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物理課中肺表面活性物質的教學探討的教育論文
【摘要】本文通過對物理學中的表面張力與人體肺表面活性物質的分析，闡述了物理課中如何對肺表面活性物質進行教學，進而取得良好的教學效果。認為進行物理學的理論的學習是了解生命現象，探討人體生理、病理特點、性質和過程不可缺少的基礎的結論。
【關鍵詞】表面張力 肺泡 表面活性物質要在醫學專科層次的物理教學中，進行肺表面活性物質的講解，并取得良好的教學效果，一直是筆者積極探求的。經過長時間的實踐，筆者認為從以下幾個方面進行教學，可以使學生理解學習物理學理論與了解生命現象探討探討人體生理、病理特點、性質和過程的重要關系，激發學生的學習熱情，取得良好的教學效果。
一、物理學中液體表面張力的相關知識
液體的表面張力從微觀上看，是因為表面薄層內分子間的相互作用， 它不同于液體內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， 宏觀上表現出液體表面具有收縮的趨勢， 整個液面處在一種張緊的狀態， 表面上出現張力。簡單地說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，表面張力就在這個平面上；如果液面是曲面，表面張力就在這個曲面的切面上。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度L成正比；不同性質的液體，表面張力應不同，因此引入了表面張力系數α，實驗發現表面張力系數與液體性質、溫度和純度有關，故表面張力表示為：F =αL。溶液的表面張力系數通常都與溶劑的表面張力系數不同，有的溶質使溶液的表面張力系數減小，此溶質稱為表面活性物質，少量的表面活性物質可以在很大程度上影響液體的表面性質，顯著降低表面張力，它還具有溶解、乳化、潤濕、起泡、消泡等作用。水的表面活性物質常見的有膽鹽、有機酸、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，彎曲液面有一個特點，就是在它的下面產生附加壓強，其數值為P =2αR，顯然該附加壓強和表面張力系數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P就越大。對凸液面，液面內壓強大于液面外壓強，附加壓強P向下；對凹液面，液面內壓強小于液面外壓強，附加壓強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，支氣管在肺內分成很多小支氣管，小支氣管越分越細，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血管。呼吸時新鮮空氣進入肺泡，其中的氧氣進入血液中，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所，也可以說氣體交換是在肺泡里進行的。
肺泡的半徑在吸氣開始時約為0.05～0.1mm。它的內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約為0.05N/m。如果把肺泡看作是球狀，這層液膜產生的附加壓強是15mmHg，這就是說，要使肺泡能擴張吸氣，泡內和泡外的壓強差最低要達到15mmHg。通常在吸氣時，肺泡內的壓強應比大氣壓強低3mmHg，使空氣可以通過氣管進入肺泡。因此要求肺泡外的壓強應該比大氣壓強低18mmHg。但實際上肺泡外胸腔的負壓只有4mmHg，肺泡內外的壓強差只有1mmHg，比要求的數值小1/15，這一實際問題是怎樣解決的，我們來進一步分析。 三、肺表面活性物質的作用
在呼吸過程中，這個困難是通過降低肺泡壁的表面張力來克服的。肺泡壁分泌一種表面活性物質(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壓下正常吸氣。另外，應該指出的是：肺泡的表面張力是隨肺泡的大小發生變化的。肺泡內的表面活性物質的量是保持一定的。吸氣時，肺泡體積增大，而表面活性物質的量不變，表面活性物質的濃度相對減小，表面張力系數增大，結果表面張力增大，以保持附加壓強的相對穩定，從而限制了肺泡的繼續膨脹；呼氣時，肺泡體積減小，表面活性物質的濃度增大，表面張力系數減小，結果表面張力減小，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，則當肺泡擴大時，附加壓強由于半徑增加而越來越小，擴大將繼續進行直至肺泡破裂為止。反過來當肺泡縮小時，附加壓強由于不斷增加，肺泡最后完全閉合。這就會使正常的呼吸無法進行。肺泡上表面活性物質對表面張力的調控作用保證了呼吸過程的正常進行。
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，而對于肺充氣來說，大部分壓力是用來克服表面張力的。若各肺泡的表面張力系數相同，根據物理學原理，只要所形成的液泡大小不同，小泡內的壓強就會超過大泡；而且液泡越小，其中的壓強越大。這樣，當大小不同的2個液泡由一個管腔連通時，小泡內的氣體將向壓強較低的大泡流動，于是小泡越來越小，以致完全萎縮，最后將只剩一個脹得更大的大泡。但是這種情況在肺中并沒有出現，原因也是由于表面活性物質的作用。表面活性物質在呼吸過程中調節著大小肺泡的表面張力系數，從而穩定大小肺泡內的壓強，使小肺泡不致萎縮，而大肺泡又不致過分膨脹。如果表面活性物質缺乏，則很多肺泡將因大小不等而無法穩定，表面張力增大，功能發生障礙，易于發生肺部不張癥。
子宮內胎兒的肺泡為粘液覆蓋，附加壓強將肺泡完全閉合。臨產時，肺泡壁分泌表面活性物質，以降低粘液的表面張力系數，但新生兒仍必須以大聲啼哭的強烈動作進行第一次呼吸來克服肺泡的表面張力而獲得生存。早產兒肺泡表面活性物質缺乏會導致肺不張和在肺泡表面形成透明質膜，影響肺通氣，引起新生兒呼吸窘迫綜合征，嚴重時可導致死亡。產前抽取羊水測肺表面活性物質含量，可預防該病的發生。
通過以上幾方面的講解，學生會感到物理學內容在醫學中的應用是多方面的，醫學生應重視學習物理，通過學習物理基礎理論，來進一步提高作為一名醫務工作者的綜合素質。
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