CN110136557B - 肺泡表面活性物质作用实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肺泡表面活性物质作用实验装置及方法，包括：连通管和第一气球、第二气球，第一气球和第二气球由连通管连通。其结构简单，实验方法容易操作，通过宏观现象展示微观下肺泡中的水分子及活性物质的作用，帮助于教师讲解分析知识点，便于学生理解。

Description

肺泡表面活性物质作用实验装置及方法

技术领域

本发明属于医学教具领域，更具体地，涉及一种肺泡表面活性物质作用实验装置及方法。

背景技术

肺组织具有弹性，肺泡中的水具有指向肺泡中心的表面张力，不利于肺泡吸气；肺泡中的表面活性物质具有减小肺泡表面张力的作用。临床上遇到新生儿呼吸窘迫综合征会采用补充肺表面活性物质、机械通气、支持循环维持正常血压等手段，但是都缺少合适的评价标准，需要临床前试验。水分子在肺泡内表面形成肺泡表面张力，阻碍肺泡扩张；脂质分子在肺泡内气体和水分子界面之间，能减小肺泡表面张力，还可以维持了肺泡稳定性，保证气体交换的表面积。但由于肺泡无法肉眼可见，水和表面活性物质的作用无法直观验证，因此肺泡中肺泡表面张力与肺泡表面活性物质之间的联系在教学过程中解释难度大。

因此期待研发一种肺泡表面活性物质作用实验装置及方法，用实验直接证明肺泡表面活性物质对肺泡的作用，通过宏观现象展示微观下肺泡中的活性物质的作用，帮助于教师讲解分析知识点，便于学生理解。

发明内容

本发明的目的是提供一种肺泡表面活性物质作用实验装置及方法，通过宏观现象展示微观下肺泡中的活性物质的作用。

为了实现上述目的，本发明提供一种肺泡表面活性物质作用实验装置，包括：连通管和第一气球、第二气球，所述第一气球和所述第二气球由所述连通管连通。

优选地，所述连通管为直管或三通管。

优选地，所述第一气球和所述第二气球通过连接线和密封夹分别密封连接于所述连通管的两端。

本发明还提供一种利用上述肺泡表面活性物质作用实验装置的实验方法，所述方法包括如下步骤：

1)将注入不同体积气体的第一气球与第二气球通过连通管连通，观察两个气球的体积变化；

2)将注入第一体积气体和第二体积水的第一气球与注入第三体积气体和第二体积水的第二气球通过连通管连通，观察两个气球的体积变化；

3)将注入第四体积气体、第五体积水和第六体积有机溶液的第一气球与注入第七体积气体、第五体积水和第六体积有机溶液的第二气球通过连通管连通，观察两个气球的体积变化；

其中，所述第一体积不等于所述第三体积，所述第四体积不等于所述第七体积。

优选地，所述步骤1)包括：

1.1)分别向所述第一气球和所述第二气球中注入不同体积气体，并分别用密封夹夹紧所述第一气球和所述第二气球；

1.2)将两个气球分别用连接线固定在连通管的两端；

1.3)取下密封夹，观察两个气球的体积变化。

优选地，所述步骤2)包括：

2.1)依次向第一气球中注入第二体积水和第一体积气体，依次向第二气球中注入第二体积水和第三体积气体，并分别用密封夹夹紧第一气球和第二气球；

2.2)摇晃所述第一气球和所述第二气球，使水充分附着在所述第一气球和所述第二气球的内表面；

2.3)将两个气球分别用连接线固定在连通管的两端；

2.4)取下密封夹，观察两个气球的体积变化。

优选地，所述连通管为三通管，所述步骤2.3)包括：

2.3.1)将所述三通管的第一出口封闭；

2.3.2)将两个气球分别用连接线固定在所述三通管的第二出口和第三出口上。

优选地，所述步骤3)包括：

3.1)依次向第一气球中注入第五体积水、第六体积有机溶液和第四体积气体，依次向第二气球中注入第五体积水、第六体积有机溶液和第七体积气体，并分别用密封夹夹紧第一气球和第二气球；

