Zielgruppe: Sekundarstufe I • Erfahrungen/eingesetzt in: Klasse 7 und 9, Gymnasium
Zeitbedarf: 1 Stunde • Stichworte: Blutdruck, Aorta
Windkesselfunktion der Aorta [UE|MA]
Einstieg und Eingangsvoraussetzungen
Im Idealfall hat man in der vorherigen Stunde mit den Schülern Blutdruck gemessen und hat nun entsprechende Werte, die (entweder exemplarisch oder als Mittelwert) in der dortigen Einstiegsfolie eingetragen werden. Falls diese Werte nicht vorliegen oder man auf das Eintragen verzichtet hat, lässt sich die Einstiegsfolie nutzen, in den typische Werte (120/80) vorgegeben wurden:
Die Erarbeitung der Inhalte sollte nach der Stunde zum Blutdruck keine Schwierigkeiten bereiten, da hier die gleiche Folie ohne gemessene Arterienwerte genutzt wurde, andernfalls muss man insbesondere in der 7. Klasse mit mehr Zeit zur Erarbeitung rechnen.
Da der Blutdruck nicht wie oft vermutet absinkt sondern in der Diastole ansteigt, ergibt sich die Problemfrage.
Mögliche Fragen
• Was führt zum Anstieg des Blutdrucks in der Diastole?
• Wieso verändert sich der Blutdruck zwischen Herz und Arterie?
Mögliche Hypothesen (Lösungplanung I)
• Das Blut hat nicht genug Zeit um an Druck zu verlieren, da das Herz gleich wieder schlägt
• Gefäße werden enger
• Adern ziehen sich zusammen/Adern übernehmen Pumpfunktion/Aorta enthält "Druckgeber"/…
• …
Überprüfungsmöglichkeiten (Lösungsplanung II)
Beobachtung der Aorta (Abschnitte vor dem Messpunkt).
Erarbeitung
Die Aorta besitzt einen elastischen Abschnitt, der bei starkem Druck (Systole) gedehnt wird und Blut aufnimmt und es dann mit dem Druck der gedehnten Stelle in der Diastole wieder abgibt.
Mit einem Modellversuch lässt sich das Windkesselprinzip zeigen. Die Modell werden an einen Wasserhahn angeschlossen, der in kurzen Abständen geöffnet und geschlossen wird. Zuerst wird ein Modell ohne elastischen Teil gezeigt, es wird deutlich, dass die Druck bei geschlossenem Hahn (=Diastole) auf 0 absinkt, kein Wasser strömt aus. Im zweiten Durchgang wird ein Modell mit einem integrierten Luftballon eingesetzt, hier wird deutlich, dass der Luftballon mit Wasser gefüllt wird (=Systole) und es später mit Druck abgibt, so dass offensichtlich der Druck höher als 0 sein sollte.
Hier können Sie den Modellversuch im Film (Flash wird benötigt) sehen (Hinweis: Die ersten 5 Sekunden sind schwarzgeschaltet):
Eine Bauanleitung für das Modell finden am Ende des Artikels. Grundsätzlich können Sie die Modelle auch so bauen, dass sie mit Luft funktionieren, so können die Schüler den Versuch selbst durchführen.
Falls Sie den Modellversuch nicht durchführen möchten, habe ich den obigen Film unten auch zum Download bereitgestellt.
Die Schüler analogisieren nun Modell und Realität. Aus der Herzpräparation ist noch bekannt, wie flexibel sich die Aorta an der Basis angefühlt hat.
Sicherung
Neben den Ergebnissätzen bietet sich das folgende Tafelbild an:
Es sollte dann auch noch geklärt werden, woher der Begriff Windkessel kommt. Dazu können Sie das entsprechende Arbeitstransparent nutzen, das den Druckausgleich in einem Rohrsystem zeigt:
Anschlussmöglichkeiten
Neach einer abschließenden Modellkritik bietet es sich an den Druckverlauf in den Kapillaren zu verfolgen (geringer Druck und Fließgeschwindigkeit - was sind Ursache und Funktion?).
Im Sinne kumulativen Lernens können die erarbeiteten Inhalte an das Basiskonzept Struktur und Funktion angebunden werden.
Bau des Modells
Das Modell lässt sich in kürzester Zeit mit einfachsten Mitteln selbst bauen. Die Teile bekommt man in jedem Baumarkt.
Material:
• Plastikschläuche verschiedener Durchmesser zum Zusammenstecken
• Klebstoff zum Abdichten und Verkleben
• Luftballon
• Kreppband, Draht o.ä. zum Befestigen des Ballons an den Schläuchen
Den Bau sehen Sie unten im Video (Flash erforderlich):
Sollten Sie Schülermodelle zum Aufpusten bauen wollen, muss der Durchmesser am Ende des Modells weiter verkleinert werden, so dass die Luft genug zurück gehalten wird, um den Ballon aufzupusten. Um die Luftströmung sichtbar zu machen, können die SuS gegen ein hängendes Blatt Papier pusten oder in ein mit Wasser gefülltes Glas.
Download
AT Blutdruck mit Werten (PDF)
AT Windkesselprinzip technisch (PDF)
TA Windkessel Aorta (PDF)
Film Modellversuch Windkesselprinzip (ZIP)
Hinweise zum Film: Der Film ist 24 MB groß, er liegt als H.264-kodierte Quicktime-Datei vor, wer Windows oder Linux einsetzt und Quicktime nicht installieren möchte bzw. kann, kann auch VLC zum Abspielen verwenden. Beachten Sie den Beipackzettel in der Zip-Datei, er gibt u.a. die genauen Zeiten der einzelnen Clips an.