FFundamental · deel F7 · Leven en systemen

Oplossingen · hoofdstuk 29Het lichaam als systeem

Hoe longen, hart en bloed je in leven houden, en wat een bewoner van het station nodig heeft

Uitgewerkte oplossingen bij de 16 opdrachten van het werkboek. Voor de leerkracht, en voor wie zichzelf wil verbeteren nadat hij het eerst zelf probeerde.

6× oefenen6× toepassen4× uitdagen± 296 min

BLeven en systemen OOnderzoeken en meten EEnergie

Twee vingers op de pols en een klok met secondewijzer: meer heb je niet nodig om je hart te meten.

Voor de leerkrachtDeze pagina bevat de antwoorden. Druk het werkboek af zonder deze pagina.

Oefenen

één stap, direct toepassen

29.1

De weg van de lucht

Oefenen1Begrijpen8 min

Zet de delen van de luchtwegen in de volgorde waarin de lucht ze passeert: bronchiolen, luchtpijp, neusholte, longblaasjes, bronchiën, keelholte.

a
Volgorde: → → → → →
neusholte → keelholte → luchtpijp → bronchiën → bronchiolen → longblaasjes
b
Waar gaat de zuurstof het bloed in?
In de longblaasjes, door hun dunne wand naar de haarvaten.
c
Welke spier zorgt vooral voor het inademen, en wat doet ze?
Het middenrif: het trekt samen en wordt platter, de borstkas wordt groter en er stroomt lucht in.

29.2

Ingeademde en uitgeademde lucht

Oefenen2Rekenen10 min

Gebruik de tabel met de samenstelling van de lucht uit het handboek.

a
Hoeveel liter zuurstof zit er in 1 L ingeademde lucht, en hoeveel in 1 L uitgeademde lucht?
Ingeademd: $0, 21 L$ ; uitgeademd: $0, 16 L$ . Per liter houd je dus ongeveer 0,05 L zuurstof.
b
Hoeveel keer meer koolstofdioxide zit er in uitgeademde lucht?
$4 : 0, 04 = 100$ keer meer.
c
Waarom verandert het percentage stikstof bijna niet?
Het lichaam gebruikt de stikstof uit de lucht niet: ze gaat erin en er weer uit.

29.3

Het hart benoemen

Oefenen2Tekenen10 min

Bekijk het schema van het hart in het handboek (RB, RK, LB, LK).

a
Vul de tabel in.
RB: van de holle aders (lichaam), naar de RK, zuurstofarm. RK: van de RB, via de longslagader naar de longen, zuurstofarm. LB: van de longaders (longen), naar de LK, zuurstofrijk. LK: van de LB, via de aorta naar het lichaam, zuurstofrijk.
b
Waarom heeft de linkerkamer een veel dikkere wand dan de rechterkamer?
Ze moet het bloed door het hele lichaam pompen, tot in je tenen en je hersenen: daarvoor is veel meer kracht nodig dan voor de korte weg naar de longen.
c
Waarom staat de rechterhelft van het hart links op de tekening?
Het hart is getekend zoals je het ziet bij iemand die tegenover je staat: zijn rechterkant is jouw linkerkant.

29.4

Slagader, ader of haarvat?

Oefenen2Begrijpen8 min

Welk soort bloedvat is het?

a
(a) de aorta; (b) een bloedvat met kleppen in je been; (c) het bloedvat waarin zuurstof naar een spiercel gaat; (d) de longslagader; (e) het bloedvat waarin je de pols voelt; (f) de longaders.
(a) slagader; (b) ader; (c) haarvat; (d) slagader (met zuurstofarm bloed); (e) slagader; (f) aders (met zuurstofrijk bloed).
b
Welk bloedvat vervoert het meest zuurstofrijke bloed? En het meest zuurstofarme?
Zuurstofrijkst: de longaders en de aorta (net uit de longen). Zuurstofarmst: de holle aders en de longslagader (net terug uit het lichaam).

29.5

Kilojoule en kilocalorie

Oefenen2Rekenen10 min

Reken om met 1 kcal = 4,184 kJ. Rond af op een geheel getal.

a
Een appel: 220 kJ. Hoeveel kcal?
$220 : 4, 184 \approx 53 kcal$
b
Een snoepreep: 230 kcal. Hoeveel kJ?
$230 \times 4, 184 \approx 962 kJ$
c
De referentie-inname is 8400 kJ. Hoeveel kcal?
$8400 : 4, 184 \approx 2008$ , afgerond 2000 kcal.
d
Hoeveel snoeprepen van 230 kcal zijn samen 8400 kJ?
$8400 : 962 \approx 8, 7$ : bijna 9 repen (maar dan heb je geen eiwitten, vezels of vitaminen).

