Sada výukových materiálů Biologie Projekt Jdeme na to od lesa! Gymnázium, Frýdlant, Mládeže 884 Dechová ventilace Kosterní soustava Měření EKG Měření krevního tlaku a pulsu Osmotické jevy aneb Proč se potí lilek? Pozorování vnější stavby těla pavouků Prvoci (Protozoa) Půda Rostlinná barviva Rostlinná pletiva Stavba květu a odvození květního vzorce Tvorba trvalého preparátu
BIOLOGIE Dechová ventilace Dýchání je složitá funkce, na které se podílí dýchací ústrojí, svaly, krev a oběhová soustava. Zjišťování vitální kapacity plic a apnoe patří mezi významné metody pro stanovení zdravotního stavu, popř. kondice organismu. Gymnázium Frýdlant, Mládeže 884, příspěvková organizace autor: Renáta Flecknová
BIOLOGIE Obsah Obsah... 2 Úvod... 3 Cíle... 3 Teoretická příprava (teoretický úvod)... 4 Praktické provedení... 6 Motivace studentů... 7 Doporučený postup řešení... 8 Příprava úlohy... 8 Materiály pro studenty... 8 Záznam dat... 8 Analýza dat... 8 Syntéza a závěr... 9 Hodnocení... 9 Internetové odkazy a další informační zdroje... 9 Pracovní návod č. 1... 10 Zadání úlohy... 10 Pomůcky... 10 Bezpečnost práce... 10 Teoretický úvod... 10 Příprava úlohy (praktická příprava)... 11 Postup práce... 11 Závěr... 13 Pracovní list - Měření VKP (řešená učitelská varianta)... 14 Úkoly... 14 Pomůcky... 14 Princip... 14 Nákres... 14 Postup... 15 Graf a jeho popis... 15 Závěr... 15 Pracovní list - Měření VKP (žákovská varianta)... 16 Úkoly... 16 Pomůcky... 16 Princip... 16 Nákres... 17 Postup... 17 Graf a jeho popis... 17 Závěr... 17 Pracovní návod č. 2... 18 Zadání úlohy... 18 Pomůcky... 18 Bezpečnost práce... 18 Teoretický úvod... 18 Příprava úlohy (praktická příprava)... 18 Postup práce... 19 Vyhodnocení naměřených dat... 20 Závěr... 20 Pracovní list - Měření apnoe (řešená učitelská varianta)... 21 Úkoly... 21 Pomůcky... 21 Princip... 21 Nákres... 21 Postup... 21 Grafy a jejich popisy... 22 Závěr... 22 Pracovní list - Měření apnoe (žákovská varianta)... 23 Úkoly... 23 Pomůcky... 23 Princip... 23 Nákres... 23 Postup... 24 Graf měření apnoe v klidu... 24 Graf měření apnoe po zátěži... 24 Závěr... 24
3 Zařazení do výuky Experiment v biologii je vhodné zařadit v rámci učiva o činnosti plic, civilizační nemoci, fyzická kondice. V matematice oblast aplikace (Statistika) zpracování dat V tělesné výchově orientační stanovení funkční zdatnosti plic Vyučovací předměty: biologie, matematika, tělesná výchova Průřezová témata: Enviromentální výchova Problematika vztahů organismů a prostředí Osobnostní a sociální výchova Poznávání a rozvoj vlastní osobnosti, seberegulace Tip1 Studenty většinou zajímá, zda existuje souvislost mezi obvodem hrudníku a vitální kapacity plic. Měření lze použít také pro srovnání sportovci/nesportovci nebo kuřáci/nekuřáci. Časová náročnost Příprava experimentu příprava techniky (5 minut), instruktáž studentů (5 minut) Vlastní pokus (3 minuty) Hodina (45 min) Čas včetně přípravy, úvodní diskuze a vyhodnocení výsledků skupin se závěrečnou diskuzí. Bezpečnost práce Dodržujte pravidla práce v biologické laboratoři. Úvod Dýchání je složitá funkce, na které se podílí dýchací ústrojí, svaly, krev a oběhová soustava. Zjišťování vitální kapacity plic a apnoe patří mezi významné metody pro stanovení zdravotního stavu, popř. kondice organismu. Měří se pomocí spirometru, do kterého vydechneme co největší množství vzduchu po maximálním nádechu nebo měříme délku zástavy dechu. Bjørn Dæhlie byl norský běžec na lyžích, 8násobný olympijský vítěz a 9násobný mistr světa. Měl údajně mezi sportovci největší