Laboration: EKG. Syfte. Materiel. Förberedelser. Syftet med försöket är att studera ett EKG och förklara dess utseende. Bestäm personens puls.

Transkript

1 Laboration: EKG Syfte Syftet med försöket är att studera ett EKG och förklara dess utseende. Bestäm personens puls. Materiel Dator med programvaran LoggerPro, LabQuest, EKG-sensor Förberedelser Mätutrustningen Anslut EKG-sensorns elektroder med speciella elektrodlappar till försökspersonen. Den svarta och den gröna elektroden sätts på högerarmen, den gröna i armvecket och den svarta vid pulsen. Den röda elektroden fästs i armvecket på vänstra armen. TI-Nspire Starta programvaran och anslut labquest och EKG-sensor Alla inställningar är gjorda för upptagningen. Kemi i grundskolan Gunilla Jakobsson

2 Utförande Starta mätvärdesinsamlingen när försökspersonen suttit avslappnad och helt stilla en stund. Om kurvan uppvisar mycket brus rekommenderas du att göra en ny upptagning. Utvärdering Analysera det upptagna EKG-et med stöd av din lärare. Bestäm personens puls med hjälp av EKG-et. Kemi i grundskolan Gunilla Jakobsson

3 EKG - lärarstöd Efter 3 sekunder avslutas mätningen och en graf, liknande nedanstående, dyker upp. P-våg QRS-komplex T-våg Ett typiskt EKG innehåller en P-våg, ett QRS-vågkomplex och en T-våg. De båda markerade topparnas tidskoordinater kan avläsas till 0,56 s och 2,28 s i bilderna ovan. Tidsintervallet är 1,72 s och innehåller tre pulsslag alltså två intervall. Varje intervall är alltså 0,86 s. Kemi i grundskolan Gunilla Jakobsson

4 Pulsen är därför Fakta Hjärtmuskeln är liksom alla andra muskler polariserad i vila. Detta beror på att koncentrationen av natriumjoner är större utanför muskelcellen än inuti den. Det medför att det finns en potentialdifferens mellan utsidan och insidan av cellen på ca 90 mv. Denna skillnad i potential kallas vilopotential. De flesta celler är relativt ogenomträngliga för natriumjoner, men stimulering av en muskelcell gör att permeabiliteten ökar markant. En jonkanal i membranet öppnas och natriumjoner flyter in i muskelcellen. Detta orsakar en omkastning av det elektriska fältet kring cellen följd av en snabb återgång. Denna spänningspuls, orsakad av den snabba förändringen av cellpotentialen från negativ till positiv och tillbaka, kallas aktionspotential. Aktionspotentialen orsakar själva muskelkontraktionen. Det är inte enbart natriumjoner som vandrar ut och in genom cellmembranen. Andra aktiva joner är kaliumjoner, kalciumjoner och kloridjoner. Även elektriskt laddade protein är involverade. I hjärtat börjar depolariseringen i en grupp celler i den övre väggen i högra förmaket. Denna grupp celler betecknas pacemakern eller SA-noden. Depolarisation av pacemakern genererar en ström som leder till depolarisation av andra hjärtmuskelceller. Vågen av depolarisation går från höger förmak till vänster förmak så snabbt att bägge förmaken tycks polariseras samtidigt. Förmak och kammare är elektriskt isolerade från varandra med hjälp av bindväv. Detta medför att depolarisationen av förmaken inte direkt påverkar kamrarna. Det finns emellertid en annan grupp celler i högra förmaket, kallade AV-noden, som genom en grupp ledande fibrer orsakar depolarisationen av kamrarna. I kamrarnas muskelvägg finns muskelfibrer som medverkar till att depolarisationen av alla delar av kamrarna sker samtidigt. Depolarisation av kammare och förmak sker inte samtidigt utan med en viss tidsskillnad som kan registreras. Impulsen från SA-noden medför att förmaket kontraherar och att blod därför pumpas från förmak till kammare. Kort efter förmakens kontraktion sker en kontraktion av kamrarna och blodet lämnar kamrarna för att strömma ut i aortan. Polariteten hos hjärtmuskeln återgår till viloläget och hjärtcykeln startar därefter på nytt. När en del av hjärtat är polariserat och en annan del är depolariserat skapas en elektrisk ström som rör sig genom kroppen. Strömstyrkan är störst då hälften av hjärtat är polariserat och den andra hälften depolariserat. Spänningens variation kan mätas, och förstärkas och en spänningssignal kan registreras av sensorn. Denna graf kallas ett EKG. Ett typiskt EKG visar ett periodiskt förlopp. Vågorna utgår från en baslinje som kallas den isoelektriska linjen. Varje avvikelse från den isoelektriska linjen visar på elektrisk aktivitet. De fem största avvikelserna betecknas P, Q, R, S och T. En hjärtcykel representeras av en grupp vågor som börjar med en P-våg följd av ett QRS-vågkomplex och sluta med en T-våg. P-vågen representerar depolarisationen av förmaken. QRS-vågkomplexet visar på kamrarnas depolarisation. Polarisation av förmaken sker under tiden som kamrarna depolariseras. Därför kan inte förmakens polarisation detekteras på ett EKG. T-vågen slutligen visar polarisationen av kamrarna. Elektrisk aktivitet hos skelettmusklerna kan ses som svaga störningar på ett EKG om den undersökta personen rör sig under mätningens gång. Kemi i grundskolan Gunilla Jakobsson

