ZILLER, besucht: 28.12.16; STRESSHORMONE: ADRENALIN, NORADRENALIN UND CORTISOL, besucht: 28.12.16). Das Cortisol ist sowohl für den Abbau von Eiweiss als auch für die Bildung des Traubenzuckers aus Aminosäuren zuständig, was einen erhöhten Blutzuckerspiegel auslöst. Aus diesem Grund verfügt der Mensch über mehr Energie. Darüber hinaus steigert Cortisol den Gehalt des Natriums in den Blutbahnen und verengt die Adern. Dies wiederum führt zu Höchstleistungen aufgrund einer besseren Durchblutung des Gehirns und der Muskulatur. (ZILLER, besucht: 28.12.16) 3.4 Koffein 3.4.1 Eigenschaften Koffein ist ein Alkaloid, das chemisch als 1,3,7-Trimethyl-2-2,6-purindion bezeichnet wird und gehört zu der Gruppe der Methylxanthine (MIZEVAITE, Jurgita, 2013, besucht: 24.12.16). Koffein ist ein Naturstoff, der in Form von weissem, kristallinem Pulver oder als seidenartiger Kristall vorkommt, bitter schmeckt und geruchslos ist (COFFEIN, besucht: 15.01.17). Es löst sich in siedendem Wasser, ist sowohl in Arzneistoffen gegen Schmerzen und Migräne (DR. MÜLLER, Jochen, 2015, besucht: 01.01.17) als auch in diversen Genussmitteln wie Kaffee, Kakao, Schwarztee, Energy Drinks sowie Cola anzutreffen (DR. VÖGTLI, Alexander, 2016, besucht: 24.12.16). Nach 30 bis 60 Minuten wird die maximale Konzentration von Koffein im Blut erreicht und die Wirkung des Koffeins hält bis zu sechs Stunden nach der Einnahme an (MIZEVAITE, Jurgita, 2013, besucht: 24.12.16; DR. MÜLLER, Jochen, 2015, besucht: 01.01.17). Durch die Blutbahn umspielt das Koffein die Organe, gelangt zum Nervensystem und überwindet die Blut-Hirn-Schranke sowie die Plazentaschranke (MIZEVAITE, Jurgita, besucht: 24.12.16). Durch eine hohe Bioverfügbarkeit von neunzig bis hundert Prozent wird Koffein beinahe vollständig im Körper verwertet (MIZEVAITE, Jurgita, 2013, besucht: 24.12.16). Eine Dosis von zehn Gramm und höher wirkt dabei tödlich bei den Menschen (DR. MÜLLER, Jochen, 2015, besucht: 01.01.17). Koffein kann auch, wenn es in hohen Massen und ständig eingenommen wird, eine psychische 13 Abhängigkeit auslösen (SEEGER, Tim, besucht: 24.12.16; DR. MÜLLER, Jochen, 2015, besucht: 01.01.17). Eine Abhängigkeit von Koffein kann dazu führen, dass die Wirkungen des Koffeins, wie etwa die Regung der Herztätigkeit, Steigerung des Blutdrucks und die Anregung der Muskeltätigkeit aufgehoben werden (MIZEVAITE, Jurgita, 2013, besucht: 24.12.16). Auch kann dadurch die Beeinflussung der Stimmung und der Konzentrationsfähigkeit sowie die Beeinflussung des Schlafes aufgehoben werden, da eine Toleranz dagegen entsteht (SEEGER, Tim, besucht: 24.12.16; 7 BEUNRUHIGENDE FAKTEN ÜBER KOFFEIN, 2014, besucht: 15.01.17). Zu einer Toleranzbildung kommt es, da unser Körper das Fehlen des Adenosins (siehe Unterunterkapitel Funktionsweise auf der Seite 14) auszugleichen versucht, indem es mehr Rezeptoren bildet, die das Adenosin aufnehmen können. Dies führt dazu, dass Koffein weniger stark anregt, solange die zugeführte Menge gleichbleibt (FRÖHLICH, Manuel, 2007, besucht: 21.01.17). Möchte man nun, dass die Wirkungen des Koffeins wieder eintreten, sollte man Koffein nicht regelmässig sondern nur gelegentlich konsumieren (RICI, Victoria, besucht: 15.01.17). Obwohl Koffein, wie bereits erwähnt wurde, abhängig machen kann, genauso wie andere Opiate zu denen beispielsweise auch Heroin gehört, hat es im Gegensatz zu diesen Aufputschmitteln keine euphorisierende Wirkung (OPIOIDE, besucht: 24.09.16; DR. BÜTZER, Peter, 2003, besucht: 24.12.16). Lediglich wenn es in hohen Dosen oder von Kindern konsumiert wird, kann es zu rauschhaften Zuständen führen (DR. MÜLLER, Jochen, 2015, besucht: 01.01.17). Bei Kindern kann Koffein auch schreckhafte Ängstlichkeit sowie Halluzinationen auslösen (DR. MÜLLER, Jochen, 2015, besucht: 01.01.17). Wird der tägliche Genuss von Koffein unterbrochen, kann dies zu Symptomen wie Unlust, Reizbarkeit, Kopf-und Muskelschmerzen, sowie zu Übelkeit und Angstzuständen führen, die nach wenigen Tagen wieder abklingen (DR. MÜLLER, Jochen, 2015, besucht: 01.01.17). 3.4.2 Funktionsweise Auf molekularer Ebene greift Koffein in viele Zellvorgänge ein, indem es mit den Adenosin Rezeptoren interagiert (NIEBER, Karen, 2007, besucht: 28.12.16). Adenosin ist eine körpereigene, chemische Substanz, die im Gewebe als Abbauprodukt vom Molekül Adenosintriphosphat dient (PROF. DR. MED. BUSCHER, Hans-Peter, 2016, besucht: 28.12.16). Koffein ähnelt chemisch dem Adenosin und wirkt auf dieselben Rezeptoren wie dieses. Im Gegensatz zu Adenosin verursacht Koffein jedoch keine Wirkung, sondern verhindert als Antagonist lediglich das Eindringen von Adenosin in die dafür vorgesehenen Rezeptoren im postsynaptischen Neuron, was in der Abbildung 6 unten auf der Seite 15 zu sehen ist. Dies gelingt, wenn Koffein die Adenosin Rezeptoren anstelle vom Adenosin besetzt. (NIEBER, Karen, 2007, besucht: 28.12.16) 14 Das Besetzen erfolgt, wenn die im präsynaptischen Neuron ausgeschütteten Koffein Moleküle durch den synaptischen Spalt zum postsynaptischen Neuron gelangen und dort an die entsprechenden Adenosin Rezeptoren andocken. Damit blockiert Koffein die Adenosin Rezeptoren und hebt die Wirkung von Adenosin auf (NIEBER, Karen, 2007, besucht: 28.12.16). Abbildung 6: Hemmung der Adenosin-Rezeptoren (NIEBER Karen, 2007, besucht: 28.12.16) Das Adenosin selbst hemmt, durch das Andocken an die Adenosin Rezeptoren, die Ausschüttung der Neurotransmitter Dopamin, Noradrenalin und Acetylcholin, welche als Botenstoffe für die Weiterleitung von Nervenimpulsen in der Synapse zuständig sind (NIEBER Karen, 2007, besucht: 28.12.16). Diese Neurotransmitter können sowohl erregend als auch hemmend wirken, abhängig davon, ob sie auf eine erregende oder hemmende Synapse antreffen (DR. PONTES Ulrich, 2012, besucht: 14.01.17; NERVENZELLEN, REIZWEITERLEITUNG, REIZVERARBEITUNG, besucht: 14.01.17). Um zu verstehen, was genau geschieht, wenn Koffein diese hemmende Wirkung von Adenosin verhindert, müssen wir uns die Funktionen der betroffenen Neurotransmitter genauer ansehen. Die Neurotransmitter Dopamin, Noradrenalin und Acetylcholin bilden wichtige, eigene NeuronenNetzwerke und haben einen grossen Einfluss in vielen verschiedenen Bereichen des Zentralnervensystems sowie des peripheren Nervensystems (DR. PONTES Ulrich, 2012, besucht: 14.01.17; DAS NERVENSYSTEM, besucht: 14.01.17). Sehen wir uns zunächst Acetylcholin an. Der Neurotransmitter Acetylcholin besitzt zwei cholinerge Systeme im zentralen Nervensystem. Das erste wirkt im Bereich des Grosshirns und wird mit der Alzheimerkrankheit in Verbindung gebracht, weil bei Beginn der Erkrankung als erstes die Zellen in diesem Bereich absterben. Das zweite System wirkt im Thalamus sowie im Grosshirn ziemlich stark (vergleiche Abbildung 7 auf der Seite 16). Die cholinergen Neuronen dieses Systems sind für den 15 Schlaf- und Wachrhythmus sowie für die Aufmerksamkeitssteuerung zuständig und im peripheren Nervensystem für die Reizvermittlung zwischen den Nerven und den Muskeln. (DR. PONTES Ulrich, 2012, besucht: 14.01.17) Auch ist Acetylcholin für die Übertragung der Reize zwischen den Nervenzellen des vegetativen Nervensystems zuständig und dies sowohl im sympathischen als auch im parasympathischen System (DR. MED. NONNENMACHER, 2016, besucht: 