KLEIN SEMINARIE ROESELARE ZUIDSTRAAT 27 B-8800 ROESELARE
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk Onderzoekscompetentie wetenschappen
Onderzoeksopdracht voor het vak fysica Begeleidende leraar: Dhr. Ronsse
Jonas Cool, Simon Hautekeete & Victor Maes 6WWIA & 6WWIB3
Schooljaar 2015-2016
Voorwoord Toen men ons in september de uitleg gaf over de onderzoeksopdracht wetenschappen vormden we al snel een hechte groep. Wij wilden graag ons onderzoek doen in het domein van de fysica maar al snel kwam er een link met biologie op de proppen. De begrippen bloeddruk en zwaartekracht klinken iedereen bekend in de oren, maar wat hebben ze met elkaar te maken? Zo luidde onze onderzoeksvraag: “Wat is de invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk?” Al onze bevindingen, gedane proeven en gevormde besluiten kan u lezen in dit verslag.
Deze onderzoeksopdracht kwam mede tot stand dankzij de hulp van verschillende mensen en/of instellingen. Graag willen wij dan ook bedanken: -
Klein Seminarie Roeselare TU Delft Dhr. A. in ‘t Veld Dhr. S. Ronsse Mevr. E. Viaene Onze sponsors
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
2
Inhoudsopgave Inleiding ........................................................................................................................... 4 Onderzoeksvraag .............................................................................................................. 4 Waar zijn we mee bezig? (informeren) .............................................................................. 5 Onderzoeksplan ................................................................................................................ 8 Planning .......................................................................................................................... 11 Hypothese ....................................................................................................................... 12 Onderzoek uitvoeren deel I .............................................................................................. 14 Resultaten deel I .............................................................................................................. 15 Bespreking deel I ............................................................................................................. 18 Onderzoek uitvoeren deel II ............................................................................................. 20 Resultaten deel II ............................................................................................................. 21 Bespreking deel II ............................................................................................................ 21 Algemeen besluit ............................................................................................................. 22 Bronvermelding ............................................................................................................... 23
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
3
Inleiding Waarom de bloeddruk? Wat is er nu zo speciaal aan de bloeddruk? In het dagelijkse leven worden we vaak geconfronteerd met verschijnselen die het gevolg zijn van een verandering in de bloeddruk. Iedereen kent wel iemand in zijn of haar familie die al te maken heeft gehad met een te hoge of te lage bloeddruk. Dit kan veroorzaakt worden door verschillende factoren zoals het cholesterolgehalte. Wij bestuderen echter een ander vaak voorkomend fenomeen: de bloeddruk die verandert onder invloed van de hoek die je lichaam maakt met het aardoppervlak. Hierbij onderzoeken we ook het verband tussen de zwaartekrachtsterkte en de bloeddruk. Wij zijn er zeker van dat we een leerrijke periode tegemoet te gaan!
Onderzoeksvraag Onze onderzoeksvraag luidt als volgt: “Wat is de invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk?” Deze beschrijvende of beeldvormende onderzoeksvraag valt op te delen in twee onderzoeken. Het meest voor het hand liggende onderzoek is de invloed van de zwaartekrachtsterkte te bestuderen. Ietwat minder vanzelf sprekend is nagaan wat het verband is tussen de oriëntatie van de zwaartekracht en de bloeddruk. We bekomen volgend schema: Wat is de invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk? Wat heeft de oriëntatie van de zwaartekracht hiermee te maken? Welke rol speelt de sterkte van de zwaartekracht? Ons doel is om te weten te komen wat de begrippen “bloeddruk” en ”zwaartekracht” met elkaar te maken hebben. Uiteindelijk zoeken we een algemene formule die onze bloeddruk in iedere situatie kan voorspellen.