3.2)摇晃所述第一气球和所述第二气球，使水和有机溶液充分附着在所述第一气球和所述第二气球的内表面；

3.3)将两个气球分别用连接线固定在连通管的两端；

3.4)取下密封夹，观察两个气球的体积变化。

优选地，所述连通管为三通管，所述步骤3.3)包括：

3.3.1)将所述三通管的第一出口封闭；

3.3.2)将两个气球分别用连接线固定在所述三通管的第二出口和第三出口上。

优选地，所述第一体积气体为第三体积气体的1.5-3倍。

本发明的有益效果在于：

1、利用连通管将第一气球和第二气球连通，模拟微观下的肺泡结构，便于进行实验演示，能够直观的展示实验结果，并且实验装置结构简单、成本低，取材方便。

2、将第一气球和第二气球充气至不同大小之后，用连通管连通，观察两个气球的体积变化；向第一气球和第二气球中分别加入等量的水，再充气至不同大小之后，用连通管连通，观察两个气球的体积变化；向第一气球和第二气球中分别加入等量的水，再向第一气球和第二气球中分别加入等量的有机溶液，之后将充气至不同大小之后，用连通管连通，观察两个气球的体积变化；通过对比三次试验中气球大小的变化，体现出水和有机溶液对气球表面张力的影响，以模拟肺泡表面的水及活性物质对肺泡的作用，通过宏观现象展示微观下肺泡中的水分子及活性物质的作用。其结构简单，试验过程容易操作，帮助于教师讲解分析知识点，便于学生理解。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的探究肺泡表面活性物质作用的实验装置的采用干燥气球实验结果示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的探究肺泡表面活性物质作用的实验装置的采用加水气球的实验结果示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的探究肺泡表面活性物质作用的实验装置的采用加有机溶液和水的气球的实验结果示意图。

附图标记说明

1、连通管；2、第一气球；3、第二气球。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供一种肺泡表面活性物质作用实验装置，包括：连通管和第一气球、第二气球，第一气球和第二气球由连通管连通。

具体地，将第一气球和第二气球充气至不同大小之后，用连通管连通，观察两个气球的体积变化；向第一气球和第二气球中分别加入等量的水，再充气至不同大小之后，用连通管连通，观察两个气球的体积变化；向第一气球和第二气球中分别加入等量的水，再向第一气球和第二气球中分别加入等量的有机溶液，之后将充气至不同大小之后，用连通管连通，观察两个气球的体积变化；通过对比三次试验中气球大小的变化，体现出水和有机溶液对气球表面张力的影响，以模拟肺泡表面活性物质的水及对肺泡的作用，通过宏观现象展示微观下肺泡中的活性物质的作用。其结构简单，试验过程容易操作，帮助于教师讲解分析知识点，便于学生理解。

作为优选方案，连通管为直管或三通管。

具体地，连通管为玻璃材质。

作为优选方案，第一气球和第二气球通过连接线和密封夹分别密封连接于连通管的两端。

具体地，密封夹采用塑料夹，连接线采用棉线。

本发明还提供一种利用上述肺泡表面活性物质作用实验装置的实验方法，方法包括如下步骤：

1)将注入不同体积气体的第一气球与第二气球通过连通管连通，观察两个气球的体积变化；

2)将注入第一体积气体和第二体积水的第一气球与注入第三体积气体和第二体积水的第二气球通过连通管连通，观察两个气球的体积变化；

3)将注入第四体积气体、第五体积水和第六体积有机溶液的第一气球与注入第七体积气体、第五体积水和第六体积有机溶液的第二气球通过连通管连通，观察两个气球的体积变化；

其中，第一体积不等于第三体积，第四体积不等于第七体积。

具体地，设计实验通过气球展现肺泡中表面张力和肺泡表面活性物质在肺通气中的截然不同的作用：

干燥的两个气球的体积大小并没有改变；

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，说明水分子在气球内表面形成表面张力，气球内表面的水分子间作用力方向指向气球中心，阻碍气球扩张，进一步说明球面曲率半径大的肺泡压强大，球面曲率半径小的肺泡压强小，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，小肺泡顺应性也下降，大肺泡顺应性增加，最后肺泡失去了稳定性，直至小肺泡压强为零；