29.6

Pols tellen

Oefenen1Rekenen6 min

Reken om naar slagen per minuut.

a
18 slagen in 15 s
$18 \times 4 = 72$ per minuut
b
40 slagen in 30 s
$40 \times 2 = 80$ per minuut
c
11 slagen in 6 s
$11 \times 10 = 110$ per minuut
d
Waarom is 6 s tellen minder nauwkeurig dan 30 s?
Eén slag te veel of te weinig geeft bij 6 s al 10 slagen per minuut verschil, bij 30 s maar 2.

Toepassen

meerdere stappen, in een context

29.7

Labo: hartslag en ademhaling bij inspanning

Toepassen3Labo50 min

Voer de proef uit het handboek uit, en tel nu ook je ademhalingen (een halve minuut, × 2).

a
Schrijf je onderzoeksvraag en je hypothese.
Bv.: 'Hoe veranderen hartslag en ademhaling na een minuut springen?' Hypothese: beide stijgen en dalen daarna geleidelijk, omdat de spieren meer zuurstof nodig hebben.
b
Noteer je metingen.
Eigen metingen; typisch hartslag van ±75 naar 130-160, ademhaling van ±15 naar 30-40.
c
Zet hartslag en ademhaling in één grafiek (twee reeksen, dezelfde tijdas).
Twee dalende curven na de piek; de ademhaling daalt vaak iets sneller.
d
Na hoeveel minuten was je hartslag terug binnen 10 slagen van je rustwaarde?
Typisch na 3 à 7 minuten.
e
Verklaar waarom hart en ademhaling samen versnellen. Gebruik de woorden zuurstof, koolstofdioxide en celademhaling.
De spiercellen doen meer celademhaling: ze verbruiken meer glucose en zuurstof en maken meer koolstofdioxide. Het hart pompt sneller om meer bloed (met zuurstof) aan te voeren en CO₂ af te voeren; de ademhaling versnelt (gestuurd door het CO₂-gehalte) om meer zuurstof op te nemen en CO₂ af te geven.

Zo wordt dit beoordeeld

Metingen	Rust drie keer gemeten; na de inspanning op vaste tijdstippen; eenheid per minuut.
Grafiek	Tijd horizontaal, assen met grootheid en eenheid, twee reeksen herkenbaar.
Verklaring	Spieren hebben meer energie nodig; meer zuurstof aanvoeren en CO₂ afvoeren; hart en longen werken samen.
Veilig	Inspanning aangepast aan wie het niet mag of kan.

29.8

Chocolademelk narekenen

Toepassen3Rekenen15 min

Op een pakje chocolademelk van 200 mL staat per 100 mL: vetten 1,5 g, koolhydraten 10 g (waarvan suikers 9,5 g), vezels 0,6 g, eiwitten 3,4 g. De energie is weggevallen door een vlek.

a
Bereken de energie per 100 mL in kJ en in kcal (4, 4, 9 en 2 kcal per gram).
$17 \times 10 + 17 \times 3, 4 + 37 \times 1, 5 + 8 \times 0, 6 = 170 + 57, 8 + 55, 5 + 4, 8 \approx 288 kJ$ ; in kcal $40 + 13, 6 + 13, 5 + 1, 2 \approx 68 kcal$ .
b
Hoeveel energie levert het hele pakje? Welk deel van de referentie-inname is dat?
$2 \times 288 = 576 kJ$ ; $576 : 8400 \approx 7 %$ .
c
Hoeveel gram suiker drink je met het pakje? Een suikerklontje weegt ongeveer 4 g: hoeveel klontjes?
$2 \times 9, 5 = 19 g$ suiker: bijna 5 klontjes.