vitální kapacitu plic a jednu z nejnižších tepových frekvencí. Typ experimentu: žákovský Cíle Studenti by měli zvládnout: použít odpovídající instrumentální vybavení (senzor spirometr) ke stanovení grafu vitální kapacity plic stanovit dechový objem, inspirační rezervní objem, expirační rezervní objem změřit apnoe v klidu a po zátěži využít informací k stanovení hypotézy o vlastní kondici Klíčové kompetence: kompetence k řešení problémů student uplatňuje při řešení problémů vhodné metody a dříve získané vědomosti a dovednosti, kromě analytického a kritického myšlení využívá i myšlení tvořivé s použitím představivosti a intuice kompetence k učení student si své učení a pracovní činnost sám plánuje a organizuje, využívá je jako prostředku pro seberealizaci a osobní rozvoj kompetence sociální a personální student aktivně spolupracuje při stanovování a dosahování společných cílů BIOLOGIE Dechová ventilace Materiály pro učitele
4 Slovníček pojmů DECHOVÝ OBJEM (DO) EXPIRAČNÍ REZERVNÍ OBJEM (ERO) INSPIRAČNÍ REZERVNÍ OBJEM (IRO) VITÁLNÍ KAPACITA PLIC (VKP) APNOE Viz pracovní list (učitel). Přehled pomůcek počítač s USB portem PASPORT USB Link (Interface) nebo Xplorer GLX senzor spirometr (PS-2152) + náustek software DataStudio pracovní návod pracovní list Teoretická příprava (teoretický úvod) Dýchání je děj, při kterém organismus získává a spotřebovává vzdušný kyslík a vylučuje oxid uhličitý. Z funkčního hlediska je dýchání rozděleno na tři na sebe navazující děje: a) zevní dýchání (ventilace) dochází k výměně plynů mezi atmosférou a krví. Probíhá výhradně v plicích. b) rozvod dýchacích plynů mezi vnitřním povrchem plic a buňkami tkání zajišťuje krev. Do tkání je přiváděn především kyslík a z tkání je odváděn oxid uhličitý a voda. Proto poruchy dýchací soustavy mají odezvu v narušeném fungování oběhové soustavy a opačně. c) vnitřní (tkáňové) dýchání zajišťuje výměnu plynů mezi krví a tkáňovými buňkami a zahrnuje i oxidaci uvnitř buněk. Mechanika dýchání Při vdechu (inspirium) se plíce rozpínají a do plic se nasává vzduch. Inspirium je aktivní děj, závislý na činnosti dýchacích svalů (bránice, zevní mezižeberní svaly, prsní svaly a některé svaly krku a zad). Bránice je plochý sval, který se chová jako píst uložený na rozhraní mezi hrudní a břišní dutinou. Zajišťuje až 80 % ventilace plic. BIOLOGIE Dechová ventilace Materiály pro učitele Výdech (expirium) je pasívní děj, při kterém se uplatňuje především pružnost plíce, pružnost hrudní stěny a hmotnost hrudníku. Výdechové svaly (břišní svaly a vnitřní mezižeberní svaly) vstupují do funkce až v závěru exspirace a při usilovném výdechu. Obr. 1: Práce svalů při nádechu a výdechu Zdroj: http://www.sciencephoto.com/media/311035/enlarge Plíce nejsou spojeny s hrudní stěnou. Proto zvětšení hrudního obvodu vyvolané tahem vdechových svalů by samo ještě nevedlo k rozepnutí plic a k nádechu. Kolem každé plíce je samostatná, zcela uzavřená dutina, jejíž stěny tvoří jemná blanka plicní a nástěnná pleura. Obě pleury v sebe v plicních hilech přecházejí. Štěrbina mezi nástěnnou a plicní pleurou se nazývá pohrudniční dutina. Je vyplněna 10 15 ml vodnaté tekutiny. V dutině je mírný podtlak, který při atmosférickém tlaku 100 kpa kolísá od 97,5 kpa při vdechu do 99,4 kpa při výdechu. Tento podtlak v prostoru, který obklopuje plíce, způsobuje, že pružné plíce při dýchání pasivně sledují změny objemu hrudníku. V pohrudniční štěrbině, vyplněné tekutinou, je tlak nižší než atmosférický. Je to způsobeno pružným napětím plic, které mají stálou tendenci se smrštit.
