les stimulants

          Dans le cadre de notre TPE nous avons étudié les stimulants de notre quotidien tels que la nicotine et la théine mais plus particulièrement la caféine présente dans beaucoup d'autre aliments que le café ou le thé comme les boissons au cola, le chocolat mais également dans les barres énergétique ou encore les médicaments. De nos jours sur terre, deux habitants sur trois consomment du café et 1700 cigarettes sont allumées chaque seconde en France. Forcés de constater que les stimulants sont très présents dans notre quotidien, nous cherchons à savoir quels sont leurs effets sur notre organisme ? Nos recherches étant axées plus particulièrement sur la caféine.

Mais qu'est-ce qu'un stimulant ?

De quoi sont-ils composés ?

Comment notre corps réagit-il fasse aux stimulants ?

Quels sont les dangers et les bienfaits de ces derniers ?

Peut-on les remplacer afin de ne conserver que les bienfaits ?

  Dès 1809, le savant français Louis-Nicolas Vauquelin, professeur de chimie à l’École de médecine de Paris, est le premier à observer la nicotine.En 1828, deux savants allemands : Wilhelm Heinrich Posselt et Karl Ludwig Reimann de l'université d'Heildelberg, arrivent à isoler et purifier la nicotine.

En 1843, Louis-Henri-Frédéric Melsens, un physicien belge établit la formlule de la nicotine.

         La caféine est consommée depuis l'Âge de Pierre, en effet, les hommes avaient découvert que mâcher les graines, l'écorce ou les racines de certaines plantes avaient pour effets de diminuer la fatigue et améliorer l'humeur.

En 1819, le chimiste allemand Friedlieb Ferdinand Runge, isola pour la première fois de la caféine pure. Il la nomma « kaffein » ce qui en français donna caféine.

          Un stimulant est une substance qui augmente l'activité du système nerveux facilitant ou améliorant certaines fonctions de l'organisme. Tout d'abord la nicotine qui est un neurotoxique uniquement présent chez les solanacées qui produisent des alcaloïdes. Les alcaloïdes sont des bases azotées produites par les plantes et certains animaux comme métabolite secondaire, la nicotine fait partie de ces derniers. Le métabolite secondaire est une molécule qui joue un rôle indispensable dans la nutrition, dans la croissance et le développement de l'organisme. C'est dans le tabac que l'on trouve la plus grande concentration de nicotine. Cette dernière est également présente à faible dose chez d'autres espèces de solanacées telles que le piment, la pomme de terre, la tomate ou encore l'aubergine. A faible concentration, la nicotine agit comme un stimulant chez les mammifères, ce qui est la cause de la dépendance des fumeurs. La formule brute de la molécule de la nicotine est C10 H14 N2 et sa structure dans l'espace est la suivante :

          La caféine est également un alcaloïde et agit comme un stimulant chez l'homme. La caféine est chimiquement identique à la guaranine, la matéine ou encore la théine. La caféine est extraite des graines du caféier. Les produits naturels contenant de la caféine les plus consommés sont le café et le thé mais la caféine est également présente dans d'autres boissons tels que le Coca-Cola ou certaines boissons énergisantes. Cependant les graines de café ne sont pas celles qui contiennent le plus de de caféine. Ce sont les graines de guarana qui possèdent le plus haut taux de caféine au monde. La formule brute de la molécule de caféine est C8 H10 N4 O2 et sa structure dans l'espace est la suivante :

Nous avons également procédé à une extraction de la caféine de graine de café afin de confirmer sa présence et nous l'avons ensuite comparé à de la caféine pure.

Protocole :

          Mélanger dans un ballon 150mL d'eau, 25g de café moulu, 12g de carbonate de calcium et quelques pierres ponces. Maintenir la solution à ébullition dans le chauffe ballon durant une heure et demi. Laisser reposer la solution obtenue plusieurs heures.

Filtrer la solution à l'aide de la filtration de Büchner sans oublier d'humidifier le filtre à l'aide d'eau distillée, verser la solution petit à petit. Nous avons dû recommencer la filtration trois fois pour enlever tout le café moulu. Répartir équitablement le liquide obtenu dans deux ampoules à décanter différentes en y ajoutant 60mL de dichlorométhane (faire le transfert sous hôte). Agiter d'abord légèrement en dégazant régulièrement puis en agitant vivement toujours en dégazant régulièrement. Placer ensuite les ampoules sur un support puis laisser décanter durant plusieurs jours (au moins 4 jours).

