心血管瓣膜模型及血液循環(huán)演示器

郭士安

背景

在中學生物課、大學“人及動物生理”教學中，動物和人的心臟瓣膜、靜脈瓣的作用、血液循環(huán)原理等知識是教學中的重難點。這部分知識內容抽象，學生難以理解。目前常見的血液循環(huán)模型是用小電珠或發(fā)光二極管燈光演示血液循環(huán)，這些模型立體感、動感不強，完全開放式循環(huán)，不符合人體和動物封閉血液循環(huán)的實際情況。而現有的閉管式血液循環(huán)演示器一般要需用手直接擠壓彈性球推動“血液”循環(huán)，沒有機械傳動裝置，也沒有電動傳動裝置。因此，模擬動物及人體心臟和血液循環(huán)的原理，設計制作新型心血管瓣膜模型及血液循環(huán)演示器，以滿足生物教學、科普及科研的需要，具有重要的現實意義。我曾在2000年研制成功第一代心血管瓣膜模型，2001年申請國家實用新型專利。2010年在原有模型的基礎上，對機械傳動部分與制作工藝進行了改進，研制出第2代模型，即新型心血管瓣膜模型、電動調速人體血液循環(huán)演示器和魚類血液循環(huán)演示器。

儀器裝置

心血管瓣膜模型裝置見圖1。圖中，左上方為心血管瓣膜通用模型，左下方為心血管瓣膜解剖模型，右邊為靜脈瓣透明模型。其中，1為透明塑料管，2為瓣膜，3為支架板，4為底座，5為紅塑料管，6為金屬架。

人體血液循環(huán)演示器包括人體心臟左心房、左心室、右心房和右心室及肺泡、動脈、組織細胞等。見圖2。

魚類血液循環(huán)演示器包括鰓內的毛細血管、動脈瓣、背部大動脈、心房、支架板、組織內毛細血管、房室瓣、心室、底座、動脈圓錐、動脈、靜脈瓣和靜脈。

材料用具

大洗耳球，球內胎，防水乳膠膜，可樂瓶，直徑8～10cm、長8～10cm紅塑料管，橡皮塞，內徑3cm、長7cm和內徑2cm、長7cm厚玻璃管，直徑0.7cm細玻璃管，直徑0.7cm無色和綠色透明軟塑料管各1m，厚鐵皮，鋁合金條，硬塑料板，木料，有機玻璃板，M6×70和M3×20螺釘，木螺絲，502膠水，一粘靈等。

減速電機（90W）1臺，偏心輪等。

制作方法

心血管瓣膜解剖模型

◇將紅塑料管縱向剪開。

◇用球內胎按圖3所示制作瓣膜3個（瓣膜大小根據塑料管內徑而定）。

◇將塑料管展開，用一粘靈將3個瓣膜按圖4所示粘好，制成三尖瓣或動脈瓣模型。

◇同樣方法制作二尖瓣或靜脈瓣模型。

心血管瓣膜透明模型

用可樂瓶做外壁和防水乳膠膜做瓣膜，制作方法與前述瓣膜制作方法相同。

心血管瓣膜通用模型

◇用大號橡皮塞制作圓形片1個，中間打1個圓孔。

◇依據圖形片上圓孔的大小，剪出長邊大于圓孔直徑的長方形乳膠膜片，兩端對合，再粘在圓形片上。

◇將帶有瓣膜的圓形片固定在透明塑料片上（用一粘靈黏結），直接推入玻璃管中即可。

血液循環(huán)演示器

◇按照心血管瓣膜通用模型制作方法，用乳膠膜制作瓣膜4個，再用橡皮塞制作直徑為3cm、厚1cm的圓形片2個，中間各打1個直徑為1cm的圓孔。制作直徑為2cm、厚1cm的圓形片2個，中間各打1個直徑為0.8cm的圓孔，再將制作好的瓣膜粘好。把以上2組帶瓣膜的橡皮塞分別推進厚玻璃管內，調整好位置并固定好，制成心臟內的2組瓣膜。

◇將4個洗耳球各剪出2個大小適當的圓孔，再將各部分連接，為防止漏液，連接處用細鐵絲或金屬片固定，縫隙處用一粘靈粘好封嚴，完成心臟部位的組裝。

◇用細玻璃管和塑料管連成血管（流靜脈血的部分用綠色塑料管，流動脈血的部分用無色透明塑料管）；再將“動脈”和“靜脈”分別與“心室”和“心房”連接組成封閉管道。

◇用木料和有機玻璃板制成支架板和底座。按“左、右心房”和“左、右心室”所在位置在支架上挖1個圓洞（直徑略小于洗耳球的直徑），再將制好的“心血管”部分固定在面板上，洗耳球外用鋁合金條固定，其他部分用金屬扣或透明膠帶固定。

◇魚類血液循環(huán)演示器的制作方法與人體血液循環(huán)演示器相似。

儀器創(chuàng)新點及用途

創(chuàng)新點

◇自制心血管瓣膜模型，包括心血管瓣膜通用模型、心血管瓣膜解剖模型、靜脈瓣透明模型，能單獨演示各種瓣膜的作用，更加方便教學。

◇推動人體血液循環(huán)及魚類血液循環(huán)的動力，既可用手直接推動洗耳球，也可用手推動機械裝置，還可用調速電機傳動推動血液循環(huán)，控制血液循環(huán)的速度。

◇采用洗耳球作為心房、心室模型，其彈性好、壽命長。用防水乳膠膜制成的心血管通用瓣膜，也延長了使用壽命。流靜脈血的血管后面貼有綠色紙，顏色較深，與流動脈血的部位加以區(qū)別。

◇為了看清血液流動，可以沖入三分之二的紅色顏料水，留有三分之一的空氣，通過大小氣泡（相當于血細胞）的流動反映血液流動。也可以在淺紅色顏料水中加入一定大小的深紅色圓形塑料顆粒代表血細胞，用以體現血液的流動。

◇裝置制作簡單，直觀形象，動態(tài)感強，演示效果好，使用方便，適用于大中小學生使用。它既可作為教具、學具，也可做成科普玩具，對于動物、人體結構生理教學及科學普及等方面具有重要的教育意義，應用前景好。

用途

本教具可模擬演示人和魚類血液循環(huán)系統結構和生理現象。

◇演示人體心臟內的房室瓣（如人心臟中左房室孔處的二尖瓣、右房室處的三尖瓣）、動脈瓣（主動脈瓣和肺動脈瓣）、上下肢靜脈瓣的形態(tài)結構特點。

◇演示人和魚類心血管瓣膜結構與功能，能保證“血液”按照一定方向流動，防止“血液”倒流。

◇用紅顏料水充當血液，演示人和魚類血液循環(huán)系統，由于心房和心室交替收縮和舒張，在瓣膜的控制下，推動血液循環(huán)的動態(tài)過程。

◇幫助學生理解心率、血壓、脈搏、心動周期和心輸出量等概念。