Arbeitsblatt: UNterrichtseinheitsplanung Blut und Herz

Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker Die Aufgaben des Blutes und die Funktionsweise des Herzens Eine Unterrichtseinheitsplanung von Andreas Lanker Seite 1 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker InhaltsverzeichnisToc314504434 1. Bedingungen. 3 1.1 Schüler 3 1.2 Lehrplan 3 1.3 Situation 3 2. Thematik 3 2.1 Wichtige Aspekte . 3 2.2 Sinn und Bedeutung 4 2.3 Grösserer Zusammenhang 4 2.4 Sachliches Vorwissen 5 2.5 Wichtige Begriffe: 5 2.6 Geschichte 6 2.7 Beziehungen zwischen einzelnen Teilthemen . 6 2.8 Literatur, empirische Daten, Quellen . 6 3. Begründungen 7 3.1 Fachwissenschaftliche Bedeutung 7 3.2 Gegenwartsbedeutung 7 3.3 Zukunftsbedeutung 7 4. Lernziele, Zugänge und Überprüfung . 8 4.1 Lernziele 8 4.2 Zugänge 8 4.3 Überprüfung 9 5. Inszenierung . 10 5.1 Grobplanung 10 5.2 Lektionsplanung 12 6. Anhang . 13-27 Seite 2 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker 1. Bedingungen 1.1 Schüler Da ich selbst keine Klasse unterrichte, schreibe ich meine Planung für eine fiktive Klasse, wie ich sie selbst in etwa erlebte. Die 2. Klasse an einem Gymnasium umfasst 20 Schülerinnen und Schüler im Fach Biologie. Die Schüler sind grösstenteils interessiert und das Klima ist angenehm. 1.2 Lehrplan Der Lehrplan des Gymnasiums Kirschgarten als Beispiel sieht für die 2. Klasse des Gymnasiums im Bereich „Gesundheit und Krankheit vor, dass die Aufgabe des Blutes und die Funktionsweise des Herzens von den Schülerinnen und Schüler verstanden werden. Die detaillierten Lernziele werden vermutlich von den jeweiligen Lehrpersonen formuliert. 1.3 Situation Die Klasse hat pro Woche drei Stunden Biologie, wobei eine Doppelstunde und eine Einzellektion. Aus dem persönlichen Bezug der Schüler zum Thema erhoffe und erwarte ich mir eine relativ hohe Motivation der Schüler, da sich viele Phänomene am eigenen Leib beobachten lassen. Das Thema ‚Blut und Herz‘ soll in vier Doppelstunden behandelt werden, wobei in den Einzellektionen jeweils andere oder verwandte Inhalte behandelt werden. Am idealsten würde sich ein relativ grosses und modern eingerichtetes Zimmer eignen, um verschiedene Medien einsetzen zu können und damit genügend Raum für Gruppenarbeiten zur Verfügung steht. 2. Thematik 2.1 Wichtige Aspekte In 4-5 Doppelstunden werden folgende wichtige Aspekte zum Thema Blutkreislauf und Herz behandelt. Als erstes soll den Schülern klar werden, welche Aufgaben und Funktionen das Blut hat und wie wichtig es für das Leben allgemein ist. Wichtig sind die Zusammenhänge mit dem Immun-, sowie dem Hormonsystem, der Ernährung und der Energiebereitstellung im Allgemeinen, welche wir uns in den folgenden Lektionen aneignen. Das Herz als unermüdlicher Muskel, welches alle Abläufe am Seite 3 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker Leben hält lernen die Schüler in der vierten Doppellektion kennen und führen zum besseren Verständnis und zur Veranschaulichung eine Sektion eines Schweineherzens durch. Zum Schluss gilt es die zwei Themenbereiche zu verknüpfen. Dabei liegt der Schwerpunkt auf dem Herz-Lungen-Kreislauf, sowie den Herzkranzgefässen, die das Herz mit Sauerstoff versorgen und was passiert, wenn diese Versorgung gestört ist, Stichwort ‚Herzinfarkt‘. 2.2 Sinn und Bedeutung Vielfach wird der menschliche Körper als analoges System zum Auto gesehen. Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor benötigt unser Körper jedoch statt Benzin eine ausgewogene Ernährung als „Treibstoff. Wie nun die Stoffe im Körper transportiert werden, durch welche „Schläuche was fliesst und was das ganze System antreibt, gilt es in diesem Vergleich zu entdecken. In vielfacher Hinsicht wäre das Leben ohne Blut oder etwas ähnliches nicht möglich und das Herz als Pumpe kommt schon bei primitiven Arten vor und entwickelte sich immer weiter, bis es zu einem perfekt funktionierendem Organ oder Muskel wurde, der das ganze Leben lang nie ermüdet. Um Stoffwechselvorgänge im Körper zu ermöglichen müssen Stoffe über zum Teil weite Strecken transportiert werden, wofür ein Transportmedium unumgänglich ist. Weshalb das Blut so aufgebaut ist, wie es ist und weshalb es bei einem Schnitt gerade rot ans Tageslicht strömt und nicht etwa Blau wie die Adern, die wir von aussen sehen, ist nur eine Frage, die die Schüler mit Bestimmtheit interessiert und die sie beantworten möchten. 