On obtient deux phases : une aqueuse (en haut) et une organique (en bas). Récupérer la phase organique dans un erlenmeyer puis y ajouter du chlorure de calcium pour retirer les traces d'eau encore présentes. Filtrer ensuite le tout par la filtration de Bûchner afin de retirer le chlorure de calcium. Afin de ne garder que la caféine nous avons passé le tout à l'évaporateur rotatif. Nous avons alors fait une comparaison entre ce que nous avons obtenu et de la caféine pure grâce à une chromatographie sur couche mince.

L'échantillon A est la caféine obtenue à partir de notre expérience et le B est de la caféine pure.

 Pour la chromatographie sur couche mince nous avons procédé de la manière suivante :

          Placer la caféine pure dans la première coupelle. Récupérer le ballon avec les traces de caféine y ajouter un peu d'éluant pour la détacher des parois et la placer dans la seconde coupelle. Dans la cuve à chromatographie, placer la quantité nécessaire pour qu'uniquement le bas de la plaque trempe dans l'éluant.L'éluant doit respecter les proportions suivantes : 2/5ème d'eau et 3/5ème d'éthanol. Prendre la plaque à chromatographie et tracer un trait au crayon à papier à 1cm du bas, puis à l'aide de pique en bois placer une petite goutte de chaque caféine sur la ligne en espaçant de quelques centimètres les deux gouttes. Placer la plaque à chromatographie dans la cuve, refermer cette dernière puis patienter jusqu'à ce que l'éluant arrive à 1cm du haut de la plaque. A ce moment, sortir la plaque en prenant soin de ne toucher que la partie sèche de la plaque. Tracer un trait là où l'éluant s'est arrêté, puis attendre qu'il s'évapore. Placer ensuite la plaque sous une lampe à U.V. Pour voir apparaître le résultat.

Il est important de préciser que nous avons utilisé des substances dangereuses et à manier avec précaution :

le dichlorométhane peu irriter les voies respiratoires, les yeux et la peau. C'est aussi un agent mutagène comme le montre le pictogramme suivant présent sur le flacon.

 Nous avons aussi utilisé du chlorure de clacium qui est irritant comme le montre le pictogramme suivant présent sur la boite.

Pour finir, nous avons utilisé de l'éthanol qui est hautement inflammable.

Nous sommes nombreux à en consommer chaque jour mais que savons-nous vraiment de la caféine ?

          Cette substance naturelle au goût amer stimule le système nerveux central, rendant plus vigilant. A doses modérées, elle a des propriétés bénéfiques pour la santé, comme l'amélioration de la mémoire, de la concentration et du moral. Le café, une source majeure de caféine, à surtout été associée à de nombreux avantages physiques, dont la diminution possible du risque d'Alzheimer et de certains cancers, en outre celui de la bouche et du pharynx. De plus la caféine est la substance pharmaceutiquement la plus consommé au monde (120 mille tonnes par ans).

          Afin de tester l’effet de la caféine sur la concentration et la réactivité nous avons mis en place une expérience sur nos camarades. Protocole expérimental : faire chauffer deux littres d'eau et y mettre cinq sachets de thé déthéiné. Nous leur faisons boire un verre de thé déthéiné, puis nous leur faisons lire une fiche sur laquelle des mots sont écrits en couleurs différentes, exemples : Vert Bleu Rose, le but étant de leurs faire dire la couleur du mot et non le mot lui-même , 30 minutes s’écoulent puis nous leurs faisons à nouveaux lire une liste de mots en couleurs afin de comparer les résultats. Préparer a nouveau deux littres de thé "normal". Nous leur faisons boire du thé "normal" puis nous patientons 30 minutes et nous leur faisons lire une dernière série de mot en couleurs. Ainsi nous pouvons comparer les résultats en présence d’aucun stimulants, en présence d’un placebo, en présence d’un stimulant pur . Il faut savoir qu’une boisson décaféinée contient tout de même de la caféine, en effet, le journal of Analytical Toxicology a écrit un rapport qu'après avoir analysé neuf types différents de cafés décaféinés, il a établi que tous, sauf un, contenait de la caféine. La dose allait de 8,6 mg à 13,9 mg: à titre de comparaison, une tasse de café normal contient en général entre 95 et 200 mg de caféine .