29.9

Een zak chips verbranden

Toepassen3Rekenen15 min

Een zakje chips van 40 g bevat per 100 g: vetten 33 g, koolhydraten 50 g, vezels 4,5 g, eiwitten 6 g. Gebruik het staafdiagram van het handboek (energieverbruik van een persoon van 50 kg).

a
Hoeveel kJ zit er in het zakje?
Per 100 g: $37 \times 33 + 17 \times 50 + 8 \times 4, 5 + 17 \times 6 = 1221 + 850 + 36 + 102 = 2209 kJ$ . Voor 40 g: $0, 4 \times 2209 \approx 884 kJ$ .
b
Hoeveel minuten moet je fietsen (24 kJ per minuut) en hoeveel wandelen (12 kJ per minuut) om evenveel energie te verbruiken?
Fietsen: $884 : 24 \approx 37$ minuten. Wandelen: $884 : 12 \approx 74$ minuten.
c
Bij fietsen verbruik je ook de energie die je in rust (zitten: 4,5 kJ per minuut) al zou verbruiken. Hoeveel minuten fietsen zijn nodig voor de extra energie? Is 'die chips verbrand je wel' een goede redenering?
Extra verbruik bij fietsen: $24 - 4, 5 = 19, 5 kJ$ per minuut, dus $884 : 19, 5 \approx 45$ minuten. Een klein zakje kost al drie kwartier fietsen: snacks bevatten veel energie op weinig gewicht.

29.10

Een bloedcel op reis

Toepassen3Begrijpen12 min

Een rode bloedcel vertrekt uit een haarvat in je grote teen en komt uiteindelijk terug in datzelfde haarvat.

a
Beschrijf haar weg: welke bloedvaten en delen van het hart passeert ze, in welke volgorde?
Haarvat in de teen → aders van het been → onderste holle ader → rechterboezem → rechterkamer → longslagader → haarvaten van de longen → longaders → linkerboezem → linkerkamer → aorta → slagaders van het been → haarvat in de teen.
b
Duid aan waar ze zuurstof opneemt en waar ze zuurstof afgeeft.
Zuurstof opnemen: in de haarvaten van de longen. Zuurstof afgeven: in de haarvaten van de teen (en andere organen).
c
Hoe vaak passeert ze het hart? Waarom noem je dat een dubbele bloedsomloop?
Twee keer: één keer in de rechterhelft (naar de longen), één keer in de linkerhelft (naar het lichaam). Het zijn twee kringen die allebei door het hart gaan.

29.11

Een regelkring bij hitte

Toepassen3Tekenen15 min

Je fietst op een warme zomerdag de heuvel op. Je kerntemperatuur dreigt te stijgen.

a
Teken het blokschema van de regelkring (sensoren, regelaar, actuatoren, proces, terugkoppeling) voor deze situatie. Duid de storing aan.
Sensoren (temperatuurzintuigen in huid en hersenen) → regelaar (hypothalamus, gewenst 37 °C) → actuatoren (zweetklieren, bloedvaten in de huid) → proces (lichaamstemperatuur) → terugkoppeling naar de sensoren. Storing: de warmte van de spieren en van de zon.
b
Welke twee actuatoren werken hier? Wat doen ze precies?
Zweetklieren: zweet verdampt op de huid en neemt daarbij warmte op. Bloedvaten in de huid worden wijder: meer warm bloed naar de huid, die warmte afgeeft aan de lucht.
c
Waarom is drinken belangrijk om deze regeling te laten werken?
Zweet is water uit je lichaam. Drink je niet, dan raakt je lichaam uitgedroogd, maak je minder zweet en werkt de koeling minder goed: je temperatuur stijgt.

29.12

Hoeveel lucht adem je?

Toepassen3Rekenen12 min

In rust adem je 12 keer per minuut 0,5 L. Tijdens stevig fietsen 30 keer per minuut 2,0 L. Van de ingeademde lucht neem je 5 % als zuurstof op; 1 L zuurstof weegt 1,33 g.

a
Hoeveel liter lucht adem je per minuut in rust en tijdens het fietsen?
Rust: $12 \times 0, 5 = 6 L$ per minuut. Fietsen: $30 \times 2, 0 = 60 L$ per minuut, tien keer meer.
b
Hoeveel gram zuurstof neem je op tijdens een uur fietsen?
$60 \times 60 = 3600 L$ lucht; 5 % is $180 L$ zuurstof; $180 \times 1, 33 \approx 240 g$ .
c
Waarom verbruik je bij het fietsen zoveel meer zuurstof?
De beenspieren doen veel meer celademhaling om energie vrij te maken: ze verbruiken meer glucose en zuurstof.