5 Obr. 2: Model nádechu a výdechu Zdroj: http://kevindmcmahon.com/reseda/apbiology/ap%20bio%20lectures/ AnimalHuman%20Physiology/Respiration/Respiration.html Ventilace plic Při normálním, klidném dýchání vymění dospělý člověk jedním nádechem a výdechem asi 500 ml vzduchu při dechové frekvenci 14 18 dechů za minutu. Množství vzduchu, které člověk vydechne jedním dechem, nazýváme dechový objem - DO. Po normálním vdechu je zdravý člověk schopen nadechnout ještě určité množství vzduchu (tzv. inspirační rezervní objem - IRO). Stejně tak lze po klidném výdechu ještě maximálním úsilím vydechnout okolo jednoho litru vzduchu (tzv. exspirační rezervní objem - ERO). Maximální množství vzduchu, které můžeme vydechnout po největším nádechu, vyjadřuje tzv. vitální kapacita plic VKP. BIOLOGIE Dechová ventilace Materiály pro učitele Vitální kapacita plic je určitým ukazatelem (i když neúplným) výkonnosti plic. Hodnota vitální kapacity v podstatě vyjadřuje, kolik kyslíku mohou plíce dodat tkáním. VKP má vztah k tělesnému povrchu. U žen je její normální hodnota dvojnásobkem hodnoty povrchu těla a u muže 2,5násobkem. Náležitá hodnota odpovídá průměrné hodnotě pro daný věk, pohlaví, hmotnost a výšku hodnotu současně ovlivňuje také konfigurace hrudníku a životospráva náležitá hodnota (norma) = povrch těla x 2 (platí pro dívky) povrch těla x 2,5 (platí pro kluky) Povrch těla určujeme vzhledem k výšce a hmotnosti těla (Seliger, V.: Praktika z fyziologie, SPN, Praha, 1971) Tab. 1: Povrch těla vypočtený z výšky (cm) a hmotnosti (kg)
6 Největší hodnotu VKP mají např. trénovaní sportovci, trubači, zpěváci a foukači skla. Hodnoty vitální kapacity se měří spirometrem. Měření je snadné, ale výsledky je nutné hodnotit pouze jako orientační a pro posouzení funkční zdatnosti plic jako nespolehlivé. BIOLOGIE Dechová ventilace Materiály pro učitele Obr. č.3: Ventilace plic Zdroj: http://perutyn.wbs.cz/zajimavosti.html Apnoe Při klidném dýchání vykonává člověk dýchací pohyby automaticky a rytmicky bez účasti vůle. Dýchání nepřestává ani ve spánku nebo v narkóze. Přesto můžeme na krátkou dobu zadržet dech, prohloubit nebo zrychlit dýchání. Při apnoe dochází k hromadění oxidu uhličitého v plicních sklípcích a tepenné krvi, což se po obnovení dýchání projeví prohloubením prvních vdechů a přechodným zrychlením dechové frekvence. Apnoická pauza (apnoe) je krátkodobé zastavení dýchání. Může nastat při různých dýchacích poruchách nebo i úmyslně. Na délku apnoe má vliv i fyzický stav, náplň volného času a druh zaměstnání (hudebníci na dechové nástroje, skláři). Nácvikem se doba zadržení dechu může podstatně prodloužit. Sportovci (běžci, plavci) mohou mít apnoická pauzy až o 50 až 100% delší. Praktické provedení Pokud provedete měření opakovaně - naměřená vitální kapacita plic se neuvádí jako průměrná hodnota z několika provedených měření, ale počítá se s nejvyšším výsledkem. Náležitá hodnota odpovídá hodnotě pro daný věk, pohlaví, hmotnost a výšku. Nevýhodou jsou jednorázové nástavce, u kterých při opakovaných měření dochází k protržení membrány, vlivem zachycené vodní páry při výdechu. K určení povrchu těla lze použít tabulky (např. Selinger, V.: Praktika z fyziologie) nebo kalkulačky na internetu (např. http://www.halls.md/ body-surface-area/bsa.htm) Senzor spirometr (PS-2152) Stanovení vitální kapacity plic, dechového objemu, expiračního rezervního objemu a inspiračního rezervního objemu. Lze ho použít i při stanovení apnoe pauzy (např. Stangeho test).
7 Technická data: Vzorkovací kmitočet: 50 až 100 Hz Zobrazuje objem v litrech Minimální odolnost proti proudění vzduchu Obousměrné proudění vzduchu (vdechnutí a vydechnutí) Obsah balení: senzor a jednorázové náustky (2 ks) BIOLOGIE Dechová ventilace Materiály pro učitele Obr. č.4: Spirometr se záznamem měření (propojení zajišťuje USB-link) Zdroj: Renáta Flecknová (Science on Stage) Motivace studentů Zjišťování vitální kapacity plic patří mezi významné metody pro stanovení kondice. Měří se pomocí spirometru, do kterého dýcháme a pak vydechneme co největší množství vzduchu po maximálním nádechu. Během vyšetření tvoří dýchací cesty se spirometrem uzavřený systém, takže dýcháme do a z přístroje. Změny objemu vzduchu v přístroji zobrazí změny objemu vzduchu v plicích.
8 Doporučený postup řešení 1) Před samotným měřením studenti obdrží pracovní návod k domácímu studiu a také pracovní listy. 2) Zvážíme, zda budeme měřit jen s Xplorerem a nebo budeme výsledky zpracovávat v DataStudiu nebo Sparkvue. 3) Připravíme Xplorer (případně PC) a pomůcky k měření. 4) Vlastní postup: a) Připojte senzor k počítači nebo Xploreru GLX. b) Jakmile počítač rozpozná nové zařízení, spustí se automaticky okno. c) Po tomto zapojení by měla blikat červená LED dioda na senzoru. Počkejte, až zhasne a začne svítit zelená kontrolka ready. Signalizuje tak, že senzor je připraven ke sběru dat. d) Vyšetřovaný by neměl pozorovat záznam svého měření. Může to v něm vyvolávat neklid a tím ovlivnění výsledků měření. e) Pokus probíhá asi 1 minutu. f) Na konec měření vyšetřovaný provede maximální nádech a maximální výdech. BIOLOGIE Dechová ventilace Materiály pro učitele Příprava úlohy Před měřením zadáme studentům k vypracování přípravnou část z pracovního listu. Zjistíme domácí přípravu studentů, zda si vyplnili slovníček pojmů a zda rozumí podstatě dané úlohy. Před měřením si připravíme všechny potřebné pomůcky k měření a rozdělíme studenty do pracovních skupin. Senzor spirometr (PS-2152) Technická data: Vzorkovací kmitočet: 50 až 100 Hz Zobrazuje objem v litrech Minimální odolnost proti proudění vzduchu Obousměrné proudění vzduchu (vdechnutí a vydechnutí) Obsah balení: senzor a jednorázové náustky (2 ks) Materiály pro studenty Pracovní návod k nastudování laboratorního cvičení, zejména teorie. Pracovní list - nastavení Xploreru, zaznamenání zjištěných dat, analýza a pochopení naměřených veličin. Porovnání s teorií. Vyslovení závěrů. Záznam dat Data lze zaznamenat Xplorerem a naměřené veličiny zpracovat přímo v Xploreru. Tato volba je méně náročná na technické vybavení. Uložená naměřená data mohou studenti zpracovat také v DataStudiu nebo Sparkvue, ve kterém může učitel přímo připravit pro studenty pracovní list. Pokud pracujete s DataStudiem, doporučuji pracovat s Flow Rate (liters/sec). Analýza dat Z naměřených dat studenti popíší záznam VKP, popř. odhadnou svoji kondici.