2.3 Grösserer Zusammenhang Um den menschlichen Körper, mit dem wir das ganze Leben lang leben dürfen und seine Funktionen zu verstehen, gilt es die grössten physiologischen Bereiche zu verstehen und auch fächerübergreifend zu schauen, wo die spezifische Thematik sonst noch auftritt. Tatsächlich gibt es Tiere ohne Herz oder Blut und wie hat man eigentlich herausgefunden, welche Funktion das Blut hat? Der rote Lebenssaft kann auch gespendet werden, um anderen Menschen zu helfen, jedoch treten unterschiedliche Blutgruppen auf, wobei man diese nicht einfach mischen kann. Ein ähnlicher Fall stellt die Transplantation von noch funktionstüchtigen Herzen dar. Doch ist für viele klar, dass das Herz nicht bloss ein Organ oder ein Muskel ist, Seite 4 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker sondern vielmehr einen Teil des Menschen, mit dem wir fühlen und Emotionen verarbeiten. Ethische Diskussionen über solche Eingriffe erscheinen unumgänglich. 2.4 Sachliches Vorwissen Meist wissen die Schüler schon einiges über den Blutkreislauf und seine Pumpe. Genaueres ist jedoch mit Sicherheit nicht vorhanden. In der Geschichte und Literatur spielen das Herz und auch das Blut immer wieder wichtige Rollen. Betrachtet man die biochemischen Abläufe, die mit dem Blut zusammenhängen, sind chemische Kenntnisse erforderlich. Ionentransport, Diffusion und Osmose, Konzentrationsänderungen, PH sind nur einige Stichworte, die aus der Chemie kommen und für das Thema eine grosse Relevanz haben. 2.5 Wichtige Begriffe: Thema Blut: Erythrozyten, Granulozyten, Thrombozyten, Plasma, Hämoglobin, Gasaustausch, Affinität, Sauerstoff, Kohlendioxid, Glukose, Insulin Thema Herz: Ventrikel, Atrium, Herzklappen, Phasen der Herztätigkeit, Aorta, Arterien, Venen, Lungenarterie, Herzkranzgefässe, Angina pectoris, Herzinfarkt, Arteriosklerose, Systole, Diastole, Sinusknoten, Schrittmacher, Bypass Seite 5 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker 2.6 Geschichte Das Blut wurde schon früh als „Lebenssaft bezeichnet, lange wusste man jedoch die genauen Aufgaben und Funktionen des Blutes nicht. Auch das Herz galt früher als geheimnisvoll und als ein sehr symbolisches Organ, welches als Inbegriff für die Liebe und Kraft galt. So wurden beispielsweise schon im Mittelalter die Herzen der Frauen erobert und in den Schlachten die Herzen der starken Männer durchstochen. Tatsächlich wurde erst im 17. Jahrhundert von umstrittenen Anatomen die Funktion und Aufgaben des Herz- und Blutkreislaufs entdeckt. Erstmals konnte mit primitiven Mitteln der Blutdruck gemessen werden und nach und nach verbesserten sich die Instrumente und man begann das System ‚Körper‘ immer besser zu verstehen. 2.7 Beziehungen zwischen einzelnen Teilthemen Das Blut und auch das Herz stehen mit vielen anderen Bereichen und Funktionen des menschlichen Körpers im Zusammenhang und erhalten dadurch eine grosse Wichtigkeit im Bereich der biologischen, humanphysiologischen Allgemeinbildung. 2.8 Literatur, empirische Daten, Quellen Als wichtigste Informationsquelle sehe ich vielfach in der Biologie, so auch in diesem Themenbereich den Campbell. Ergänzend und aktueller steht sicherlich das Internet immer zur Verfügung, wobei man unbedingt auf die Qualität der Quellen achten muss. Praxisorientierte Zeitschriften aus der Medizin oder aus der Biologie erleichtern die Suche und geben gute Ideen für den Unterricht. Dazu fällt mir konkret die Zeitschrift „Unterricht Biologie ein. Seite 6 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker 3. Begründungen 3.1 Fachwissenschaftliche