Voici les résultats que nous avons obtenu :

Nous avons pu en tirer que au fur-et-à mesure des passages les participants amélioraient leur capacités à lire rapidement alors qu'à l'inverse, leurs erreurs augmentaient. Certes leurs capacités à lire rapidement les couleurs augmentait mais le nombre d'erreurs également. Pour conclure, on peut se demander si la capacité à améliorer le temps n'est pas plutot dut à une accoutumance de l'exercice plus qu'à un réel effet de la caféine, peu présente dans le thé et bu en petite quantité.

          Consommée à l'excès, la caféine peut déclencher un rythme cardiaque plus rapide, des insomnies, de l'angoisse et de l'impatience. A forte dose, la caféine peut entraîner des maux de tête tandis qu'à faible dose, elle peut les réduire. Elle provoque aussi un besoin de sucres lors d'un régime. Le café non filtré peut provoquer une hausse du cholestérol. Un arrêt brutal peut conduire à des symptômes de sevrage tel que l'irritabilité. Mais la nicotine aussi possede des effets néfaste sur le corps notament la dépendance. En effet, cette dernière est la cause de la dépendance des fumeurs. Une fois dépendant, la vie d'un fumeur tourne exclusivement autour de la consommation de cigarette et se vois dans l'incapacité de se passer de cette consommation et resent un soulagement après avoir fumé, sans cela le consommateur va ressentir une augmentation de la tension interne et de l'anxieté.

          Selon le stimulant, le corps ne réagira pas de la même façon. En effet, la caféine et la nicotine, vont agir sur le cerveau. La caféine va agir sur les récepteurs chargés d'accueillir l’adénosine. L'adénosine joue un rôle dans la régulation des cycle de veille et de sommeil ainsi que sur la vigilance, la caféine va donc retarder les sensations de fatigue. De plus, les femmes consommant une tasse de café quotidienne voient leur risque d'A.V.C. Diminuer de 25%. La nicotine, à faible dose comme dans la tomates, le piment ou encore la pomme de terre, va stimuler le système nerveux. En revanche quand elle est ingérée accompagné d'autre substance elle nuira gravement à l'organisme. Cette dernière agit également sur les vassaux sanguin, ce qui entraîne une augmentation du la pression artérielle, mais affecte également le fonctionnement du cœur car celle-ci augmente le rythme cardiaque et favorise les accidents cardiaque.

          Néanmoins, la nicotine n'est pas la seule à affecter le cœur ; la caféine augmente également le rythme cardiaque (tachycardie) et les risques d'accidents cardiovasculaires selon les individus : les risques sont plus importants si la personne fume, est en surpoids a du cholestérol ou fait de l'hypertension. La caféine peux aussi faire augmenter ou baisser le risque d’infarctus. En effet, la caféine, quand elle est dans le corps est transformé grâce à une enzyme spécifique. Si cette enzyme dégrade la caféine rapidement, le risque diminue de 22% pour les buveurs de 2-3 tasses quotidiennes. En revanche, si le café est long à se dégrader, le risque augmente de 1,35%.

Nous avons alors testé l'effet de plusieurs stimulants sur des huîtres en mesurant leur rythme cardiaque avant, pendant et après l'expérience.

Voici le protocole que nous avons suivi :

- Ouvrir les huîtres après avoir préparé les différents stimulants à tester,

- Trouver le cœur de l'huître,

- Compter le nombre de battements par minute de l'huître choisie pour effectuer le premier test à l'aide du chronomètre,

- Noter le résultat puis y ajouter deux gouttes de café, patienter une trentaine de secondes le temps que l'huître absorbe le café,

- Compter de nouveau le nombre de battements par minute et noter le résultat,

- Ajouter à nouveau trois gouttes de café toujours sur la même huître et patienter encore quelques dizaines de secondes avant de recompter le nombre de battements par minute, puis noter les résultats,

- Renouveler le protocole avec du café décaféiné et du thé avec bien sûr à chaque fois des huîtres différentes.