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren

29.13

Habitat: het levensondersteuningsplan voor één bewoner

Uitdagen4Habitat60 min

Het station van Habitat krijgt om de 30 dagen een bevoorrading. Stel het levensondersteuningsplan op voor één bewoner, met de rekenwaarden uit het handboek: 0,84 kg zuurstof, 2,5 L drinkwater, 1,3 kg voedsel (10 MJ) per dag; uit: 1,0 kg CO₂, 1,5 L urine, 2,0 kg waterdamp. Stel dat de bewoner in de week van de oogst zwaar werkt: dan heeft hij 30 % meer zuurstof, water en voedsel nodig.

a
Maak een tabel met de voorraad voor 30 dagen, zonder en met de week zwaar werk.
Normaal: zuurstof $25, 2 kg$ , water $75 L$ , voedsel $39 kg$ . Met één week zwaar werk: 23 dagen normaal + 7 dagen × 1,3: zuurstof $23 \times 0, 84 + 7 \times 1, 092 \approx 19, 3 + 7, 6 = 26, 9 kg$ ; water $23 \times 2, 5 + 7 \times 3, 25 = 57, 5 + 22, 75 \approx 80 L$ ; voedsel $23 \times 1, 3 + 7 \times 1, 69 \approx 29, 9 + 11, 8 = 41, 7 kg$ .
b
Het station wint 98 % van het water terug. Hoeveel liter nieuw water moet er per maand komen? Waarom neem je toch een reserve mee?
2 % van ongeveer 75 à 80 L is $1, 5$ à $1, 6 L$ per maand. Reserve: als de terugwinning uitvalt, heb je in enkele dagen al tientallen liters nodig (de regel van drie: zonder water hou je het maar ongeveer 3 dagen vol).
c
Hoeveel koolstofdioxide moet er per maand uit de lucht verwijderd worden? Wat gebeurt er als de CO₂-filter uitvalt in een ruimte van 30 m³?
$30 \times 1, 0 = 30 kg$ CO₂ per maand (iets meer in de week zwaar werk). Zonder filter stijgt het in 30 m³ met ongeveer 760 ppm per uur: na ongeveer een uur boven 1000 ppm (bedompt), na ongeveer 6 uur boven 5000 ppm.
d
De waterdamp (2 kg per dag) moet ook uit de lucht. Hoe kan je die terugwinnen? Denk aan de meetkas (hoofdstuk 6).
De vochtige lucht langs een koude plaat leiden: de waterdamp condenseert (zoals op de wand van de meetkas), het water wordt opgevangen, gezuiverd en opnieuw gebruikt.
e
Welke twee metingen moet het station permanent doen om de bewoner veilig te houden? Met welke alarmgrenzen?
Zuurstof: alarm onder ongeveer 19,5 % (Biosphere 2 zakte tot 14,5 %). Koolstofdioxide: waarschuwing boven 1000 ppm (verluchten), alarm boven 5000 ppm. Eventueel ook de temperatuur en de luchtvochtigheid.

Zo wordt dit beoordeeld

Voorraad	Juist berekend, met eenheden, ook met de week zwaar werk.
Kringlopen	Water terugwinnen en CO₂ verwijderen juist uitgelegd, met een reserve.
Veiligheid	Metingen van O₂ en CO₂ met onderbouwde alarmgrenzen.
Verband	Verwijst naar condensatie (hoofdstuk 6), regelkringen (hoofdstuk 25) of Biosphere 2 (hoofdstuk 28).

29.14

De CO₂-meter in de slaapkamer

Uitdagen4Analyseren25 min

Ines zet een CO₂-meter in haar slaapkamer van 30 m³. Ze slaapt met deur en raam dicht. Een slapende mens ademt ongeveer 20 g koolstofdioxide per uur uit; 1 L koolstofdioxide weegt 1,83 g.

