ابنِ نموذجًا لتدفق الدم

مشروع علمي طبي من ساينس باديز

• بقلم ساينس باديز، سفينيا لونر

تعلَّم كيف تنقل أجسامنا الدم عن طريق بناء نموذج لعمل جهاز الدورة الدموية، في حالتي المرض والصحة. Credit: George Retseck

المفاهيم الأساسية

علم الأحياء
الصحة
الطب
جهاز الدورة الدموية

مقدمة

لماذا يجب علينا تناوُل الطعام الصحي وممارسة الرياضة؟ هذه الأمور تجعل دمك يستمر في التدفق جيدًا عبر جهاز الدورة الدموية، وهو أمرٌ أساسي للمحافظة على صحتك. تتمثل وظيفة الدورة الدموية في نقل الدم عبر القلب والأوردة والشرايين، لتزويد الجسم بالأكسجين والعناصر المغذية. وإذا كان الدم لا يتدفق كما ينبغي، فقد يؤثر ذلك على صحتك سلبًا. في هذا النشاط، ستعرف ما يحدث لتدفق الدم في أجسام الأشخاص الذين تتأثر أجهزة الدورة الدموية لديهم بحالةٍ تسمى مرض الشريان التاجي.

معلومات أساسية

يحتاج كل جزء من جسم الإنسان إلى التزود بالأكسجين والمواد المغذية. وهذه المهمة ينجزها جهاز الدورة الدموية في الجسم، والذي يُسمَّى أيضًا بالجهاز القلبي الوعائي (يتضمن القلب والأوردة والشرايين). ينقل الدم الأكسجين والعناصر المغذية بحركته عبر الشرايين، ويوصلها إلى الأجزاء الأخرى من الجسم. ويعمل القلب كمضخةٍ قوية، تولِّد القوة اللازمة لتحريك الدم في الدورة الدموية. تحمل الشرايين الدم من القلب إلى الرئتين، حيث يُشبَّع بالأكسجين، ومن ثم إلى أعضاء الجسم. ثم تعيد الأوردة الدم إلى القلب. وعندما يحدث خللٌ ما في جهاز الدورة الدموية، قد يؤدي ذلك إلى عواقب صحية خطيرة.

المشكلة الأكثر شيوعًا في جهاز الدورة الدموية اليوم هي مرض الشريان التاجي (وتُسمَّى أيضًا مرض القلب التاجي). يحدث مرض الشريان التاجي بسبب تراكم الكُوليسترول وموادَّ أخرى في الشرايين، تُسمَّى الترسُّبات الدهنية أو اللويحات. وبمرور الوقت، تزداد سماكة الترسبات الدهنية، وتصبح الشرايين أضيق. ومع ضيق الشرايين، لا تستطيع أن تنقل كمية الدم نفسها إلى أعضاء الجسم. ويمكن أن يؤدي انخفاض كمية الدم المشبع بالأكسجين إلى العديد من المشكلات الصحية.

في هذا النشاط، ستصنع نموذجًا لما يحدث لتدفُّق الدم عندما تضيق الشرايين بسبب مرض الشريان التاجي. ستفعل ذلك عن طريق مقارنة تدفق الدم عبر قشات مص (تمثل الشرايين) ذات أقطارٍ مختلفة. وبالطبع لن تستخدم دمًا حقيقيًّا، بل ماءً مُلوَّنًا بدلًا منه!

المواد المستخدمة

• كوبان بلاستيكيان من الأكواب غير القابلة لإعادة الاستعمال، سعة الواحد منهما 16 أونصة (473 ملليلترًا تقريبًا).
• قشتا مص، كل واحدة لها قطر مختلف.
• صلصال.
• ساعة توقيت.
• صينية أو حوض غير عميق (يكفي لاحتواء أكثر من 16 أونصة من الماء).
• ماء.
• مُلوِّن طعام أحمر.
• كوب قياس (مُدرَّج بالملليلتر).
• مقص.
• قلم تحديد دائم.
• ورق.
• مساحة عمل لا تتأثر بانسكاب السوائل.
• مساعد بالغ.

التحضير

• قِس 400 ملليلتر من الماء، وصبها في الكوب البلاستيكي الأول. ضع علامةً عند مستوى الماء على السطح الخارجي للكوب باستخدام قلم التحديد الدائم. ثم ضع علامةً على الكوب الآخر عند الارتفاع نفسه. والآن أفرِغ الكأس من الماء.
• اطلب مساعدة شخص بالغ لاستخدام المقص بحذر، واصنع ثقبًا في جانب كل كوب، على ارتفاع حوالي بوصة واحدة (2.54 سنتيمتر) من قاع الكوب. ووسِّع الثقبين ليتسع كل واحدٍ منهما لإحدى قشَّتَي المص.
• اقطع جزءًا طوله بوصتان (5.08 سنتيمترات) تقريبًا من كل قشة مص. ما الذي تمثله قشات المص في نموذج تدفُّق الدم الذي تصنعه؟
• أدخل قشَّتَي المص في الثقبين، وتأكد من أنَّهما غير مضغوطتين. واحرص على أن تميل قشتا المص نحو الأسفل خارج الكوب؛ لكي يتدفق الماء منها بسهولة.
• استخدم الصلصال لسد أي فراغات في الثقبين المحيطين بقشَّتَي المص من داخل الكوب وخارجه.
• حضِّر لترًا واحدًا من الماء، وأضف ملوِّن الطعام الأحمر إليه. ماذا يمثل الماء الأحمر في نموذج تدفُّق الدم الذي تصنعه؟

