构建血液流动模型

来自科学伙伴的医学科学项目

通过构建身体循环系统的模型,了解我们的身体如何在健康和疾病状态下更好地移动血液。

乔治·雷特塞克

关键概念

生物学
健康
医学
循环系统

简介

为什么健康饮食和锻炼很重要?这样做可以使血液在你的循环系统中良好流动,这对于保持健康至关重要。你循环系统的作用是通过你的心脏、静脉和动脉输送血液,为你的身体提供氧气和营养。如果这种血液流动不正常,会对健康产生负面影响。在这个活动中,你将了解患有冠心病的人的血液流动会发生什么变化,冠心病是一种影响循环系统的疾病。


关于支持科学新闻

如果你喜欢这篇文章,请考虑订阅以支持我们屡获殊荣的新闻报道。 订阅。通过购买订阅,你正在帮助确保关于发现和塑造我们今天世界的重大故事的未来。


背景

人体每个部位都需要氧气和营养。这项任务由人体的循环系统完成,也称为心血管系统(包括心脏、静脉和动脉)。血液通过动脉输送氧气和营养,并将它们输送到身体的其他部位。心脏充当强大的泵,产生必要的力,使血液在循环系统中流动。动脉将血液从心脏输送到肺部,在那里血液被氧化,然后再输送到各个器官。静脉将血液返回心脏。当身体的循环系统出现问题时,可能会导致严重的健康后果。

目前,循环系统最常见的问题是冠心病(也称为冠状动脉疾病)。冠心病是由于胆固醇和其他物质(称为斑块)在动脉中积聚而引起的。随着时间的推移,斑块会变厚,动脉会变窄。随着动脉变窄,它们无法向器官输送那么多血液。含氧血液的减少会导致许多健康问题。

在这个活动中,你将模拟当冠心病使人的动脉变窄时血液流动会发生什么变化。你将通过比较不同直径的吸管(动脉)中的血液流动来实现这一点。当然,你不会使用真正的血液,而是使用有色水!

材料

  • 两个16盎司一次性塑料杯

  • 两个不同直径的吸管

  • 橡皮泥

  • 秒表

  • 托盘或浅盆(足够容纳超过16盎司的水)

  • 红色食用色素

  • 量杯(带有毫升刻度)

  • 剪刀

  • 记号笔

  • 一个可以容忍溢出的工作空间

  • 成人帮手

准备

  • 测量400毫升的水,倒入第一个塑料杯中。用记号笔在杯子外侧标记水位。然后在另一个16盎司的杯子上在相同的高度做个标记。现在把杯子里的水倒空。

  • 让一位成年人帮忙小心地用剪刀在每个杯子侧面距离底部约一英寸的地方戳一个洞。扩大孔,使其足以容纳每个吸管。

  • 从每个吸管上剪下两英寸的长度。吸管在你的血液流动模型中代表什么?

  • 将吸管插入孔中。确保它们没有被挤压。吸管应在杯子外侧向下指,以便水可以轻松流出。

  • 使用橡皮泥密封吸管周围的孔的内部和外部。

  • 准备一升水。在水中加入红色食用色素。红水在你的血液流动模型中代表什么?

步骤

  • 首先将带有较粗吸管的杯子放入托盘中。你认为带有较粗吸管的杯子代表哪种情况——健康还是不健康的心血管系统?你能解释一下为什么吗?

  • 用一块橡皮泥密封吸管的末端。

  • 将杯子加满红色水至标记处。(如果需要,改进橡皮泥密封,并确保从水位线开始。)

  • 准备好你的秒表!从吸管末端取下橡皮泥密封,并立即启动秒表。当水停止流过吸管时,停止秒表。水停止流出杯子需要多长时间?将时间记录在纸上。

  • 将带有较细吸管的杯子放入托盘中。带有较细吸管的杯子代表哪种情况?你为什么会这样认为?

  • 用一块橡皮泥密封细吸管的末端。

  • 将带有细吸管的杯子加满红色水至标记处。(改进橡皮泥密封,如果需要,添加更多的水。)

  • 从吸管末端取下橡皮泥密封,并立即启动秒表。当水停止流动时,停止秒表。将时间记录在纸上。这次水停止流动需要多长时间?

  • 比较你记录在纸上的两个时间。哪种情况(粗吸管或细吸管)导致血液流动更快更好?你的结果说明冠心病患者的血液流动情况如何?

  • 额外:通过将开始时的水体积(毫升)除以水流出杯子所需的时间来计算你的两个设置(粗吸管和细吸管)中“血液”的流速。这两个数字如何比较?

  • 额外:不要使用两个不同尺寸的吸管,而是使用两个相同的吸管。然后使用橡皮泥“堵塞”其中一根吸管,以模拟动脉内部的斑块堆积。水从吸管中流出的速度会发生什么变化?

结果

你可能正确地猜到,你的血液流动模型中的吸管代表你身体中将血液从心脏输送到器官的动脉。你模型中的红水是流经动脉的血液。测试带有粗吸管的设置模拟了健康的心血管系统,其中动脉没有任何斑块。正如你可能注意到的那样,水从杯子流出的“血液流动”应该相对较快。带有细吸管的第二个设置代表不健康的心血管系统。动脉(吸管)开始被斑块堵塞,因此动脉的直径越来越小。这也意味着在动脉内流动的血液减少,这你应该在活动中观察到。使用较细的吸管,水需要更长的时间才能流出杯子。在冠状动脉疾病的最坏情况下,整个动脉可能会被堵塞,血液无法再流向你的器官。这就是为什么人们在整个生命中进行锻炼和健康饮食很重要,这有助于保持动脉畅通,以保持良好的血液流动。

清理

将红水倒入水槽。如果可能,回收杯子,并将吸管扔进垃圾桶。你可以晾干橡皮泥并重复使用。

更多探索

心脏和循环系统,TeensHealth
视频:心脏和循环系统,来自梅奥诊所
汗水科学:心率如何随着运动而变化?,来自《大众科学》| 预防心脏病,来自哈佛大学公共卫生学院陈曾熙公共卫生学院
面向儿童的 STEM 活动,来自科学伙伴

此活动由科学伙伴合作提供

© . All rights reserved.