21.01.17; NEUROTRANSMITTER-BOTENSTOFFE DES GEHIRNS, besucht: 14.01.17). Abbildung 7: Bereiche des Gehirns (VIELE TEILE MIT UNTERSCHIEDLICHEN UND GEMEINSAMEN AUFGABEN, besucht: 14.01.17) Als nächstens sehen wir uns Dopamin an. Dopamin ist, genauso wie Noradrenalin, besonders im vegetativen Nervensystem wichtig. Zu den wichtigsten dopaminergen Systemen gehört im zentralen Nervensystem ein System, das sich im Mittelhirn befindet und Nervenimpulse zu den Basalganglien sendet, welche unter der Grosshirnrinde zu finden sind (vergleiche Abbildung 7 oben). Dadurch erfolgt die Steuerung von willkürlichen Bewegungsabläufen. Das zweite dopaminerge System, das sich ebenfalls im Mittelhirn befindet, sendet die Nervenimpulse zu bestimmten Teilen des Grosshirns und des limbischen Systems, welches unter anderem für die Gefühlslage zuständig ist. Dieses zweite System gilt als ein Belohnungssystem und hat eine entscheidende Wirkung auf die Motivation. (DR. PONTES Ulrich, 2012, besucht: 14.01.17) Dopamin ist auch im peripheren Nervensystem wichtig, da es unter anderem für die Durchblutung der Organe sorgt. (NEUROTRANSMITTER-BOTENSTOFFE DES GEHIRNS, besucht: 14.01.17) Nun sehen wir uns noch die noradrenergen Systeme des Noradrenalins an, welche sich in der Medulla Oblangata, im Pons und im Mittelhirn befinden (vergleiche Abbildung 7 auf der Seite 16) 16 Von dort aus werden noradrenge Nervenimpulse in die verschiedensten Bereiche des Gehirns und zum Rückenmark gesendet. Durch das Einwirken im Hirnstamm ist Noradrenalin genauso wie Acetylcholin an der Regulierung unseres Schlaf-Wach-Systems beteiligt. Das Senden der Nervenimpulse zum Thalamus führt zur Steuerung der Aufmerksamkeit, ebenso wie zur Verarbeitung von Informationen und zur Erregung. Auch werden Nervenimpulse an den Hippocampus gesendet, der zum Grosshirn gehört. Dieses System spielt eine Rolle bei der Verarbeitung von Emotionen und Ängsten genauso wie bei Lern- und Gedächtnisprozessen. (NEUROTRANSMITTER-BOTENSTOFFE DES GEHIRN, besucht: 14.01.17) Im peripheren Nervensystem ist Noradrenalin besonders im sympathischen System wichtig, das in Kampf- oder Fluchtsituationen in den Ganglien Noradrenalin freisetzt, welches die Organe stimuliert, den Herzschlag beschleunigt, die Verdauung hemmt und den Körper somit auf eine Gefahrensituation vorbereitet (DAS NERVENSYSTEM, besucht: 14.01.17; VON BRACHT, Til, 2015, besucht: 14.01.17). Durch die Besetzung der Adenosin Rezeptoren verhindert Koffein also, dass die Ausschüttung dieser oben genannten Neurotransmitter durch Adenosin gehemmt wird, was eine Kettenreaktion auslöst. Durch dieses „Aufheben der Hemmung“ werden die Neurotransmitter ausgeschüttet und die Nervenimpulse werden an die Synapsen und von dort zu den verschiedenen Wirkungsbereichen im Gehirn oder zu den entsprechenden Organen und Muskeln weitergeleitet. Damit kommt es zu den oben beschriebenen Auswirkungen der Neurotransmitter und somit auch zu den bereits im Unterunterkapitel Eigenschaften (siehe Seite 13) aufgeführten Auswirkungen des Koffeins (NIEBER, Karen, 2007, besucht: 28.12.16). 17 4 Vorgehen, Methoden, Material 4.1 Arbeitsplanung Das Ziel war es, bis zu den Herbstferien die Experimente zu den Sinnen festzulegen und KoffeinTabletten zu besorgen, damit diese zuerst an uns ausgetestet werden konnten. Dies war notwendig, um herauszufinden, ob die Experimente funktionieren und etwas aussagen, bevor sie an den Probanden angewendet werden. Als sich herausstellte, dass die Experimente anwendbar sind, wurde nach Probanden gesucht. Mindestens zehn Probanden mussten daran teilnehmen. Der nächste Schritt war die Erstellung der Fragebögen. Dabei wurde nach den Namen und dem Alter der Probanden und auch, wie lange sie nicht geschlafen haben und was sie getrunken haben, gefragt. Die Überlegung dahinter war herauszufinden, ob sie genug lang wach waren und ob sie kein Koffein und kein Alkohol zu sich genommen haben. Ebenfalls hilft es, Abweichungen bei den Resultaten begründen zu können. Auch wurde mit einigen Probanden einen Testdurchlauf durchgeführt, um zu überprüfen, ob die Experimente im schlaflosen Zustand mit und ohne Koffein am selben Tag hintereinander stattfinden können, ohne dass es einen Verbesserungseffekt gibt. Unter Verbesserungseffekt verstehen wir, dass die Probanden beim zweiten Durchlauf bessere Leistungen zeigen, weil sie die Experimente nach kurzer Zeit (zirka 45 Minuten) gleich nochmal wiederholen. 4.2 Methodenwahl Zu Beginn der Arbeit wurde nach geeigneten Experimenten gesucht, um die Auswirkungen des Schlafmangels auf den Sehsinn und Gleichgewichtssinn aufzuzeigen. Dabei stiessen wir auf das Lineal-Experiment, bei dem jemand das Lineal in der Luft hält und der Proband die Hand bei null Zentimeter bereithält, um es aufzufangen, sobald es losgelassen wird (siehe Anhang Seite VIII). Weil der Abstand zwischen den Fingern des Probanden und des Lineals nicht immer gleich gross war, konnte diese Methode nicht angewendet werden. Nach weiterer Recherche entdeckten wir einen Online-Reaktions-Test von der Fahrschule Häge, der sich durch seine Genauigkeit sehr gut für die Arbeit eignet (FAHRSCHULE HAEGE, besucht: 22.09.16). Bei dem Experiment müssen die Probanden zuerst auf „Start“ drücken am Computer. Nach unbestimmter Zeit erscheint „Drücke Stopp“ auf dem Bildschirm. Der Proband muss, sobald er es gesehen hat, auf „Stopp“ klicken. Dies tut er fünf Mal hintereinander. Aus den fünf Zwischenresultaten, welche auf drei Kommastellen gerundet werden, wird am Schluss ein Durchschnittwert, auf zwei Kommastellen genau, errechnet. 18 Beim zweiten Experiment, zum Gleichgewicht, kamen zuerst ein Turnbank-Experiment oder eine zusammengerollte Pilates-Matte in Frage. Beim ersteren hätten die Probanden darüber balancieren müssen, beim zweiten hätten sie auf der Matte ihr Gleichgewicht halten müssen ohne abzustehen. Jedoch erwiesen sich beide Tests als nicht aussagekräftig, da sie zu einfach sind. Daher wurde schlussendlich der Luftkissen Stepper eingesetzt, auf dem das Gleichgewicht, aufgrund seiner Dynamik, schwieriger zu halten ist. Denn im Gegensatz zu einer zusammengerollten Pilates-Matte ist der Stepper mit Luft gefüllt und daher anspruchsvoller. Die Probanden müssen auf dem Luftkissen Stepper eine Minute lang auf dem linken Bein stehen. Danach wiederholen sie das Experiment mit dem rechten Bein. Dabei wird geschaut, wie oft sie ihr Gleichgewicht verlieren und sich mit dem anderen Bein abstützen. Am Schluss wird zusammengezählt, wie oft sie während zwei Minuten mit beiden Beinen abgestanden sind. Für die Durchführung der Experimente wurden zudem noch Koffein-Tabletten und PlaceboTabletten verwendet. Der Vorteil der Koffein-Tabletten besteht darin, dass es keine zusätzlichen Stoffe enthält, welche die Leistung beeinflussen könnten, wie das bei einem normalen Kaffee der Fall ist. Auch bei den Placebo-Tabletten war der Entscheidungsgrund derselbe; dass die Leistung der Probanden nicht beeinflusst wird. Denn dadurch konnten die Placebo-Tabletten nicht von den Koffein-Tabletten unterschieden werden. Dies ist wichtig damit die Probanden nicht wissen, wann sie die Koffein-Tablette eingenommen haben, und somit das Resultat nicht verfälscht wird. 4.3 Material Es wurden zwei verschiedene Tablettensorten verwendet. Die eine Sorte enthält 200 Milligramm Koffein, was zwei Tassen Kaffee entspricht (KOFFEINDOSIS PRO TAG, besucht: 22.09.16). Die andere Sorte, die Placebo-Tablette, enthält keinen Arzneistoff. Folgende Tabletten wurden benutzt: Coffeinum N 0,2 Gramm Tabletten und P-Tabletten weiss 7 Millimeter Lichtenstein. Auch wurden Fragebögen erstellt (siehe Anhang Seite VI und folgende), Laptops für den Reaktionstest und ein Luftkissen-Stepper Aero-Step XL von Togu® eingesetzt. 