5 In- och utandning Teori När vi andas in genom näsan kommer inandningsluften att värmas upp, eftersom den inre delen av näsan har en stor area som är rik på blodkärl. Detta hjälper kroppen att hålla en relativt konstant temperatur. Uppvärmningen av luften vid inandningen är bra för lungorna för att undvika nerkylning. Utandningen genom näsan gör att värmeförlusten vid utandningen inte blir så stor. Om vi däremot vid nästäppa blir tvungen att andas både in och ut genom munnen kan den icke uppvärmda luften irritera lungorna och vi får dessutom en värmeförlust. Uppgift Jämför hur mycket näsan värmer upp inandningsluften jämfört med hur mycket som munnen värmer upp den. Förslag till materiel och kemikalier Dator med programmet LoggerPro, LabQuest, en temperatursensor, ett sugrör, gummiband eller tejp. Tips För in temperatursensorn några cm i sugröret. Vik sensorn runt sugröret och tejpa fast den eller sätt fast den med gummiband. Mät först rumstemperaturen under några sekunder. Andas därefter in genom näsan och ut genom sugröret som du har i munnen. Ta ut sugröret. Andas ännu en gång in genom näsan och ut genom munnen och genom sugröret som åter placerats i munnen. Upprepa in- och utandning några gånger och ta reda på skillnaden mellan luftens maximala och minimala temperatur. Upprepa ovanstående i ett nytt försök men andas nu in genom munnen och ut genom sugröret i munnen. Under tiden måste du hålla för näsan. Här hittar du hjälp med det tekniska

6 In- och utandning: Lärarstöd I försöket med inandning genom näsan, den röda kurvan, blir maximala temperaturen 34,99 grader och minimala temperaturen 25,17 grader. Skillnaden blir alltså 9,82 grader, dvs ca 10 grader. I försöket med inandning genom munnen, den blå kurvan, blir maximala temperaturen 33,34 grader och minimala temperaturen 26,78 grader. Skillnaden blir alltså 6,56 grader, dvs ca 7 grader. Det är lämpligt att upprepa de båda försöken för att få ett säkrare resultat. Man får då inte exakt samma värden men temperaturskillnaden vid inandning via näsan blir alltid betydligt större än motsvarande värde för inandning via munnen. Den svala inandningsluften värms alltså upp mera vid passage genom näsan jämfört med munnen.