Bedeutung Sehr viele Lebewesen auf der Erde haben einen Blutkreislauf oder etwas Analoges. Betrachtet man die Evolution, die im Meer begann, treten Lebewesen mit einem Blutkreislauf schon sehr früh auf. Jedoch braucht eine Körperflüssigkeit einen Antrieb oder eine Pumpe, damit Stoffe von einem Ort zum nächsten gelangen. Was bei kleineren und primitiven Organismen mit Bewegung des Körpers möglich ist, wird rasch eine Pumpe benötigt, um die Flüssigkeit in alle Ecken des Organismus zu befördern, das Herz war geboren. Da vor Milliarden von Jahren eine sauerstoffreiche Atmosphäre geschaffen wurde, konnte von nun an dieser als Energie genutzt werden und der rote Blutfarbstoff fungiert seither als Transportmittel für die Sauerstoffatome, die jede einzelne Zelle des Körpers benötigt. Um zu verstehen, wie Organismen ohne Sauerstoff auskommen und warum wir ihn unbedingt brauchen, sind wichtige Punkte, die es zu verstehen gilt. 3.2 Gegenwartsbedeutung Ein jeder schneidet oder verletzt sich früher oder später einmal im Leben und kommt in Kontakt mit Blut oder aber im Sport, beim Treppensteigen oder in der Nervosität wird ein erhöhter Puls bemerkbar. Doch warum ist das Blut rot? Weshalb hört das Herz nicht auf zu schlagen wenn wir schlafen? Fragen aus dem Alltag der Schülerinnen und Schüler, welche beantwortet werden wollen. Für einen gesunden und verantwortungsvollen Umgang mit seinem eigenen Körper zu lernen ist das Verständnis seiner Funktionen sehr wichtig. 3.3 Zukunftsbedeutung Aktuelle Themen in der Gesundheits-, bzw. Krankheitsthematik sind zum Beispiel Adipositas, Bluthochdruck und Herzinfarkte, welche sehr häufig zum Tod führen. Die Schüler sollten über die Hintergründe dieser Themen Bescheid wissen und die Zusammenhänge erkennen. Das Blut und das Herz spielen dabei sehr wichtige Rollen und die Funktionsweisen und Abläufe sollten klar sein. Gerade in unserer eher stressigen Welt treten burn-out Fälle, Herzkreislaufprobleme und Herzinfarkte heute und in Zukunft eher häufig auf im Vergleich zu gemächlicheren Ländern. Seite 7 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker 4. Lernziele, Zugänge und Überprüfung 4.1 Lernziele Grobziele Die Schülerinnen und Schüler • sollen die Wichtigkeit des Blutes und des Herzens für ihren eigenen Körper erkennen und lernen, in gewissen Lebenssituationen darauf zu achten. • sollen selbstständig eine Herzsektion durchführen, diese protokollieren und deuten. • sollen die Bedeutung des Blutes und des Herzens von früher und heute kennen und wissen, wie man sich das Wissen allmählich erworben hatte. • sollen Phänomene mit geschichtlichen, chemischen und anderen biologischen Kenntnissen verknüpfen. Feinziele Die Schülerinnen und Schüler • können die Entstehung, Funktionsweise und Aufbau des Blutes beschreiben. Die verschiedenen Bestandteile des Blutes kennen sie. • können den Blutkreislauf erklären und aufzeichnen. • können den Bau und die Funktion des Herzens erklären. • kennen die Phasen einer Herzkontraktion und wissen, wo das Blut wann ist und warum. • kennen verschiedene Krankheiten des Blut- und Herzkreislaufs und wissen, wie man diesen Vorbeugen kann. 4.2 Zugänge Im Mittelpunkt meiner Unterrichtseinheitsplanung steht sicherlich die Sektion des Schweineherzens als praktische Erfahrung für die Schüler, welche sie bestimmt sehr motiviert. Da ich mit dem Blut beginne, möchte ich zuerst die Frage nach der roten Farbe beantworten. Das Hämoglobin mit seinem Eisenatom im Zentrum steht dabei an erster Stelle und ich möchte mit den Schülern anschauen, was Eisen, welches ich mitbringe mit unserem Körper zu tun. Dieser Vergleich motiviert die Schüler und Seite 8 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker bleibt haften. Das Wissen über die Funktionen und den Aufbau des Blutes erarbeiten sich die Schüler vorwiegend selbst und in Gruppenarbeiten. Zum Herzkreislauf setze ich eine Gruppenarbeit ein, bei der das selbständige Recherchieren und Arbeiten der Schüler ins Zentrum rückt. In der anschliessenden Herzsektion werden die gelernten Punkte gefestigt und vertieft. Zum Schluss behandle ich frontal noch die Thematik der Krankheiten und lasse auch Schüler zu Wort kommen, in deren Familien eventuell schon Fälle vorkamen. 