9 Syntéza a závěr Studenti shrnou své poznatky o tom, co dělali a k jakým závěrům dospěli a své výsledky porovnají s teorií. Pokud by se výrazně lišili od teorie, pokusí se zdůvodnit, co by mohlo být příčinou. Hodnocení Popsání grafu vitální kapacity plic. Určení hodnot VKP, DO, ERO a IRO Stanovení délky apnoe pauzy. Odpovídá záznam dobré kondici? Zdůvodnění! Internetové odkazy a další rozšiřující informační zdroje http://cs.wikipedia.org/wiki/pl%c3%adce http://www.sciencephoto.com/media/311035/enlarge http://kevindmcmahon.com/reseda/apbiology/ap%20bio%20lectures/ AnimalHuman%20Physiology/Respiration/Respiration.html http://perutyn.wbs.cz/zajimavosti.html www.pasco.cz www.pasco.com HRUŠKA, M., NOVOTNÝ, I.: Biologie člověka pro gymnázia. 4. vydání, Fortuna, Praha, 2008. ISBN 80-7373-007-3 DYLEVSKÝ, I., TROJAN, S.: Somatologie (1). 2. Vydání, Avicenum, Praha, 1990. ISBN 80-201-0026-1 SELINGER, V.: Praktika z fyziologie pro studující tělesné výchovy. SPN, Praha, 1971. BIOLOGIE Dechová ventilace Materiály pro učitele
BIOLOGIE Dechová ventilace Pracovní návod č. 1 Zadání úlohy 1) Pomocí měření určete svoji hodnotu dechového objemu. 2) Vypočtěte hodnotu své vitální kapacity plic. 3) Porovnejte výpočet s grafem měření vitální kapacity plic. Pomůcky Xplorer GLX Senzor spirometr (PS-2152) + náustek software Sparkvue nebo DataStudio Bezpečnost práce Dodržujte pravidla školní biologické laboratoře. Teoretický úvod Ventilace plic Při normálním, klidném dýchání vymění dospělí člověk jedním nádechem a výdechem asi 500 ml vzduchu při dechové frekvenci 14 18 dechů za minutu. Množství vzduchu, které člověk vydechne jedním dechem, nazýváme dechový objem - DO. Po normálním vdechu je zdravý člověk schopen nadechnout ještě určité množství vzduchu (tzv. inspirační rezervní objem - IRO). Stejně tak lze po klidném výdechu ještě maximálním úsilím vydechnout okolo jednoho litru vzduchu (tzv. exspirační rezervní objem - ERO). Maximální množství vzduchu, které můžeme vydechnout po největším nádechu, vyjadřuje tzv. vitální kapacita plic VKP. Vitální kapacita plic je určitým ukazatelem (i když neúplným) výkonnosti plic. Hodnota vitální kapacity v podstatě vyjadřuje, kolik kyslíku mohou plíce dodat tkáním. VKP má vztah k tělesnému povrchu. U žen je její normální hodnota dvojnásobkem hodnoty povrchu těla a u muže 2,5násobkem. Náležitá hodnota odpovídá průměrné hodnotě pro daný věk, pohlaví, hmotnost a výšku hodnotu současně ovlivňuje také konfigurace hrudníku a životospráva náležitá hodnota (norma) = povrch těla x 2 (platí pro dívky) povrch těla x 2,5 (platí pro kluky)
11 Povrch těla určujeme vzhledem k výšce a hmotnosti těla (Seliger, V.: Praktika z fyziologie, SPN, Praha, 1971) BIOLOGIE Dechová ventilace Pracovní návod Největší hodnotu VKP mají např. trénovaní sportovci, trubači, zpěváci a foukači skla. Hodnoty vitální kapacity se měří spirometrem. Měření je snadné, ale výsledky je nutné hodnotit pouze jako orientační a pro posouzení funkční zdatnosti plic jako nespolehlivé. Obr. č.5: Ventilace plic Zdroj: http://perutyn.wbs.cz/zajimavosti.html Příprava úlohy (praktická příprava) Před příchodem do laboratoře se seznamte s teorií a vyplňte teoretickou část pracovního listu. Postup práce Nastavení HW a SW a) měření jen s Xplorerem Založte nový soubor např.: Záznam VKP Zapněte Xplorer a vyberte si položku Data Files Zmáčkněte F4 (Files) a zvolte New Files Zmáčkněte F4 (Files) a zvolte Save as a pojmenujte soubor (v našem případě Záznam VKP) Zmáčkněte F2 Save a zmáčkněte domeček