7 Teknisk hjälp: In- och utandning Koppla temperatursensorn till en LabQuest och anslut till datorn. Fäst temperatursensorn inuti ett sugrör so beskrivits i laborationen. Sensor: temperatur, tid: 50 sekunder, 2 mätningar per sekund. Utförande Starta mätningen genom att trycka Collect. Låt det gå cirka 5 sekunder. Andas därefter in genom näsan, stoppa sugröret i munnen och andas ut genom det. Tag ut sugröret ur munnen och andas in igen. Stoppa in sugröret i munnen och andas ut genom det. Upprepa några gånger under de 50 sekunder som försöket varar. Tryck Experiment, Store Latest Run, för att spara körningen, Vänta tills temperaturen i sensorn åter nått rumstemperatur. Håll för näsan eller sätt en tvättklämma för näsan. Starta mätningen genom att trycka Collect. Låt det gå cirka 5 sekunder. Andas därefter in genom munnen, stoppa sugröret i munnen och andas ut genom det. Tag ut sugröret ur munnen och andas in igen. Stoppa in sugröret genom munnen och andas ut genom det. Upprepa några gånger under de 50 sekunder som försöket varar. Tryck Experiment, Store Latest Run. Tryck Analyze, Statistics och välj den första mätningen. Anteckna den maximala och den minimala temperaturen och beräkna skillnaden. Tryck åter Analyze, Statistics och välj den andra mätningen. Anteckna den maximala och den minimala temperaturen och beräkna skillnaden. Spara filen med Save och ge den lämpligt namn.

8 Mål: Biokemi Laboration: Andning och fotosyntes Uppgift Hur förändras koncentrationen av koldioxid och syrgas då gröna växter utsätts för ljus och när de står i mörker? Kompensera för att växten andas även under fotosyntesen, så att enbart effekterna av fotosyntesen kan studeras. Förslag till materiel och kemikalier: Dator med programmet LoggerPro, LabQuest, koldioxidsensor, syrgassensor, kärl med hål för de båda sensorerna, spenatblad eller några andra blad. Tips: Fyll kärlet med spenatbladen. Sätt i sensorerna och stäng kärlet. Det är bäst att utföra ljusförsöket i solljus. Här hittar du hjälp med det tekniska! Kemi 2 Gunilla och Lars Jakobsson

9 Mål: Biokemi Teknisk hjälp: Andning och fotosyntes Koppla en syrgassensoroch en koldioxidsensor till en LabQuest och anslut till datorn. Gör inställningen tid: 20 minuter, 15 mätning per minut. Utförande: Kalibrera dina sensorer om det behövs. Placera ditt kärl i solen, sätt ner sensorerna och anslut LabQuest och dator Tryck Collect för att starta experimentet i ljus. Efter 20 minuter, när mätningen är färdig, gör du det helt mörkt för växterna genom att t ex lägga ett mörkt tyg över kärlet.tryck Collect, Store LatestRun. Nu registreras förändringarna i mörker. Efter ytterligare 20 minuter ser du resultatet av ditt experiment i mörker. Jämför de båda graferna, den i ljus och den i mörker för såväl syre som koldioxid. Försök lista ut hur du kan få en uppfattning om vad enbart fotosyntesens gör, med tanke på att även en fotosyntetiserande växt behöver andas. Beakta både syrekoncentrationen och koldioxidkoncentrationen. Kemi 2 Gunilla och Lars Jakobsson

10 Mål: Biokemi För att skapa en ny kolumn väljer du Data, New CalculatedColumn. Skriv in ett lämpligt namn på din nya variabel och tänk ut vad det ska stå i rutan Equation. Klicka på Variables, Chose SpecificColumn för att välja lämpliga variabler. Stäng detta fönster. Kemi 2 Gunilla och Lars Jakobsson

11 Mål: Biokemi Upprepa för koldioxidproduktionen om du tidigare behandlat syrgasproduktionen. Stäng detta fönster. Klicka på variablernas namn i grafenoch ändra till dina nya variabler. Även graderingarna måste ändras för att man ska kunna se resultatet. Kemi 2 Gunilla och Lars Jakobsson

