Методична розробка STEAM-дня на тему:«Що ми знаємо про своє серце»

STEM – день «Що ми знаємо про своє серце»

(працюємо на одну ідею)

Тема.  Серце.

Мета заходу. Розвиток різних компетентностей при вивченні будови та роботи серця.. Популяризація природничо – математичний предметів та їх зв’язок між собою.

Опис. В заході приймають участь викладачі біології, математики, фізики, медичної підготовки, інформаційних технологій, англійської мови.

Викладачі  відпрацьовують вивчення матеріалу на різних уроках, кожен зі своєю специфікою. Працює творча лабораторія з розв’язання прикладної задачі (визначення параметрів серця за електрокардіограмою) та створення маятника «свого серця».

Біологія.

Вивчення будови серця.

Серце людини (лат. cor humanum) — це порожнистий фіброзно-м'язовий орган, що забезпечує безперервний кровообіг. Серце людини є чотирикамерним. Дві верхні камери називаються передсердями, дві нижні — шлуночками, права і ліва половини серця розділені товстою м'язовою стінкою. Правий шлуночок і ліве передсердя замикають мале коло кровообігу, лівий шлуночок і праве передсердя замикають велике коло кровообігу.

Форма серця є індивідуальною і залежить від віку, статі, тілобудови, стану здоров'я та інших чинників. Міра видовженості (фактор) форми серця — це відношення його найбільших поздовжнього і поперечного лінійних розмірів. При гіперстенічному типі тілобудови це відношення близьке до одиниці, при астенічному — порядку 1,5. Довжина серця дорослої людини становить від 10 до 15 см (найчастіше 12—13 см), ширина в основі 8—11 см (найчастіше 9—10 см), передньо - задній розмір становить 6—8,5 см (найчастіше 6,5—7 см). Маса серця в середньому у чоловіків становить 332 г (від 274 до 385 г), у жінок — 253 г (від 203 до 320 г).

Серце знаходиться у центрі грудної клітки, у нижній частині переднього середостіння, на сухожильному центрі діафрагми, між правою і лівою плевральними порожнинами. Нижній лівий край серця зміщений у ліву сторону, по відношенню до середньої лінії тіла воно розташоване несиметрично: близько 2/3 зліва від неї і близько 1/3 — справа. Залежно від напрямку проекції поздовжньої осі (від середини його основи до верхівки) на передню грудну стінку розрізняють поперечне, похиле і вертикальне положення серця.

Серце знаходиться у тонкому, але щільному мішку — навколосерцевій сумці, чи перикарді, який складається з двох шарів (так званих листків, із порожниною між ними), відокремлює серце від інших органів і має захисну функцію. Зовнішній листок називається парієтальним перикардом; внутрішній — вісцеральним, він одночасно являє собою зовнішній шар серця (епікард). Разом ці два шари називаються серозним перикардом, оскільки порожнина перикарду містить невелику кількість серозної рідини, яка полегшує тертя його листків під час роботи серця.

Задньоверхня, більш широка частина серця називається його основою, у неї відкриваються великі вени і з неї виходять великі артерії. Передньонижня, вільна частина серця називається його верхівкою (лат. apex cordis). На поверхнях серця розрізняють три борозни: одну вінцеву, що розташована на межі між передсердями і шлуночками, і дві - передню і задню - поздовжні, що відокремлюють один шлуночок від іншого. У вінцевій борозні розташовані власні судини серця. На груднинно - ребровій поверхні серця вона сягає лише країв легеневого стовбура. Розрізняють передню і задню міжшлуночкові борозни серця, місце переходу однієї з них в іншу відповідає невеликому заглибленню - вирізці верхівки серця (лат. incisura apicis cordis), а в борознах залягають гілки коронарних судин, що йдуть поздовжно.

Клапани серця, вид зверху (ілюстрація з Анатомії Грея):

 Aortic Valve - аортальний клапан;
Bicuspid Valve - мітральний клапан;

Pulmonary Valve - легеневий клапан;
Tricuspid Valve - трикуспідальний клапан.

Серце людини складається з чотирьох окремих порожнин — камер: правого і лівого передсердь та правого і лівого шлуночків. До правого передсердя (лат.atrium dextrum) входять порожнисті, а до лівого (лат.atrium sinistrum) — легеневі вени. З правого (лат.ventriculus dexter) і лівого (лат. ventriculus sinister) шлуночків виходять відповідно легенева артерія (легеневий стовбур) і висхідна аорта. Передсердя сполучені з відповідними шлуночками за допомогою отворів, по краю яких прикріплені серцеві клапани. Ці клапани, що внаслідок свого розташування називаються атріовентрикулярними, забезпечують рух крові в одному напрямку. Клапан між лівим передсердям і лівим шлуночком називається мітральним чи двостулковим. Клапан між правим передсердям і правим шлуночком називається трикуспідальним чи тристулковим. Крім цього, у серці містяться аортальний і легеневий клапани, кожен з яких утворений трьома півмісячними клапанами. Аортальний і легеневий клапани відокремлюють лівий і правий шлуночки від аорти і легеневої артерії відповідно і контролюють витікання крові з обох шлуночків.