加入有机溶液后，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，说明脂质分子在气球内表面的液体与气体之间的界面上能减小气球内表面的表面张力，进一步说明肺泡表面活性物质(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，肺泡扩张时降低了肺泡表面水分子层的厚度，即分散了表面活性物质，小肺泡的肺泡表面张力大，但是同时表面活性物质(PS)密度也较大，降低了肺泡表面张力；而大肺泡的肺泡表面张力小，但是表面活性物质(PS)的密度也较小，其表面张力相对较大，因此，最后的结果是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，说明肺泡表面活性物质可以维持了肺泡稳定性，保证了气体交换的表面积。

本实验用气球模拟肺泡，从宏观的视野下直观地展现微观下肺泡表面水分子和活性物质对肺泡的影响。

作为优选方案，步骤1)包括：

1.1)分别向第一气球和第二气球中注入不同体积气体，并分别用密封夹夹紧第一气球和第二气球；

1.2)将两个气球分别用连接线固定在连通管的两端；

1.3)取下密封夹，观察两个气球的体积变化。

作为优选方案，步骤2)包括：

2.1)依次向第一气球中注入第二体积水和第一体积气体，依次向第二气球中注入第二体积水和第三体积气体，并分别用密封夹夹紧第一气球和第二气球；

2.2)摇晃第一气球和第二气球，使水充分附着在第一气球和第二气球的内表面；

2.3)将两个气球分别用连接线固定在连通管的两端；

2.4)取下密封夹，观察两个气球的体积变化。

具体地，第二体积水为3-5ml体积的水。

作为优选方案，连通管为三通管，步骤2.3)包括：

2.3.1)将三通管的第一出口封闭；

2.3.2)将两个气球分别用连接线固定在三通管的第二出口和第三出口上。

作为优选方案，步骤3)包括：

3.1)依次向第一气球中注入第五体积水、第六体积有机溶液和第四体积气体，依次向第二气球中注入第五体积水、第六体积有机溶液和第七体积气体，并分别用密封夹夹紧第一气球和第二气球；

3.2)摇晃第一气球和第二气球，使水和有机溶液充分附着在第一气球和第二气球的内表面；

3.3)将两个气球分别用连接线固定在连通管的两端；

3.4)取下密封夹，观察两个气球的体积变化。

具体地，体积V4有机溶液为3-5ml体积的有机溶液。

有机溶液需选用无毒无刺激性气味的脂类有机溶液，考虑到取用方便成本低，优先选用食用油。

作为优选方案，连通管为三通管，步骤3.3)包括：

3.3.1)将三通管的第一出口封闭；

3.3.2)将两个气球分别用连接线固定在三通管的第二出口和第三出口上。

作为优选方案，第一体积气体为第三体积气体的1.5-3倍。

实施例

图1示出了根据本实施例的探究肺泡表面活性物质作用的实验装置的采用干燥气球实验结果示意图；图2示出了根据本实施例的探究肺泡表面活性物质作用的实验装置的采用加水气球的实验结果示意图；图3示出了根据本实施例的探究肺泡表面活性物质作用的实验装置的采用加有机溶液和水的气球的实验结果示意图。

如图1至图3所示，该肺泡表面活性物质作用实验装置，包括：

第一气球2和第二气球3通过棉线和塑料夹分别密封连接于连通管1的两端，使第一气球2和第二气球3通过连通管1相互连通，其中连通管1为玻璃材质的三通管，其第三端保持密封。