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
4
Waar zijn we mee bezig? Bloeddruk “De bloeddruk in ons lichaam is de druk die door het bloed wordt uitgeoefend op de wand van de bloedvaten. Die moet hoog genoeg zijn om overal in het lichaam voldoende doorstroming mogelijk te maken, maar mag ook niet te hoog oplopen. De bloeddruk verschilt naargelang de plaats van het bloedvat in de bloedsomloop.� Het resultaat van een bloeddrukmeting wordt uitgedrukt met twee verschillende benamingen. De bovendruk of de systolische druk genoemd, geeft de druk weer die het hart produceert wanneer het pompt. De onderdruk of de diastolische druk geeft de druk op het bloed weer wanneer het hart in rust is en dus niet pompt. Wanneer je dit digitaal meet is het bovenste of eerste cijfer de bovendruk. Het onderste of tweede getal dat we zien is de onderdruk. Momenteel zijn er 3 modellen beschikbaar om de bloeddruk te meten, nl. de bloeddrukmeters voor de bovenarm (manchet ter hoogte van de bovenarm), deze voor de onderarm (manchet ter hoogte van de pols of de onderarm), en die voor de vinger (vingermeting). De vingerbloeddrukmeters worden om volgende redenen afgeraden: -progressieve verhoging van de bloeddruk in de periferie. -invloed van de houding van de arm op de bloeddruk. De bovenarmbloeddrukmeters zijn het meest betrouwbaar en genieten bijgevolg de voorkeur op polsmodellen. De manchet moet echter de geschikte maat hebben of aanpasbaar zijn. De manchet (3) wordt opgepompt tot ongeveer 220 mm Hg met een pompballon (5). De stethoscoop (4) wordt in de plooi van de arm geplaatst Vervolgens wordt het ventiel van de bloeddrukmeter (2) opengedraaid en de lucht langzaam uit de manchet gelaten. Op het moment dat de druk in de manchet gelijk is aan de hoogste druk in de bloedvaten hoor je het kloppen van het hart door de stethoscoop. Op het moment van de eerste slag heb je de bovendruk (=systolische druk). Het bloed begint immers terug te stromen door de vaten maar doordat het bloed wat moeite moet doen ter hoogte van die manchet wordt door de stethoscoop het geluid van de slagader opgevangen Fdffd dfddf bgfgfb (=de vaattonen). Je blijft het kloppen van het hart horen tot de manchetdruk lager is dan de laagste druk in het bloedvat. Dat is de onderdruk (=diastolische druk). Het geluid valt nu weg omdat het bloedvat geen weerstand meer ondervindt van de manchet.
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
5
In onderstaande tabel vind je de onderverdeling en betekenis van de mogelijke waarden. Systolische druk
Diastolische druk
Betekenis
Meer dan 140 mm Hg
Meer dan 90 mm Hg
Veel te hoge bloeddruk met als oorzaak onder andere diabetes, nierziektes en alcoholmisbruik. Gevolg: verschillende hart- en vaatziekten.
Minder dan 140 mm Hg
Minder dan 90 mm Hg
Een normale bloeddruk, deze kan tijdens zware inspanningen echter tijdelijk verhogen zonder gevolgen.
Minder dan 120 mm Hg
Minder dan 80 mm Hg
Een perfecte bloeddruk zonder meer, deze kan tijdens zware inspanningen echter tijdelijk verhogen zonder gevolgen.
Ongeveer 90 mm Hg
Ongeveer 60 mm Hg
Hoewel het persoonsgebonden is kan men in de meeste gevallen spreken van een te lage bloeddruk. Het is echter niet gevaarlijk voor de gezondheid maar dient wel verholpen te worden door bijvoorbeeld meer zout te eten.
Minder dan 90 mm Hg
Minder dan 60 mm Hg
Levensbedreigend lage bloeddruk. Oorzaken zijn infecties, bloedverlies en een zware shock.
Wij meten de bloeddruk in de bovenarmslagader. Dit nemen we als referentiepunt. De bloeddruk verschilt naargelang de plaats en het soort bloedvat. In de volgende figuren zien we de bloeddrukwaarden op de verschillende plaatsen van de bloedsomloop. Deze wordt nog onderverdeeld in de grote en de kleine bloedsomloop. De kleine zorgt voor de bloedtoevoer naar de longen. Hier is de druk dus kleiner want het bloed moet niet ver en niet tegen de zwaartekracht in omhoog gepompt worden. De grote bloedsomloop zorgt voor de bloedtoevoer naar de rest van het lichaam, de druk in de bloedvaten van deze cyclus ligt hoger omdat het bloed een grotere afstand moet afleggen.