У кожному циклі серцевої діяльності кров надходить до передсердь, а з них через серцеві клапани потрапляє до шлуночків, які при скороченні виштовхують кров до кіл кровообігу. У нормі при кожному скороченні правий шлуночок виштовхує до малого кола кровообігу таку ж кількість крові, як і лівий до великого. Стінка лівого шлуночка приблизно утричі більш товста, ніж стінка правого шлуночка, оскільки лівий має бути достатньо сильним для виштовхування крові до великого кола кровообігу, де опір потоку крові у кілька разів більший, а тиск крові у кілька разів вищий, ніж у малому.

Запитання для роздумів:

Будова серця.

Функції складових серця.

Математика.

Гармонічні коливання. Гармонічні коливання серця – це коливання, які відбуваються за законом синуса або косинуса.

Запитання для роздумів:

Визначення точків екстремуму коливань, амплітуди  за графіком:

Фізика.

Гармонічні коливання.  Визначення частоти, періоду коливань, швидкості.

Що таке коливання?

Коливання — один з найпоширеніших видів руху в природі й техніці.

Коливаються дерева в лісі, пшениця в полі, струни музичних інструментів, мембрана телефону. Коливаються площини й фюзеляж літака, кузов автомобіля, поршні двигуна. Коливальні рухи відбуваються й у житті нашої планети (землетруси, припливи й відливи), і в астрономічних явищах. З коливаннями ми зустрічаємось і в живій природі: биття серця, рух голосових зв'язок тощо.

Коливаннями називаються фізичні процеси, які точно або наближено повторюються через рівні інтервали часу.

У залежності від фізичної природи розрізняють механічні й електромагнітні коливання.

Підвісимо тягарець на нитці (пружині), відведемо його вбік від положення рівноваги й відпустимо.

Тягарець почне здійснювати коливання біля положення рівноваги, тобто здійснювати періодичний рух.

Механічними коливаннями називаються такі рухи тіл, при здійсненні яких через рівні інтервали часу координати тіла, що рухається, його швидкість і прискорення набувають вихідних значень.

Вільні та вимушені коливання.

Існують два види коливальних рухів: вільні та вимушені.

Вільні коливання — це коливання, які відбуваються в механічній системі під дією внутрішніх сил системи після короткочасного впливу зовнішньої сили.

До вільних коливань належать, наприклад, коливання маятника, тягарця на нитці, тягарця на пружині, шальки вагів тощо.

Можна дати учням ще одне формулювання для означення вільних коливань  -  енергетичне.

Вільні коливання - це коливання, які відбуваються тільки за рахунок початкового запасу енергії, наданого системі.

Тіло або систему тіл можна змусити здійснювати коливання, докладаючи зовнішню періодичну силу. Скажімо, гойдалку можна розгойдувати, періодично її підштовхуючи.

Коливання, які виникають під дією зовнішніх сил, що змінюються з часом за величиною і напрямом, називаються вимушеними.

 Гармонічні коливання.

Переконатися в тому, що коливання відбуваються за законом косинуса (синуса), можна на досліді. Учням доцільно показати запис коливального руху

Коливання, при яких зміщення залежить від часу за законом косинуса (синуса), називаються гармонічними.

Вільні коливання тягарця на пружині є прикладом механічних гармонічних коливань.

Творче завдання.

Вимірявши свій пульс,визначити період коливань свого серця.

 Далі, за формулою математичного маятника , знайти довжину маятника «свого серця»

 Характеристики коливань.

1. Амплітудою називають найбільше відхилення від початкового положення.

 2. Періодом Т коливань є час, протягом якого точка (тіло), що коливається, здійснить повний цикл коливального руху, зміщуючись спочатку в один, а потім у другий бік від початкового положення і знову повертаючись до нього.

3. Частота ν - це кількість повних коливань за 1 с

Період і частота зв’язані між собою так:

Циклічна частота ω дорівнює кількості повних коливань за 2π секунд:

Швидкість υ і прискорення а можна визначити через похідні:

Запитання для роздумів:

1.  У яких випадках коливання неможливі?

2. Наведіть приклади гармонічних коливань.

3. Які величини, що характеризують коливальний рух, змінюються періодично?

4. Серце за 60 с зробило 70 ударів.  Чому дорівнює період та частота коливань.

5. За електрокардіограмою визначте характеристики коливань.

Медична підготовка.

Хвороби серця, захист.