本实施例中采用三通管，因为在实验室中三通管比较常见，更容易获得，且其第三端也可以扩展其他用途，或用于添加实验试剂。

利用上述肺泡表面活性物质作用实验装置的实验方法包括如下步骤：

1)向第一气球2中注入40ml气体，向第二气球3中注入80ml气体，并分别用塑料夹夹紧第一气球2和第二气球3；

将两个气球分别用棉线固定在连通管的两端；

取下密封夹，观察两个气球的体积变化。

实验结果为两个气球的体积大小没有变化。

2)依次向第一气球2中注入3ml水和40ml气体，依次向第二气球3中注入3ml水和80ml气体，并分别用塑料夹夹紧第一气球和第二气球；

摇晃第一气球2和第二气球3，使水充分附着在第一气球2和第二气球3的内表面；

将三通管的第一出口封闭；

将两个气球分别用棉线固定在三通管的第二出口和第三出口上

取下塑料夹，观察两个气球的体积变化。

实验结果为两个气球中体积大的变得更大，体积小的反而更小。

3)依次向第一气球2中注入3ml水、3ml油和40ml气体，依次向第二气球3中注入3ml水、3ml油和80ml气体，并分别用塑料夹夹紧第一气球和第二气球；

摇晃第一气球2和第二气球3，使水和油充分附着在第一气球2和第二气球3的内表面；

将三通管的第一出口封闭；

将两个气球分别用棉线固定在三通管的第二出口和第三出口上；

取下塑料夹，观察两个气球的体积变化。

实验结果为体积大的气球缩小，体积小的气球增大，最后两个气球大小近似相等。

本实验通过三组不同实验条件下的宏观实验结果的对比，展示微观下，肺泡表面的水分子和表面活性物质对肺泡的作用，说明肺泡中的水具有指向肺泡中心的表面张力，不利于肺泡吸气；肺泡中的表面活性物质具有减小肺泡表面张力的作用，能够维持肺泡稳定性，保证肺泡中气体交换的表面积

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (7)

1.一种利用肺泡表面活性物质作用实验装置的实验方法，其特征在于，所述肺泡表面活性物质作用实验装置包括：连通管和第一气球、第二气球，所述第一气球和所述第二气球由所述连通管连通；所述方法包括如下步骤：

1)将注入不同体积气体的第一气球与第二气球通过连通管连通，观察两个气球的体积变化；

2)将注入第一体积气体和第二体积水的第一气球与注入第三体积气体和所述第二体积水的第二气球通过连通管连通，观察两个气球的体积变化；

3)将注入第四体积气体、第五体积水和第六体积有机溶液的第一气球与注入第七体积气体、所述第五体积水和所述第六体积有机溶液的第二气球通过连通管连通，观察两个气球的体积变化；

其中，所述第一体积不等于所述第三体积，所述第四体积不等于所述第七体积。

2.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，所述步骤1)包括：

1.1)分别向所述第一气球和所述第二气球中注入不同体积气体，并分别用密封夹夹紧所述第一气球和所述第二气球；

1.2)将两个气球分别用连接线固定在连通管的两端；

1.3)取下密封夹，观察两个气球的体积变化。

3.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，所述步骤2)包括：

2.1)依次向所述第一气球中注入第二体积水和第一体积气体，依次向所述第二气球中注入所述第二体积水和第三体积气体，并分别用密封夹夹紧所述第一气球和所述第二气球；

2.2)摇晃所述第一气球和所述第二气球，使水充分附着在所述第一气球和所述第二气球的内表面；

2.3)将两个气球分别用连接线固定在连通管的两端；

2.4)取下密封夹，观察两个气球的体积变化。

4.根据权利要求3所述的实验方法，其特征在于，所述连通管为三通管，所述步骤2.3)包括：

2.3.1)将所述三通管的第一出口封闭；

2.3.2)将两个气球分别用连接线固定在所述三通管的第二出口和第三出口上。

5.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于，所述步骤3)包括：

3.1)依次向所述第一气球中注入所述第五体积水、所述第六体积有机溶液和所述第四体积气体，依次向所述第二气球中注入所述第五体积水、所述第六体积有机溶液和所述第七体积气体，并分别用密封夹夹紧所述第一气球和所述第二气球；

3.2)摇晃所述第一气球和所述第二气球，使水和有机溶液充分附着在所述第一气球和所述第二气球的内表面；

3.3)将两个气球分别用连接线固定在连通管的两端；

3.4)取下密封夹，观察两个气球的体积变化。

6.根据权利要求5所述的实验方法，其特征在于，所述连通管为三通管，所述步骤3.3)包括：

3.3.1)将所述三通管的第一出口封闭；

3.3.2)将两个气球分别用连接线固定在所述三通管的第二出口和第三出口上。

7.根据权利要求2所述的实验方法，其特征在于，所述第一体积气体为第三体积气体的1.5-3倍。

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