الطريقة

• ابدأ بوضع الكوب المُزوَّد بقشة المص الأوسع في الصينية. ما هي الحالة التي تعتقد أنَّ هذا الكوب يمثلها: جهاز قلبي وعائي سليم أم مريض؟ هل تستطيع أن تشرح السبب؟
• سد نهاية قشة المص بقطعة من الصلصال.
• املأ الكوب بالماء الأحمر حتى العلامة التي رسمتها بقلم التحديد. (أضف المزيد من الصلصال إذا وجدت أي تسريباتٍ من الثقب، وتأكد من وصول الماء إلى العلامة قبل بدء التجربة).
• جهِّز ساعة التوقيت. وأزِل سدادة الصلصال من نهاية قشة المص، وشغِّل الساعة على الفور. ثم أوقفها عندما يتوقف تدفق الماء من قشة المص. كم الوقت الذي استغرقه تدفُّق الماء من الكوب؟ سجِّل الوقت على قطعة من الورق.
• ضع الكوب المُزوَّد بقشة المص الأضيق في الصينية. ما الحالة التي يمثلها هذا الكوب؟ ولماذا تعتقد ذلك؟
• سد نهاية قشة المص بقطعة من الصلصال.
• املأ الكوب حتى العلامة بالماء الأحمر. (أضف المزيد من الصلصال إذا وجدت أي تسريباتٍ من الثقب، وأضِف المزيد من الماء إن كانت هناك حاجة إلى ذلك، حتى يصل الماء إلى العلامة قبل بدء التجربة).
• أزِل سدادة الصلصال من نهاية قشة المص، وشغِّل ساعة التوقيت على الفور. أوقِف ساعة التوقيت عندما يتوقف تدفق الماء من قشة المص، ثم سجل الوقت على قطعة من الورق. كم من الوقت استغرق تدفُّق الماء هذه المرة؟
• قارن بين الوقت الذي سجلته على ورقتك في الحالتين. ما الحالة (القشة الأوسع أم الأضيق) التي كان تدفق الدم فيها أسرع وأفضل؟ وما الذي تشير إليه النتائج التي توصلت إليها فيما يتعلق بتدفق الدم عند الأشخاص المصابين بمرض الشريان التاجي؟
• نشاط إضافي: احسب معدلات تدفق «الدم» في كلتا الحالتين (القشة الواسعة والقشة الضيقة) عن طريق قسمة حجم الماء بالملليلترات عند البدء على الوقت الذي استغرقه تدفُّق الماء من الكوب. كيف يبدو الرقمان عند مقارنتهما؟
• نشاط إضافي: بدلًا من استخدام قشتَي مص لهما قطران مختلفان، استخدم قشتين متطابقتين. ثم استخدم الصلصال في «سد» إحداهما، لتُحاكي تراكُم الترسبات الدهنية داخل الشرايين. ماذا يحدث لسرعة الماء الذي يتدفق من قشة المص؟

النتائج

كما خمَّنت على الأرجح، تمثل قشتا المص في نموذج تدفق الدم الذي صنعته شرايين جسمك، التي تنقل الدم من قلبك إلى أعضاء الجسم. والماء الأحمر يمثل الدم الذي يتدفق عبر الشرايين. والتجربة التي أجريتها باستخدام قشة المص الواسعة تُحاكي الجهاز القلبي الوعائي عندما تخلو شرايينه من الترسبات الدهنية. وكما لاحظت فإنَّ «تدفق الدم» من الكوب كان سريعًا نسبيًّا. أمَّا استخدام قشة المص الضيقة فيحاكي الجهاز القلبي الوعائي في حالة المرض. يبدأ الشريان (قشة المص) بالانسداد بالترسُّبات الدهنية، وهكذا يصبح قطر الشريان أصغر فأصغر. هذا يعني أيضًا تدفًّق كميةٍ أقل من الدم في الشريان، وهذا ما يجب أن تكون قد لاحظته في النشاط. وفي حالة قشة المص الضيقة أيضًا يستغرق الماء وقتًا أطول بكثير ليتدفق خارجًا من الكوب. وفي أسوأ حالات مرض الشريان التاجي، قد ينسد الشريان بكامله، بحيث لا تتدفق أي كمية من الدم إلى أعضاء جسمك بعد ذلك. هذا هو سبب أهمية ممارسة الرياضة وتناول الطعام الصحي طوال الحياة، لأنَّه يساعد على إبقاء الشرايين مفتوحةً ليتدفق الدم جيدًا.

نظِّف المكان

اسكب الماء الأحمر في الحوض. وأعد تدوير الكوبين إن أمكن، وألقِ قشَّتَي المص في سلة المهملات. ويمكنك تجفيف الصلصال وإعادة استخدامه.

More to Explore

Heart and Circulatory System, TeensHealth
Video: Heart and Circulatory System, from Mayo Clinic
Sweaty Science: How Does Heart Rate Change with Exercise?, from Scientific American|
Preventing Heart Disease, from the Harvard T.H. Chan School of Public Health
STEM Activities for Kids, from Science Buddies

هذا النشاط مُقدَّم لك بالاشتراك مع ساينس باديز.