Серцеві хвороби — це цілий ряд різних захворювань, які вражають серце та серцево-судинну систему. Вивченням хвороб серця, їх профілактикою та лікуванням займається кардіологія.

До захворювань серця відносяться, наприклад, хвороби кровоносних судин, такі, як захворювання коронарної артерії, аритмія, інфекційні захворювання серця, вроджені вади серця. Багато різновидів серцевих захворювань можна запобігти за допомогою здорового способу життя.

Чинники ризику виникнення хвороб серця.

Виникнення і перебіг хвороб серця, серцево-судинних та судинно-мозкових захворювань тісно пов'язані з наявністю чинників ризику, основними серед яких є:

Підвищений артеріальний тиск;

Порушення ліпідного обміну;

Надлишкова маса тіла;

Нездоровий спосіб життя:

Тютюнопаління;

Нераціональне харчування;

Зловживання алкоголем;

Недостатня фізична активність.

Шкідливі фактори:

Психоемоційні перевантаження;

Шкідливе довкілля на виробництві та в побуті.

Серцевий м'яз уражений інфарктом

Різновиди хвороб серця:

Серцево-судинні захворювання

Ішемічна хвороба серця (ІХС)— захворювання, яке характеризується порушенням кровопостачання міокарду внаслідок пошкодження коронарних артерій. Ішемічна хвороба серця, переважно зумовлюється атеросклерозом. Внаслідок появи атеросклеротичної бляшки просвіт судини звужується. Порушення кровоплину в коронарних судинах, призводить до недостатнього кровопостачання серцевого м'яза. Внаслідок припинення кровопостачання серцевого м'яза в зоні ураженої артерії гинуть (некротизуються) його окремі ділянки.

Раптова коронарна смерть.

Стенокардія.

Інфаркт міокарда: Гострий інфаркт міокарда — некроз ділянки серцевого м'яза (міокарду) внаслідок абсолютної або відносної недостатності кровопостачання у цій ділянці.

Кардіосклероз

Безбольова форма ішемічної  хвороби серця.

Гостра емболія легеневої артерії

Артеріальна гіпертензія.

Дисліпідемії

Кардіоміопатія буквально означає «хвороба серцевого м'яза». Це погіршення моторної функції міокарду (тобто, серцевого м'яза) з будь-якої причини. Люди з кардіоміопатіями, звичайно піддаються небезпеці аритмії та раптовій серцевій смерті.

Міокардит

Ендокардит

Порушення ритму і провідності серця

Аритмії серця

Нейроциркуляторна дистонія Це поліетіологічне захворювання, що характеризується розладами нейроендокринної регуляції з різноманітними клінічними симптомами, виникаючими на фоні стресових впливів та які відрізняються доброякісністю перебігу та сприятливим прогнозом.

Профілактика хвороб серця.

Вести здоровий спосіб життя, активно займатись спортом, раціонально харчуватись, не мати шкідливих звичок (вживання алкоголю, тютюнопаління, наркотики,недотримання режиму дня), не переїдати, не знаходитись довго у сидячому положенні, регулярно проходити медичні обстеження.

Під час тренування потрібно контролювати частоту пульсу. Він не повинен перевищувати 150 ударів за хвилину. Фізичні вправи потрібно робити на свіжому повітрі або у добре провітрюваному приміщені.

Запитання для роздумів:

Як ви проводите профілактику хвороб серця ?

Інформаційні технології.

За характеристиками вашого пульсу, створіть графік власних гармонічних коливань.

Запитання для роздумів:

Чи отримали ви синусоїду? Що це означає?

Мистецтво.

Продекламуйте вірші, в яких зустрічається слово «серце».

Література

1. Анатомия человека. В 2-х томах. / Под ред. М. Р. Сапина. — М. : Медицина, 1986. — Т. 2. — С. 156—176.

2. Волкова О. В., Пекарский М. И. Эмбриогенез и возрастная гистология внутренних органов человека. — М. : Медицина, 1976. — С. 5—10.

3. Кирик Л. А. Усі уроки фізики. 11 клас. Рівень стандарту. - Х.: Вид. група Основа, 2011.

4. Садлер Т. В. Медична ембріологія за Ланґманом. — Львів : Наутілус, 2001. — С. 216—268.

5. Фізика. 10 кл.: підруч. для загальноосвіт. навч. закладів : рівень стандарту / Л. Е. Генденштейн, І. Ю. Ненашев.– Х. : Гімназія, 2010.

6. Фізика. Підруч. для 10 кл. серед. загальноосвіт. шк../ С. У. Гончаренко – К.: Освіта, 2002. 

7. Физиология человека / под ред. В.М. Покровского и Г.Ф. Коротько. — 2. — М. : Медицина, 2003. — 656 с. — ISBN 5-225-04729-7.