12 Mål: Biokemi Lärarstöd Andning och fotosyntes Resultatet av ett experiment ses nedan. Till en början mättes effekterna av ljusreaktionen, vilket syns som den tunna linjen i grafen. Därefter mörklades kärlet med växterna och effekterna av mörkerreaktionen mättes. I mörker sker endast andningen, medan både andning och fotosyntes sker i ljus. Man kan se att andningen kräver syrgas och producerar koldioxid. Ljusreaktionen är mera komplex, men summan av både andning och fotosyntes gör att det produceras syrgas och förbrukas koldioxid. För att ta reda på bidraget från fotosyntesen kan man subtrahera resultatet av mörkerreaktionen från resultatet av ljusreaktionen. De nya variablerna benämndes här O2- korr och CO2-korr Resultatet av subtraktionen, dvs. resultatet av enbart fotosyntesen ses nedan. Kemi 2 Gunilla och Lars Jakobsson

13 Mål: Biokemi De två reaktionernas grafer är så gott som spegelbilder av varandra. Kemi 2 Gunilla och Lars Jakobsson

14 Hudtemperatur Teori Det är viktigt att temperaturen i kroppen är konstant. En höjning eller sänkning på bara några grader påverkar oss mycket. Vår kropp strävar därför mot att temperaturen på huden ska hållas relativt konstant. Om vi under en kort stund sänker temperaturen på en del av kroppen kommer den att relativt fort att återfå sin normala temperatur. Detta går emellertid olika fort på olika delar av huden. Uppgift Jämför hur olika delar av huden återfår sin normala temperatur efter att ha blivit nerkyld under en kort tid. Förslag till materiel och kemikalier Dator med programmet LoggerPro, LabQuest, en temperatursensor och is. Tips Jämför till exempel huden på ovansidan av underarmen med armvecket. Ta reda på vad den normala temperaturen är. Kyl därefter ned huden med en isbit under cirka 30 sekunder. Torka av huden och undersök hur fort huden återfår sin normala temperatur. Här hittar du hjälp med det tekniska Utvidgning Ta reda på viken temperatur olika delar av kroppens hud har. Ge en rimlig förklaring till skillnaderna.

15 Hudtemperatur: Lärarstöd I ovanstående diagram visas samtliga upptagningar. Temperaturen hos proben stiger exponentiellt från dess ursprungliga temperatur upp mot hudens temperatur i samtliga fall. Den övre blå kurvan temperaturen i armvecket. Den röda kurvan visar temperaturen på ovansidan av underarmen, Den gröna kurvan visar hur temperaturen stiger hos den nedkylda delen av underarmen och den understa, orange kurvan, visar hur temperaturen stiger hos det kylda armvecket. Som av de båda senare kurvorna är förändringarna större på grund av nedkylningen men samtidigt framgår tydligt att återhämtningen sker snabbare då temperaturen mäts i armvecket.

16 Teknisk hjälp: Hudtemperatur Koppla temperatursensorn till en LabQuest och anslut till datorn. Sensor: temperatur, tid: 100 sekunder, 2 mätningar per sekund. Utförande Håll temperatursensorn mot ovansidan av underarmen. Eventuellt kan du tejpa fast sensorn. Tryck Collect och bestäm på så sätt temperaturen på huden. Ta bort sensorn och håll en isbit mot samma del av huden i 30 sekunder. Torka försiktigt. (Gnugga inte eftersom friktionen påverkar hudens temperatur.) Håll temperatursensorn mot den kylda delen av huden och tryck Collect. När de 50 sekunderna har gått väljer du Experiment, Store Latest Run. Håll temperatursensorn i armvecket. Vänta en stund tills temperaturen stigit och håller sig relativt konstant. Tryck Collect och bestäm temperaturen på denna del av huden. Ta bort sensorn och håll en isbit mot armvecket i 30 sekunder. Torka försiktigt. Håll temperatursensorn mot den kylda delen av huden och tryck Collect. När de 50 sekunderna har gått väljer du Experiment, Store Latest Run. Studera kurva 2 och kurva 4. De visar hur huden värms upp efter nedkylningen. Välj en del av grafen där båda är relativt linjära genom att klicka med musen den vänstra punkten och dra till den högra. Välj Analyze, Linear Fit och sätt en bock i mätning 2 och 4. Tryck OK. Jämför värdet på lutningen hos de två kurvorna. Dra slutsatser