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
6
Zwaartekracht Zwaartekracht is de kracht die 2 massa’s op elkaar uitoefenen. Deze kracht kan berekend worden met behulp van de gravitatiewet van Newton: . Als we de gravitatiekracht tussen een voorwerp op het aardoppervlak en de aarde willen berekenen (= de zwaartekracht) vullen we de massa en de straal van de aarde in en bekomen we met 9,81N/kg. We voelen deze zwaartekracht omdat wij een kracht op de aarde moeten uitoefenen om de zwaartekracht tegen te gaan zodat wij in rust komen te staan. Wij kunnen deze kracht met onze spieren uitoefenen op de aarde. Een astronaut die een ruimtereis maakt, ondervindt lange tijd gewichtloosheid. De spieren kunnen hierdoor verzwakken omdat ze geen kracht moeten uitvoeren om een gravitatiekracht tegen te werken. De achteruitgang van de spieren kan oplopen tot 40 procent wanneer ze 180 dagen gewichtloos zijn. Een kracht die op een voorwerp inwerkt kan uitgedrukt worden in een hoeveelheid gkracht. 1g staat gelijk aan de kracht die de zwaartekracht uitoefent op je lichaam namelijk 9,81 N per kg. Een voorwerp kan versnellen doordat er een kracht op inwerkt. Als we het voorwerp in dezelfde zin als van de zwaartekracht doen versnellen, kunnen we de kracht die nodig is voor de versnelling van de zwaartekracht aftrekken of erbij optellen, waardoor we dus respectievelijk een lagere en grotere zwaartekracht ondervinden.
We vonden deze leerrijke info op de bronnen a, b & c
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
7
Onderzoeksplan Deel 1: Oriëntatie van de zwaartekracht Als ik ’s ochtends snel uit bed kruip, voel ik me soms wat duizelig. Ik dacht altijd dat mijn lichaam niet voorbereid was op mijn ochtendeuforie. Omdat ik onverwachts uit mijn bed spring, vermoedde ik dat al het bloed naar mijn benen zakte. Een veel voorkomend fenomeen waarop iedereen een uitleg klaar heeft: “Het is allemaal de schuld van de zwaartekracht!”. Deze onderzoekscompetentie is de ideale gelegenheid om dieper in te gaan op dit fenomeen. In de praktijk zijn er verscheidene situaties waarin de zwaartekracht een rol speelt op de bloeddruk. Zo’n moment wanneer we een speciaal gevoel krijgen hebben we bijvoorbeeld als we op ons hoofd gaan staan. Het wordt heel warm en komisch rood. Zou ook dit iets te maken kunnen hebben met de oriëntatie van de zwaartekracht?
Concreet willen wij onderzoeken wat de invloed is van de oriëntatie van de zwaartekracht op onze bloeddruk. Hierbij inspireren we ons op onderstaande afbeelding. We zijn van plan om de bloeddruk te meten in verschillende posities. Met een kantelbed, die we zelf gaan bouwen in de kerstvakantie, brengen we een proefpersoon in standen die steeds een verschillende hoek maken met het aardoppervlak. Wanneer het kantelbed een stand aanneemt, wachten we 5 min voor we de bloeddruk meten zodat het lichaam zich kan aanpassen aan de nieuwe situatie. Deze resultaten noteren we zorgvuldig in tabellen om later de juiste conclusies te kunnen trekken. Uiteraard voeren we deze proef meerdere malen uit en met verschillende proefpersonen om tot een algemeen besluit te kunnen komen. De bloeddruk meten we altijd aan de bovenarm omdat de druk in het lichaam niet overal gelijk is. De bovenarm nemen we met andere woorden als referentiepunt.
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
8
Deel 2: Sterkte van de zwaartekracht
De toren had ’s werelds snelste liften met een snelheid van 42km/h of 12 m/s.
Wanneer je in de Burj Khalifa de lift neemt en op het knopje drukt van verdieping 143, vlieg je omhoog richting ’s werelds hoogste discotheek. Als de lift afremt krijg je als liftgebruiker even dat vreemde gevoel in je maag. Het lijkt precies of je buik begint te zweven. Wanneer je dan na een nachtje stappen terug in diezelfde lift stapt en je daalt af richting de begane grond, merk je opnieuw dat zweverig gevoel. Komt dit door die gin-tonic’s of door de mojito’s?
