Тема. Газообмін у легенях і тканинах. Дихальні рухи. Нейрогуморальна регуляція дихальних рухів. Серце: будова та фун

Тема. Газообмін у легенях і тканинах.

                      Дихальні рухи.

             Нейрогуморальна регуляція

                      дихальних рухів.

    Серце: будова та функції. Робота серця.

           (С-У Інтегрований урок –проект  в межах  

               проведення  інженерного тижня)

                                                Автор:

Пантелей Г.Г.,вчитель біології

Нижньосірогозького закладу

 ПЗСО

Нижні Сіроози-2020

Інженерний тиждень з біології для 8 класу

Тема. Газообмін у легенях і тканинах. Дихальні рухи. Нейрогуморальна регуляція  дихальних рухів. Серце: будова та функції. Робота серця.

Мета. Виявити  практичний інтелект учнівської молоді: діагностувати  обдарованість, впроваджуючи методику створення навчальних проектів під час проведення STEM-уроків.

Закріпити сформовані компетентності про життєдіяльні процеси, що відбуваються в організмі, узагальнити знання про будову та функції дихальної та кровоносної систем, про їх узгоджену діяльність під впливом нервової регуляції.

Формувати гігієнічні навички здорового способу життя підлітків шляхом фізичного навантаження

Тип уроку . Навчальний проект практичного спрямування

Методи навчання. Дослідницький практикум

Обладнання: Ноутбук, схеми підручника, пластикові пляшки, повітряні кульки, ножиці, скотч,пластилін,трубочки.

 План і хід уроку.

1. Орг. момент

2.Мотивація навчальної діяльності.

Статистики підрахували, що чинниками здорового способу життя є: ( Див. схему)

20%-вплив екології на здоров’я,

20%-спадковість,

10%-рівень охорони здоров’я,

50%-залежить від способу життя людини. Тому дотримання правил здорового способу життя –важливий етап процесів життєдіяльності людини.

Проблемне питання:

-Як довести зв’язок між фізичним навантаженням, фізичними вправами і розвитком легенів та серцевого м’яза?

На поставлене питання спробуємо дати відповідь в ході виконання навчального проекту «Газообмін у легенях і тканинах. Дихальні рухи.

 Нейрогуморальна регуляція дихальних рухів.  Серце: будова та функції. Робота серця».

3.Теоретична частина навчального проекту

Науковцями доведено, що між дихальною системою , роботою серця й апаратом руху існує тісний фізіологічний і функціональний зв’язок. М’язова діяльність — головний фактор, що змінює функціонування органів дихання в нормальних умовах. Кожен рух, викликаючи зміну хімізму м’язів, рефлекторно і гуморально збуджує функцію дихання активізує роботу серця.

Фізичні вправи, тонізуючи ЦНС, сприяють поліпшенню нервових процесів у корі великих півкуль головного мозку і взаємодії кори та підкірки. Під впливом систематично виконуваних фізичних вправ поліпшується крово- і лімфообіг у легенях та плеврі, що сприяє більш швидкому розсмоктуванню ексудату, активізації регенеративних процесів. Це стосується також легеневої тканини, дихальних м’язів, суглобного апарату грудної клітки і хребетного стовпа, серцевого м’яза. Фізичні вправи запобігають багатьом ускладненням, які можуть розвиватися в легенях і плевральній порожнині (спайки, абсцеси, емфізема, склероз),в серцевому м’язі, а також вторинній деформації грудної клітки. Вагомим результатом трофічного впливу фізичних вправ є відновлення еластичності легень та запобіганню міокардиту, серцевої недостатності. Доведемо це практично в ході виконання дослідницького практикуму «Конструювання власних моделей легенів та серця»

4. Практична частина навчального проекту.

Об’єднання у групи підлітків - « висококваліфікованих представників інженерів конструкторів в області медицини»:

Група І-Інженер-практик , обізнаний в області дихальної системи людини.

Завдання: сконструювати модель легенів, довести, що фізичне навантаження розвиває дихальну систему, укріплює дихальні м’язи.

Варіант-1. Покрокова інструкція з виготовлення та застосування саморобних моделей для демонстрування механізмів вдиху та видиху за участі грудної клітки та діафрагми (аналоги моделі Дондерса).Вивчаючи дихання людини у 8 класі чи дихання ссавців у 7 класі виникає необхідність унаочнення механізму процесів надходження повітря до легень та його виведення назовні. Роль діафрагми у цих процесах добре демонструє модель Дондерса. За відсутності моделі Дондерса її можна виготовити з підручних матеріалів, наприклад, пластикової пляшки з прозорими стінками та повітряної кульки (бажано невеликого розміру та овальної форми). Пропонуємо дуже прості у виготовленні та використанні саморобні моделі.