4.3 Überprüfung Die Sicherungen des Gelernten erfolgen idealerweise schon in den Lektionen, bzw. an deren Ende. So werden mittels Kurzvorträgen oder Expertengruppen, welche geplant sind die wichtigsten Punkte nochmals besprochen und gesichert. Ebenfalls als Sicherung und Festigung dient die Sektion. Hierbei werden die gelernten Inhalte operativ und visuell wiederholt und gefestigt. Um über die gesamte Einheit die Lernziele zu überprüfen, habe ich am Ende eine Prüfung geplant, in der die wichtigsten Punkte und relevante Zusammenhänge von den Schülern erklärt werden und klar wird, ob sie es auch tatsächlich verstanden haben. Seite 9 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker 5. Inszenierung 5.1 Grobplanung Anz. Lehr- und Lernschritte, Methoden, Sozial- Didaktischer Kommentar Lekt. Lernwege und formen, Medien Stichwort Einstieg ins Thema Blut Zusammenhang Eisen und Körper? Film zum Thema Blutzusammensetzung und –funktion Expertengruppen zu den verschiedenen Teilbereichen mit anschliessendem Austausch Blutspende LP Motivation Einstieg mit zentrifugiertem Blut Überleitung zu den Blutgefässen und zum Blutkreislauf Übersicht auf Wandtafel Repetition Antigene und Antikörper, Lymphflüssigkeit Blutgruppenbestimmung mit Serumtest Vergleich kleinstes und grösstes Säugetierherz Einstieg Vergleich kleinstes und grösstes Säugetierherz Gasaustausch allgemein und im Menschen Vergleich zu Insekten, Fische und Vögel Lernsituationen 2 2 2 Übersicht Herzfunktion, Blutauswurf Film, Fragen beantworten EA GA, evtl. SV Sicherung HA LP Vorbereitung auf nächste DL Motivation, Repetition HP, EA der SuS Selbständiges Arbeiten LP Sicherung Teamwork SuS in 2er Gruppen Vorbereitung auf nächste DL HA Plenum Motivation LV 3 Gruppen zu den 3 Themen, je eine Präsentation LV Blutdruckmessung 2er Gruppen Blut und Gasaustausch bei Quallen? HA Sicherung Repetition, Weiterführung Seite 10 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 2 2 Januar 2012 Andreas Lanker Einstieg SporlterherzNormalherz Herzsektion Einstieg Zeitungsartikel „Im Flugzeug lauert die Thrombose Was ist Thrombose, Überleitung zum Herz- und Lungenkreislauf, Herzkranzgefässe, Arteriosklerose, Angina Pectoris, Herzinfarkt LP Motivation GA EA Praktisches Arbeiten Motivation Arbeitsblatt Herzinfarkt, EA Sicherung Abschluss Film „Wie erkennen Sie Störungen der Herzfunktion? (Youtube) Plenum Sicherung, Abschluss LV Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen EA Einzelarbeit GA Gruppenarbeit HA Hausaufgaben HP Hellraumprojektor LP Lehrperson LV Lehrervortrag SuS Schülerinnen und Schüler SV Schülervortrag UG Unterrichtsgespräch WT Wandtafel Seite 11 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker 5.2 Lektionsplanung Detailplanung der 1. Doppellektion, Blut und Blutkreislauf Zeit Lehr- und Lernschritte, Lernwege und Lernsituationen Methoden, Sozial-formen, Medien* 5 5 Begrüssung, Vorstellen Einstieg Thema Blut Zusammenhang Eisen mit Blut, Nagel in einem Apfel Übersicht: Was ist Blut, woher kommt es, was hat es für Funktionen? LV LV 25 Film zum Blut, Fragen beantworten, dann im Plenum Informationen zu Blutplasma, ECs, Granulozyten und Thrombozyten individuell zusammenstellen (Herkunft, Recycling, Aufgaben und Funktion) Expertenrunden zu den Themen EA, Plenum 30 15 5 Was ist nun mit dem Eisen? Ausblick auf nächste Stunde: O2-Transport der ECs, Welche Funktionen hat das Blut sonst noch? Ende Didaktischer Kommentar Stichwort Motivation zur Themenfindung EA Selbständige Recherche zu den Themen SV Sicherung Ergebnissicherung 2 Ausblick und Vorfreude auf die nächste Lektion Seite 12 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker 6. Anhang Einstieg Eisen Lebensmittel Blut Zusammenhang Lernziele der Stunde Die Schüler kennen