4.4 Versuchsablauf Die Experimente werden an zwei verschieden Daten durchgeführt, mit jeweils einer Woche Abstand dazwischen. Bei einem Durchlauf handelt es sich um die Positivkontrolle. Die Probanden kommen an diesem Tag ausgeschlafen, mit mindestens sieben Stunden Schlaf und führen die Experimente 19 durch (W EIL, Joelle, besucht: 23.09.16). Diese Werte dienen um herauszufinden, ob Schlafmangel tatsächlich Auswirkungen auf den Sehsinn und den Gleichgewichtssinn hat. Beim zweiten Durchlauf, eine Woche später, dürfen die Probanden mindestens 24 Stunden (siehe Ziele und Fragestellungen auf der Seite 3) nicht schlafen und führen die Experimente zweimal hintereinander durch, mit 45 Minuten Abstand dazwischen. Bei ihrer Ankunft werden die Probanden in zwei Gruppen eingeteilt und erfahren, dass sie entweder koffeinhaltige Tabletten oder die Placebo-Tabletten verabreicht bekommen (PLACEBO UND PLACEBO-EFFEKT, 2011, besucht: 29.12.16). Die Probanden wissen nicht, ob die Tablette, die sie bekommen haben, Koffein beinhaltet oder nicht. Damit soll verhindert werden, dass sie durch Einbildung eine bessere Leistung erzielen. In Wirklichkeit bekommen alle Probanden beim ersten Mal Placebo-Tabletten und beim zweiten Mal Koffein-Tabletten verabreicht. Da Koffein erst nach 30 bis 45 Minuten seine Wirkung zeigt und die Probanden nicht wissen sollen, welche Tablette sie eingenommen haben, muss nach Verabreichung der Placebo-Tabletten 45 Minuten gewartet werden (MEHNER, Kathrin, 2012, besucht: 28.12.16). In dieser Zeit füllen sie die Fragebögen aus und bekommen die Experimente nochmals erklärt. Nach 45 Minuten Wartezeit führen sie die Experimente zum ersten Mal durch. Danach werden die KoffeinTabletten verabreicht und wieder 45 Minuten gewartet. Nach der Wartezeit werden die Experimente zum zweiten Mal durchgeführt. 4.5 Auswertungsmethode Bei der Auswertung werden zunächst die Durchschnittswerte von allen Probanden vom schlaflosen Zustand mit den Durchschnittswerten von der Positivkontrolle sowie mit den Durchschnittswerten vom schlaflosen Zustand mit Koffeineinnahme verglichen. Zuerst werden die Durchschnittswerte vom schlaflosen Zustand denen von der Positivkontrolle gegenübergestellt, um zu überprüfen, ob Schlafmangel tatsächlich die Reaktionszeit und das Gleichgewicht beeinträchtigt. Dies dient zur Beantwortung der ersten und zweiten These. Danach werden die Durchschnittswerte vom schlaflosen Zustand und vom schlaflosen Zustand mit Koffeineinnahme verglichen, um herauszufinden, ob man sich durch die Einnahme von Koffein verbessert. Hiermit können die dritte und vierte These falsifiziert oder verifiziert werden. Mit Hilfe der Durchschnittswerte kann eine allgemeine Aussage über die Ergebnisse gemacht werden. Danach werden die einzelnen Ergebnisse von jedem Probanden in jedem Zustand (schlafloser Zustand ohne Koffein, schlafloser Zustand mit Koffein und ausgeschlafener Zustand) verglichen, um 20 Auffälligkeiten aufzuzeigen und einzelne Werte, welche nicht dem Durchschnitt entsprechen, hervorzuheben. All diese Ergebnisse werden mit Hilfe von Säulendiagrammen aufgezeigt. 21 5 Resultate In diesem Kapitel werden die Resultate von den Experimenten zur Reaktionszeit und zum Gleichgewicht dargelegt. Die exakten Werte sind im Anhang auf der Seite V ersichtlich. Diese Diagramme sind aus eigener Datenerhebung entstanden. 5.1 Experiment Gleichgewicht 5.1.1 Durchschnitt Auf folgendem Säulendiagramm sind die Durchschnittswerte vom Gleichgewichtsexperiment abgebildet. Die Durchschnittswerte wurden berechnet, indem alle Ergebnisse der Probanden addiert und danach durch die Anzahl Probanden dividiert wurden. Auf der y-Achse ist ersichtlich, wie oft sie im Durchschnitt abgestanden sind. Auf der x-Achse ist der Durchschnitt von beiden Beinen in den drei verschiedenen Zuständen (Schlafmangel ohne Koffein, Schlafmangel mit Koffein und im ausgeschlafenen Zustand) abgebildet. Durchschnitt 12 Wie viel Mal abgetsanden 10 8 6 4 2 0 Schlafmangel ohne Koffein Schlafmangel mit Koffein Positivkontrolle Gleichgewicht Abbildung 8: Durchschnittswerte des Gleichgewichtsexperiments (Darstellung aus eigener Datenerhebung) Wenn man die Positivkontrolle mit dem Schlafmangel ohne Koffein vergleicht, ist ersichtlich, dass mit Schlafmangel ohne Koffein viel öfters abgestanden wurde, und zwar um 25,29 Prozent mehr, als im ausgeschlafenen Zustand. 22 Wird der schlaflose Zustand mit Koffein dem schlaflosen Zustand ohne Koffein gegenübergestellt, sieht man, dass im schlaflosen Zustand ohne Koffein um 37,97 Prozent mehr abgestanden wurde als im schlaflosen Zustand mit Koffein. 5.1.2 Einzelne Ergebnisse In diesem Unterunterkapitel sind die Resultate des Gleichgewichtsexperiments in den drei verschiedenen Zuständen dargestellt. Positivkontrolle 40 Wie viel Mal abgestanden 35 30 25 20 15 10 5 0 Gleichgewicht Abbildung 9: Positivkontrolle des Gleichgewichtsexperiments (Darstellung aus eigener Datenerhebung) Dieses Diagramm zeigt die Resultate der Positivkontrolle vom Gleichgewichtsexperiment auf. Man sieht die Ergebnisse der Probanden auf der x-Achse einzeln aufgelistet. Auf der y-Achse kann man ablesen, wie oft die Probanden abgestanden sind. Auffällig ist, dass die Probanden 5 und 10 sich deutlich vom Rest abheben. Ihre Werte liegen bei 37 und 16. 23 Schlafmangel mit Koffein Wie viel Mal abgestanden 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Gleichgewicht Abbildung 10: Resultate des Gleichgewichtsexperiments im schlaflosen Zustand mit Koffein (Darstellung aus eigener Datenerhebung) In diesem Diagramm sind die Ergebnisse des Gleichgewichtstests im schlaflosen Zustand mit Koffeineinnahme dargestellt. Es ist eine grosse Spannweite zu erkennen. Sie reicht von null Mal bis zu 38 Mal abstehen. Die Werte der anderen Probanden liegen ziemlich nahe beieinander. Die Ergebnisse der Probanden 1, 2 und 4 sind im selben Bereich. Ebenfalls liegen die Werte der Probanden 3, 8 und 9 eng zusammen. Schlafmangel ohne Koffein 45 Wie viel Mal abgestanden 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Gleichgewicht Abbildung 11: Resultate des Gleichgewichtsexperiments im schlaflosen Zustand ohne Koffein (Darstellung aus eigener Datenerhebung) 24 Auf dem vorherigen Säulendiagramm (Abbildung 11 auf der Seite 24) sind die Werte des schlaflosen Zustandes ohne Koffein abgebildet. Der Höchstwert liegt bei 39 und der tiefste Wert bei null. Die restlichen Resultate sind weit zerstreut. Werden die Werte der einzelnen Probanden in allen drei Zuständen verglichen, ergibt sich Folgendes: Sieht man sich die Positivkontrolle und den schlaflosen Zustand ohne Koffein an, wird deutlich, dass sechs Probanden bei der Positivkontrolle besser abgeschnitten haben als im schlaflosen Zustand. Ein Proband war im schlaflosen Zustand besser und drei Probanden waren in beiden Zuständen gleich gut. Beim