Nous avons obtenu les résultats que nous montre le graphique suivant :

Nous pouvons déduire de cette expérence que la caféine et la théine ont bien un effet sur le coeur de l'huitre puisque la fréquence cardiaque de celle-ci augmente après avoir ingéré du café.

          Au fil des années de nombreuses campagnes de prévention, afin de prévenir les populations contre les méfaits de la nicotine, ont été réalisés. Ces campagnes sont réalisées dans les but de toucher les maximum de personnes du plus jeune avant même qu'ils ne fume jusqu'aux adultes. Ces campagnes sont réalisées sous différents formats comme la vidéo publicitaire que l'on retrouve sur nos télévisions, aux affiches exposées dans les rues et aux images imprimées sur les paquets de tabac. Il faut savoir que ce n'est pas la nicotine qui provoque les effets néfastes sur l'organisme mais c'est le fait qu'elle soit associée à d'autres produits chimiques. Le fait que la nicotine soit présente dans le tabac entraîne une forte dépendance. Cette dépendance apparaît de plus en plus tôt chez les jeunes. La première cigarette en moyenne est fumée à l'âge de 13,4 ans de ce fait, l'addiction provoquée par la nicotine commence de plus en plus tôt.

          Ces programmes de prévention sont réalisés par l'assurance maladie et l'INPES ( Institut National de Prévention et d'Education pour la Santé ). Chaque année les campagnes sont axées sur des thèmes différents dans le but de toucher le grand public, la prévention est thématisée sur des faits réels comme la composition du tabac, la tabagisme passif ( lorsque l'on est en contact avec la fumée de la cigarette alors que l'on ne fume pas ) ou simplement l'aide pour arrêter de se défaire de la dépendance de la nicotine. La plupart de ces affiches sont destinées à «choquer» la population afin de la faire réagir, on peut ainsi voir des enfants de 2ans fumant une cigarette ou encore des personnes âgées dans des états déplorables à cause de leurs longues années de consomation de tabac  

Un exemple d'affiche de prévention ici contre le tabagisme passif.

          Même s'il existe beaucoup moins de prévention contre la caféine, notamment pour ses dangers beaucoup moins important que la nicotine, il est tout de même possible de trouver des informations sur les dangers de la caféine. Aujourd'hui, la caféine est la substance stimulante la plus consommée au monde à travers le thé ou le café. Il n'existe pas de prévention particulière ( publicités, affiches, ect ) car sa consommation n'est pas dangereuse cependant, une sur-consommation n'est pas négligeable car elle peut entraîner des effets secondaires indésirables.

          Remplacer la nicotine est impossible lorsque l'on est dépendant. Un des moyens les plus courants pour se défaire de cette addiction est de continuer d'absorber des doses de nicotine en les réduisant petit à petit. Pour cela on peut utiliser plusieurs moyens tels que la cigarette électronique :

 ou encore les patchs grâce auxquels on peut réguler la quantité de nicotine ingérée :

          Pour remplacer la caféine, on peut boire du thé ou du café décaféiné qui ont une concentration moins importante en caféine que le café mais on ne retrouvera pas les mêmes effets que si l'on boit du café. La théine est libérée sur une longue durée tandis que la caféine a une effet plus immédiat sur l'oragnisme .

           Même si les stimulants sont très sollicités dans la vie de tout les jours, certains sont à consommer avec précaution et modération, comme la caféine, ou même à éviter, comme la nicotine. Nous avons tout d'abord observé la provenance de ces différents stimulants nous avons ensuite étudié les bienfaits et méfaits sur le corps et nous avons pu constater que chaque stimulant possède ses qualités et ses défauts. Les effets varient du moindre au plus grave ; une faible consommation de caféine peut entrainer une amélioration de la mémoire tandis qu'une surconsommation peu entrainer une irritablilité. La consommation de la nicotine par le biais du tabac provoque une forte dépendance dont il est le plus dur de se défaire parmi les substances addictives. Il est donc fort déconseillé d'en ingérer. Cependant ce ne sont pas les seuls stimulants dont il faut se méfier car il existe beaucoup d'autres stimulants moins commun mais plus dangeureux tels que ceux utilisés pour le dopage sportif .