die Bestandteile des Blutes, wissen, woher diese stammen und wo sie abgebaut werden und kennen ihre Funktionen. Seite 13 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker Fragen zum Film „Es war einmal das Leben Wie lang sind alle Blutgefässe des menschlichen Körpers zusammen? Wievielmal schlägt unser Herz Tag für Tag? Aus was besteht Blut? Was transportieren die roten Blutkörperchen? Wo gibt es für sie frischen Sauerstoff? Wie verfärben sich die roten BK im Kontakt mit frischem Sauerstoff? Wo kommen die roten Blutkörperchen her? Wie lange leben rote BK und wo werden sie abgebaut? Wieviele werden pro Sekunde geboren? Seite 14 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker Expertengruppe Blutplasma Was ist Blutplasma, welche Funktionen hat es und was sind die Bestandteile? Was ist der Unterschied zum Blutserum? Wie gewinnt man Blutplasma und wie sieht es aus? Haben Frauen und Männer gleich viel Plasma? Wieviel? Seite 15 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker Expertengruppe Erythrocyten Was sind Erythrozyten und welche Funktion(en) haben sie? Welches ist der wichtigste Teil eines Erythrozyten und weshalb? Wo und wie viele werden täglich hergestellt, bzw. „entsorgt? Zeichnen sie einen Erythrozyt und beschriften sie die Grössenverhältnisse. Wie unterscheiden sich Erythrozyten von „normalen Körperzellen? Seite 16 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker Expertengruppe Leukozyten Was sind Leukozyten, welche Funktion(en) haben sie und wie werden sie normalerweise genannt? Lassen sich Leukozyten weiter unterteilen? Wenn ja, in welche Bestandteile? Welche Funktionen haben die Bestandteile? Seite 17 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker Expertengruppe Thrombocyten Was sind Thrombozyten, welche Funktion(en) haben sie und wie werden sie normalerweise genannt? Wie gross sind Thrombozyten und wie lange leben sie? Wo werden sie gebildet, bzw. entsorgt? Was passiert bei einer Gefässverletzung? Beschreiben sie den Prozess in groben Zügen. Welches ist die wichtigste Krankheit, die die Thrombozyten betrifft und was sind Auswirkungen für den betroffenen Menschen? Seite 18 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker Praktikum Blutgruppenbestimmung Wichtige Vorbemerkungen: 1. Die Folgenden Versuche sind fakultativ: 2. Alle arbeiten für sich! Es darf kein Material ausgetauscht werden!!! 3. Die Gebrauchten Materialien werden individuell mit Alkohol gewaschen und alle abgegeben (kein Material selbständig ver- oder entsorgen!!) 4. Die gebrauchten Objektträger werden nach der selbständigen Reinigung in einen eigens dafür vorbereiteten Behälter gegeben. Bestimmen Sie Ihre Blutgruppe. Material: 3 saubere Objektträger; Anti-A und Anti-B Reagenz; Zahnstocher; Bluttest-Lanzetten; Tupfer; Alkohol; Heftpflaster. Vorbereitungen: zwei saubere Objektträger auf saubere Unterlage legen. Auf einem Objektträger je einen Tropfen Anti-A links und einen Tropfen Anti-B Reagenz rechts anbringen. einen sauberen Zahnstocher bereithalten; Kleenex mit Alkohol befeuchten und Heftpflaster vorbereiten. Bluttest-Lanzetten daneben legen. Vorgehen: Finger auf den Tisch legen (Nagel nach unten) Mit Kleenex und Alkohol desinfizieren; Mit Bluttest-Lanzette zustechen Je einen Tropfen Blut dem Anti-A Serum und einen Tropfen dem Anti-B Serum beigeben. Aufpassen, dass sich die beiden Seren nicht vermischen. Einen Tropfen Blut auf den zweiten Objektträger links tropfen. (Für zweiten Versuch) Finger an Kleenex abwischen oder in den Mund nehmen und ‚Pflaster drauf‘. 