Необхідні для роботи матеріали:

-пластикова пляшка 0,5 л,

-повітряна кулька(3шт.)

-соломинка для напоїв,

-ножиці,

-лінійка,

-скотч.

 Хід роботи.1 Взяти пластикову пляшку з прозорими стінками, видалити етикетку, відкрутити кришечку.

2.Закласти всередину пляшки повітряну кульку, натиснути на стінки  пляшки пальцями.

33.Не відпускаючи стінок пляшки, фіксуємо краї кульки на горловині пляшки. Дана модель демонструє роль стінок грудної клітки( ребер та міжреберних м»язів) у процесах вдиху і видиху.Стінки пляшки відіграють роль стінок грудної клітки, а повітряна кулька-роль легенів.

4.Для демонстрації процесу видиху стискаємо стінки пляшки, зменшуючи її внутрішній об’єм, зменшується й об»єм кульки(уявних легень)

Варіант-2

-Чи цікаво вам побачити, як працюють легені людини?
Всього за 20 хвилин ви можете створити  модель легень самостійно!

Крок 1:
Створюємо  трахеї із соломинок

1. Візьміть соломинку, відмірьте 8 см и відріжте необхідну довжину. Це буде аналог трахеї – частини дихательного шляху, розташованого  між гортан’ю та легенями

Відмірьте від  трубочки ще по 5 см й зробіть  дві маленькі трубочки. Відріжте у них косий край и скрепить всё скотчем, щоб отрималась форма  рогатки.

Крок- 2:
Робимо легені з кульок

Відріжте краї кульок і  скотчем приєднайте їхдок «рогатки».

Перевірте, щоб через трубочки кульки  здувались и надувались.

Крок- 3:
Конструюємо грудну клітку

Ножицями або  ножем відріжте  край від пляшки.

Відріжте частину кульки, що залишилася й  натягніть на відкриту  частину бпляшки.

Візьміть кольоровий  картон, намалюйте силует людини й   виріжте його.

Крок- 4:Збираємо макет и тестуємо

Проробіть  в кришці отвір разміром з вашу трубочку.

Закрипіть трубочку на кришці клеєм або скотчем, щоб повітря не проходило крізь щилини.

Прикріпіть силует двухстороннім скотчем до пляшки

Готово! Ви зробили   наглядний макет роботи легенів людини.Потягніть  за кульку  вниз, і кулька надується  – это  вдих. Відпустіть – це видих.

Як це працює?

Вдих і видих

А чи  знали ви, завдяки  чому ваші легені  наповнюються повітрям? Все відбувається  завдяки спеціального м’яза - діафрагми.

Диафрагма збільшує об’єм легенів і повітря природним шляхом   потрапляє  через трахеї.

Закон Бойля-Маріотта

Фізичний закон, який пояснює  поведінку  повітря  в легенях був описаний двома ученими: Робертом Бойлем і Едмом Маріоттом, тому був названий в їх честь. Закон звучить так:
"При постійних температурі й масі газу добуток тиску  газа на його об’єм постійно. "

333Група ІІ-Інженер-практик , обізнаний в області роботи серця людини

Завдання:Як функціонує наше серце

Принцип роботи серця та кровоносної системи

Серце – найважливіший орган у тілі. Він являє собою м'яз, завдяки діяльності якого функціонує весь організм: підтримується постійний кровообіг і, відповідно, постачання киснем практично кожної клітини нашого тіла, окрім рогових оболонок ока. Наведемо добірку цікавих фактів про серце:

• серце може перекачувати кров та існувати поза людським організмом до 8 годин при використанні методу збереження органів;  
• серце – єдиний м'яз у тілі, який виконує найскладнішу фізичну роботу, виробляючи таку кількість енергії за добу, якої було б достатньо для того, щоб вантажний автомобіль проїхав 30 км;
• у плода серце починає битися на 4 тижні розвитку;
• стук серця, який ми чуємо, створюється після закриття серцевих клапанів;
• незважаючи на незначний розмір та масу  серця (300 – 420 г), протягом доби воно перекачує 7500 л крові, а в середньому впродовж життя – близько 1,5 млн барелів (цього об'єму достатньо для заповнення 200 залізничних цистерн);
• кров, яка потрапляє в серцевий м'яз, транспортується по організму розгалудженою системою кровоносних сосудів, сумарна довжина яких у тілі дорослої людини становить близько 100 000 км (це більше ніж вдвічі перевищує довжину екватора нашої планети!).
• Циркуляція крові здійснюється в замкнутій системі судин (артерій, вен і капілярів), утворюючи два кола кровообігу: малий і великий. Така особливість дозволяє розділити її на венозну і артеріальну. Завдяки цьому суттєво знижується навантаження на серце.
• Венозна кров переносить вуглекислий газ та інші продукти метаболізму, вона, у порівнянні з артеріальною, має нижчу температуру, меншу швидкість та протікає ближче до поверхні шкіри.
• Артеріальна – навпаки – насичена поживними речовинами та доставляє кисень у тканини, вона рухається кровоносною системою значно швидше, проходячи як в глибині тканин, так і близько до поверхні.

