Урок-исследование на тему «Строение и работа сердца» Цели: Образовательная: Изучить строение сердца; углубить, обобщить знания о причинах неутомимости сердца, стадиях сердечного цикла и их характеристиках, раскрыть особенности регуляции сердечных сокращений, автоматизме, нервной и гуморальной регуляции. Развивающая: Развивать у учащихся общебиологические понятия о взаимосвязи строения и функции сердца. Воспитательная: Продолжить формирование научного мировоззрения на примерах открытий, исследований в области анатомии, физиологии и медицины. Оборудование: Разборная модель сердца. Таблицы: «Схема кровообращения», «Сердце», «Фазы работы сердца». Форма проведения: Эпиграф “Сердце, подобно жернову, дающему муку, когда засыпано достаточно зерна, но стирающемуся, когда его не подсыпают.” К.Вебер Ход урока I. Мотивационный этап (подготовка к активному осознанному восприятию темы). Раздается звук бьющегося “сердца”, на доске - изображение бьющегося сердца (проекция). На столе - разборная модель сердца. Что такое сердце? Учащиеся: - Горячее сердце или холодное, бескорыстное или жадное, умное или глупое, отзывчивое, доброе или жестокое, смелое, гордое или злое, каменное, чуткое или щедрое, открытое или черствое, глухое, черное сердце или золотое, раненое, разбитое, сердце матери или сердце друга. Какое оно, мое сердце? Вот об этом и пойдет речь на нашем уроке. Тема занятия: “Строение и работа сердца”. 1. Восстановление в памяти изученного материала (кровь, иммунитет, органы кровообращения) Особое внимание уделяется также: строению, механизму работы сердца, регуляцию работы сердца; достижения в области кардиологии. Задание 1 (индивидуальный опрос) 1. Кровь, межклеточное вещество и лимфа образуют – … (внутреннюю среду организма). 2. Жидкая соединительная ткань – … (кровь). 3. Растворенный в плазме белок, необходимый для свертывания крови, – … (фибриноген). 4. Плазма крови без фибриногена называется – … (сыворотка крови). 5. Безъядерные форменные элементы крови, содержащие гемоглобин, – … (эритроциты). 6. Состояние организма, при котором в крови уменьшается количество эритроцитов либо содержание гемоглобина в них, – … (анемия). 7. Человек, дающий свою кровь для переливания, – … (донор). 8. Защитная реакция организма, например, против инфекций – … (воспаление). 9. Способность организмов защищать себя от болезнетворных микробов и вирусов – … (иммунитет). 10. Культура ослабленных или убитых микробов, вводимых в организм человека, – … (вакцина). 11. Вещества, вырабатываемые лимфоцитами при контакте с чужеродным организмом или белком, – … (антитела). 12. К органам кровообращения относятся – … (сердце и сосуды). 13. Сосуды, по которым кровь течет от сердца – … (артерии). 14. Мельчайшие кровеносные сосуды, в которых происходит обмен веществ между кровью и тканями – … (капилляры). 15. Путь крови от левого желудочка до правого предсердия – … (большой круг кровообращения). Задание 2 (проблемный вопрос – работа в парах) В одной популярной книге по физиологии образно сказано: “в каждую секунду в красном море миллионы кораблей терпят крушения и опускаются на дно. Но миллионы новых кораблей выходят из гаваней вновь в плавание”. Что подразумевается под “кораблями” и “гаванями”. (Корабли – эритроциты, Гавани – красный костный мозг). И.