17 Laboration: Djur i bur Uppgift Bestäm förhållandet mellan syrgasupptagandet och koldioxidavgivandet hos ett litet djur. Vad tror du att kvoten ska bli? Förslag till materiel och kemikalier: Dator med programmet LoggerPro, LabQuest, syrgassensor, koldioxidsensor, kärl med hål för de båda sensorerna, ett litet djur, t ex ett bi eller en fluga. Tips: Stäng in djuret i kärlet och mät hur mycket syrgas det konsumerar och hur mycket koldioxid det producerar under en viss tid. I bilden ovan ser du ett bi instängt i kärlet. Här hittar du hjälp med det tekniska! Gunilla Jakobsson

18 Lärarstöd - Djur i bur Resultatet efter 20 minuter ses nedan. Det lilla djuret, biet, producerade koldioxid och förbrukade syre. Eftersom koldioxidhalten blev så hög avbröts försöket efter 20 minuter. En människa skulle mått väldigt dåligt vid så hög koldioxidkoncentration. Biet kunde inte visa detta, men överlevde, släpptes ut och flög ut i friheten efter de 20 minuterna. Koldioxidsensorn var inställd på mätning ppm, så några högre värden skulle inte kunnat registreras. Mängden koldioxid som bildades var ppm, dvs 0,01, dvs 1 %. Mängden syrgas som förbrukades var cirka 0,7 %. Kvoten mellan förbrukad mängd syre och bildad mängd koldioxid är alltså 0,7/1, dvs 0,7. Gunilla Jakobsson

19 Eftersom de båda kurvorna tycktes linjära, gjordes en lineär regression genom att trycka på linjeknappen i knappraden. Lutningarna på de två linjerna avlästes. Koldioxiden ökade med 456,1 ppm/min dvs. 0,04561 % per minut. Syret minskade med 0,03422 % per minut. Kvoten mellan syreåtgången och koldioxidproduktionen kallas den respiratoriska kvoten och blir i detta fall, vilket är ett rimligt resultat. Om biet skulle enbart brutit ner kolhydrater skulle kvoten blivit ett. Gunilla Jakobsson

20 Teknisk hjälp: Djur i bur Koppla en syrgassensorer och en koldioxidsensor till en LabQuest och anslut till datorn. Anslut en syrgas-sensor till kanal 1 och en koldioxidsensor till kanal 2. Sensorer: syrgas och koldioxid, tid: 60 min, 1 mätning per sekund. Utförande: När djuret är placerat i burken och den är tillsluten trycker du Collect för att börja mätningen.

21 Mål: Biokemi Laboration: Groende ärtor Uppgift Hur förändras koncentrationen av koldioxid och syrgas då ärtor gror? Förslag till materiel och kemikalier: Dator med programmet LoggerPro, LabQuest, koldioxidsensor, syrgassensor, kärl med hål för de båda sensorerna, gula ärtor. Tips: Häll ärtor och vatten i kärlet med proberna. Ett lämpligt mängdförhållande är 1 dl ärtor och 1 dl vatten. Stäng kärlet. Det tar cirka en timme innan ärtorna börjar gro. Det är därför lämpligt att vänta med att starta mätningen cirka en timme och därefter följa reaktionen under minst en timme. Här hittar du hjälp med det tekniska! Kemi 2 Gunilla och Lars Jakobsson

22 Teknisk hjälp: Groende ärtor Koppla en syrgassensor och en koldioxidsensor till en LabQuest och anslut till datorn. Öppna mallen ärtor mall eller gör motsvarande inställningar. Sensorer: 1 koldioxid, 1 syrgas, tid: 2 h, 1 mätning per sekund. Utförande: Tryck Collect för att starta experimentet. Kemi 2 Gunilla och Lars Jakobsson