Metingen van 22 uur tot 7 uur ('24' is middernacht, '31' is 7 uur 's ochtends).

a
Hoeveel liter koolstofdioxide ademt Ines per uur uit? Met hoeveel ppm zou dat de lucht van haar kamer per uur doen stijgen als er geen lucht in of uit kon? (1 ppm = 1 miljoenste; 30 m³ = 30 000 L.)
$20 : 1, 83 \approx 10, 9 L$ per uur. $10, 9 : 30000 \approx 0, 00036 = 360 ppm$ per uur.
b
Lees af hoeveel het gehalte steeg in het eerste uur en in het laatste uur. Vergelijk met je berekening.
Eerste uur: van 620 naar 950 ppm, +330 ppm, bijna de berekende 360. Laatste uur: van 2520 naar 2670, maar +150 ppm.
c
Waarom stijgt het gehalte 's ochtends trager? Denk aan kieren.
Hoe hoger het gehalte binnen, hoe meer koolstofdioxide er door kieren naar buiten lekt (waar het maar ±425 ppm is). Bij een hoog gehalte lekt er dus bijna evenveel weg als er bijkomt: de stijging vertraagt.
d
Om hoe laat werd 1000 ppm overschreden? Wat raad je Ines aan?
Al rond 23 uur (na ongeveer een uur). Een raam op een kier of de deur open: dan blijft het gehalte veel lager, en slaap je in frissere lucht.

29.15

Koorts lezen in een grafiek

Uitdagen4Analyseren20 min

De grafiek toont (volgens een eenvoudig model) de gewenste waarde van de hypothalamus en de echte kerntemperatuur tijdens een koortsaanval.

Stippellijn: gewenste waarde; volle lijn: kerntemperatuur. In de gekleurde stroken A en B voelt de patiënt iets heel anders.

a
Wanneer springt de gewenste waarde omhoog, en naar hoeveel? Wanneer weer omlaag?
Omhoog na 2 uur, naar 39 °C; terug naar 37 °C na 14 uur.
b
Wat voelt de patiënt in strook A? Welke actuatoren werken? Leg uit met de regelkring.
Koude rillingen: de temperatuur (nog 37-38 °C) ligt onder de nieuwe gewenste waarde, dus de regelaar vindt het lichaam 'te koud'. Hij zet de actuatoren voor kou in: rillen, bloedvaten in de huid nauwer (bleek, koude handen), kippenvel, en je kruipt onder de dekens.
c
Wat voelt en doet de patiënt in strook B? Waarom?
Hij heeft het warm en zweet, met een rood gezicht: de temperatuur (bijna 39 °C) ligt nu boven de gewenste waarde van 37 °C, dus de actuatoren voor warmte werken: zweten en bloedvaten in de huid wijder.
d
Waarom stijgt de temperatuur niet meteen naar 39 °C als de gewenste waarde verspringt?
Het lichaam heeft een grote warmtecapaciteit (vooral water, hoofdstuk 16): het duurt een tijd voor rillen en minder warmteverlies het genoeg opwarmen, net zoals de meetkas niet meteen warm is als de zon opkomt.

29.16

Debat: acht glazen water per dag?

Uitdagen4Argumenteren20 min

Op sociale media lees je: 'Iedereen moet minstens acht glazen water per dag drinken, anders droog je uit.' Enkele feiten: een volwassene heeft per dag ongeveer 2 à 2,5 L water nodig, uit dranken én voedsel (voedsel levert ongeveer een vijfde). Dorst en de nieren regelen je waterhuishouding (homeostase). Bij warmte of inspanning verlies je 0,5 tot 2 L zweet per uur.

a
Hoeveel liter is acht glazen van 250 mL? Vergelijk met wat je lichaam nodig heeft.
$8 \times 0, 25 = 2 L$ . Omdat voedsel ongeveer een vijfde levert, is ongeveer 1,6 à 2 L drinken voor de meeste mensen genoeg; het getal is dus niet gek, maar het is geen harde grens.
b
Waarom is 'acht glazen voor iedereen' te eenvoudig? Gebruik homeostase en voorbeelden.
Wat je nodig hebt, hangt af van je grootte, van het weer en van hoeveel je beweegt: een sporter op een hete dag heeft liters meer nodig, iemand die stilzit op een koele dag minder. Je lichaam regelt het zelf: bij een tekort krijg je dorst en maken je nieren minder en donkerdere urine.
c
Schrijf een betere, genuanceerde raad in één of twee zinnen.
Bv.: 'Drink verspreid over de dag als je dorst hebt, en meer bij warmte of sport; lichtgele urine is een goed teken.'

Zo wordt dit beoordeeld

Rekenwerk	Acht glazen omgerekend en vergeleken met de behoefte, rekening houdend met voedsel.
Argumentatie	Homeostase (dorst, nieren) en verschillen tussen mensen en situaties gebruikt.