П. Павлов сказал: “в организме имеется “чрезвычайная” реакция, при которой организм жертвует какой- то частью для спасения целого”. Про что это сказано? (Фагоцитоз). Известно, что за сутки у человека заменяется около 25000 миллиграмм крови. Сколько крови образуется за 70 лет? (630 кг) 2. Изучение нового материала. (Подготовлены сообщения, проводится также беседа с учащимися) Учитель: Прислушайся: что бы ты не делал, спал, ел, бежал, всегда раздается приглушенный, ритмичный стук- это бьется твое сердце. Сожми свою руку в кулак и ты увидишь, какого оно, приблизительно, размера. Сердце представляет собой полный комок мышц, который постоянно сокращается и заставляет кровь двигаться по твоему телу. Ученик-1: (сообщение) Сердце расположено в грудной полости за грудиной, от середины сдвинуто несколько влево, масса его около 300 грамм. Сердце – “середина”. Оно покрыто тонкой и плотной оболочкой, образующей замкнутый мешок – околосердечную сумку или перикард. Какова роль околосердечной сумки? В околосердечной сумке содержится серозная жидкость, увлажняющая сердце и уменьшающая трение при его сокращениях. Стенка сердца имеет три слоя: эпикард – наружный серозный слой, покрывает сердце (срастается с перикардом); миокард – средний мышечный слой, образованный поперечнополосатой сердечной мышцей (каждое мышечное волокно содержит 1-2 ядра, множество митохондрий); эндокард – внутренний слой (из эпителия). Ученик-2 (показывает рисунок): Давайте разберемся, из чего же состоит твое сердце? Условно оно делится перегородкой на две половинки, левую и правую. Левая состоит из левого желудочка и левого предсердия. Между ними находится двухстворчатый или митральный клапан. Правая половина сердца состоит из правого желудочка и правого предсердия. Они тоже отделены клапаном, но этот клапан имеет три створки и поэтому называется трехстворчатым. Клапаны открывают и закрывают проход между предсердиями и желудочками, заставляя кровь течь в одном направлении. Между желудочками и артериями расположены полулунные клапаны, каждый из которых состоит из трех кармашков. Клапан в переводе с немецкого “клаппе” – “крышка”. Клапаны сердца и сосудов обеспечивают движение крови строго в одном направлении: по артериям – от сердца, по венам – к сердцу, из предсердий – в желудочки. Стенки камер различаются по толщине в зависимости от выполняемой работы. При сокращении стенок предсердия, выполняется небольшая работа – кровь подается в желудочки, поэтому эти стенки относительно тонкие. Правый желудочек проталкивает кровь по малому кругу кровообращения, а левый – выбрасывает кровь в большой круг кровообращения, поэтому его стенки в 2–3 раза толще стенок правового. В сердце чрезвычайно интенсивно протекают обменные процессы, так как клетки мышечной ткани содержат множество митохондрий, и ткань хорошо снабжается кровью: масса сердца составляет 0,5% от массы тела при этом 10% крови, выбрасываемой аортой, идет в коронарные или венечные сосуды, питающие само сердце. Ученик-3 (сообщение): Что обеспечивает быстрое сокращение камеры сердца? Мышечные волокна разветвляются и соединяются между собой концами, образуя сложную сеть – это обеспечивает быстрое сокращения камеры как единой структуры. Сердце – это неутомимый мотор. За сутки твое сердце сокращается почти сто тысяч раз и перекачивает за час около трехсот литров крови. На один удар сердце затрачивает столько энергии, что ее хватило бы, чтобы поднять груз весом двести грамм на высоту один метр, а за одну минуту сердце могло бы поднять этот груз на высоту почти двадцати этажного дома. Сердечный цикл – это последовательность событий, происходящий во время одного сокращения сердца. Длится оно менее 1 секунды. Сердечный цикл состоит из трех фаз (смотри таблицу). Сокращение предсердий – систола предсердий – длиться около 0,1 сек. При этом желудочки расслаблены, створчатые клапаны открыты, полулунные закрыты. Сокращение желудочков – систола желудочков – длиться около 0,3 сек, при этом предсердия расслаблены, створчатые клапаны закрыты. (Сухожильные нити не дают им прогибаться, а крови – затекать в предсердие), кровь устремляется в легочную артерию и аорту. Полное расслабление сердца – сердечная пауза или диастола, – длиться около 0,4 сек. Итак, серия событий, образующих один полный цикл прохождения крови называется сердечным циклом. Воронежские физики и медики Ю.