物理课中肺表面活性物质的教学探讨

来源:用户上传      作者: 冀　霞　段会增

　　【摘要】本文通过对物理学中的表面张力与人体肺表面活性物质的分析，阐述了物理课中如何对肺表面活性物质进行教学，进而取得良好的教学效果。认为进行物理学的理论的学习是了解生命现象，探讨人体生理、病理特点、性质和过程不可缺少的基础的结论。
　　【关键词】表面张力 肺泡 表面活性物质要在医学专科层次的物理教学中，进行肺表面活性物质的讲解，并取得良好的教学效果，一直是笔者积极探求的。经过长时间的实践，笔者认为从以下几个方面进行教学，可以使学生理解学习物理学理论与了解生命现象探讨探讨人体生理、病理特点、性质和过程的重要关系，激发学生的学习热情，取得良好的教学效果。
　　
　　一、物理学中液体表面张力的相关知识
　　
　　液体的表面张力从微观上看，是因为表面薄层内分子间的相互作用， 它不同于液体内部分子间的相互作用，从而使液体表面层具有一种特殊性质， 宏观上表现出液体表面具有收缩的趋势， 整个液面处在一种张紧的状态， 表面上出现张力。简单地说表面张力是液体表面层相邻部分之间的吸引力，是一部分液面与另一部分液面之间的相互作用， 施力物体和受力物体都是液体。
　　表面张力的方向是跟液体表面共面或相切的。如果液面是平面，表面张力就在这个平面上；如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。作用在任何一部分液面上的表面张力，总是跟这部分液面的分界线垂直。
　　表面张力的大小与所研究的那部分液面的周界线的长度L成正比；不同性质的液体，表面张力应不同，因此引入了表面张力系数α，实验发现表面张力系数与液体性质、温度和纯度有关，故表面张力表示为：F =αL。溶液的表面张力系数通常都与溶剂的表面张力系数不同，有的溶质使溶液的表面张力系数减小，此溶质称为表面活性物质，少量的表面活性物质可以在很大程度上影响液体的表面性质，显著降低表面张力，它还具有溶解、乳化、润湿、起泡、消泡等作用。水的表面活性物质常见的有胆盐、有机酸、酚醛、肥皂等。例如肥皂可以增加溶解，将衣服中的污渍溶解到水中。
　　由于表面张力作用，弯曲液面有一个特点，就是在它的下面产生附加压强，其数值为P =2αR，显然该附加压强和表面张力系数成正比和表面的半径R成反比。表面弯曲越厉害，其半径R越小，附加压强P就越大。对凸液面，液面内压强大于液面外压强，附加压强P向下；对凹液面，液面内压强小于液面外压强，附加压强P向上。
　　
　　二、人体肺泡的物理特性
　　
　　人的呼吸器官主要包括鼻、咽喉、气管和肺等部分。肺位于胸内，支气管在肺内分成很多小支气管，小支气管越分越细，其末端膨大成囊状气室，每室又分成许多小气囊，叫做肺泡。肺泡壁上分布着许多毛细血管。呼吸时新鲜空气进入肺泡，其中的氧气进入血液中，而血液中的二氧化碳则排至肺泡，再由气管排出体外。所以肺泡是气体交换的场所，也可以说气体交换是在肺泡里进行的。
　　肺泡的半径在吸气开始时约为0.05～0.1mm。它的内壁附有一层粘性组织液。这种液体在正常情况下的表面张力系数约为0.05N/m。如果把肺泡看作是球状，这层液膜产生的附加压强是15mmHg，这就是说，要使肺泡能扩张吸气，泡内和泡外的压强差最低要达到15mmHg。通常在吸气时，肺泡内的压强应比大气压强低3mmHg，使空气可以通过气管进入肺泡。因此要求肺泡外的压强应该比大气压强低18mmHg。但实际上肺泡外胸腔的负压只有4mmHg，肺泡内外的压强差只有1mmHg，比要求的数值小1/15，这一实际问题是怎样解决的，我们来进一步分析。
　　
　　三、肺表面活性物质的作用
　　
　　在呼吸过程中，这个困难是通过降低肺泡壁的表面张力来克服的。肺泡壁分泌一种表面活性物质(由饱和卵磷脂和脂蛋白组成)，它可以使肺泡的表面张力下降1/7到1/15。这就可以使肺泡在胸腔的负压下正常吸气。另外，应该指出的是：肺泡的表面张力是随肺泡的大小发生变化的。肺泡内的表面活性物质的量是保持一定的。吸气时，肺泡体积增大，而表面活性物质的量不变，表面活性物质的浓度相对减小，表面张力系数增大，结果表面张力增大，以保持附加压强的相对稳定，从而限制了肺泡的继续膨胀；呼气时，肺泡体积减小，表面活性物质的浓度增大，表面张力系数减小，结果表面张力减小，从而防止了肺泡的萎缩。如果不是这样，假定肺泡的表面张力保持不变，则当肺泡扩大时，附加压强由于半径增加而越来越小，扩大将继续进行直至肺泡破裂为止。反过来当肺泡缩小时，附加压强由于不断增加，肺泡最后完全闭合。这就会使正常的呼吸无法进行。肺泡上表面活性物质对表面张力的调控作用保证了呼吸过程的正常进行。
　　人体的肺泡大小不一，而且有些肺泡是相连的。在充满空气的肺中，既有肺组织的弹性力，又有存在于肺泡气液界面上的表面张力，而对于肺充气来说，大部分压力是用来克服表面张力的。若各肺泡的表面张力系数相同，根据物理学原理，只要所形成的液泡大小不同，小泡内的压强就会超过大泡；而且液泡越小，其中的压强越大。这样，当大小不同的2个液泡由一个管腔连通时，小泡内的气体将向压强较低的大泡流动，于是小泡越来越小，以致完全萎缩，最后将只剩一个胀得更大的大泡。但是这种情况在肺中并没有出现，原因也是由于表面活性物质的作用。表面活性物质在呼吸过程中调节着大小肺泡的表面张力系数，从而稳定大小肺泡内的压强，使小肺泡不致萎缩，而大肺泡又不致过分膨胀。如果表面活性物质缺乏，则很多肺泡将因大小不等而无法稳定，表面张力增大，功能发生障碍，易于发生肺部不张症。
　　子宫内胎儿的肺泡为粘液覆盖，附加压强将肺泡完全闭合。临产时，肺泡壁分泌表面活性物质，以降低粘液的表面张力系数，但新生儿仍必须以大声啼哭的强烈动作进行第一次呼吸来克服肺泡的表面张力而获得生存。早产儿肺泡表面活性物质缺乏会导致肺不张和在肺泡表面形成透明质膜，影响肺通气，引起新生儿呼吸窘迫综合征，严重时可导致死亡。产前抽取羊水测肺表面活性物质含量，可预防该病的发生。
　　通过以上几方面的讲解，学生会感到物理学内容在医学中的应用是多方面的，医学生应重视学习物理，通过学习物理基础理论，来进一步提高作为一名医务工作者的综合素质。
　　
　　(作者单位：河北邢台医学高等专科学校；河北邢台学院)

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