Geen van beide! De oorzaak van deze ervaring is de beweging van de lift. De versnelling wijzigt het ondergaan van de sterkte van de zwaartekracht. Dit heeft namelijk belangrijke gevolgen voor de druk in ons lichaam en dus ook voor de bloeddruk. Ons lichaam moet alle zeilen bijzetten om de bloeddruk op peil te houden. Kosmonauten die terugkeerden van hun verblijf in de ruimte, hebben dit aan den lijve ondervonden. Concreet willen wij de grootte of sterkte van de zwaartekracht wijzigen. Op zoek naar manieren om dat te doen kwamen we terecht bij een fragment uit ‘Het lichaam van Coppens’. (http://vtm.be/hetlichaam-vancoppens/staf-en-mathiaszweven-door-de-lucht) Na het zien van dat fragment namen we zelf contact op met de universiteit van Delft. Zij verbonden ons door met Dhr. Alex in ’t Veld, docent van Flight Dynamics. Momenteel wachten we nog op een definitief antwoord om eventueel mee te gaan met een paraboolvlucht. Tijdens die vlucht heb je een korte fase waarin je niet waarneemt dat je onderhevig bent aan de zwaartekracht en dat is dan ook het moment waarop wij de bloeddruk willen meten. Zo kunnen we duidelijk zien wat de zwaartekracht doet met onze bloeddruk. De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
9
We kunnen ook de illusie van een sterkere zwaartekracht opwekken met behulp van centrifugale of middelpuntvliedende kracht. Dit is de kracht die een object uitoefent op het voorwerp dat het doet afbuigen. In een mensencentrifuge is de centrifugale kracht horizontaal georiĂŤnteerd. De zwaartekracht is echter verticaal georiĂŤnteerd. Hierdoor kunnen we de centrifugale kracht en de zwaartekracht niet zomaar bij elkaar optellen of van elkaar aftrekken. We gebruiken hier de stelling van Pythagoras om de g-kracht die op het voorwerp inwerkt te bepalen. Wij zijn van plan de onderhandelingstafel te openen met het Nederlands militair centrum in Soesterberg om de bloeddruk van meerdere personen te meten bij verschillende gkrachten. We zullen dezelfde resultaten bekomen die we zouden bekomen bij een grotere zwaartekracht. Met dit toestel is het onmogelijk metingen te nemen van de bloeddruk bij een lagere zwaartekracht.
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
10
Planning Datum (wanneer) week van 12 oktober 20 oktober
31 oktober
week van 2 november (herfstvakantie) 7 november 11 november 14 november week van 21 december (kerstvakantie) week van 21 december (kerstvakantie) week van 28 december (kerstvakantie)
week van 28 december (kerstvakantie) week van 4 januari week van 11 januari 23 januari
week van 8 februari (krokusvakantie)
onbekend
onbekend
Uitvoering (wat) brainstormen over mogelijke onderzoeksvragen voorstellen onderzoeksvraag aan mevrouw Viaene: We zouden aan de slag willen gaan met de bloeddruk en invloed daarop van de zwaartekracht. op punt stellen van onderzoeksvraag: “Wat is de invloed van de zwaartekracht op onze bloeddruk?” opzoeken informatie over bloeddruk selecteren en bespreken van de gevonden informatie uitwerking van onderzoeksplan + verslag maken afwerking onderzoeksplan + verslag afwerken Maken van kantelbed, noodzakelijk voor uitvoeren van de onderzoeken zoeken van veel testpersonen bespreken van alle tot dan toe verzamelde info en gemaakte objecten nodig voor het kunnen uitvoeren van onze onderzoeken Onderzoek uitvoeren (met kantelbed) bij onszelf om te zien of alles werkt meten van bloeddruk bij testpersonen op het kantelbed meten van bloeddruk bij testpersonen op kantelbed bespreking van de bekomen resultaten en starten met analyseren van de bekomen waarden vormen van conclusie van onze onderzoeksvraag en terugkoppeling naar de hypothese
Duur (tijd) 1 uur
30 minuten
10 uur 3 uur 3 uur 3 uur Geschatte tijd 2 uur
Geschatte tijd 1,5 uur Geschatte tijd 4 uur Geschatte tijd 4 uur
paraboolvlucht in de universiteit van Delft (wachten nog op een definitief antwoord van Alexander in ’t Veld, de docent van Flight Dynamics) Mensencentrifuge in Nederlands militair centrum te Soesterberg Onderhandelingen worden geopend!
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
11
Hypothese Deel 1 De belangrijkste baroreceptoren bevinden zich in de nek. Daarom denken wij dat hoe hoger de nek zich bevindt ten opzichte van het hart, hoe harder het hart zal moeten pompen om de bloeddruk in de nek zo dicht mogelijk bij de setpoint te houden.