Д. Сафонов и Л.И. Якименко определили, что в течение сердечного цикла клапаны и сердечная мышца участвуют в 40 последовательных движениях. Оптимальный режим работы сердца: предсердия работают 0,1 сек., а 0,7 сек. отдыхают. Желудочки работают 0,3 сек., а 0,5 сек. отдыхают. Самостоятельная фронтальная работа всех учащихся класса в тетрадях (заполнить таблицу “сердечный цикл”). Фазы сердечного цикла Продолжительность фаз (сек) Положение клапанов Движение крови 1. Сокращение предсердий (систола) 2. Сокращение желудочков (систола) 3. Пауза. Расслабление предсердий и желудочков (диастола). 0,1 сек. 0,3 сек. 0,4 сек. Створчатые – открыты. Полулунные – закрыты. Створчатые – закрыты. Полулунные – открыты. Створчатые – открыты. Полулунные – закрыты. предсердие – желудочек желудочек – предсердие вены – предсердие, желудочек Задача. Человеку 80 лет. Определите, сколько лет отдыхали у него желудочки сердца. В среднем частота биения сердца 70 ударов в минуту. (46 лет) Ученик-4 (сообщение): Чем же обусловлена такая высокая работоспособность сердца? Высоким уровнем обменных процессов, происходящих в нем. Усиленным снабжением его мышц кровью. Строгим ритмом его деятельности (фазы работы и отдыха каждого отдела строго чередуются). Организм предъявляет к сердечно-сосудистой системе меняющиеся требования. Сердце отвечает на это изменением частоты сокращений. Что же регулирует работу сердца? 1. Нервная регуляция. ЦНС постоянно контролирует работу сердца посредством нервных импульсов. В продолговатом мозге находится центр кровообращения, оттуда выходит одна пара парасимпатических нервов, уменьшающих частоту и силу сокращений. Сильное возбуждение блуждающего нерва вызывает остановку сердца (опыт Гольца), например, удар по животу может оказаться смертельным; раздражение органов брюшной полости замедляет сердечные сокращения. Из шейного симпатического узла выходят симпатические нервы, учащающие и усиливающие сердечные сокращения. Итак, сердце имеет двойную иннервацию – парасимпатическую и симпатическую. 2. Гуморальная регуляция активности сердца обеспечивается веществами, циркулирующими в крови. Работу сердца тормозят: ацетилхолин, соли натрия, увеличение рН крови. Усиливают работу сердца: адреналин (при остановке сердца его вводят прямо в сердечную мышцу), соли калия, уменьшение рН. Изменяют сердечную деятельность гормоны – секреты эндокринных желез: тироксин (щитовидная железа), инсулин (поджелудочная железа), кортикостероидные гормоны (надпочечники), гормоны гипофиза. Нервная и гуморальная регуляция тесно взаимосвязаны и составляют единый механизм регуляции сокращений сердца. Ученик-5 (сообщение): Почему сердце сокращается даже вне организма? Оно имеет собственный “встроенный” механизм, обеспечивающий сокращение мышечных волокон. Импульсы идут от предсердий к желудочкам. Эту способность сердца ритмично сокращаться без внешних раздражений, под влиянием импульсов, возникающих в нем, называют автоматизмом. Автоматизм обеспечивают особые мышечные клетки. Они иннервируются окончаниями вегетативных нейронов. В этих клетках мембранный потенциал может достигать 90 мВ, что и приводит к генерации волны возбуждения. Изменение этих потенциалов можно зарегистрировать специальной аппаратурой – их запись представляет собой электрокардиограмму. Имеются ли достижения в области кардиологии? 3.08.1903 г. А.А. Кулябко – оживил сердце ребенка спустя 20 часов после его смерти. проф. С.С. Брюхоненко – оживил через 100 часов, проф. Андреев заставил биться 170 сердец, изъятых из трупов с 1897г. по 1941гг. проведено около 315 операций на сердце, с 1967 десятки тыс. операций. В 1961 г. создание института сердечно-сосудистой хирургии имени А.