听诊器科学:倾听心率

来自科学伙伴的情人节探险

主要概念
听诊器
健康
运动
放大
心脏

介绍
在情人节前后,到处似乎都是心形图案。但我们真正的心脏全年都在工作——每时每刻每秒。当我们进行体力活动时,心脏工作最卖力。它的跳动如何变化?医生可以使用一种叫做听诊器的工具来了解这一点,听诊器是一根长而细的塑料管,一端有一个小圆盘,另一端有耳塞。在这个活动中,你将制作一个自制听诊器,并用它来测量人们在休息和运动后的心率。

背景
你可能从自己去看医生的经历中熟悉了听诊器的使用方法。为了听心脏,医生将听诊器的扁平圆盘或空心杯放在病人的身体上,并将耳塞放入医生的耳朵。但是听诊器是如何工作的呢?它如何使医生能够听到病人身体内部的声音呢?


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听诊器的圆盘和管子放大小的声音,例如病人肺部、心脏和身体内部其他部位的声音,使它们听起来更大。放大的声音通过听诊器的管子传到医生聆听的耳塞。使用好的听诊器可以很容易地听到心跳。每次一个人的心脏跳动时,它都会收缩并充当一个强有力的泵,循环血液,将氧气和营养物质输送到全身。

材料
• 管道胶带或其他强力胶带
• 剪刀
• 塑料漏斗
• 来自纸巾卷的纸板管
• 一名可以安全地进行一分钟剧烈运动的志愿者
• 秒表或计时秒的钟表

准备
• 确保你有一名可以安全地进行一分钟剧烈运动的志愿者。
• 将漏斗的窄端插入纸板管中。
• 使用一条管道胶带或其他强力胶带,将漏斗和纸板管粘在一起。确保它们粘合在一起的地方没有缝隙或空间。
• 你的听诊器现在可以使用了!通过将漏斗放在志愿者胸部的左侧来练习听志愿者的心跳。确保漏斗平贴在他们的胸部上。将你的耳朵贴在纸板管末端的孔上。你听到心跳了吗?
• 在你开始活动之前,让你的志愿者安静地坐在椅子上至少五分钟。
提示: 如果环境嘈杂或志愿者穿着厚重的衣服,可能很难听到心跳,因此你可能需要相应地调整条件。

步骤
• 在志愿者在椅子上休息后,倾听心跳并计算 15 秒内跳动多少次。
• 将这个数字乘以四。这是志愿者在静息状态下的心率,单位是每分钟心跳数 (bpm)。志愿者的静息心率是多少?
• 要求志愿者通过做开合跳或原地跑步进行一分钟的原地运动。在志愿者停止运动后立即,倾听心跳并计算 10 秒内跳动多少次。你认为为什么你只进行 10 秒而不是 15 秒的计数?
• 将这个数字乘以六。这是运动后立即的心率,单位是 bpm。志愿者现在的心率是多少?
运动后心率如何变化?你认为它为什么会这样变化?
如果一个人经常锻炼,你认为这会如何改变他的心率?你认为那个人的静息和运动时的心率会有什么不同? 提示:想想经常锻炼可能如何改变心脏。
额外内容: 有几种不同的方法可以制作自制听诊器。例如,你可以使用短段花园软管或塑料管代替纸板管。或者你可以尝试改变管子的长度。你甚至可以尝试不同尺寸的漏斗。哪种自制听诊器设计效果最好?是什么构成了好的听诊器设计?
额外内容: 在这项活动中,你只测试了一个人的心率,但你可以尝试在几个人身上使用你的听诊器。不同人的心率彼此之间如何比较?他们都在运动后发生很大变化,还是有些人只发生一点变化或根本不变化?心率是否与年龄、性别或体重指数 (BMI) 等因素相关?
额外内容: 一个人在运动时应至少使用其最大心率的 50%,这样运动才能被视为合格的运动。你可以找到更多关于最大心率和目标心率的信息,然后应用这些信息来创建运动计划。根据这些信息,给定的人进行的哪些体育活动符合运动的条件? 观察和结果
你能用自制听诊器听到志愿者的心跳吗?你是否发现当他们运动时,他们的心率与他们休息时的心率相比有所增加?

当人们运动时,他们的身体需要更多的氧气,因此他们的心脏跳动更快,心率增加。这就是为什么你很可能发现当你的志愿者运动时,他们的心率与他们的静息心率相比有所增加。此外,遗传、性别、年龄和健康状况都会影响人们的心率。经常锻炼的人的心率在运动期间通常不会增加那么多,并且在停止运动后会更快地恢复到静息心率。经常锻炼可以增强心脏,使其不需要那么努力地工作。

虽然你可以通过计算 15 秒内的心跳次数并乘以四来获得 bpm 来确定某人的静息心率,但要计算运动后立即的心率,最好计算 10 秒内的心跳次数并将该值乘以六(以获得 bpm)。由于心脏在停止运动后会迅速减慢速度,因此应在一个人停止运动后立即(或在他们运动时,如果可能)测量其心率。

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