Vergleich vom schlaflosen Zustand mit und ohne Koffeineinnahme hat sich herausgestellt, dass neun von zehn Probanden mit Koffein bessere Resultate erzielten. Der Proband 9 schnitt gleich gut ab. 5.2 Experiment Reaktionszeit 5.2.1 Durchschnitt Dieses Säulendiagramm zeigt die Durchschnittswerte des Reaktionszeit-Experiments auf. Auch hier wurden die Ergebnisse der Probanden addiert und durch die Anzahl Probanden dividiert. Auf der yAchse ist die Reaktionszeit in Sekunden ersichtlich und auf der x-Achse die verschiedenen Zustände. Durchschnitt 0.48 Reaktionszeit in Sekunden 0.47 0.46 0.45 0.44 0.43 0.42 0.41 0.4 0.39 0.38 Schlafmangel ohne Koffein Schlafmangel mit Koffein Positivkontrolle Reaktionszeit Abbildung 12: Durchschnittswerte des Reaktionszeitexperiments (Darstellung aus eigener Datenerhebung) 25 Beim Vergleich vom schlaflosen Zustand ohne Koffein mit der Positivkontrolle, wird deutlich, dass man im schlaflosen Zustand im Durchschnitt um 0.001 Sekunden besser ist. Auch fällt auf, dass man im schlaflosen Zustand mit Koffein eine deutlich schnellere Reaktionszeit hat. Die Differenz beträgt 0.054 Sekunden. 5.2.2 Einzelne Ergebnisse In diesem Unterunterkapitel sind die Ergebnisse des Reaktionszeitexperiments im schlaflosen Zustand mit und ohne Koffein und im ausgeschlafenen Zustand abgebildet. Positivkontrolle Reaktionszeit in Sekunden 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Reaktionszeit Abbildung 13: Positivkontrolle des Reaktionszeitexperiments (Darstellung aus eigener Datenerhebung) Dieses Säulendiagramm zeigt die Positivkontrolle vom Reaktionszeit-Experiment. Es sind die einzelnen Resultate der Probanden aufgeführt. Auffällig ist, dass es eine grosse Spannweite hat. Der Höchstwert liegt bei 0.67 Sekunden und der tiefste Wert bei 0.33 Sekunden. 26 Schlafmangel mit Koffein Reaktionszeit in Sekunden 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Reaktionszeit Abbildung 14: Resultate des Reaktionszeitexperiments im schlaflosen Zustand mit Koffein (Darstellung aus eigener Datenerhebung) Auf dem obigen Säulendiagramm sind die Resultate vom schlaflosen Zustand mit Koffein vom Reaktionszeit-Experiment ersichtlich. Die Spannweite beträgt 0.19 Sekunden, wobei der Höchstwert bei 0.51 und der tiefste Wert bei 0.32 Sekunden liegt. Schlafmangel ohne Koffein Reaktionszeit in Sekunden 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Reaktionszeit Abbildung 15: Resultate des Reaktionszeitexperiments im schlaflosen Zustand ohne Koffein (Darstellung aus eigener Datenerhebung) Hier sieht man die Ergebnisse des Reaktionszeit-Experiments im schlaflosen Zustand ohne Koffein. Die Resultate der Probanden 1 bis 6, sowie von Proband 9, liegen sehr nahe beieinander. Der höchste Wert liegt bei 0.58 Sekunden beim Proband 7 und der tiefste bei 0.39 Sekunden beim Proband 9. 27 Wenn man die Werte der einzelnen Probanden in allen drei Zuständen vergleicht, wird ersichtlich, dass neun von zehn Probanden mit Koffein die kürzeste Reaktionszeit haben. Nur Proband 4 erzielte seine kürzeste Reaktionszeit nicht mit Koffein, sondern bei der Positivkontrolle. Vergleicht man nun die Resultate der Probanden im schlaflosen Zustand ohne Koffein mit der Positivkontrolle, fällt auf, dass sechs Probanden bei der Positivkontrolle besser sind, drei sind im schlaflosen Zustand ohne Koffein besser und eine Person bei beidem gleich gut. Beim Vergleich vom schlaflosen Zustand mit und ohne Koffein, wird erkennbar, dass neun von zehn Probanden mit Koffein eine bessere Reaktionszeit haben als ohne Koffein. Nur Proband 4 war bei beidem gleich gut. 28 6 Diskussion 6.1 Auffälligkeiten Wie bei den Diagrammen zum Gleichgewicht zu sehen ist, unterscheiden sich die Resultate von Proband 5 wesentlich von denen der restlichen Probanden. Es ist auffällig, dass er in allen drei Zuständen sehr oft abgestanden ist. Der Grund dafür ist, dass er mit zwei Jahren an Meningitis (Hirnhautentzündung) erkrankt war. Diese Krankheit führte zu einer Infektion in der Hörschnecke und im Gleichgewichtsorgan (LABYRINTHITIS, besucht: 21.01.17). Dadurch verlor der Proband sein Gehör und bekam ein Cochlea-Implantat eingesetzt. Durch einen operativen Eingriff wurde eine Elektrode eingeführt durch das sein Gleichgewichtsorgan beschädigt worden sein könnte (DR. MED. DLUGAICZYK, Julia, besucht: 21.01.17). 6.2 1. Hypothese Beim Vergleich der Positivkontrolle mit dem schlaflosen Zustand ohne Koffein hat sich ein Unterschied von 0.001 Sekunden gezeigt. Das heisst, die Probanden zeigten beim schlaflosen Zustand ohne Koffein im Durchschnitt eine kürzere Reaktionszeit. Sieht man sich jedoch die einzelnen Resultate an, wird ersichtlich, dass sechs von zehn Probanden bei der Positivkontrolle ein besseres Ergebnis erzielt haben und dass eine Person bei beiden Experimenten gleich gut war. Würde man sich nur die Durchschnittwerte ansehen, müsste die Hypothese falsifiziert werden. Die einzelnen Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Mehrheit der Probanden bei der Positivkontrolle eine kürzere Reaktionszeit hat. Weil die Durchschnittswerte eine grosse Spannweite aufweisen, verzerren sie das Resultat. Da nur zehn Probanden an den Experimenten teilgenommen haben, genügt schon ein Ausreisser von einem Probanden, um das Gesamtergebnis zu verfälschen. Die Positivkontrolle müsste einen kleineren Durchschnittswert haben, da sechs Probanden ein besseres Ergebnis erzielt haben und somit eine kürzere Reaktionszeit. Da jedoch Proband 7 bei der Positivkontrolle schlechter war, um 0.1 Sekunden, verfälscht das den Durchschnittswert der Positivkontrolle. Deswegen werden nur die Einzelresultate der Probanden für die Überprüfung der Hypothese verwendet. Dass die Mehrheit der Probanden im schlaflosen Zustand ohne Koffein eine schlechtere Reaktionszeit erzielten, ist mit Adenosin zu begründen. Denn Adenosin wird, wie bereits im Unterunterkapitel Auswirkungen auf den Körper (siehe Seite 12) erklärt wurde, während des Tages ausgeschüttet (W AGNER, 2015, besucht: 11.01.17). Da die Probanden 24 Stunden auf Schlaf verzichtet haben, hat sich eine immer grössere Menge an Adenosin im Körper angesammelt 29 (HAMMER, 2015, besucht: 10.01.17). Diese Menge an Adenosin konnte nicht abgebaut werden, weil die Probanden nicht geschlafen haben (SCHLAFMANGEL: DAS PASSIERT IM KÖRPER, WENN WIR ÜBERMÜDET SIND, 2016, besucht: 10.01.17). Als Folge davon wurden immer mehr Rezeptoren durch Adenosin besetzt, sodass Acetylcholin nicht ausgeschüttet werden konnte, was die Reizvermittlung zu den Muskeln verlangsamte (NEUROTRANSMITTER-BOTENSTOFFE DES GEHIRNS, besucht: 14.01.17). Auch die Freisetzung von Dopamin wird gehemmt. Dies führt zur Beeinträchtigung der willkürlichen Bewegungsabläufe (NEUROTRANSMITTER-BOTENSTOFFE DES GEHIRNS, besucht: 14.01.17). Beide Fälle führen dazu, dass die Aktionspotentiale langsamer zum Gehirn sowie zu den Muskeln geleitet werden. (MEHNER, 2012, besucht: 28.12.16; WIE HÄLT UNS KOFFEIN WACH? - DAS PHÄNOMEN KOFFEIN, 2015, besucht: 28.12.16; NEUROTRANSMITTER-BOTENSTOFFE DES GEHIRNS, besucht: 14.01.17). Adenosin führt also dazu, dass die Reizvermittlung verlangsamt wird, wodurch die Reaktionszeit der Probanden verlängert wurde. Der Grund, warum drei Probanden im schlaflosen Zustand ohne Koffein eine bessere Reaktionszeit erreicht