In geval 1 bevindt de nek zich op het hoogste punt ten opzichte van het hart. We veronderstellen dat de bloeddruk hier het hoogst zal zijn. Indien we een algemene vergelijking willen opstellen, zijn we dus opzoek naar een goniometrische functie met een absoluut maximum in 90째. Dit is de sinusfunctie! In geval 2 is de hoek -90째 met het horizontale oppervlak. Dit is het absoluut minimum in de sinusfunctie. Hier denken wij dus dat de bloeddruk minimaal zal zijn, aangezien de baroreceptoren die zich in de nek bevinden plots de druk van een grote massa boven hen ervaren. Het lichamen zal dus deze bijgekomen druk moeten compenseren door de bloeddruk te laten dalen. In geval 3 en 4 liggen de baroreceptoren op dezelfde hoogte als het hart. Logischerwijs zal de bloeddruk gemiddeld of laag zijn. Of met andere woorden, de hoek is hier 0째 of 180째. De sinus van deze hoeken is in beide gevallen gelijk aan 0. Hieruit concluderen we dat de bloeddruk in deze gevallen gelijk zal zijn aan de persoonsafhankelijke constante. We veronderstellen dat de formule van de bloeddruk in functie van de hoek die het lichaam met het aardoppervlak maakt er als volgt uit zal zien: . De zal afhankelijk zijn van persoon tot persoon en is de waarde van de bloeddruk ter hoogte van de bovenarm wanneer de persoon vlak ligt. Deze constante kan veranderen gedurende het leven van de persoon. De q is de waarde die ons vertelt hoe intens het verschil in bloeddruk tot uiting komt. Er kan slechts een klein verschil zijn. Dan hebben we een lage q en bijgevolg zal de sinusfunctie afgeplat zijn. Maar dit verschil kan ook heel duidelijk zichtbaar zijn, dan hebben we te maken met een hoge q. Hoogstwaarschijnlijk is ook deze constante persoonlijk.
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
12
Deel 2 Hier gaan we ervan uit dat het lichaam altijd rechtstaand georiënteerd is. De functie van de bloeddruk is ervoor zorgen dat er overal voldoende bloed door de bloedvaten vloeit. Het hart moet dus voldoende krachtig het bloed tegen de zwaartekracht in omhoog stuwen. Bijgevolg zal het hart minder moeite moeten doen om het bloed tot aan de hersenen te krijgen bij een lagere zwaartekrachtsterkte. Bijgevolg zal de bloeddruk dus lager zijn. Volgens een gelijkaardige redenering zal de druk in de bovenarm verhogen wanneer de sterkte van de zwaartekracht toeneemt. Hierbij verkrijgen we de volgende formule: pbloed k Faarde pbloed k mpersoon g Aangezien k een constante is die afhangt van persoon tot persoon, kunnen we deze vermenigvuldigen met de massa die ook afhankelijk is van persoon tot persoon en zo een nieuwe persoonlijke constante bekomen C pbloed cte g Hier staat de letter g niet voor de gravitatiesterkte op aarde, maar als veranderlijke van de zwaartekrachtsterkte.
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
13
ONDERZOEK ZELF DEEL I Uitvoering Vooraleer we onze eerste proef konden uitvoeren waarin we de invloed van de oriëntatie van de zwaartekracht op de bloeddruk testen - moesten we de handen uit de mouwen steken. In de kerstvakantie bouwde Jonas een eigen creatie, gebaseerd op het kantelbed van pagina 7. Nadat de hoeken waren berekend konden we aan het echte werk beginnen: één voor één werden we vastgemaakt en moesten we gedurende een halfuur onze mond houden zodat onze bloeddruk in alle rust en stilte gemeten kon worden. Enkele sfeerbeelden…
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
14
Resultaten Bij het meten van onze hoek kwamen we verschillende waarden uit. Om onze conclusie goed te illustreren zetten we deze per persoon in een tabel en grafiek.