12 Připojte senzor spirometr s náustkem Po připojení senzoru sprirometru k Xploreru vyberte v hlavní nabídce položku Senzors. V přehledu senzorů se Vám objeví VKP (Visible), u ostatních zkontrolujte nefunkčnost (Not visible). Tento způsob umožní lepší přehlednost při měření. Zmáčkněte domeček Z hlavní nabídky Xploreru zmáčkněte Graf. Většinou jakmile počítač rozpozná nové zařízení, spustí se automaticky okno. b) měření s Xplorem a DataStudiem nebo přes USB-link a DataStudio Připojte přes USB-link spirometr a nasaďte náustek Automaticky se spustí DataStudio Vyberte si graf Flow Rate (liters/sec) Po ukončení měření lze pomocí DataStudia přímo popisovat graf a počítat objem vzduchu. Příprava měření Posaďte vyšetřovaného tak, aby neviděl na výsledky měření. Jinak by mohlo dojít ke zkreslení výsledků. BIOLOGIE Dechová ventilace Pracovní návod Vlastní měření (záznam dat) a) Stiskněte START a spustí se měření. b) Vyčkejte, až na senzoru spirometru přestane blikat červené světlo wait a začne svítit zelené světlo ready. Signalizuje tak, že senzor je připraven ke sběru dat. c) Dýchejte přes náustek, nakonec se maximálně nadýchněte a maximálně vydýchněte. Pokus probíhá asi 1 minutu. d) Po změření hodnoty VKP, zmáčkněte tlačítko STOP Analýza naměřených dat Popis záznamu grafu VKP, popř. odhad své kondice. Obr. č..6: Student při měření vitální kapacity plic Zdroj: R. Flecknová
13 Vizualizace naměřených dat a vyhodnocení naměřených dat Měření dechové ventilace Graf záznamu vitální kapacity plic. BIOLOGIE Dechová ventilace Pracovní návod Obr. č..7: Popsaný záznam VKP studenta po měření pomocí Xploreru a DataStudia Zdroj: R. Flecknová Závěr Odpovídá záznam VKP údajům z teoretické části. Jakou máte kondici?
BIOLOGIE Měření vitální kapacity plic Pracovní list (řešená učitelská varianta) pracoval(a): spolupracovali(y): datum: třída: Úkoly 1. Pomocí měření určete svoji hodnotu dechového objemu. 2. Vypočtěte hodnotu své vitální kapacity plic. 3. Porovnejte výpočet s grafem měření vitální kapacity plic. Pomůcky Xplorer GLX senzor spirometr s náustkem (PS-2152) software DataStudio Princip a) Dechový objem = respirační objem (DO) je objem vzduchu vyměněný během jednoho dechu (nádech + výdech). b) Expirační rezervní objem (ERO) je objem vzduchu při maximálním výdechu. c) Inspirační rezervní objem (IRO) je objem vzduchu při maximálním nádechu. d) Vitální kapacita plic (VKP) je objem vzduchu při maximálním nádechu a maximálním výdechu. Senzor Xplorer GLX se spirometrem a záznamem měření VKP
15 Postup 1. Posaďte vyšetřovaného tak, aby neviděl na výsledky měření. Jinak by mohlo dojít ke zkreslení výsledků. 2. Stiskněte START a spustí se měření. 3. Vyčkejte, až na senzoru spirometru přestane blikat červené světlo wait a začne svítit zelené světlo ready. Signalizuje tak, že senzor je připraven ke sběru dat. 4. Dýchejte přes náustek, nakonec se maximálně nadýchněte a maximálně vydýchněte. Pokus probíhá asi 1 minutu. 5. Po změření hodnoty VKP, zmáčkněte tlačítko STOP. Graf a jeho popis BIOLOGIE Dechová ventilace Pracovní list (řešená učitelská varianta) Závěr S přístrojem Xplorer se pracovalo snadno, takže jsme během krátké doby zaznamenali v grafu (viz graf a jeho popis) činnost plic. 65 sekund jsme měřili dechovou aktivitu figuranta nevykonávajícího žádnou činnost, která by mohla významně ovlivnit měření. Dospěli jsme k závěru, že hodnota vitální kapacity plic odpovídá studentovi, který sportuje.