haben, liegt beim Cortisol. Denn bei Schlafentzug wird neben dem Adenosin auch vermehrt Cortisol ausgeschüttet (W AS PASSIERT BEI SCHLAFMANGEL MIT DEM KÖRPER?, 2015, besucht: 21.09.16). Dadurch wird Traubenzucker gebildet, so dass mehr Energie zur Verfügung steht (ZILLER, besucht: 28.12.16). Zusätzlich werden das Gehirn und die Muskeln besser mit Blut versorgt und als Folge dessen hatten die Probanden eine kürzere Reaktionszeit (ZILLER, besucht: 28.12.16). Dass die Werte des zweiten Probanden sowohl im schlaflosen Zustand ohne Koffein als auch im ausgeschlafenen Zustand gleich sind, erklären wir uns folgendermassen: Da nicht jeder Mensch gleich viel Schlaf benötigt, um ausgeruht zu sein gehen wir davon aus, dass der Schlafmangel nicht gleich grossen Einfluss auf jeden Menschen hat (DR. PHIL. BRUNNER, Daniel, besucht: 25.12.16). Proband 2 könnte mit weniger Schlaf ausgekommen sein, sodass der Schlafmangel seine Reaktionszeit weniger stark bis gar nicht beeinträchtigt hat. Aus den oben genannten Gründen kann die erste Hypothese verifiziert werden, die lautet, dass der Schlafmangel Auswirkungen auf die Reaktionszeit hat. 6.3 2. Hypothese Wenn man die Resultate von der Positivkontrolle mit den Resultaten des schlaflosen Zustands ohne Koffein vergleicht, fällt auf, dass im Durchschnitt im schlaflosen Zustand ohne Koffein mehr abgestanden wurde. Sieht man sich die einzelnen Resultate der Probanden genauer an, wird ersichtlich, dass sechs Probanden im schlaflosen Zustand ohne Koffein ihr Gleichgewicht schlechter 30 halten konnten. Drei Probanden konnten das Gleichgewicht in beiden Zuständen gleich gut halten, während ein Proband im schlaflosen Zustand ohne Koffein sogar ein besseres Ergebnis erzielte. Der Grund, warum mehr als die Hälfte der Probanden im schlaflosen Zustand ohne Koffein ein schlechteres Gleichgewicht haben, liegt beim Adenosin. Wie bereits oben aufgeführt wurde, konnte das Adenosin nicht zersetzt werden, sodass die Reizleitung verlangsamt wurde (SCHLAFMANGEL: DAS PASSIERT IM KÖRPER, WENN WIR ÜBERMÜDET SIND, 2016, besucht: 10.01.17; MEHNER, 2012, besucht: 28.12.16; W IE HÄLT UNS KOFFEIN WACH? - DAS PHÄNOMEN KOFFEIN, 2015, besucht: 28.12.17). Deswegen konnten die Probanden ihr Gleichgewicht schlechter halten. Das erklären wir uns so: Durch die verlangsamte Reizleitung gelangten die Informationen aus den Gleichgewichtsorganen zu langsam zum Gehirn, was auch dazu führte, dass die Informationen aus dem Gehirn verzögert zu den Muskeln und Gelenken gelangten. Daher konnten die Muskeln und Gelenke nicht rechtzeitig auf die Befehle aus dem Gehirn reagieren, um das Gleichgewicht wiederherzustellen. Ein weiterer Grund, warum mehr als die Hälfte der Probanden im schlaflosen Zustand ohne Koffein ein schlechteres Gleichgewicht haben ist, dass die Ausschüttung von Acetylcholin von Adenosin gehemmt wird. Denn wie bereits im Unterunterkapitel Funktionsweise (siehe Seite 14 und folgende) erwähnt wurde, hat Acetylcholin auch Einfluss auf das vegetative Nervensystem, zu dem auch das Gleichgewicht gehört (DR. MED. NONNENMACHER, 2016, besucht: 21.01.17). Der Proband 10 erlangte ein besseres Resultat im schlaflosen Zustand ohne Koffein. Dies wird ebenfalls mit Cortisol begründet. Denn Cortisol hat die gleichen Auswirkungen auf das Gleichgewicht wie auf die Reaktionszeit, sodass das Gleichgewicht der Probanden sich im schlaflosen Zustand ohne Koffein verbessert hat, weil dieselben Vorgänge im Körper ablaufen (siehe Unterkapitel 1. Hypothese auf der Seite 29 und folgende). Dass die Werte der drei Probanden sowohl im schlaflosen Zustand ohne Koffein als auch im ausgeschlafenen Zustand gleich sind, erklären wir uns wie bei der ersten Hypothese, mit der Anzahl an Schlafstunden die ein Mensch braucht, um ausgeruht zu sein (DR. PHIL. BRUNNER, Daniel, besucht: 25.12.16). Dass die Mehrheit der Probanden im schlaflosen Zustand ohne Koffein schlechtere Resultate erzielten beweist, dass Schlafmangel tatsächlich einen Einfluss auf unser Gleichgewicht hat. Somit wird auch die zweite Hypothese verifiziert. 31 6.4 3. Hypothese Betrachtet man den Durchschnitt des Reaktionszeitexperiments im schlaflosen Zustand ohne und mit Koffein, ist ein deutliches Resultat zu sehen. Die grosse Mehrheit der Probanden hatte im schlaflosen Zustand ohne Koffein eine längere Reaktionszeit. Auch die Einzelresultate zeigen auf, dass neun von zehn Probanden eine verbesserte Reaktionszeit im Zustand mit Koffein erreichten. Nur Proband 4 erzielte in beiden Zuständen gleiche Ergebnisse. Die Verbesserung der Mehrheit der Probanden kommt zustande, weil im schlaflosen Zustand mit Koffein das Adenosin vom Koffein gehemmt wird, sodass im Gegensatz zum schlaflosen Zustand ohne Koffein die Neurotransmitter Dopamin, Acetylcholin und Noradrenalin wieder vermehrt ausgeschüttet werden können (NIEBER Karen, 2007, besucht: 28.12.16). Die Ausschüttung von Acetylcholin führt dazu, dass die Reizvermittlung zwischen den Nerven und Muskeln erleichtert wird und wieder schneller abläuft (NIEBER Karen, 2007, besucht: 28.12.16). Auch die Ausschüttung von Dopamin begünstigt die willkürlichen Bewegungsabläufe (NEUROTRANSMITTER-BOTENSTOFFE DES GEHIRNS, besucht: 14.01.17). Zudem führt die Freisetzung von Noradrenalin dazu, dass die Wachheit und Aufmerksamkeit wieder erhöht werden (NEUROTRANSMITTER-BOTENSTOFFE DES GEHIRN, besucht: 14.01.17). Aus diesen Gründen verkürzte sich die Reaktionszeit der Probanden. Eine mögliche Erklärung für das Erzielen derselben Resultate in beiden Zuständen bei Proband 4 könnte beim regelmässigen Koffeinkonsum liegen. Denn der Körper produziert dabei mehr Rezeptoren, die Adenosin aufnehmen können. Es entstehen mehr Rezeptoren als Koffein Moleküle im Körper des Probanden. Dies gilt jedoch nur, wenn die zugeführte Menge an Koffein gleichbleibt. So können die Adenosin Moleküle doch noch an die Rezeptoren andocken und eine Toleranz gegen Koffein entsteht (FRÖHLICH, Manuel, 2007, besucht: 21.01.17). Durch das kann Koffein seine Leistung nicht mehr erbringen, sodass sich die Reaktionszeit des Probanden nicht verbessert. Weil neun von zehn Probanden im schlaflosen Zustand mit Koffein eine kürzere und somit bessere Reaktionszeit hatten, wird die dritte Hypothese verifiziert, die lautet: Koffein verkürzt die Reaktionszeit, welche durch Schlafmangel beeinträchtigt wurde. 6.5 4. Hypothese Stellt man die Durchschnittswerte im schlaflosen Zustand ohne Koffein dem schlaflosen mit Koffein gegenüber, stellt man fest, dass die Mehrheit der Probanden im schlaflosen Zustand ohne Koffein öfters abgestanden ist. Auch die einzelnen Resultate stimmen mit den Durchschnittwerten überein. Neun von zehn Probanden hatten ohne Koffein ein schlechteres Gleichgewicht. Nur Proband 9 war in beiden Zuständen gleich gut. 32 Dass neun Probanden mit Koffein ein besseres Gleichgewicht hatten, können wir mit Acetylcholin und Noradrenalin begründen. Denn die Einnahme von Koffein bewirkt indirekt die Ausschüttung von den genannten Transmittern, welche für die Reizvermittlung im vegetativen Nervensystem (Acetylcholin) und für die Aufmerksamkeitssteuerung (Noradrenalin) zuständig sind (DR.MED. NONNENMACHER, 2016, besucht: 21.01.17; NEUROTRANSMITTER-BOTENSTOFFE DES GEHIRN, besucht: 14.01.17). Das Resultat des Probanden, der keine Verbesserung durch die Koffeineinnahme gezeigt hat, erklären wir uns mit der Toleranzbildung gegenüber Koffein (siehe Unterunterkapitel Eigenschaften auf der Seite 13 und Unterkapitel 3. Hypothese auf der Seite 32). Wir verifizieren die vierte Hypothese, die lautet: Koffein verbessert das Gleichgewicht, welches durch Schlafmangel beeinträchtigt wurde, weil neun von zehn Probanden durch Koffein ein besseres Gleichgewicht hatten. 