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系統思考 咖啡因的故事 2015_5_6
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系統思考,系統動力,身體對咖啡因的反應。
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系統思考 咖啡因的故事 2015_5_6
1.
咖啡因的故事 林中雄 Richard Lin richard.lin.cino@gmail.com 0931-351898 20154-04-01
2.
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。」
3.
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。
4.
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。
5.
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>
6.
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。
7.
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。
8.
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。
9.
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。
10.
故事三: 積流圖
11.
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。
12.
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。
13.
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。
14.
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。
15.
故事四: 積流圖
16.
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
17.
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
18.
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
19.
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。
20.
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
21.
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
22.
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。
23.
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
24.
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
25.
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/Day 20 Yawn/Hour 60 2 70 Mg 0 Mg/Day 9 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
26.
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。
27.
故事七:
28.
故事七: •身體中的咖啡因從50毫克下降到0毫克。
29.
故事七: •睡意大增。
30.
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。
31.
故事八:
32.
故事八: •身體中的咖啡因從50毫克下降到0毫克。
33.
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。
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