2. Blutausstrich Färben: Material: Objektträger mit Bluttropfen schon vorhanden (Experiment 1) 1 Objektträger; 1 saubere Pasteurpipette; Aethanol; May-Grünwald-Lösung; Vorgehen: Mit zweiten Objektträger über Präparat mit Blutstropfen streichen (Ausstreichen Blut regelmässig verteilen) 1 Mit Pipette einen Topfen Aethanol darauf tropfen und langsam trocknen lassen einen Tropfen May -Grünwald-Lösung beigeben, mit Pasteurpipette sorgfältig verstreichen, 60 Sek. warten und leicht unter dem Wasserhahnen abspülen. Präparat unter dem Mikroskop betrachten und die verschiedenen Blutkörperchen zeichnen Seite 19 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker Herzkreislauf Sie wissen, dass es einen grossen und einen kleinen Blutkreislauf gibt. Deshalb gibt es auch eine linke und eine rechte Herzhälfte. Sie setzen sich nun mit der Frage auseinander, wie das Herz arbeiten muss, um überhaupt als Blutpumpe dienen zu können. Sie erlernen damit die Grundlagen, damit wir in einer der nächsten Lektionen z.B. die Ursache verschiedener Herz-Kreislaufkrankheiten besprechen und begreifen können. Hinweise zum Vorgehen Nehmen Sie sich zuerst ein Schweineherz (Gummihandschuhe liegen vorne bereit) und schauen es sich einmal genau an. Wo gibt es Öffnungen? Wie viele Öffnungen sind es insgesamt? Versuchen Sie sich erst einmal zu orientieren und vergleichen Sie das ausgeteilte Herz mit der Abbildung auf dem Blatt. Anschliessend sezieren Sie das Herz genau wie auf der Anleitung beschrieben. Versuchen Sie anschliessend, mit den genannten Hilfsmitteln die Aufgaben zu lösen. Zeit 70 Minuten Arbeitsform Gruppenarbeit (3er – 4er Gruppen) Aufgabenstellung Sie wissen, dass der Blutkreislauf in den Körper- und den Lungenkreislauf unterteilt ist und dass das Herz als Blutpumpe funktioniert. 1. Betrachten Sie das ausgeteilte Herz und beantworten Sie folgende Fragen: a) Füllen Sie mit Hilfe des Schweineherzens und dem Lehrbuch das Herzschema aus. b) Wo tritt das Blut in das Herz ein, wo tritt es wieder aus? (Tipp: Das Blut dringt vom Körper oder der Lunge herkommend, immer zuerst in die kleinere der beiden zusammenhängenden „Kammern ein) c) Wie müssen die Arbeit und die zeitliche Abfolge der Herzmuskeltätigkeit aussehen, damit das Herz überhaupt als Pumpe wirken kann? d) Wie kann verhindert werden, dass Blut in die Venen zurückfliessen kann? Suchen Sie eine Vorrichtung, welche das verhindern könnte und zeichnen sie eine Skizze. 2. Beantworten Sie folgende Frage mit Hilfe des ausgeteilten Herzen und dem Lehrbuch: a) Wie wird das Herz selbst mit Blut versorgt? b) Wie kann sich das Herz anpassen (z.B. an Stress, sportliche Betätigung usw.)? c) Was für Herzkrankheiten kennen Sie? d) Welche Funktionen müsste ein Herzschrittmacher/ein künstliches Herz erfüllen? Seite 20 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker e) Wie viele Liter Blut pumpt das Herz am Tag/pro Jahr/im Leben einer 80jährigen Person? Wenn man davon ausgeht, dass das Herz 50 Mal pro Minute schlägt und bei jedem Schlag 8 cl Blut gepumpt werden. Notieren Sie die Antworten auf dem ausgeteilten Blatt. Die Antworten werden am Schluss der Lektion in der ganzen Klasse besprochen. Hilfsmittel Sie haben folgende Materialien zur Verfügung: • pro Gruppe (3-4 Personen) ein Schweineherz (Schweineherzen sind dem menschlichen Herzen sehr ähnlich) • pro Halbklasse ein Kunststoffmodell • pro Person ein Blatt mit der Abbildung eines menschlichen Herzens • die Unterlagen aus der letzten Lektion, insbesondere die Abbildung von Körper- und Lungenkreislauf • Lehrbuch: Scharf, K.-H., Miram, W., Starke, A.: Biologie heute SII. Stuttgart 1997; Seiten 101ff. Lernziele Die Aufgabe ist vollständig erfüllt, wenn Sie die Fliessrichtung des Blutes richtig erkannt und die Arbeit der Muskulatur und der Klappen in der zeitlichen Abfolge richtig vorhergesagt haben. Machen Sie sich auf Ihrem Arbeitsblatt mit Bleistift Notizen (Pfeile, Stichwörter, .). Sie sollen herausfinden, wie das Herz funktioniert. Ausserdem sollten Sie den Aufbau und die verschiedenen Arbeitsphasen des Herzens erkennen. Am Schluss der Lektion werden wir gemeinsam am Hellraumprojektor Ihre Lösungen diskutieren. Seite 21 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andreas Lanker Das Herz Seite 22 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Anleitung zur Sektion eines Schweineherzens Schweineherzen ähneln dem menschlichen Herzen sehr. Daher ist es möglich, Untersuchungen an ihnen durchzuführen, und somit auch etwas über den Aufbau und die Funktionsweise des menschlichen Herzens zu erfahren. Material: Schweineherz, Schale, Skalpell, Pinzette, Schere, Glasstab, Lupe, Gummihandschuhe Aufgabe: Untersuchen Sie die vorhandenen Schweineherzen. Orientieren Sie sich zunächst am ganzen Herzen. Erst dann zerlegen Sie es mit ihren Gruppenpartnern. Halten Sie sich dabei möglichst an die Tipps. Bei der Sektion sezieren jeweils 1-2 Personen und die anderen protokollieren. Vorsicht beim Umgang mit Scheren, Skalpell und Pinzetten (Verletzungsgefahr!)