Серце порівнюють з насосом, що проштовхує кров у кола кровообігу. Серце людини в стані відносного спокою робить близько 70— 75 скорочень за хвилину. На один серцевий цикл, таким чином, потрібно 0,8 секунди.

Як ви гадаєте, що є причиною таких скорочень?

Учні висловлюють думку про можливість впливу. Але чи тільки в нервовій системі справа?

Учні одержують завдання прочитати статтю «Серце работает после смерти» в книзі Зверева «Книга для чтения по анатомии и физиологии человека» і поміркувати над тим, що є основною думкою в цій статті, а також знайти відповідь на запитання вчителя.

Вчитель з учнями обговорює зміст статті. В параграфі 21 підручника учні знаходять визначення автомати серцевого м'яза.

Автоматія — це здатність серця ритмічно скорочуватись під впливом імпульсів, що виникають у ньому самому.

Автоматія серця зумовлена періодичним виникненням збудження в особливих клітинах серця (нетипова м'язова тканина).

Групи цих клітин утворюють так звану провідникову систему серця. Центр автомати серця розташований у стінці правого передсердя. Спочатку збудження під впливом змін в обміні речовин виникає саме там, потім передається по всій провідниковій системі, охоплюючи спочатку передсердя, а потім — шлуночки.

Серце виконує титанічну роботу. За добу воно скорочується сто тисяч разів, за 70 років — 2,5 млрд. разів. За одне скорочення серце виштовхує в коло кровообігу 150 мл крові, за 70 років життя — 183 млн. літрів крові.

Відносно невеликий м'язовий орган — серце, вага якого 300 г (1 /200 частина маси тіла), потребує для своєї роботи 1/20 частину енергії. Щоб усвідомити колосальний масштаб роботи, яку виконує серце в організмі, учні попередньо одержали домашнє завдання розв'язати фізичні задачі на тему «Енергетика серцевої діяльності» (із змістом задач можна ознайомитись в додатку). Не вдаючись в деталі розв'язків, на уроці перевіряються основні результати.

З метою знайти відповідь на питання «В чому полягає невтомна робота серця?» проводиться вивчення циклу діяльності серця. Учні пригадують терміни для позначення скорочення серця (сістола) та розслаблення серця (діастола).

При нормальній частоті скорочень серця (73—75 уд/хв) повний цикл серцевої діяльності продовжується 0,8 секунди. Цикл діяльності серця складається з трьох фаз:

фаза —сістола передсердь (0,1 сек.);

фаза — сістола шлуночків (0,3 сек.);

фаза — загальна пауза (0,4 сек,).

Учні розкреслюють в зошиті таблицю. Вчитель більш детально розповідає про кожну фазу серцевого циклу, звертаючи увагу на стан камер серця та клапанів. При цьому користуються динамічною таблицею з зображеннями серця.

Таблиця 1. Фази серцевого циклу та їх тривалість

Учні одержують завдання підрахувати, скільки відпочивають та скільки працюють протягом одного циклу шлуночки, передсердя і серце в цілому.

Учні, які встигли заповнити таблицю під час розповіді вчителя, працюють індивідуально над розв'язанням задачі.

Задача. Уявіть ритмічну роботу серця 80-річної людини і, виходячи з тривалості фаз серцевого циклу, визначте, скільки років з 80 у нього спочивали:

м'язи передсердь;

м'язи шлуночків.

Після заповнення таблиці всіма учнями оголошуються результати задачі.

Зробити висновки. Чому ж серце працює невтомно протягом всього життя?

Причина невтомної роботи серця — в ритмічному чергуванні скорочень та розслаблень, тобто в періодичності зміни роботи та відпочинку.

Вчитель показує модель серця і періодичну таблицю хімічних елементів Менделєєва і просить знайти спільне між цими двома об'єктами.

