學(xué)科教育論文-物理課中肺表面活性物質(zhì)的教學(xué)探討【摘要】本文通過(guò)對(duì)物理學(xué)中的表面張力與人體肺表面活性物質(zhì)的分析，闡述了物理課中如何對(duì)肺表面活性物質(zhì)進(jìn)行教學(xué)，進(jìn)而取得良好的教學(xué)效果。認(rèn)為進(jìn)行物理學(xué)的理論的學(xué)習(xí)是了解生命現(xiàn)象，探討人體生理、病理特點(diǎn)、性質(zhì)和過(guò)程不可缺少的基礎(chǔ)的結(jié)論?！娟P(guān)鍵詞】表面張力肺泡表面活性物質(zhì)要在醫(yī)學(xué)專科層次的物理教學(xué)中，進(jìn)行肺表面活性物質(zhì)的講解，并取得良好的教學(xué)效果，一直是筆者積極探求的。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐，筆者認(rèn)為從以下幾個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)，可以使學(xué)生理解學(xué)習(xí)物理學(xué)理論與了解生命現(xiàn)象探討探討人體生理、病理特點(diǎn)、性質(zhì)和過(guò)程的重要關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，取得良好的教學(xué)效果。一、物理學(xué)中液體表面張力的相關(guān)知識(shí)液體的表面張力從微觀上看，是因?yàn)楸砻姹觾?nèi)分子間的相互作用，它不同于液體內(nèi)部分子間的相互作用，從而使液體表面層具有一種特殊性質(zhì)，宏觀上表現(xiàn)出液體表面具有收縮的趨勢(shì)，整個(gè)液面處在一種張緊的狀態(tài)，表面上出現(xiàn)張力。簡(jiǎn)單地說(shuō)表面張力是液體表面層相鄰部分之間的吸引力，是一部分液面與另一部分液面之間的相互作用，施力物體和受力物體都是液體。表面張力的方向是跟液體表面共面或相切的。如果液面是平面，表面張力就在這個(gè)平面上；如果液面是曲面，表面張力就在這個(gè)曲面的切面上。作用在任何一部分液面上的表面張力，總是跟這部分液面的分界線垂直。表面張力的大小與所研究的那部分液面的周界線的長(zhǎng)度L成正比；不同性質(zhì)的液體，表面張力應(yīng)不同，因此引入了表面張力系數(shù)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)表面張力系數(shù)與液體性質(zhì)、溫度和純度有關(guān)，故表面張力表示為：F=L。溶液的表面張力系數(shù)通常都與溶劑的表面張力系數(shù)不同，有的溶質(zhì)使溶液的表面張力系數(shù)減小，此溶質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)，少量的表面活性物質(zhì)可以在很大程度上影響液體的表面性質(zhì)，顯著降低表面張力，它還具有溶解、乳化、潤(rùn)濕、起泡、消泡等作用。水的表面活性物質(zhì)常見(jiàn)的有膽鹽、有機(jī)酸、酚醛、肥皂等。例如肥皂可以增加溶解，將衣服中的污漬溶解到水中。由于表面張力作用，彎曲液面有一個(gè)特點(diǎn)，就是在它的下面產(chǎn)生附加壓強(qiáng)，其數(shù)值為P=2R，顯然該附加壓強(qiáng)和表面張力系數(shù)成正比和表面的半徑R成反比。表面彎曲越厲害，其半徑R越小，附加壓強(qiáng)P就越大。對(duì)凸液面，液面內(nèi)壓強(qiáng)大于液面外壓強(qiáng)，附加壓強(qiáng)P向下；對(duì)凹液面，液面內(nèi)壓強(qiáng)小于液面外壓強(qiáng)，附加壓強(qiáng)P向上。二、人體肺泡的物理特性人的呼吸器官主要包括鼻、咽喉、氣管和肺等部分。肺位于胸內(nèi)，支氣管在肺內(nèi)分成很多小支氣管，小支氣管越分越細(xì)，其末端膨大成囊狀氣室，每室又分成許多小氣囊，叫做肺泡。肺泡壁上分布著許多毛細(xì)血管。呼吸時(shí)新鮮空氣進(jìn)入肺泡，其中的氧氣進(jìn)入血液中，而血液中的二氧化碳則排至肺泡，再由氣管排出體外。所以肺泡是氣體交換的場(chǎng)所，也可以說(shuō)氣體交換是在肺泡里進(jìn)行的。