BIOLOGIE Měření vitální kapacity plic Pracovní list (žákovská varianta) pracoval(a): spolupracovali(y): datum: třída: Úkoly 1. Pomocí měření určete svoji hodnotu dechového objemu. 2. Vypočtěte hodnotu své vitální kapacity plic. 3. Porovnejte výpočet s grafem měření vitální kapacity plic. Pomůcky Xplorer GLX senzor spirometr s náustkem (PS-2152) software DataStudio Princip Vysvětlete termíny: a) Dechový objem (DO): b) Expirační rezervní objem (ERO): c) Inspirační rezervní objem (IRO): d) Vitální kapacita plic (VKP):
17 Senzor Postup 1. Posaďte vyšetřovaného tak, aby neviděl na výsledky měření. Jinak by mohlo dojít ke zkreslení výsledků. 2. Stiskněte START a spustí se měření. 3. Vyčkejte, až na senzoru spirometru přestane blikat červené světlo wait a začne svítit zelené světlo ready. Signalizuje tak, že senzor je připraven ke sběru dat. 4. Dýchejte přes náustek, nakonec se maximálně nadýchněte a maximálně vydýchněte. Pokus probíhá asi 1 minutu. 5. Po změření hodnoty VKP, zmáčkněte tlačítko STOP. Graf a jeho popis Xplorer GLX se spirometrem a záznamem měření VKP BIOLOGIE Dechová ventilace Pracovní list (žákovská varianta) Závěr
BIOLOGIE Dechová ventilace (Apnoe) Pracovní návod č. 2 Zadání úlohy 1) Zjistěte hodnotu apnoické pauzy při klidném dýchání. 2) Zjistěte hodnotu apnoické pauzy po námaze. 3) Výsledky předchozích úkolů porovnejte. Pomůcky Xplorer GLX Senzor spirometr (PS-2152) + náustek software Sparkvue nebo DataStudio Bezpečnost práce Dodržujte pravidla školní biologické laboratoře. Teoretický úvod Při klidném dýchání vykonává člověk dýchací pohyby automaticky a rytmicky bez účasti vůle. Dýchání nepřestává ani ve spánku nebo v narkóze. Přesto můžeme na krátkou dobu zadržet dech, prohloubit nebo zrychlit dýchání. Při apnoe dochází k hromadění oxidu uhličitého v plicních sklípcích a tepenné krvi, což se po obnovení dýchání projeví prohloubením prvních vdechů a přechodným zrychlením dechové frekvence. Apnoická pauza (apnoe) je krátkodobé zastavení dýchání. Může nastat při různých dýchacích poruchách nebo i úmyslně. Na délku apnoe má vliv i fyzický stav, náplň volného času a druh zaměstnání (hudebníci na dechové nástroje, skláři). Nácvikem se doba zadržení dechu může podstatně prodloužit. Sportovci (běžci, plavci) mohou mít apnoická pauzy až o 50 až 100% delší. Příprava úlohy (praktická příprava) Před příchodem do laboratoře se seznamte s teorií a vyplňte teoretickou část pracovního listu.
19 Postup práce Nastavení HW a SW a) měření jen s Xplorerem Založte nový soubor např.: Apnoe test Zapněte Xplorer a vyberte si položku Data Files Zmáčkněte F4 (Files) a zvolte New Files Zmáčkněte F4 (Files) a zvolte Save as a pojmenujte soubor (v našem případě Apnoe test) Zmáčkněte F2 Save a zmáčkněte domeček Připojte senzor spirometr s náustkem Po připojení senzoru sprirometru k Xploreru vyberte v hlavní nabídce položku Senzors. V přehledu senzorů se Vám objeví spirometr (Visible), u ostatních zkontrolujte nefunkčnost (Not visible). Tento způsob umožní lepší přehlednost při měření. Zmáčkněte domeček Z hlavní nabídky Xploreru zmáčkněte Graf. Většinou jakmile počítač rozpozná nové zařízení, spustí se automaticky okno. Pokud pracujete s DataStudiem, doporučuji pracovat s Flow Rate (liters/sec). BIOLOGIE Dechová ventilace Pracovní návod b) měření s Xplorem a DataStudiem nebo přes USB-link a DataStudio Připojte přes USB-link spirometr a nasaďte náustek Automaticky se spustí DataStudio Vyberte si graf Flow Rate (liters/sec) Po ukončení měření lze pomocí DataStudia přímo popisovat graf a počítat délku apnoe. Příprava měření Posaďte vyšetřovaného tak, aby neviděl na výsledky měření. Vlastní měření (záznam dat) Úkol č. 1: Zjistěte hodnotu apnoické pauzy při klidném dýchání a) Stiskněte START a spustí se měření. b) Vyčkejte, až na senzoru spirometru přestane blikat červené světlo wait a začne svítit zelené světlo ready. Signalizuje tak, že senzor je připraven ke sběru dat. c) Dýchejte klidně přes náustek asi 20 sekund a zadržte dech (apnoe). Pokus probíhá asi 3 minuty. d) Zmáčkněte tlačítko STOP a změřte délku apnoe pauzy. Úkol č.2: Zjistěte hodnotu apnoické pauzy po námaze a) Stiskněte START a spustí se měření. b) Vyčkejte, až na senzoru spirometru přestane blikat červené světlo wait a začne svítit zelené světlo ready. Signalizuje tak, že senzor je připraven ke sběru dat. c) Vyšetřovaný žák udělá 20 dřepů během 30 sekund. Ihned po skončení dřepů změřte apnoickou pauzu. d) Vyšetřovaný by neměl pozorovat záznam svého měření. Je potřeba, aby byl během pokusu v klidu. e) Pokus probíhá asi 3 minuty. d) Zmáčkněte tlačítko STOP a změřte apnoe. Analýza naměřených dat Popis záznamu grafu dechové ventilace, popř. tabulka obsahující délky apnoe u žáků třídy.