! Tipps zur Sektion: • Schnitte mit dem Skalpell „in einem Zug ergeben glatte Kanten. • Die Taschenklappen sind nur schwer zu finden. Es sind kleine Häutchen an der Wandung der Arterien. Gegebenenfalls Arterien längs öffnen. Vorgehensweise: 1. Äussere Untersuchung: • Versuchen Sie sich erst einmal zu orientieren und vergleichen Sie das ausgeteilte Herz mit der Abbildung auf dem Blatt. • Drehen Sie das Herz zunächst in die Lage, wie es im Körper eines Menschen Ihnen gegenüber wäre (Herzspitze nach unten). • Suchen Sie die Gefässe, welche das Herz mit Blut versorgt. • Wo gibt es Öffnungen? Wie viele Öffnungen sind es insgesamt? Benutzen Sie dazu den Glasstab und führen Sie diesen in die Öffnungen ein. Schauen Sie dabei in welche Herzkammer Sie gelangen und vergleichen Sie mit der Abbildung. • Beschriften Sie nun Aorta, obere Hohlvene, Lungenarterie, Lungenvene, Herzkranzgefässe, 2. Innere Untersuchung, Sektion des Herzens: • Trennen Sie als erstes die Gefässstümpfe ab und betrachten Sie das Herz von oben. Betrachten Sie die Klappen. • Führen Sie dann einen vorsichtigen Querschnitt entlang der linken Herzhälfte und betrachten Sie wiederum die zum Vorschein kommenden Klappen. Um Welche Klappe handelt es sich? • Als nächstes wird die rechte Herzhälfte aufgeschnitten. Welche Klappe kommt hier zum Vorschein? • Vergleichen Sie die beiden Herzkammern. • Versuchen Sie eine Segelklappe herauszupräparieren in dem Sie die Sehnenfäden mit Hilfe einer Schere durchschneiden. • Trennen Sie zum Schluss die Herzspitze ab und vergleichen Sie wiederum die beiden Herzkammern. Seite 23 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Im Flugzeug lauert die Thrombose Wegen der beengten räumlichen Verhältnisse an Bord besteht eine erhöhte Thrombosegefahr auch als Economy-Class-Syndrom bezeichnet. Beim langen Sitzen hat es das Blut schwer, aus den Beinen wieder nach oben zu kommen. Im gestauten Blut bilden sich leichter kleine Blutgerinnsel, die so genannten Thromben. Economy-Class-Syndrom Die meisten dieser Thromben lösen sich von selbst wieder auf, ohne Schaden anzurichten. In einigen Fällen passiert es jedoch, dass sich ein Thrombus ablöst und eine Vene in Herz, Gehirn oder Lunge verschließt und so eine Thrombose. Besonders gefährdet sind Personen, die bereits eine Thrombose erlitten haben oder Menschen mit bestimmten Risikofaktoren wie Übergewicht, hohem Blutdruck oder Raucher. Doch die Thrombose kann jeden treffen. Das Problem tritt vor allem in der Touristenklasse von Flugzeugen auf, da hier die Beinfreiheit deutlich geringer ist als in der Business class. Daher trägt das Auftreten der Beinthrombosen auch den Namen Economy-Class-Syndrom. Bei der nächsten Aktivität, die die Blutzirkulation wieder anregt, kann sich dieser Pfropf in der Blutbahn lösen und beginnt zu wandern. Gelangt er in Herz oder Lunge, hat dies möglicherweise einen tödlichen Ausgang: Verstopft dieser Blutpfropf eine lebenswichtige Ader, kommt es zu einer Lungenembolie bzw. zu einem Herzinfarkt. Wie häufig ist eine Flugreisen-Thrombose und wer ist gefährdet? Zahlreiche Studien belegen eindeutig eine erhöhte Thrombosegefahr auf Langstreckenflügen. Das prominenteste Opfer war Präsident Nixon, der 1974 nach einer Flugreisenthrombose eine Lungenembolie erlitt. Ein Gerinnsel muss sich auch nicht unmittelbar nach Beendigung des Fluges lösen. Es besteht genauso die Möglichkeit, dass die tödlichen