مدل شش: شبیهسازی تنفس با بطری و ورقه لاستیکی
اجزای سیستم تنفسی و وظایف آنها
پیش از ساخت مدل، بهتر است اجزای اصلی درگیر در تنفس را بهطور ساده بشناسیم. این کار به درک بهتر مدل کمک میکند.
| نام جزء | نقش اصلی در تنفس | معادل در مدل بطری |
|---|---|---|
| ششها1 | تبادل گازهای اکسیژن و دیاکسید کربن با خون | بادکنک(های) کوچک درون بطری |
| نای و نایژهها2 | لولههایی که هوا را به ششها میبرند | نی نوشیدنی یا لولهٔ پلاستیکی |
| قفسهٔ سینه | محفظهای است که ششها در آن قرار دارند | بدنهٔ بطری پلاستیکی |
| دیافراگم3 | عضلهای کف قفسهٔ سینه که با حرکت خود باعث دم و بازدم میشود | ورقه لاستیکی (پرده) در انتهای بطری |
وسایل مورد نیاز و روش ساخت گامبهگام
ساخت این مدل بسیار آسان است. مراحل را با دقت و با کمک یک بزرگتر انجام دهید.
وسایل مورد نیاز:
- یک بطری پلاستیکی شفاف (مانند بطری نوشابه یک لیتری)
- دو بادکنک کوچک (یا یک دستکش لاتکس)
- یک نی نوشیدنی محکم یا یک لولهٔ پلاستیکی باریک
- یک ورق لاستیکی انعطافپذیر (مثل قطعۀ پایینی یک بادکنک بزرگ، پلاستیک سلفون ضخیم یا بخشی از دستکش)
- نوار چسب قوی (چسب برق یا چسب حرارتی)
- کاتر یا قیچی تیز
مراحل ساخت:
- ته بطری را با کاتر بهطور کامل و صاف ببرید.
- نی را از وسط نصف کنید. انتهای هر یک از دو بادکنک کوچک را ببرید تا دهنهٔ آن باز شود.
- دهنهٔ هر بادکنک را به دور یک سر نی محکم ببندید و با نوار چسب آن را کاملاً مهر و موم کنید تا هوا از کنارهها نشت نکند.
- درِ بطری را سوراخ کنید تا نی از آن عبور کند. سپس نیی که دو بادکنک به آن متصل است را از این سوراخ رد کنید و در بطری را ببندید. مطمئن شوید بادکنکها داخل بطری آویزان هستند.
- دهانهٔ باز ته بطری (جایی که بریدهاید) را با ورق لاستیکی بپوشانید و با نوار چسب دورتادور آن را محکم ببندید. این ورقه باید کاملاً کشیده و سفت نباشد، بلکه کمی شل باشد تا بتواند حرکت کند.
مدل شما آماده است! حالا ورقهٔ لاستیکی کف مدل (دیافراگم3) را به سمت پایین بکشید و رها کنید.
توضیح علمی: دم و بازدم چگونه رخ میدهد؟
وقتی ورقه لاستیکی (دیافراگم3) را به پایین میکشیم، حجم داخل بطری (قفسهٔ سینه) افزایش مییابد. با افزایش حجم، فشار هوا داخل بطری($P_{in}$) از فشار هوای بیرون($P_{out}$) کمتر میشود. این اختلاف فشار باعث میشود هوای بیرون از طریق نی (نای2) به داخل رانده شود و بادکنکها (ششها1) باد کنند. این مرحله معادل دم است.
وقتی ورقه را رها میکنیم، این ورقه به حالت اولیه برمیگردد و حجم داخل بطری کاهش مییابد. حالا فشار داخل بطری از فشار بیرون بیشتر میشود و این فشار، هوای داخل بادکنکها را از طریق نی به بیرون میراند. این مرحله معادل بازدم است.
به یک سرنگ فکر کنید. وقتی پیستون را میکشید (حجم زیاد میشود)، مایع به داخل کشیده میشود (فشار داخل کم میشود). وقتی پیستون را فشار میدهید (حجم کم میشود)، مایع به بیرون رانده میشود (فشار داخل زیاد میشود). دقیقاً همان اتفاقی که در مدل شش و در بدن ما میافتد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. این مدل یک شبیهسازی مکانیکی ساده است و فقط بخش مکانیکی تنفس (ورود و خروج هوا بر اساس تغییر فشار) را نشان میدهد. بخش مهم تنفس یعنی تبادل گازها (ورود اکسیژن به خون و خروج دیاکسید کربن از آن) که در کیسههای هوایی ریز ششها اتفاق میافتد، در این مدل دیده نمیشود.
پاسخ: درست مانند بیماریای که به ریه آسیب میزند. اگر بادکنک پاره شود (آسیب به بافت شش) یا چسب نشتی داشته باشد (سوراخ بودن مدل)، دیگر فشار داخل بطری به خوبی تغییر نمیکند. ممکن است یک بادکنک اصلاً باد نشود یا هوا به جای ورود از نی، از محل نشتی خارج شود. این باعث میشود فرآیند دم بهدرستی انجام نگیرد.
پاسخ: در بدن انسان، دیافراگم یک عضله است و مغز بهطور خودکار فرمان انقباض (سفت شدن و پایین رفتن) و انبساط (شل شدن و بالا آمدن) را به آن میدهد. در مدل ما، این نیرو توسط دست ما تأمین میشود. ما در این آزمایش نقش سیستم عصبی را بازی میکنیم که به دیافراگم فرمان میدهد!
پاورقی
1ششها (Lungs): اندامهای اصلی تنفس در قفسهٔ سینه که تبادل گازهای اکسیژن و دیاکسید کربن در آنها انجام میشود.
2نای (Trachea) و نایژهها (Bronchi): نای لولهٔ بزرگی است که از گلو به سمت ششها میرود. در انتها به دو شاخه به نام نایژه تقسیم میشود که هر کدام به یک شش میروند.
3دیافراگم (Diaphragm): یک لایه عضلانی گنبدی شکل در پایین قفسهٔ سینه که با انقباض و انبساط خود، حجم قفسهٔ سینه را تغییر میدهد.