肺泡的半徑在吸氣開(kāi)始時(shí)約為0.050.1mm。它的內(nèi)壁附有一層粘性組織液。這種液體在正常情況下的表面張力系數(shù)約為0.05N/m。如果把肺泡看作是球狀，這層液膜產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)是15mmHg，這就是說(shuō)，要使肺泡能擴(kuò)張吸氣，泡內(nèi)和泡外的壓強(qiáng)差最低要達(dá)到15mmHg。通常在吸氣時(shí)，肺泡內(nèi)的壓強(qiáng)應(yīng)比大氣壓強(qiáng)低3mmHg，使空氣可以通過(guò)氣管進(jìn)入肺泡。因此要求肺泡外的壓強(qiáng)應(yīng)該比大氣壓強(qiáng)低18mmHg。但實(shí)際上肺泡外胸腔的負(fù)壓只有4mmHg，肺泡內(nèi)外的壓強(qiáng)差只有1mmHg，比要求的數(shù)值小1/15，這一實(shí)際問(wèn)題是怎樣解決的，我們來(lái)進(jìn)一步分析。三、肺表面活性物質(zhì)的作用在呼吸過(guò)程中，這個(gè)困難是通過(guò)降低肺泡壁的表面張力來(lái)克服的。肺泡壁分泌一種表面活性物質(zhì)(由飽和卵磷脂和脂蛋白組成)，它可以使肺泡的表面張力下降1/7到1/15。這就可以使肺泡在胸腔的負(fù)壓下正常吸氣。另外，應(yīng)該指出的是：肺泡的表面張力是隨肺泡的大小發(fā)生變化的。肺泡內(nèi)的表面活性物質(zhì)的量是保持一定的。吸氣時(shí)，肺泡體積增大，而表面活性物質(zhì)的量不變，表面活性物質(zhì)的濃度相對(duì)減小，表面張力系數(shù)增大，結(jié)果表面張力增大，以保持附加壓強(qiáng)的相對(duì)穩(wěn)定，從而限制了肺泡的繼續(xù)膨脹；呼氣時(shí)，肺泡體積減小，表面活性物質(zhì)的濃度增大，表面張力系數(shù)減小，結(jié)果表面張力減小，從而防止了肺泡的萎縮。如果不是這樣，假定肺泡的表面張力保持不變，則當(dāng)肺泡擴(kuò)大時(shí)，附加壓強(qiáng)由于半徑增加而越來(lái)越小，擴(kuò)大將繼續(xù)進(jìn)行直至肺泡破裂為止。反過(guò)來(lái)當(dāng)肺泡縮小時(shí)，附加壓強(qiáng)由于不斷增加，肺泡最后完全閉合。這就會(huì)使正常的呼吸無(wú)法進(jìn)行。肺泡上表面活性物質(zhì)對(duì)表面張力的調(diào)控作用保證了呼吸過(guò)程的正常進(jìn)行。人體的肺泡大小不一，而且有些肺泡是相連的。在充滿空氣的肺中，既有肺組織的彈性力，又有存在于肺泡氣液界面上的表面張力，而對(duì)于肺充氣來(lái)說(shuō)，大部分壓力是用來(lái)克服表面張力的。若各肺泡的表面張力系數(shù)相同，根據(jù)物理學(xué)原理，只要所形成的液泡大小不同，小泡內(nèi)的壓強(qiáng)就會(huì)超過(guò)大泡；而且液泡越小，其中的壓強(qiáng)越大。這樣，當(dāng)大小不同的2個(gè)液泡由一個(gè)管腔連通時(shí)，小泡內(nèi)的氣體將向壓強(qiáng)較低的大泡流動(dòng)，于是小泡越來(lái)越小，以致完全萎縮，最后將只剩一個(gè)脹得更大的大泡。但是這種情況在肺中并沒(méi)有出現(xiàn)，原因也是由于表面活性物質(zhì)的作用。表面活性物質(zhì)在呼吸過(guò)程中調(diào)節(jié)著大小肺泡的表面張力系數(shù)，從而穩(wěn)定大小肺泡內(nèi)的壓強(qiáng)，使小肺泡不致萎縮，而大肺泡又不致過(guò)分膨脹。如果表面活性物質(zhì)缺乏，則很多肺泡將因大小不等而無(wú)法穩(wěn)定，表面張力增大，功能發(fā)生障礙，易于發(fā)生肺部不張癥。子宮內(nèi)胎兒的肺泡為粘液覆蓋，附加壓強(qiáng)將肺泡完全閉合。臨產(chǎn)時(shí)，肺泡壁分泌表面活性物質(zhì)，以降低粘液的表面張力系數(shù)，但新生兒仍必須以大聲啼哭的強(qiáng)烈動(dòng)作進(jìn)行第一次呼吸來(lái)克服肺泡的表面張力而獲得生存。早產(chǎn)兒肺泡表面活性物質(zhì)缺乏會(huì)導(dǎo)致肺不張和在肺泡表面形成透明質(zhì)膜，影響肺通氣，引起