Періодична зміна фаз роботи та відпочинку серця. Періодична зміна властивостей хімічних елементів в залежності від порядкового номера або заряду ядра атома.

Періодичність в природі представлена дуже широко. В живій природі можна знайти скільки завгодно прикладів повторюваності, періодичності, ритмічності. Тому що повторюваність, ритм є формою існування всього живого. Найяскравішим прикладом ритмічної роботи в організмі є серце.

Періодичність діяльності серця відображає його електрокардіограма.

Можна згадати слова великого Геракліта: «Цей світовий порядок не створений ніким з богів і ніким з людей, але він був, є і буде вічно живим вогнем, мірами згасаючий і мірами спалахуючий».

А тепер робимо невеличку ліричну паузу, щоб відпочити і перейти до наступного етапу уроку. В усі часи серце було у пошані у поетів, мислителів, лікарів. Скільки віршів, пісень, поем написано про серце, скільки прислів'їв та приказок можна почути. Як багато епітетів характеризують серце!

Вчитель звертається до творчого завдання учнів. Учні називають назви художніх творів, у яких би згадувалось серце. До уроку вони розшукують багато прислів'їв та крилатих висловів про серце, а на уроці зачитають деякі з них. Один з учнів зачитує слова Омара Хайяма, які містять глибокий філософський та біологічно-екологічний зміст:

«Каждый розовый, взоры ласкающий куст, Рос из праха красавиц, из розовых уст. Каждый стебель, который мы топчем ногами, Рос из сердца, вчера еще полного чувств». Ще один учень читає вірш Едуарда Межелайтіса «Серце».

«Что такое сердце?
Камень твердый?
Яблоко с багрово-красной кожей?
Может быть, меж ребер и аортой
Бьется шар, на шар земной похожий?
Так или иначе, все земное
Умещается в его пределы,
Потому что нет ему покоя,
До всего есть дело».

Серце з його різноманітними почуттями дуже часто згадується в народних піснях. Учні наводять приклади декількох пісень, які вони завчасно розшукали.

Як же можна пояснити з біологічної точки зору, чому серце наділяють такими різноманітними епітетами і почуттями? Чи завжди серце працює однаково? Саме .тепер логічно перейти до вивчення питання про регуляцію роботи серця.

Збільшення чи зменшення хвилинного об'єму крові, що перекачується серцем, може змінюватись за рахунок зміни ритму та сили скорочень серця. Серце дуже чуйно реагує на зміни в навколишньому середовищі.

Вчитель задає учням такі питання:

Які види регуляції функцій організму ви знаєте?

Що таке нервова регуляція?

Що таке гуморальна регуляція?

Питання нервової регуляції роботи серця висвітлив у своїх роботах Л.Павлов ще на початку своєї багатогранної наукової діяльності. Збудження, що приходить від рецепторів різних органів по доцентрових нервах у центральну нервову систему, переходить відцентрові нерви, які змінюють роботу серця. Подразнення рецепторів шкіри, носової порожнини, вуха, ока може рефлекторно впливати на частоту і силу серцевих скорочень (наприклад, зануренні холодну воду сповільнює на декілька секунд роботу серця і воно немовби «завмирає»).

Емоційний стан людини (піднесений або пригнічений) такі рефлекторно впливає на роботу серця. Біль, страх, небезпека, фізична робота приводять до змін у роботі серця.

Поряд з нервовою системою на роботу серця впливають і різні; речовини (див. опорну схему).

Висновок: нервова та гуморальна регуляція —дві сторони єдині нейрогуморальної регуляції, які пов'язані одна з одною і разом забезпечують точне пристосування роботи серця до потреб організму і умов навколишнього середовища.

Останні 5 хвилин уроку використовуються для закріплення матеріалу за допомогою завдання-тесту (див. додаток).

Підводяться підсумки уроку. Вчитель ще раз звертається до п тань уроку і з'ясовує, чи всі поняття, які записані на дошці, були засвоєні.

Додаток

Задачі (енергетика серцевої життєдіяльності).

ЗАДАЧА 1. Визначити роботу, яку виконує серце дорослої людини за день, якщо вона еквівалентна підійманню вантажу масою 1 т на висоту 14м.

ЗАДАЧА 2. Чи можна вивести на земну орбіту вантаж масою ' якщо скористатись енергією, яку використовує серце за 70 років життя людини?

ЗАДАЧА 3. Відомо, що серце дорослої людини перекачує кров приблизно за 1 хвилину. Вважаючи її об'єм рівним 5 л, обчисліть загальний об'єм, перекачаний серцем за 1 рік.

Створимо модель функціонування серця людини.