Н. Бакулева. В 1967 г. хирург из Кейптауна проф. Кристиан Борпард произвел трансплантацию сердца В 1903 г. Шаховский удачно произвел извлечение пули из сердца 3. Обобщение и систематизация знаний. 1. Задание. Повторение терминов и понятий. Перикард – околосердечная сумка; Эпикард – наружный серозный слой; Миокард – средний мышечный слой; Эндокард – внутренний слой; Артерии – сосуды, несущие кровь от сердца, “гладкие воздухоносители”, “воздушные жилы”; Аорта (греч) – “прямая артерия”; Капилляры (лат) – “капиллярис” – “волосной”; Предсердие сердца (лат) – “атриум” – “передний двор”; Желудочки – мускульные образования – проталкивают кровь по артериальному пути; Клапан (нем) – “клаппе” – “крышка, заслонка, закрывание просвета”; Сердце – “середина”; Кардиология – раздел медицины, изучающий строение, функции и заболевания сердечно- сосудистой системы, а так же разрабатывающий методы их диагностики, лечения и профилактики. 2. Задание. Тест (взаимопроверка). Вопросы Варианты ответов А Какие клапаны находятся между желудочками и предсердиями? 1 Полулунные клапаны Б Как называются сосуды, по которым движется кровь от сердца? 2 Артерии В Какая камера сердца наибольшей толщины? 3 Усиливают работу сердца Г Какие клапаны находятся между левым желудочком и аортой, правым желудочком и легочной артерией? 4 Перикард Д Как называются сосуды, по которым движется кровь к сердцу? 5 Три Е Чему способствуют адреналин и соли кальция? 6 Левое предсердие Ж Какова роль парасимпатического отдела Ц. н. с.? 7 Створчатые клапаны З Какая камера выбрасывает кровь в легочную артерию? 8 Уменьшает частоту и силу сокращений И Чем окружено сердце? 9 Вены К Что снабжает сердечную мышцу кровью? 10 Сонная артерия Л Сколько отделов в сердце? 11 Автоматизм М Число фаз сердечного цикла? 12 Левый желудочек Н Сокращение предсердий 13 Диастола О Сердечная пауза 14 Систола П Способность сердца ритмически сокращаться 15 4 4. Практическая работа с использованием лаборатории «Архимед» Ученик-6 (сообщение об ЭКГ): ЭКГ - электрическая запись деятельности сердца- процедура, при которой измеряют сокращения сердечной мышцы с помощью электродов, помещенных на различные участки тела. Ионы и молекулы, несущие заряд, участвуют в деполяризации и реполяризации сердечной мышцы (ионы натрия, кальция, хлора и несущие заряд молекулы белков). Суммарный заряд, генерируемый при деполяризации и реполяризации, может быть записан электродами, размещенными на поверхности кожи. Деполяризация сердечной мышцы вызывает ее сокращение. Клетки сердца деполяризуются спонтанно. Деполяризация начинается в верхней стенке правого предсердия, в группе мышечных клеток сердца, которая называется синусовый узел сердца, или синусно-предсердный узел или ритмоводитель. При деполяризации ритмоводителя возникает ток заряда, что приводит к деполяризации всех других клеток сердечной мышцы. Волна деполяризации движется от правого предсердия к левому настолько быстро, что оба предсердия сокращаются почти одновременно. Предсердия и желудочки разделены соединительной тканью, исполняющей роль изоляции на проводах. Деполяризация предсердий не действует на желудочки напрямую. В правом предсердии есть другая группа клеток - атриовентрикулярный узел. Эти клетки передают деполяризацию предсердия по специальному пучку нервов- пучку Гиса – в желудочки. В стенке желудочка располагаются волокна Пуркинье - система мышечных волокон, распространяющих деполяризацию по всем частям желудочка одновременно, но с небольшой задержкой. Поэтому между сокращениями предсердий и желудочков возникает короткая пауза. Так как все мышечные клетки соединены друг с другом, волна деполяризации, сокращения и реполяризации распространяется по всей сердечной мышце. Как только часть сердца оказывается поляризованной, а соседняя часть деполяризованной, возникает