Simon hoek (째)
bovendruk (mm Hg)
onderdruk (mm Hg)
90 60 30 0 -30 -60 -90 hoek (째) 90 60 30 0 -30 -60 -90
120 131 126 131 130 123 130 bovendruk (mm Hg) 122 117 124 127 121 115 130
73 77 69 68 62 59 56 onderdruk (mm Hg) 70 72 71 68 61 58 56
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
15
Victor hoek (째) 90 60 30 0 -30 -60 -90 hoek (째) 90 60 30 0 -30 -60 -90
bovendruk (mm Hg) 133 145 141 145 136 139 * bovendruk (mm Hg) 166 140 132 142 * * *
onderdruk (mm Hg) 70 84 77 70 84 82 * onderdruk (mm Hg) 73 79 69 63 * * *
*bij het terugkeren van onze metingen werd Victor onwel waardoor we de metingen vroeger hebben stopgezet
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
16
Jonas hoek (째) 90 60 30 0 -30 -60 -90 hoek (째) 90 60 30 0 -30 -60 -90
bovendruk (mm Hg) 128 137 135 127 106 121 129 bovendruk (mm Hg) 141 127 128 128 133 138 144
onderdruk (mm Hg) 82 81 78 70 66 72 79 onderdruk (mm Hg) 87 94 92 81 71 69 68
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
17
Bespreking Wij verwachtten een sinusfunctie uit te komen. Als we de resultaten vaag bekijken zien we niet meteen de functie die we verwacht hadden. De afwijkingen kunnen verschillende oorzaken hebben zoals de precisie van de meetapparatuur of het niet lang genoeg laten acclimatiseren. Wij deden dit 2 minuten bij iedere nieuwe hoekstand. Een andere mogelijke oorzaak is stress om ondersteboven te hangen aan de kanteltafel. Door stress komt adrenaline vrij in het lichaam waardoor de perifere bloedvaten vernauwen en de bloeddruk stijgt. Als stress zo’n grote invloed heeft op de bloeddruk, kunnen we verklaren waarom de resultaten van Simon het dichtst bij onze verwachtingen aansluiten. Simon luisterde tijdens onze proef naar klassieke muziek om te ontspannen. Als we de resultaten van Victor en Jonas bekijken zien we dat de tweede metingen beter zijn. Waarschijnlijk waren zij toen ietwat meer vertrouwd met de kanteltafel dan bij de eerste meting en waren ze dus minder gestresseerd. Bekijken we aandachtig de onderdruk van de 2 metingen van Simon en van de tweede meting van Jonas en Victor, herkennen we hier duidelijk een sinusfunctie. We illustreren de onderdruk van de tweede meting van Simon omdat deze het duidelijkst bewijst dat deze grafiek overeenkomt met de voorspelde functie.
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
18
Hieronder illustreren we nog enkele grafieken met een sinusfunctie erbovenop op afgebeeld. Als we rekeninghouden met de meetfouten zien we dat dit weldegelijk overeenstemt.
Bij de grafieken van Simon werd tweemaal de sinusfunctie met de zelfde afplatting afgebeeld. In beide gevallen past deze functie er bijna perfect op. Bij Jonas en Victor is een andere afplatting te zien van de sinusfunctie. Dit toont dat q weldegelijk een persoonlijke constante is. Om zeker te zijn dat we het bij het juiste eind hebben, moeten we elke onregelmatigheid kunnen verklaren. Eén merkwaardigheid kunnen we alvast verklaren. Bij meting één van Jonas kunnen we verklaren waarom de bloeddruk groter was dan verwacht bij de hoek -90° en -60°. De spanriemen zijn namelijk losgesprongen wanneer Jonas omgekeerd hing. Zo zie je maar dat die helm op de foto toch nog van pas komt. Maar Jonas moest tweemaal het noodlot ondergaan want op de stand van -60° is zonder redenen de klaptafel ineen geklapt tot de stand van -90°. Hierdoor werd hetzelfde hormoon vrijgeven als bij stress waardoor de bloedvaten vernauwen en de bloeddruk steeg. Toch hebben wij nog drie onverklaarbare merkwaardigheden. 1. Wat met de onregelmatige bovendruk? 2. Wat met het verschil tussen de onderdruk en de bovendruk? 3. Hoe verklaren we de onverwachte daling tussen de meting van 60° en die van 90° Op deze vragen vonden wij geen antwoord. Wij verzonden de resultaten en de vragen naar verschillende artsen maar geen van hen wist een verklaring. Wij zijn nog steeds op zoek naar antwoorden en hopen deze gevonden te hebben voordat we ons onderzoek moeten voorstellen. De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
19