33 7 Fazit Durch unsere Arbeit konnten wir aufzeigen, dass Schlafmangel die Reaktionszeit und das Gleichgewicht beeinträchtigt und dass Koffein diese Beeinträchtigung vermindern kann. Somit können wir alle vier Hypothesen bestätigen. Nur eine Frage bleibt offen: Wie gross die Auswirkungen des Koffeins auf die Reaktionszeit ist. Unsere Ergebnisse zeigten auf, dass Koffein unsere Reaktionszeit verkürzt. Jedoch ist nicht klar, wie viel dieser Unterschied im Körper ausmacht. Aufgrund der wichtigen Funktion des Koffeins als Wachmacher gehen wir davon aus, dass in Zukunft immer mehr Menschen darauf zurückgreifen werden. Denn in unserer 24-Stunden-Gesellschaft sind immer mehr Menschen von Schlafmangel betroffen (ANDAUERND MÜDE, 2015, besucht: 29.12.16). Zudem kommen auch verschiedene Alternativen und neue Produkte auf, wie zum Beispiel MatchaTee, welche Koffein beinhalten und grosse Beliebtheit geniessen (MATCHA VS. KAFFEE, besucht: 22.01.17). Mittels unserer Experimente konnten wir zeigen, dass Koffein als Mittel gegen Schlafmangel eingesetzt werden kann. Weil wir als Schülerinnen selbst auch von Schlafmangel betroffen sind, können wir es in Zukunft gezielt einsetzen. Deswegen sind wir froh darüber, dies durch unsere Arbeit bewiesen zu haben. Schwierigkeiten bereiteten uns während dem Arbeitsprozess, an vertrauliche Quellen zu kommen und die komplexe Theorie über die Organe und das Gehirn zu verknüpfen. Für zukünftige Projekte nehmen wir uns vor, uns früher und intensiver mit der Recherche auseinanderzusetzen. 34 8 Zusammenfassung Diese Arbeit befasst sich mit den vier Hypothesen: 1. Schlafmangel hat Auswirkungen auf die Reaktionszeit. 2. Schlafmangel hat Auswirkungen auf das Gleichgewicht. 3. Koffein verkürzt die Reaktionszeit, welche durch Schlafmangel beeinträchtigt wurde. 4. Koffein verbessert das Gleichgewicht, welches durch Schlafmangel beeinträchtigt wurde. Dazu wurde ein Experiment zur Reaktionszeit und zum Gleichgewicht durchgeführt. Beim Reaktionszeitexperiment handelt es sich um einen Online Reaktionszeitbestimmungstest von einer Fahrschule und beim Gleichgewichtstest mussten die Probanden während zwei Minuten auf einem Luftkissen Stepper ihr Gleichgewicht halten. Die Ergebnisse aus diesen Experimenten zeigen, dass Schlafmangel negative Auswirkungen auf die Reaktionszeit und das Gleichgewicht hat und diese Auswirkungen durch die Einnahme von Koffein vermindert werden. Denn das Adenosin, das im schlaflosen Zustand in grösseren Mengen im Körper vorhanden ist, hemmt die Ausschüttung der Neurotransmitter Dopamin, Acetylcholin und Noradrenalin (HAMMER; 2015, besucht: 10.01.17; NIEBER, Karen, 2007, besucht: 28.12.16). Die drei Neurotransmitter haben alle verschiedene Funktionen. Zum Beispiel ist Dopamin zuständig für die Steuerung der willkürlichen Bewegungsabläufe, Acetylcholin für die Reizvermittlung zwischen den Nervenzellen des vegetativen Nervensystems und für die Reizübertragung zwischen Nerven und Muskeln, und Noradrenalin für die Steuerung der Aufmerksamkeit (NEUROTRANSMITTERBOTENSTOFFE DES GEHIRNS, besucht: 14.01.17). Durch den Schlafmangel beeinträchtigt Adenosin die Auswirkungen der Neurotransmitter (NIEBER Karen, 2007, besucht: 28.12.16). Dies ist auch bei den Ergebnissen der Experimente zu sehen. Beim Reaktionstest waren sechs von zehn Probanden im schlaflosen Zustand schlechter. Auch beim Gleichgewichtstest erzielten sechs von zehn Probanden schlechtere Ergebnisse im schlaflosen Zustand. Damit können die ersten beiden Hypothesen bestätigt werden. Nimmt man nun Koffein ein, wird diese hemmende Wirkung des Adenosins auf die Neurotransmitter aufgehoben (NIEBER Karen, 2007, besucht: 28.12.16). Somit werden diese Neurotransmitter wieder ausgeschüttet und können im Körper wirken (NIEBER Karen, 2007, besucht: 28.12.16). Das heisst, dass Koffein uns indirekt wach macht (NIEBER Karen, 2007, besucht: 28.12.16). Das war auch bei den Ergebnissen ersichtlich. Bei beiden Experimenten waren neun von zehn Probanden mit Koffeineinnahme besser. Hiermit werden die dritte und vierte Hypothese verifiziert. 35 9 Abbildungsverzeichnis Abb. 1: PROF. DR. BAYRHUBER, Horst, u.a., 2013, Linder Biologie, 23. neu bearbeitete Auflage, Braunschweig, Bildungshaus Schulbuchverlage. Abb. 2: PROF. DR. BAYRHUBER, Horst, u.a., 2013, Linder Biologie, 23. neu bearbeitete Auflage, Braunschweig, Bildungshaus Schulbuchverlage. Abb. 3: LEHMANN, Katha, 2015, Das Ohr, https://prezi.com/wu8z60-yqdwb/das-ohr/, besucht: 22.01.17 Abb. 4: GEISLER, Frank Anatomie Gleichgewichtsorgan (Vestibularapparat) mit Bogengang-Ampulle, http://www.medical-pictures.de/bilder/Anatomie-Gleichgewichtsorgan-(Vestibularapparat)mit-Bogengang-Ampulle-1363.html, besucht: 22.01.17 Abb. 5: ACOUSTIC MACULA, DRAWING, http://www.gettyimages.ch/detail/nachrichtenfoto/mechanismof-the-macula-the-macula-is-the-organ-of-nachrichtenfoto/151061776?#mechanism-of-themacula-the-macula-is-the-organ-of-static-balance-of-picture-id151061776, besucht: 22.01.17 ABB. 6: NIEBER Karen, Felke Sandra, Schmalz Anke, 2007, Coffein; Genussmittel und Arzneistoff, http://www.pharmazeutische-zeitung.de/index.php?id=2523, besucht: 28.12.16. Abb. 7: VIELE TEILE MIT UNTERSCHIEDLICHEN UND GEMEINSAMEN AUFGABEN, http://www.gehirnlernen.de/gehirn/viele-teile-mit-unterschiedlichen-und-gemeinsamenaufgaben/, besucht: 14.01.17. Abb. 8: Durchschnittswerte des Gleichgewichtsexperiments (Seite 19): Darstellung aus eigener Datenerhebung Abb. 9: Positivkontrolle des Gleichgewichtsexperiments (Seite 20): Darstellung aus eigener Datenerhebung Abb. 10: Resultate des Gleichgewichtsexperiments im schlaflosen Zustand mit Koffein (Seite 20): Darstellung aus eigener Datenerhebung Abb. 11: Resultate des Gleichgewichtsexperiments im schlaflosen Zustand ohne Koffein (Seite 21): Darstellung aus eigener Datenerhebung Abb. 12: Durchschnittswerte des Reaktionszeitexperiments (Seite 22): Darstellung aus eigener Datenerhebung 36 Abb. 13: Positivkontrolle des Reaktionszeitexperiments (Seite 23): Darstellung aus eigener Datenerhebung Abb. 14: Resultate des Reaktionszeitexperiments im schlaflosen Zustand mit Koffein (Seite 23): Darstellung aus eigener Datenerhebung Abb. 15: Resultate des Reaktionszeitexperiments im schlaflosen Zustand ohne Koffein (Seite 24): Darstellung aus eigener Datenerhebung Titelbild Koffeinmolekül: GRAF VON W ESTPHALEN, Georg, 2017, Koffein, http://flexikon.doccheck.com/de/Koffein, besucht: 23.01.17. 