электрический ток, идущий по телу. Он достигает своего максимума, когда поляризованный бывает половина сердца, и уменьшается по мере уменьшения поляризованной части ткани. Изменение этого тока можно измерить, изобразить графически. ЭКГ представляет сумму всех электрических зарядов сердца, записанных электродами, расположенными на поверхности тела. Механические сокращения сердца напрямую не измеряются. Импульс, исходящий из синусно-предсердного узла, вызывает сокращение предсердий и перегоняет кровь в желудочки. После этого нервный сигнал достигает желудочков и они тоже сокращаются. Кровь выходит в аорту и легочную артерию. Заряд клеток сердечной мышцы возвращается к норме, и сердечный цикл повторяется. ЭКГ- графическое отслеживание электрических процессов сердца. Типичный рисунок ЭКГ состоит из повторяющихся последовательностей волн, которые поднимаются с горизонтального основания, называемого изоэлектрической линией. Любое отклонение от этой линии обозначает электрическую активность сердца. Пять основных отклонений на ЭКГ помечаются буквами P, Q, R, S, T.Один сердечный цикл- это группа волн, начинающихся волной P, затем идет комплекс волн QRS и в конце - волна T. Волна P соответствует деполяризации предсердий и их сокращению. Комплекс QRS состоит из трех волн. Первая отрицательная волна – Q, за ней следует положительная волна R. Комплекс заканчивается отрицательной волной S. Комплекс QRS соответствует деполяризации желудочков и их сокращению. Реполяризация предсердий происходит во время деполяризации желудочков. Поэтому волны, отвечающие реполяризации предсердий, на ЭКГ не прослеживаются. Последняя волна - T, обычно положительна и соответствует реполяризации желудочков. Скелетные мышцы также производят электрическую энергию, которцю тоже можно заметить на ЭКГ, если во время записи пошевелить рукой. Последовательность от волны P до волны Т представляет один сердечный цикл. Число циклов в минуту называется частотой сердечных сокращений и , как правило, составляет 70-80 ударов в минуту в состоянии покоя. Обычная продолжительность частей ЭКГ: 1. P-R интервал- 0,12-0,20 с 2. QRS интервал- менее 0,1 с 3. Q-T интервал- менее 0,38 с Оборудование: 1. Портативный компьютер Nova5000 2. ЭКГ- датчик,0-5 вольт 3. ЭКГ электроды (3 шт.) 4. Спирометр (датчик дыхания) Подготовка эксперимента: 1. Запустить программу Multilab. 2. Подсоединить ЭКГ датчик к входу 1 портативного компьютера. 3. Подсоединить ЭКГ датчик к входу 2 портативного компьютера. 4. В меню Регистратор выберите команду Свойства. В открывшемся окне в поле Спирометр выберите единицу измерения л/мин. 5. Смонтируйте оборудование, как указано на схеме экспериментальной установки. 6. Нажмите кнопку Настройка на основной панели инструментов программы. Настройте Регистратор данных: частота - 100 замеров в секунду, замеры - 5000. Проведение эксперимента: 1. Присоедините три ЭКГ - электрода (первый - к правой кисти, второй - на 5-7 см выше первого, третий - на внутреннюю сторону левой кисти). 2. Займите удобное положение и не двигайтесь во время записи ЭКГ. 3. Нажмите кнопку «Старт» на основной панели инструментов. 4. После завершения измерений сохраните свои данные. 5. Выполните несколько физических упражнений и повторите эксперимент. 6. По графическим изображениям можно вычислить частоту сердцебиения в покое и после совершенных физических упражнений: - период сердечных сокращений равен времени (сек.), деленному на число сердечных сокращений - частота сердцебиения равна числу, обратному величине периода сердечных сокращений, умноженному на 60. Выводы: Параметры ЭКГ в покое и после выполненных упражнений показывают индивидуальные особенности работы сердца, позволяют определить оптимальную физическую нагрузку в зависимости от состояния здоровья.