DEEL II Uitvoering Voor dit deel van het practicum hadden we minstens evenveel creativiteit nodig als bij het maken van de kanteltafel. Simon en een moedige testpersoon “Andreas” kregen de kans van TU Delft om mee te vliegen met een paraboolvlucht. Aangezien we vooral de evolutie van de bloeddruk willen bestuderen, moeten we minstens elke seconde een meting hebben. Hier doet zich het eerste probleem voor. Een elektrische bloeddrukmeter heeft minstens 10 seconden nodig om een correcte meting uit te voeren. Er zat dus niets anders op dan met een manuele bloeddrukmeter en een stethoscoop de metingen uit te voeren. De manchet wordt opgepompt tijdens de ‘pull-up’ van de paraboolvlucht. Tijdens het gewichtsloze deel van de paraboolvlucht laten we de druk in de manchet zakken tot we de hartslag in de arm horen. Deze druk noteren we en we pompen de manchet op tot we de hartslag niet meer horen. Dan laten we de druk terug zakken tot we de hartslag horen en opnieuw noteren we dit resultaat. Enzovoort. Dit proces doen we zo veel mogelijk in zo’n kort mogelijke tijdsspanne, zo zouden we een duidelijke evolutie kunnen zien. Tijdens de paraboolvlucht kregen we te kampen met een tweede probleem. Wanneer het vliegtuig de gewichtsloosheidstoestand simuleerde daalde de druk in de manchet zonder dat er lucht uit ontsnapte. Dit was echter merkwaardig want de gemiddelde druk in een ruimte heeft niets te maken met de zwaartekracht. Volgens de algemene gaswet p . V = n . R . T kan de druk alleen verlagen als het volume toeneemt of de temperatuur afneemt. Aangezien het niet kouder werd in het vliegtuig blijft er één optie over. Het volume neemt toe! Dit wil zeggen dat het volume van Andreas’ arm afneemt. Hoe is dit mogelijk? Na heel wat redeneermomenten hoe dit kan en wat nevenexperimenten, waren we het allen eens over de oorzaak van het krimpen van de arm. De oorzaak hiervan ligt bij de spieren. Een spier die een kracht uitoefent zet uit en zorgt logischer wijs voor een volumevergroting. Ook wanneer je arm naast je lichaam hangt moet je spier een kracht uitoefenen. Wanneer je in een gewichtsloze toestand terecht komt, moet je spier geen enkele moeite meer doen om die arm bij je lichaam te houden. Die blijft daar gewoon. Met andere woorden, deze spier is volledig ontspannen en heeft dus een kleiner volume. Hierdoor kan de manchet uitzetten waardoor de druk daalt. Deze dalende druk zorgde voor een tijdspanne zonder metingen.
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
20
Resultaten en bespreking t(s) 0
p (mmHg) 149
p (mmHg) 84
3
165
89
6
164
91
10
120
70
13
123
68
16
110
59
19
105
61
p (mmHg)
8
t (s)
*Neem de resultaten met een korreltje zout nemen. De bovendruk is het gemiddelde van twee metingen en de onderdruk is het gemiddelde van twee metingen op een ander momenten. Een exact aantal seconden tussen de metingen hebben we niet aangezien we alles manueel hebben gemeten.
We merken dat de bloeddruk hoger ligt tijdens de pull-up. Een resultaat dat we allemaal verwacht hadden. Tijden de pull-up is de gesimuleerde zwaartekracht 2 Ă 3 keer zo groot als de normale aantrekkingskracht van de aarde. Het verwondert ons dus niet dat de druk die nodig is om het bloed omhoog te stuwen hoger zal moeten zijn. De overgang tussen de pull-up en de 0g periode hebben we helaas niet exact kunnen vastleggen wegens ons eerder gemelde probleem. Tijdens dit moment daalt de bloeddruk spectaculair. In minder dan 5 seconden daalt de diastolische met 20 mmHg en de systolische druk zelfs met kleine 40 mmHg. Volgens ik me herinner, duurt het enkele seconden vooraleer we volledig gewichtsloos zijn, dit zien we ook duidelijk in de grafiek. De bloeddruk ligt onder het gemiddelde maar na een kleine 3 seconden daalt de bloeddruk nog een kleine 10mmHg. Vanaf seconde 15 is de bloedruk constant en waren we beiden volledig gewichtsloos. Met de mogelijkheid die we kregen en het materiaal die we ter beschikking hadden, spreken wij van een geslaagd experiment. De resultaten zijn duidelijk en verklaarbaar. Bedankt aan al onze sponsors!
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
21
Algemeen besluit In deel I bekwamen we een periodiek verband tussen de bloeddruk en de oriëntatie van de zwaartekracht. Aangezien de oorsprong geen element was van deze sinusoïde zullen we een constante er moeten bij optellen. Deze persoonlijke constante is gelijk aan de bloeddruk bij een liggende houding van de persoon in kwestie. Maar ook de afplatting was niet gelijk bij ons drie, daarom vermenigvuldigen we ook met een persoonlijke constante. Dit stemt goed overeen met onze hypothese. Veronderstel dat de merkwaardige waarden nu toch meetfouten zijn, dan bekomen we de formule:
In deel II kwamen we tot inzicht dat er een evenredig verband bestaat tussen de bloeddruk en de sterkte van de zwaartekracht. Hierbij veronderstellen we dat de persoon in kwestie altijd rechtstaat. Aangezien de bloeddruk niet nul is bij een zwaartekracht van 0 zullen we dus ook hier een constante er moeten bij optellen. Deze constante is gelijk aan de bloeddruk van de persoon in kwestie bij 0g. Maar de bloeddruk neemt ook niet evenveel toe als de zwaartekracht. Dit hebben we over het hoofd gezien toen we onze hypothese formuleerden. Ook hier moeten we de variabele zwaartekrachtsterkte met een constante k vermenigvuldigen.