37 10 Literaturverzeichnis ADENOSIN, http://www.medicoconsult.de/Adenosin/, besucht: 10.01.17. ANDAUERND MÜDE: IMMER MEHR MENSCHEN LEIDEN UNTER CHRONISCHEM SCHLAFMANGEL, 2015, http://www.heilpraxisnet.de/naturheilpraxis/andauernd-muede-immer-mehr-menschenleiden-unter-chronischem-schlafmangel-2015120350964, besucht: 29.12.16. AUGENLINSE, http://www.operation-augen.de/anatomie/augenlinse/, besucht: 10.01.17. BLICK DURCH DIE RÖHRE UND DER BLINDE FLECK (Unveröffentlichtes Schulmaterial, Anhang S. I) (Bezirksschule Lenzburg). BRAUN, Stephen, 1998, Der alltägliche Kick von Alkohol und Koffein, Basel, Birkhäuser Verlag. BRUNNER-PLOSKY, Helmut, 2015, Balance und Geschicklichkeit, https://www.noegkk.at/portal27/noegkkportal/content?contentid=10007.702081&viewmode =content&portal:componentId=gtn13f828b0-d948-4b27-a21a-b84744601c0a, besucht: 30.12.16. COFFEIN, http://de.drogen.wikia.com/wiki/Coffein, besucht: 15.01.17. CORVES, Anna, 2012, Ein Labyrinth fürs Gleichgewicht, https://www.dasgehirn.info/wahrnehmen/hoeren/ein-labyrinth-fuers-gleichgewicht-2534, besucht: 28.12.16. DAS GLEICHGEWICHTSORGAN, http://www.hno-aerzte-im-netz.de/unsere-sinne/ohren/das- gleichgewichtsorgan.html, besucht: 06.01.17. DAS INNENOHR, https://www.audibene.ch/schwerhoerigkeit/innenohr/, besucht: 02.01.2017. DAS NERVENSYSTEM, http://www.gehirnlernen.de/gehirn/das-nervensystem/, besucht: 14.01.17. DIE GROSSHIRNRINDE – NEO- ODER ISOCORTEX, http://www.gehirnlernen.de/gehirn/das-großhirn/diegroßhirnrinde-neo-oder-isocortex/, besucht: 08.01.17. DIE HORNHAUT DES AUGES (CORNEA), http://www.lasikon.de/auge/hornhaut-cornea/, besucht: 29.12.16. DIE REGENBOGENHAUT (IRIS), http://www.brillen-sehhilfen.de/auge/iris-regenbogenhaut.php, besucht: 29.12.16. DIE SCHWERKRAFTORGANE, https://schwindelambulanz-sinsheim.de/die-schwerkraftorgane- sacculus-und-utriculus.html, besucht: 06.01.17. 38 DR. BERNSTEIN, Peter, Das menschliche Ohr, https://www.planet-schule.de/wissenspool/totalphaenomenal-sinne/inhalt/hintergrund/der-hoersinn/mensch.html, besucht: 04.01.17. DR. BÜTZER, Peter, 2003, Coffein, http://www.swisseduc.ch/chemie/schwerpunkte/coffein/docs/coffein.pdf, besucht: 24.12.16. DR. MED, DLUGAICZYK, Julia, Mit beiden Ohren und mit beiden Beinen mitten im Leben- Hören und Gleichgewicht, http://www.medel.com/de/sf-nr-4-hoeren-und-gleichgewicht/, besucht am: 21.01.17. DR. MED. NONNENMACHER, 2016, Acetylcholin, http://symptomat.de/Acetylcholin, besucht: 21.01.17. DR. MED. NONNENMACHER, 2016, Adenosin, http://symptomat.de/Adenosin, besucht: 11.01.17. DR. MED. NONNENMACHER, 2016, Bogengänge, http://symptomat.de/Bogeng%C3%A4nge, besucht: 02.01.2017. DR. MED. OBERMANN, Mark, Schwindel: Gestörter Gleichgewichtssinn, https://www.neurologen-undpsychiater-im-netz.org/neurologie/erkrankungen/schwindel/gestoerter-gleichgewichtssinn/, besucht: 06.01.17. DR. MÜLLER, Jochen, 2015, Steckbrief Koffein, https://www.dasgehirn.info/entdecken/drogen/steckbrief-koffein-4713, besucht: 01.01.17. DR. PHIL. BRUNNER, Daniel, Schlafdauer, http://www.gesunder-schlaf.ch/schlafdauer-wie-viel-schlafbrauchen-wir-wirklich ,besucht: 25.12.16. DR. PONTES Ulrich, 2012, Neurotransmitter-Botenmoleküle im Gehirn, https://www.dasgehirn.info/entdecken/kommunikation-der-zellen/neurotransmitter-2013botenmolekuele-im-gehirn-5880,besucht: 14.01.17. DR. RER. NAT. NAGEL, Geraldine, 2011, Das Ohr: Innenohr, http://www.onmeda.de/anatomie/ohrinnenohr-(auris-interna)-4052-4.html, besucht: 02.01.2017. DR. VÖGTLI, Alexander (Hauptautor) ,Coffein, 2016, http://www.pharmawiki.ch/wiki/index.php?wiki=Coffein ,besucht: 24.12.16. FAHRSCHULE HAEGE, http://www.fahrschule-haege.de/index.php/reaktionstest, besucht: 22.09.16. FRÖHLICH, Manuel, Warum Kaffee wach macht, 2007, http://kaffee.premium-blog.ch/kaffeewissen/warum-kaffee-wach-macht.html, besucht: 21. 01.17. 39 GESICHTSFELD, http://www.duden.de/rechtschreibung/Gesichtsfeld, besucht: 8.01.17. GLASKÖRPER, http://www.operation-augen.de/anatomie/glaskoerper/, besucht: 4.01.17. GLEICHGEWICHTSORGAN, http://www.tinnitracks.com/de/tinnitus/gleichgewichtsorgan, besucht: 28.12.16. HAMMER, Mirja, 2015, Wie kommt Angela Merkel mit so wenig Schlaf aus?, http://www.stern.de/gesundheit/wie-schlafmangel-unsere-entscheidungen-beeinflusst3966186.html, besucht: 10.01.17. HELL UND DUNKEL (Unveröffentlichtes Schulmaterial, Anhang S. II) (Bezirksschule Lenzburg). HUBEL, David H., 1989, Auge und Gehirn: Neurobiologie des Sehens, Heidelberg, Spektrum der Wissenschaft. KOFFEINDOSIS PRO TAG, http://koffein.com/tagesdosis.html, besucht: 22.09.16. LABYRINTHITIS, https://www.audibene.ch/labyrinthitis/, besucht: 21. 01.17. LISA, 2014, Schlafmangel: Ursachen und Folgen von Schlafmangel, http://www.dokteronline.com/de/blog/schlafmangel/, besucht: 30.11.2016. MARION, 2013, https://www.barcoo.com/news/die-5-besten-wachmacher, besucht: 04.01.17. MATCHA VS. KAFFEE, http://eatsmarter.de/ernaehrung/news/matcha-vs-kaffee, besucht: 22. 01. 17. MAYER, Karl C., 2016, Schlafstörungen, http://www.neuro24.de/schlafstr.htm, besucht: 25.12.16. MEHNER, Kathrin, 2012, Koffein, http://www.gesundheit.de/ernaehrung/richtig-trinken/tee-undkaffee/koffein, besucht: 28.12.16. MIZEVAITE, JURGITA, 2013,Koffein und seine Wirkung auf Ausdauer, Kraft und Schnelligkeit, http://edoc.sub.uni-hamburg.de/haw/volltexte/2014/2345/pdf/BA_Mizevaite_Jurgita.pdf, besucht: 24.12.16 NERVENZELLEN, REIZWEITERLEITUNG, REIZVERARBEITUNG, http://www.gehirnlernen.de/gehirn/dieeinzelne-nervenzelle-und-wie-sie-mit-anderen-kommuniziert/, besucht:14.01.17. NEUROTRANSMITTER-BOTENSTOFFE DES GEHIRNS, http://www.gehirnlernen.de/gehirn/neurotransmitter-und-ihre-bahnen/, besucht:14.01.17. NIEBER Karen, Felke Sandra, Schmalz Anke, 2007, Coffein; Genussmittel und Arzneistoff, http://www.pharmazeutische-zeitung.de/index.php?id=2523, besucht: 28.12.16. 40 OPIOIDE, https://catbull.com/alamut/Lexikon/Indexe/Opioide.htm, besucht: 24.12.16. PD DR. MED. MÜRI, René M., 2002, Uni Press Forschung und Wissenschaft an der Universität Bern: Die fünf Sinne. PFENNING, Philipp-Niclas, Der Gleichgewichtssinn, http://archive.li/txgHs, besucht: 06.01.17. PLACEBO UND PLACEBO-EFFEKT, http://www.onmeda.de/medikamente/placebo_effekt.html, besucht: 29.12.16. PROF. DR. BAYRHUBER, Horst, u.a., 2013, Linder Biologie, 23. neu bearbeitete Auflage, Braunschweig, Bildungshaus Schulbuchverlage. PROF. DR. MED. BUSCHER, Hans-Peter, 2016, Adenosin, http://www.medicoconsult.de/Adenosin/, besucht: 28.12.16. PROF. DR. MED. DEMENT, William, 2016, http://www.schlafcoaching.com/de/schlafstoerungenschlafprobleme-schlaflosigkeit-schlafmangel.html, besucht: 25.12.16. PROF. DR. POLLMÄCHER , Thomas, http://www.neurologen-und-psychiater-im-netz.org/psychiatriepsychosomatik-psychotherapie/erkrankungen/schlafstoerungen/was-sindschlafstoerungen/, besucht: 25.12.16. RICI, Victoria, Kaffee und dessen Auswirkungen auf die Gesundheit, https://www.kaffeeprofis.de/ratgeber/kaffee-gesundheit/#kaffeekonsum, besucht: 15.01.17. RUDOLF-MÜLLER, Eva, 2016, Gleichgewichtsorgan, http://www.netdoktor.de/anatomie/ohr/gleichgewichtsorgan/, besucht: 02.01.2017. SADLOWSKI, Henrik, 2013, Bogengänge, https://www.youtube.com/watch?v=b9YdUiWrEk8, besucht: 02.01.17. SCHLAFMANGEL: SYMPTOME & FOLGEN, http://www.schlafmangel.com/schlafentzug-folgen- symptome/, besucht: 29.12.16. SCHLÄFRIGKEIT AM STEUER, DAS MUSS NICHT SEIN – IHR BEITRAG ZU MEHR SICHERHEIT AM STRASSENVERKEHR, KSM KLINIK FÜR SCHLAFMEDIZIN, DIE SCHLAFMEDIZIN, https://www.google.ch/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKEwj3i __88KLPAhVIXRoKHbPRDdAQFggcMAA&url=https%3A%2F%2Fwww.ksm.ch%2Fdl% 2F5042dc3c3daef97e357915adbadd7740%2FSchlaefrigkeit%2520am%2520Ste&usg= AFQjCNHAFiZDDrJUQ2sEFF2vieNub4Y7zA, besucht: 21.09.16. 