23 Lärarservice - Groende ärtor Materiel: Dator, LabPro, koldioxidsensor, spänningsstabilisator, batterieliminator, syrgassensor, kromatografikärl eller annat kärl med lock och med hål för sensorerna. Kemikalier: Gula ärtor, vatten. Syfte: Bestäm hur koncentrationen av syrgas och koldioxid förändras då ärtor gror. Mall: Koppla samman dator, LabPro, syrgassensor och koldioxidsensor. Öppna mallen ärtor mall eller gör motsvarande inställningar. Sensorer: 1 koldioxid, 1 syrgas tid: 2 h, en mätning per sekund. Utförande: Häll cirka 1 dl gula ärtor och 1 dl vatten i kärlet. Förslut kärlet. Vänta cirka en timme. Tryck Collect. Jämför förändringarna i syrekoncentration och koldioxidkoncentration. Förklara resultatet. Upptäck kemi och biologi med LabPro Gunilla och Lars Jakobsson

24 Efter 2 timmar kan man få följande typiska resultat. Syrgaskoncentrationen minskade på två timmar från 17,44 % till 17,09 %, dvs. 0,35 procentenheter. Koldioxidkoncentrationen ökade från 332 ppm till 2828 ppm, dvs. 0,25 procentenheter. Man behöver inte följa förändringen under så lång tid. Redan efter en timme syns ett tydligt resultat. I ärtor finns ett speciellt lager av proteinrika celler just innanför skalet. När ärtan tar upp vatten kommer det att produceras ett växthormon, gibberlin, som diffunderar till det speciella cellagret. Där bildas då åtskilliga enzym, bland annat amylas som bryter ner stärkelse till socker. Sockret kommer att användas då ärtorna gror. Då sockret bryts ner, åtgår syre och bildas koldioxid. Det frigörs också energi i form av värme. Upptäck kemi och biologi med LabPro Gunilla och Lars Jakobsson

25 Laboration: Hjärtfrekvens Uppgift Undersök hur din hjärtfrekvens påverkas av motion, av att hålla andan, av att hyperventilera, av att ha ansiktet (speciellt pannan) i kallt vatten, av att dricka kaffe, te, Coca Cola. Förslag till materiel och kemikalier: Dator, LabQuest, hjärtfrekvenssensor. Tips: Koppla samman dator, LabQuest och hjärtfrekvenssensorn. Spänn fast bältet runt bröstkorgen, så att POLAR-märket kommer utåt och rakt fram. Ta lite saliv eller saltlösning mellan märket och huden. Håll sensorn framför märket. Avståndet kan vara upp till 80 cm. Det går bra att mäta genom kläderna. Utför olika aktiviteter och studera resultatet Här hittar du hjälp med det tekniska! Kemi i grundskolan Gunilla Jakobsson

26 Teknisk hjälp: Hjärtfrekvens Koppla samman dator, LabQuest och hjärtfrekvenssensorn. Utförande: Spänn fast bältet runt bröstkorgen, så att POLAR-märket kommer utåt och rakt fram. Ta lite saliv eller saltlösning mellan märket och huden. Håll sensorn framför märket. Avståndet kan vara upp till 80 cm. Det går bra att mäta genom kläderna. Tryck Collect. Vänta 30 sekunder. Därefter visas hjärtfrekvensen. Utför olika aktiviteter och studera resultatet.

27 Hjärtfrekvens - Lärarstöd Vid mättillfället har försökspersonen en hjärtverksamhet på mellan 60 och 70 bpm. Vid de markerade tillfällena höll försökspersonen andan (modell av hypoventilering). Hjärtfrekvensen sjönk då till cirka 55 bpm. Efter cirka 7,5 minuter andades försökspersonen kraftigt och frekvent (modell av hyperventilering) och hjärtfrekvensen gick upp till 110 bpm. Kemi i grundskolan Gunilla Jakobsson