20 Vizualizace naměřených dat a vyhodnocení naměřených dat Graf měření apnoe v klidu BIOLOGIE Dechová ventilace Pracovní návod Zdroj: R. Flecknová Graf měření apnoe po zátěži Zdroj: R. Flecknová Vyhodnocení naměřených dat Změření času apnoe pauzy v sekundách. Závěr Porovnejte teorii s výsledky měření.
BIOLOGIE Měření apnoe Pracovní list (řešená učitelská varianta) pracoval(a): spolupracovali(y): datum: třída: Úkoly 1. Zjistěte hodnotu apnoické pauzy při klidném dýchání. 2. Zjistěte hodnotu apnoické pauzy po námaze. 3. Výsledky předchozích úkolů porovnejte. Pomůcky Xplorer GLX senzor spirometr s náustkem (PS-2152) software DataStudio Měření apnoe Princip a) Apnoe (apnoická pauza) je krátkodobé zastavení dýchání. Může nastat při různých dýchacích poruchách nebo úmyslně. Při apnoe dochází k hromadění oxidu uhličitého v plicních sklípcích a tepenné krvi, což se po obnovení dýchání projeví prohloubením prvních vdechů a přechodným zrychlením dechové frekvence. b) Na délku apnoe má vliv i fyzický stav, náplň volného času a druh zaměstnání (hudebníci na dechové nástroje, skláři). c) Nácvikem se doba zadržení dechu může podstatně prodloužit. Sportovci (běžci, plavci) mohou mít apnoická pauzy až o 50 až 100% delší. Postup Posaďte vyšetřovaného tak, aby neviděl na výsledky měření. Jinak by mohlo dojít ke zkreslení výsledků. Úkol č. 1: Zjistěte hodnotu apnoické pauzy při klidném dýchání a) Stiskněte START a spustí se měření. b) Vyčkejte, až na senzoru spirometru přestane blikat červené světlo wait a začne svítit zelené světlo ready. Signalizuje tak, že senzor je připraven ke sběru dat.
22 c) Dýchejte klidně přes náustek asi 20 sekund a zadržte dech (apnoe). Pokus probíhá asi 3 minuty. d) Zmáčkněte tlačítko STOP a změřte délku apnoe pauzy. Úkol č. 2: Zjistěte hodnotu apnoické pauzy po námaze a) Stiskněte START a spustí se měření. b) Vyčkejte, až na senzoru spirometru přestane blikat červené světlo wait a začne svítit zelené světlo ready. Signalizuje tak, že senzor je připraven ke sběru dat. c) Vyšetřovaný žák udělá 20 dřepů během 30 sekund. Ihned po skončení dřepů změřte apnoickou pauzu. d) Vyšetřovaný by neměl pozorovat záznam svého měření. Je potřeba, aby byl během pokusu v klidu. e) Pokus probíhá asi 3 minuty. d) Zmáčkněte tlačítko STOP a změřte apnoe. Grafy a jejich popisy Graf měření apnoe v klidu BIOLOGIE Dechová ventilace Pracovní list (řešená učitelská varianta) Graf měření apnoe po zátěži Závěr Pomocí Xploreru GLX a spirometru jsme naměřili délky apnoe v klidu (43,66 s) a po zátěži 20 dřepů (25,22 s). Po zátěži byla délka apnoe kratší o 18,44 s. Po obnovení dýchání došlo také k prohloubení prvních vdechů a zrychlení dechové frekvence.
BIOLOGIE Měření apnoe Pracovní list (žákovská varianta) pracoval(a): spolupracovali(y): datum: třída: Úkoly 1. Zjistěte hodnotu apnoické pauzy při klidném dýchání. 2. Zjistěte hodnotu apnoické pauzy po námaze. 3. Výsledky předchozích úkolů porovnejte. Pomůcky Xplorer GLX senzor spirometr s náustkem (PS-2152) software DataStudio Princip a) Co je to apnoe? Měření apnoe b) Které vlivy ovlivňují apnoe? c) Můžeme ovlivnit délku apnoe?