41 SCHULER, Michael, Sinnesorgane und Nervensystem (Unveröffentlichtes Schulmaterial, Anhang S.III) (Bezirksschule Lenzburg). SEEGER, Tim, Abhängigkeit, http://koffein.com/abhaengigkeit.html, besucht: 24.12.16. STRESSHORMONE: ADRENALIN, NORADRENALIN UND CORTISOL, http://edition- nm.ch/2015/03/23/stresshormone-adrenalin-noradrenalin-und-cortisol/, besucht: 28.12.16. VESTIBULARAPPARAT, http://teaching.thehumanbrain.info/neuroanatomie.php?kap=19, besucht: 02.01.2017. Viele Teile mit unterschiedlichen und gemeinsamen Aufgaben, http://www.gehirnlernen.de/gehirn/viele-teile-mit-unterschiedlichen-und-gemeinsamenaufgaben/, besucht:14.01.17. VON BRACHT, Til, 2015, Das vegetative Nervensystem,: Sympathikus, Parasympathikus, und enterisches Nervensystem, http://www.onmeda.de/anatomie/vegetatives_nervensystem- sympathikus-parasympathikus-und-enterisches-nervensystem-3098-2.html, besucht: 14.01.17. WAGNER, Thomas, 2015, Das Hirn trinkt mit, http://www.daserste.de/information/wissen-kultur/wwie-wissen/sendung/2010/das-hirn-trinkt-mit-100.html, besucht: 11.01.17. WAS PASSIERT BEIM SCHLAFMANGEL MIT DEM KÖRPER?, 2015, https://www.wissenschaft-im- dialog.de/projekte/wieso/artikel/beitrag/was-passiert-bei-schlafmangel-mit-dem-koerper, besucht: 21.09.16. WEIL, Joëlle, Schlafdauer, Wie viel Schlaf brauchen wir wirklich?, http://www.gesunderschlaf.ch/schlafdauer-wie-viel-schlaf-brauchen-wir-wirklich , besucht: 23.09.16 WELCHE NEBENWIRKUNGEN HAT KAFFEE?, http://www.healthcollection.de/welche-nebenwirkungenhat-kaffee/, besucht: 22.01.17. WIE HÄLT UNS KOFFEIN WACH?- DAS PHÄNOMEN KOFFEIN, 2015, https://lustaufwissen.wordpress.com/tag/adenosin/, besucht: 28.12.16. WIE IST DAS AUGE AUFGEBAUT? (Unveröffentlichtes Schulmaterial, Anhang S. IV) (Bezirksschule Lenzburg). ZILLER, Rosali, Cortisol - Das Stresshormon, https://heimtest-schnelltests.de/cortisol-das- stresshormon/, besucht: 28.12.16. 42 2010, Wie funktioniert der Gleichgewichtssinn?, https://www.gesundheitsinformation.de/wie- funktioniert-der-gleichgewichtssinn.2253.de.html, besucht: 28.12.16. 2012, Schlafmangel bei Jugendlichen: Ab ins Bett, http://www.spiegel.de/lebenundlernen/schule/schlafmangel-jugendliche-schlafen-zu-weniga-861058.html, besucht am: 21.09.16. 2013, Kaffee aus medizinischer Sicht, http://www.kaffeejournal.com/2013/05/13/kaffee-ausmedizinischer-sicht/, besucht: 14.01.17. 2015, Was passiert bei Schlafmangel mit dem Körper?, https://www.wissenschaft-im- dialog.de/projekte/wieso/artikel/beitrag/was-passiert-bei-schlafmangel-mit-dem-koerper/, besucht: 10.01.17. 2016, KuriosAh! Gleichgewicht, http://www.wdr.de/tv/wissenmachtah/bibliothek/gleichgewicht.php5, besucht: 28.12.16. 2016, Schlafmangel: Das passiert im Körper, wenn wir übermüdet sind, http://www.frauenzimmer.de/cms/schlafmangel-das-passiert-im-koerper-wenn-wiruebermuedet-sind-2574687.html, besucht: 10.01.17. 7 BEUNRUHIGENDE FAKTEN ÜBER KOFFEIN, 2014, http://www.huffingtonpost.de/2014/04/15/faktenueber-koffein_n_5151674.html, besucht: 15.01.17. 43 11 Anhang 11.1 Graue Literatur 11.1.1 Blick durch die Röhre und der Blinde Fleck I 11.1.2 Hell und Dunkel II 11.1.3 Schuler Michael III 11.1.4 Wie ist das Auge aufgebaut IV 11.2 Auswertungen von den Experimenten 11.2.1 Schlafmangel mit Koffein Gleichgewicht Reaktionszeit Proband 1 9 0.32 s Proband 2 11 0.4 s Proband 3 1 0.42 s Proband 4 11 0.45 s Proband 5 38 0.34 s Proband 6 3 0.4 s Proband 7 2 0.44 s Proband 8 0 0. 51 s Proband 9 0 0.35 s Proband 10 4 0.48 s Gleichgewicht Reaktionszeit Proband 1 12 0.4 s Proband 2 16 0.42 s Proband 3 9 0.44 s Proband 4 16 0.45 s Proband 5 39 0.45 s Proband 6 5 0.43 s Proband 7 3 0.58 s Proband 8 2 0.56 s Proband 9 0 0.39 s Proband 10 7 0.53 s 11.2.2 Schlafmangel ohne Koffein 11.2.3 Positivkontrolle Proband 1 Gleichgewicht Reaktionszeit 2 0.33s V Proband 2 9 0.42 s Proband 3 9 0.49 s Proband 4 6 0.4 s Proband 5 37 0.44 s Proband 6 4 0.51 s Proband 7 3 0.67 s Proband 8 1 0.55 s Proband 9 0 0.36 s Proband 10 16 0.49 s 11.3 Fragebögen 11.3.1 Positivkontrolle Name: Alter: Wie lange hast du geschlafen? 1. Durchlauf: Experiment zur Reaktionszeit 1.)________ 2.)________ 3.)________ 4.)________ 5.)________ Mittelwert: __________ VI Experiment zum Wie viel Mal bist du abgestanden? Rechts:____________ Gleichgewicht Links:________ 2. Durchlauf: Experiment zur Reaktionszeit 1.)________ 2.)________ 3.)________ 4.)________ 5.)________ Mittelwert: __________ Experiment zum Gleichgewicht Wie viel Mal bist du abgestanden? Rechts:__________ Links:_________ 11.3.2 Schlafmangel Fragen zum Experiment: Name: Alter: Wie lange hast du nicht geschlafen? Bist du eingeschlafen? (ehrlich sein :D) Wie ist es dir dabei ergangen? VII Was hast du alles getrunken? - Wie hast du die Zeit vertrieben? Experimente 1. Durchlauf: Experiment zur Reaktionszeit 1.)________ 2.)________ 3.)________ 4.)________ 5.)________ Mittelwert: __________ Experiment zum Gleichgewicht VIII Wie viel mal bist du abgestanden? Rechts:____________Links:___________ Experimente 2.Durchlauf Experiment zur Reaktionszeit 1.)________ 2.)________ 3.)________ 4.)________ 5.)________ Mittelwert: __________ Experiment zum Gleichgewicht Wie viel Mal bist du abgestanden? Rechts:___________ Links:________ 11.4 Versuchsexperiment zur Reaktionszeit Über die Strecke, die ein Lineal durchfällt, ehe es eine Versuchsperson fängt, wird deren Reaktionszeit bestimmt. IX Abb. 1 11.4.1 Material Lineal mit Massstab 11.4.2 Aufbau und Durchführung Man hält ein Lineal mit Zentimetereinteilung so, wie in Abbildung 1 gezeigt: Eine Versuchsperson legt ihre Hand so in Höhe der 0-Markierung um das Lineal, dass sie es noch nicht berührt, aber mit einem kurzen Griff zu fassen bekäme. Sobald das Lineal fallen gelassen wird, soll es die Versuchsperson so schnell wie möglich festhalten. Wenn sich zu Beginn z.B. die Oberkante des Zeigefingers auf der Höhe der 0 befindet, kann wiederum an der Zeigefinger-Oberkante die Länge der Strecke s abgelesen werden, die vom Lineal durchfallen wurde, ehe die Versuchsperson „zupackte“. Anhand folgender Tabelle kann aus dieser Strecke s die Reaktionszeit t bestimmt werden: Tabelle 1: s [cm] 1 t [s] 3 4 5 6 7 8 9 0,045 0,063 0,078 0,090 0,101 0,111 0,119 0,128 0,135 s [cm] 10 t [s] 2 11 12 13 14 15 16 17 18 0,143 0,150 0,156 0,163 0,169 0,175 0,181 0,186 0,192 X s [cm] 19 t [s] 20 21 22 23 24 25 26 27 0,197 0,202 0,207 0,212 0,217 0,221 0,226 0,230 0,235 11.4.3 Erklärung Im freien Fall bewegt sich das Lineal mit der konstanten Beschleunigung ( : Erdbeschleunigung), deren Betrag g mit der Zeit t und der Fallstrecke s über das Weg-Zeit-Gesetz s= 1 2 gt 2 in Verbindung gebracht werden kann. Aufgelöst nach t ergibt sich: t= 2 s g Für Tabelle 1 wurde g = 9,81 m verwendet. s2 11.5 Versuchsexperimente zur Aufnahmefähigkeit 11.5.1 1. Experiment wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww XI wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwvwwwwwwwwwwwwwwwwww wwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww 11.5.2 2. Experiment XII 11.5.3 3. Experiment Fragen 1.) Welche Farbe hatte der Teppich auf dem 1. Bild? 2.) Was tat das Smiley auf dem 2. Bild? 3.) Welche Form hatte das Objekt auf dem 3. Bild? 4.) Wie viele Katzen waren auf dem 4. Bild zu sehen? 5.) Welche Farbe hatten die Tulpen auf dem 5. Bild? XIII 12 Anti-Plagiat-Erklärung XIV