Ons doel was om een allesomvattende formule te vinden van de bloeddruk. Deze twee formules moeten dus gecombineerd worden tot één formule. We mogen deze formules niet zomaar optellen want dan zien we direct dat de nieuwe formule het volledig verkeerd heeft .
Deze formule zegt echter als we handenstand doen op een planeet waar de g veel sterker is als die op aarde dan zou onze bloeddruk hoger moeten zijn. Het tegendeel is waar want uit onze experimenten blijkt dat het lichaam de bloeddruk in de nek constant wil houden. Dit wil zeggen dat als we handenstand doen op een planeet waar de g groter is dan op aarde dat onze bloeddruk veel lager zal zijn. Met andere woorden, in de constante q, de constante die de afplatting bepaalt, zit de zwaartekrachtsterkte al verwerkt. We bekomen volgende formule.
Op dit moment denkt iedereen:” Oké, één klus geklaard, nu nog die opgetelde constanten met elkaar in verband brengen.” Wel wij hadden het ook niet verwacht, maar dit hoeft niet meer. Deze twee constanten blijken dezelfde te zijn. Veronderstel dat een lichaam een vlak is, als dit vlak horizontaal ligt werkt er geen kracht in dat het bloed kan tegenwerken of juist helpen om naar de nek te stromen. Dit wil zeggen dat we op het moment dat we in ons bed liggen gewichtsloos zijn vanuit het standpunt van de bloeddruk. Het is dus logisch dat gelijk is aan . Ons doel is bereikt! We laten graag een spoor na dat wij deze formule tot stand hebben gebracht. We benoemen dan ook de constanten met onze namen. De grote C is de constante van Cool. Iedereen heeft een verschillende constante van Cool. De kleine k is de Maesconstante en samen met de andere variabelen vormen ze de Hautekeete-vergelijking. De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
22
De Hautekeete-formule kan gebruikt worden in de ruimtevaart maar bijvoorbeeld ook bij piloten van gevechtsvliegtuigen. Men zou de Maesconstante en de constante van Cool kunnen berekenen van de piloot en zo nagaan hoeveel g zijn lichaam maximaal kan verwerken.
Extra Bent u geïnteresseerd of wilt u nog wat extra foto’s zien. Neem een kijkje op onze website www.simonhautekeete.wix.com/onderzoek. Tijdens dit onderzoek zijn we gepassioneerd geraakt over hoe het lichaam werkt. Zowel Victor als Simon gaan geneeskunde studeren volgend jaar. Als leerlingen ooit willen verder bouwen op ons onderzoek of het willen uitbreiden, verwijs ze door naar de website en laat ze ons contacteren. Wij helpen graag een handje want de bloeddruk heeft nog veel meer variabelen dan alleen de zwaartekracht. Onze formule is nog ver van volmaakt en we zien graag onderzoekers in de toekomst deze theorie vervolledig.
Dank u voor uw interesse!
Bronvermelding a) Anoniem. (niet gekend). Bloeddruk FAQ. [14.11.2015, bloeddrukmeter: http://www.bloeddrukmeter.be/faq] b) Anoniem. (niet gekend). Bloeddrukwaarden. Wat betekent mijn bloeddruk? [11.11.2015, mens en gezondheid: http://mens-engezondheid.infonu.nl/diversen/81975-bloeddrukwaarden-wat-betekent-mijnbloeddruk.html] c) Karemaker, J. (1991). Bloeddruk en zwaartekracht. Natuur & Techniek, nr. 10 (jaargang 59), p. 756-767.
d) Karemaker, J. (1991). Bloeddruk en zwaartekracht. Natuur & Techniek, nr. 11 (jaargang 59), p. 820-831. e) D’Haeninck, L., Dekeersmaeker, L., Geris, K., Goossens, R., Schepers, W., & Vernemmen, P. (2015). Biogenie 5.2. Berchem: De Boeck.
De invloed van de zwaartekracht op de bloeddruk
23