24 Postup Posaďte vyšetřovaného tak, aby neviděl na výsledky měření. Jinak by mohlo dojít ke zkreslení výsledků. Úkol č. 1: Zjistěte hodnotu apnoické pauzy při klidném dýchání a) Stiskněte START a spustí se měření. b) Vyčkejte, až na senzoru spirometru přestane blikat červené světlo wait a začne svítit zelené světlo ready. Signalizuje tak, že senzor je připraven ke sběru dat. c) Dýchejte klidně přes náustek asi 20 sekund a zadržte dech (apnoe). Pokus probíhá asi 3 minuty. d) Zmáčkněte tlačítko STOP a změřte délku apnoe pauzy. Úkol č. 2: Zjistěte hodnotu apnoické pauzy po námaze a) Stiskněte START a spustí se měření. b) Vyčkejte, až na senzoru spirometru přestane blikat červené světlo wait a začne svítit zelené světlo ready. Signalizuje tak, že senzor je připraven ke sběru dat. c) Vyšetřovaný žák udělá 20 dřepů během 30 sekund. Ihned po skončení dřepů změřte apnoickou pauzu. d) Vyšetřovaný by neměl pozorovat záznam svého měření. Je potřeba, aby byl během pokusu v klidu. e) Pokus probíhá asi 3 minuty. d) Zmáčkněte tlačítko STOP a změřte apnoe. Graf měření apnoe v klidu BIOLOGIE Dechová ventilace Pracovní list (žákovská varianta) Graf měření apnoe po zátěži Závěr
BIOLOGIE Kosterní soustava V rámci následujícího laboratorního cvičení se studenti blíže seznámí s lidskou kostrou a se stavbou kostní tkáně. Gymnázium Frýdlant, Mládeže 884, příspěvková organizace autor: Mgr. Lucie Mrklasová
BIOLOGIE Obsah Obsah... 2 Úvod... 3 Cíle... 3 Teoretická příprava (teoretický úvod)... 3 Motivace studentů... 3 Laboratorní cvičení... 4 Pomůcky... 4 Úkol č. 1... 4 Úkol č. 2... 4 Vypracování... 4
3 Zařazení do výuky Cvičení je vhodné zařadit v rámci učiva o lidském těle kosterní neboli opěrná soustava. Časová náročnost jedna hodina (45 min) čas bez teoretické přípravy, ta by měla být součástí předchozích vyučovacích hodin dle tematického plánu Slovníček pojmů KOST EPIFÝZA DIAFÝZA HAWERSŮV SYSTÉM OSTEOCYT LAMELA LAKUNA SPONGIÓZA KOMPAKTA Přehled pomůcek mikroskop trvalé preparáty kostní tkáně model lidské kostry modely lidských kostí Úvod V rámci následujícího laboratorního cvičení se studenti blíže seznámí s lidskou kostrou a se stavbou kostní tkáně. Cíle Studenti by měli zvládnout: pracovat s mikroskopem. správně zakreslit a popsat pozorovaný preparát, včetně zvětšení apod. využít své znalosti z předchozích hodin k správnému určení předložených modelů kostí a lokalizovat jejich polohu v lidském těle. roztřídit jednotlivé modely kostí do skupin krátkých, dlouhých a plochých kostí. rozeznat jednotlivé typy lidských obratlů podle morfologických znaků. Teoretická příprava (teoretický úvod) Viz. powerpointové prezentace : BI-7-Opěrná soustava, BI-7-Lidská kostra I, BI-7-Lidská kostra II, BI-7-Lidská kostra III Praktické provedení V rámci cvičení studenti pozorují trvalý mikroskopický preparát kostní tkáně, který zakreslí a popíší. Nákres tvoří ostře ořezanou obyčejnou měkkou tužkou, u obrázku uvedou název preparátu a zvětšení mikroskopu. V druhé části cvičení studenti určí názvy předložených modelů kostí kosti pažní, loketní, vřetenní, klíční, stehenní, holenní, lýtkové, lopatky, pánve a krčních, hrudních a bederních obratlů. Mezi krčními obratli rozliší atlas (nosič) a axis (čepovec). Poté si vyberou dva z modelů, které zakreslí a popíší. BIOLOGIE Kosterní soustava Materiály pro učitele Motivace studentů Zmíníme význam a stavbu kostní tkáně pro živočichy. Vysvětlíme (zopakujeme) pojem osifikace a položíme několik otázek typu Proč se nerodíme s plně zkostnatělou kostrou? nebo Co by se stalo, kdyby byla naše kostra plně osifikována již před narozením? (Odpověď: Nemohli bychom dále růst. Kdyby jednotlivé kosti lebky byly při porodu plně spojeny jako u dospělého člověka, nemohla by se hlavička novorozeněte přizpůsobit pánevnímu otvoru při průchodu na svět.) Zopakujeme si druhy opěrných soustav u jiných živočichu, než je člověk např. pokládáme otázky typu Má střevlík kostru? (Studenti odpovědí ano, či ne. Můžeme jim vysvětlit, že v podstatě obě odpovědi jsou správné, záleží na tom, jak si otázku člověk vyloží. Střevlík totiž nemá vnitřní kostru jako člověk, ale má tzv. vnější kostru z chitinu.) Na začátku cvičení je možné zopakovat si názvy jednotlivých kostí, jednoduchou hrou studenti si ve dvojicích stoupnou čelem k sobě. Učitel jmenuje názvy kostí a studenti pravým ukazováčkem ukazují na těle toho druhého, kde se daná kost vyskytuje. Učitel jmenuje kosti nejdříve klidným tempem a poté zrychluje. Vynechává samozřejmě názvy určitých kostí, např. kostí pánevních (sedací, stydké a kyčelní), křížových a kostrčních obratlů a obličejových kostí.