1. Взяти 3 пластикові пляшки 0, 75 л-3 шт. покласти їх так, щоб 2 з низ були вертикальними(шлуночки), а 1-горизонтально до них з переділеною навпіл перегородкою
2. Взяти 2 соломинки для напоїв, вставити одну у правий шлуночок, направити в бік легень-це легенева артерія, другу вставити в лівий шлуночок, направити до аорти.
3. 3 соломинку розрізати навпіл і вставити в клапани, що розташовані між передсердями та шлуночками
4. 4 соломинку направити із легень долівого шлуночка.Закріпити скетчем та пластиліном
5. Спробувати продемонструвати модель роботи серця в дії, наливши підфарбовану воду.

Обладнання та матеріали для практичної частини навчального проекту.

Висновок навчального проекту. Застосування дихальних вправ дає можливість більш злагоджено працювати реберно-діафрагмальному механізму дихання з більшим вентиляційним ефектом і меншою витратою енергії на процес дихання. Під впливом систематичних занять дихання верхньо-грудного типу змінюється на фізіологічно більш доцільне — нижньо-грудне, збільшується дихальна екскурсія ребер і діафрагми. Поліпшення діафрагмального дихання приводить до кращої вентиляції нижніх відділів легень за рахунок кращого розподілу вдихуваного повітря. Зусилля дихальної мускулатури спрямовані на подолання не тільки опору еластичної тканини легень при вдиху, але й опору, який виникає при русі повітря по бронхіальному дереву. Під впливом певних прийомів масажу, вправ на розслаблення і деяких видів спеціальних дихальних вправ (зокрема, звукова гімнастика) усувається спазм бронхіальної мускулатури, зменшується набряклість слизової бронхів і значно поліпшується бронхіальна прохідність. Спазмолітична дія спеціальних дихальних вправ насамперед пов’язана із дією носоглоткового рефлексу. Дихальні вправи, здійснювані вдиханням повітря через ніс, викликають подразнення рецепторів верхніх дихальних шляхів, що 6 рефлекторно спричинює розширення бронхів і бронхіол, а останнє приводить до зменшення або припинення ядухи. Виконання фізичних вправ стимулює функції надниркових залоз, підвищує тонус симпатичного відділу вегетативної нервової системи, що також дає виражений спазмолітичний ефект. Фізичні вправи, спрямовані на збільшення рухливості грудної клітки і діафрагми, спеціальні дренажні вправи, виконувані у певних вихідних положеннях, поліпшують дренажну функцію бронхіального дерева, сприяють видаленню патологічного вмісту із альвеол і бронхів у трахею з подальшою евакуацією мокротиння під час кашлю. Поліпшення кровообігу в працюючих м’язах під час виконання фізичних вправ сприяє зменшенню опору потоку крові на периферії, що у свою чергу полегшує роботу лівої половини серця. Останнє є надзвичайно важливим для хворих старших вікових груп при супровідних ураженнях серцево-судинної системи. Одночасно полегшується венозний приплив крові до правої половини серця у зв’язку із збільшенням венозного відтоку з периферії від працюючих м’язів. Крім того, розширення периферичного судинного русла супроводжується збільшенням поверхні зіткнення крові з клітинами тканин, що разом із більш рівномірною вентиляцією альвеол приводить до поліпшення окисних процесів на периферії і підвищення коефіцієнта утилізації кисню. Отже, фізичні вправи при певній методиці їх виконання сприяють нормалізації функції зовнішнього дихання. В основі цього механізму лежить перебудова патологічно зміненої регуляції дихання. За рахунок довільного регулювання дихальним актом досягають рівномірного дихання, належного співвідношення вдиху та видиху, необхідної глибини дихання, формують оптимальний стереотип повного дихання, повноцінне розправлення легень і максимально можливу рівномірну їх вентиляцію. У процесі систематичного тренування при поступовому збільшенні дозування спеціальних і загальнорозвиваючих вправ досягають відновлення функції дихання на рівні, необхідному для виконання м’язової роботи. Нормалізація газообміну відбувається за рахунок впливу не тільки на зовнішнє, але й на тканинне дихання. Поліпшення оксигенації крові при виконанні фізичних вправ нормалізує обмінні процеси в органах і тканинах усього організму, укріплює м»язову стінку серця, дозволяє активізувати роботу серцевого м»язу без паталогічних змін.

Вправа « Прощання»

Успіху! Удачі при вивченні біології! Сподіваємось, що оберете новітні біологічні професії у майбутньому

Діти кріплять моделі сердець на інтерактивну дошку, промовляючи сучасні біологічні професії майбутнього країни та світу.