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摘要：目的 验证肺泡表面张力和肺表面活性物质在肺通气中的作用。方法 将两个气球充气至大小不等，连通后观察气球体积变化。如果在两个气球中加等量的少量水或油，连通后观察气球体积变化。结果 干燥的大小不等的两个气球用玻璃管连通后体积不变化；在两个气球内加入等量的少量水，连通后大的气球变大、小的气球变小；在两个气球内加入等量的几滴油，连通后大气球变小，小气球变大，直至体积相等。结论 水分子在弹性纤维内表面形成表面张力，在肺内形成肺泡表面张力，阻碍肺泡扩张；脂类在气 - 液界面减小表面张力。
关键词：肺泡；肺泡表面张力；肺泡表面活性物质
本文引用格式：姚瑶 . 肺泡表面张力和表面活性物质作用的验证 [J]. 世界最新医学信息文摘 ,2019,19(59):240,248.
Validation of Alveolar Surface Tension and Surfactant Action
YAO Yao
(Department of Basic Medicine, Jiangsu Vocational College of Medicine, Yancheng Jiangsu)
ABSTRACT: Objective To verify the role of alveolar surface tension and pulmonary surfactant in pulmonary ventilation. Methods The two balloons are inflated to different sizes, and the volume changes of the balloons are observed after they are connected. If a small amount of water or oil is added to the two balloons, the volume change of the balloon is observed after the connection. Results Two balloons of different sizes are connected by glass tubes and their volumes remain unchanged. When a small amount of water is added to the two balloons, the large balloon becomes larger and the small balloon becomes smaller. When a few drops of oil are added to the two balloons, the large balloon become smaller and the small balloon become larger until they are equal in volume. Conclusion Water molecules form surface tension on the inner surface of elastic fibers and alveolar surface tension in the lungs, which hinders alveolar expansion. Lipids reduce surface tension at the gas-liquid interface.
KEY WORDS: Alveolar; Alveolar surface tension; Pulmonary surfactant
0引言
呼吸是人体的重要功能，氧气与二氧化碳和生命息息相关。肺中的水分与脂类在肺通气和肺换气过程中扮演了重要的角色。
肺泡是呼吸道管道终末端的膨大，新鲜空气从肺泡壁进入肺泡周围的毛细血管网。从鼻、咽、喉、气管、支气管、小支气管，逐级分支，到终末细支气管，氧气穿过肺泡进入血管，与血红蛋白结合，通过血液循环运输至全身，而机体释放的二氧化碳也从肺中排出[1]。
整个肺通气过程中的阻力主要取决于：
（1）纤维组织的弹性。它是衡量肺功能的重要指标。顺应性（C）指弹性体在外力作用下发生变形的难易程度。顺应性大，则弹性阻力小；顺应性小，则弹性阻力大。
（2）肺泡表面张力。肺泡内表面附着一层薄薄的液体，湿润肺组织，减小摩擦。但是，水分子与水分子之间存在着方向指向肺泡中心的分子间作用力，即肺泡表面张力。它是肺通气阻力中重要的组分，占整个肺弹性阻力的2/3。
（3）肺泡表面活性物质。胎儿在母体内六至七个月时，肺泡Ⅱ型细胞开始合成、分泌一种重要的脂类与蛋白质的混合物，即肺泡表面活性物质（PS），脂质成分占90%以上[2]。PS分布在肺泡内表面的气-液交界面上，密度可以随着肺泡扩张收缩而变化，其主要作用有三：具有降低肺泡表面张力的作用；能维持大小肺泡容量的相对稳定；阻止肺泡毛细血管中液体向肺泡内滤出。
肺泡是许多相互连通的空心弹性球，和气球的性质和功能类似。如果把两个气球中充入不等量体积的气体，用玻璃管相通，是否会出现气流运动并导致两个气球的体积变化呢？如果向气球中加入等量的水或等量油，水和油分布在气球内表面上，结果会发生变化吗？加入水和加入油的实验现象相同吗？和肺泡内的现象一样吗？实验设计和结果如下。
1材料与方法
1.1材料
先准备一些颜色各异的气球，厚度、弹性差不多。每个气球代表一个肺泡。吹好的气球用塑料夹子夹闭，并用棉线固定在玻璃三通管的两个管口处（图1中a和b）；c口密闭，控制气流。
1.2方法
1.2.1将不同颜色的两个气球充气至不同大小，分别用塑料夹子夹闭，并用棉线固定在三通管a端和b端，c端保持密封。然后分别打开两个气球上的夹子，观察两个气球的变化。（图2）
1.2.2给不同颜色的两个气球都加入等量的水少许，充气至不同大小，分别用塑料夹子夹闭，并用棉线固定在三通管a端和b端，c端保持密封。然后分别打开两个气球上的夹子，观察两个气球的变化。（水也可以通过c口加入。）
1.2.3再向这两个气球内分别加入等量的油几滴，充气至不同大小，分别用塑料夹子夹闭，并用棉线固定在三通管a端和b端，c端保持密封。然后分别打开两个气球上的夹子，观察两个气球的变化。（油也可以通过c口加入。）
2结果
2.1干燥的两个气球大小都没变化（图2）。
由动力和阻力共同决定肺弹性组织运动。两者平衡，气球体积保持不变。
2.2加入水后，两个气球中体积大的变得更大，体积小的反而更小（图3）。
气球内表面的水分子间作用力方向指向气球中心，球面曲率半径大的肺泡（小肺泡）压强大，球面曲率半径小的肺泡（大肺泡） 压强小，小肺泡中气体流入大肺泡。因此，小肺泡体积变得更小， 大肺泡体积变得更大。
2.3体积大的气球缩小，体积小的气球增大。最后两个气球大小 近似相等（图 4A：实验前；图 4B：实验后）。
肺泡表面活性物质（PS）分布在肺泡内表面的气 - 液界面上， 有效地分散了水分子间作用力，降低肺泡表面张力。小肺泡的肺泡表面张力大，但是 PS 密度大，它大大降低了肺泡表面张力；相反，大肺泡的肺泡表面张力小，但是 PS 密度小，它降低肺泡表面张力能力也小。大肺泡中气体流向小肺泡，直至肺泡体积趋于一致， 到达平衡。
3讨论
根据物体表面张力 Laplace 定理，曲率半径小的肺泡表面张力比曲率半径大的表面张力大。
根据固体表面张力的 Laplace 定理，相同压力作用在大小不同的肺泡时，作用力沿着物体表面传递出去。各个分力的合力的 方向指向肺泡中心。半径越大的肺泡表面和外力的角度越接近90°，力越分散，合力越小。半径越小的肺泡合力越大，产生的压强越大。所以，气球和肺泡在水分子之间作用力，小肺泡的合力大于 大肺泡，对气体压强更大，气流从小肺泡中进入大肺泡。小肺泡塌陷，大肺泡扩张。
由此可见，肺通气过程中水和脂类对肺泡的作用在气球中加入 水和油得到的结果是相同的，原理是类似的。从这个实验展现了水 和脂类的不同性质和它们导致了人体中肺组织的不同作用。希望 对新生儿呼吸窘迫综合征等肺科疾病的原理和临床有所帮助。
参考文献
[1]朱大年 , 王庭槐 . 生理学 [M]. 人民卫生出版社 ,2013：156.
[2]牛迪 , 石雪峰 , 顾玉海 .SP-A 与慢性阻塞性肺疾病关系的研究进展 [J]. 世界最新医学信息文摘 ,2018,18(88):98-99+103
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