Folgen erst auftreten, wenn der Passagier das Flugzeug längst verlassen hat. Hier ist es natürlich schwer, einen Zusammenhang zwischen den ungünstigen Sitzverhältnissen an Bord und der Thrombose zu beweisen. Am Flughafen Heathrow sind etwa 18 der Todesfälle nach einem Langstreckenflug auf eine Lungenembolie zurückzuführen. Eine Studie am Tokioter Flughafen hält zumindest fest, dass von 20 Millionen Fluggästen jährlich etwa 100 bis 150 wegen Gerinnseln in Behandlung waren. In den letzten acht Jahren verstarben 25 Personen wegen Thrombosen nach einem Langstreckenflug. In anderen Studien waren Flugreisenthrombosen für 7 8 der Komplikationen verantwortlich. Studie zum Thrombose-Risiko Nach einer australischen Studie erhöht sich das Risiko für eine Venenthrombose durch einen jährlichen Langstreckenflug um 12 %. Sie kann bis zu zwei Wochen nach dem Flug auftreten. Verglichen mit Verkehrstoten durch Autounfälle ist das nicht viel. Seite 24 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Andererseits erhöht sich die Gefahr beträchtlich, wenn die Venen schon vorgeschädigt sind. Und das ist laut der Bonner Venenstudie bei jeder 5. Frau und jedem 6. Mann der Fall. Nur jeder Zehnte hat vollkommen gesunde Venen. Frauen sind wegen ihres schwächeren Bindegewebes stärker gefährdet, durch eine Schwangerschaft verstärkt sich die Gefahr noch. Risikofluggäste sind vor allem Personen über 50 Jahre oder mit weiteren Risikofaktoren. Tipps zur Vorbeugung • • • • • • • • • Viel trinken! Die Luft im Flugzeug ist meist sehr trocken und entzieht dem Körper zusätzlich Flüssigkeit. Jede Stunde sollten Reisende ein bis zwei Glas Mineralwasser trinken. Alkohol ist schlecht geeignet, da er zu Flüssigkeitsverlust führt. Eine besonders effektive Übung ist die Wadenpumpe, die das Blut aus den Beinen transportiert: Füße flach auf den Boden stellen, abwechselnd Fersen und Zehen heben und wieder auf den Boden drücken. An den Ausgängen der Maschine ist meist etwas Platz, um Lockerungsübungen zu machen, ohne die Mitreisenden zu stören. Häufigeres Aufstehen und Umhergehen bringt das Blut in Schwung. Bequeme, weite Kleidung auswählen, während des Fluges die Schuhe ausziehen. Beine nicht übereinander schlagen! Thrombose-Prophylaxe-Strümpfe verengen vor allem die Adern im Fesselbereich und unterstützen die Venenklappen, so dass der Rückfluss des Blutes deutlich verbessert ist. Vermeiden Sie es, länger Ihre Beine zu überschlagen Halten Sie sich mit Genussgiften zurück. Alkohol fördert die Flüssigkeitsausscheidung über die Niere und erweitert die Gefäße. Kaffee bewirkt ebenfalls eine stärkere Wasserausscheidung Bei vererbter Thromboseneigung schützen Sie Kompressionsstrümpfe während des Fluges zusätzlich. Bei früherer Thrombose fragen Sie vor der Reise Ihren Hausarzt. Quelle: Seite 25 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Übersicht Arteriosklerose Die Arteriosklerose ist eine chronische Erkrankung der Arterien, die zur Verengung der Gefässlichtung, sowie zur Verdickung, Verhärtung und zum Elastizitätsverlust der Arterienwand führt. Arterien haben im Gegensatz zu den Körpervenen die Fähigkeit, wie ein Gummiband auf die mit jeder Pulswelle geförderten Blutmenge und ihren Blutdruck elastisch zu reagieren. Über die Jahre kommt es in den Arterien zur Ablagerung von Blutfetten, Blutgerinnseln (Thromben), Bindegewebe und Kalk. Dies erschwert in den betroffenen Gefässregionen den Blutdurchfluss und vermindert die Flexibilität der betroffenen Schlagadern Die Arteriosklerose ist die häufigste Todesursache in westlichen Industrienationen! Recherchieren Sie zu den folgenden Fragen im Lehrbuch und im Internet. Wie kann das Risiko einer Arterienverkalkung vermindert oder wie kann ihr vorgebeugt werden? Seite 26 Leistungsnachweis Fachdidaktik Biologie 1.3 Januar 2012 Angina Pectoris Um was handelt es sich bei Angina Pectoris? Was ist genau ein Herzinfarkt und weshalb gilt es diesen sehr rasch zu behandeln? Beschreiben Sie zum Schluss noch dieses Bild: Seite 27