邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[追踪]去科技馆学科学:保护你的肺

杨 裔/中国科学技术馆

2019-05/总第278期

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呼吸系统是人体与外界空气进行气体交换的一系列重要器官的总称,肺是呼吸系统中最重要的器官。2017年颁布的《义务教育小学科学课程标准》中指出,小学生需掌握“人体由多个系统组成,分工配合,共同维持生命活动”的科学概念,要求学生学习“人体具有进行各种生命活动所需的器官”的科学内容,以达到能够“描述人体用于呼吸的器官”和“保护这些器官的方法”的学习目标。

人体每时每刻都在呼吸,即使在睡梦中,我们的呼吸也从未停止过。肺是人体呼吸系统的枢纽,分左右2个部分,它就像2片又大又软的海绵,每一分每一秒都在胸腔内起伏工作。在呼吸过程中,空气通过鼻腔吸入肺部,其中的氧气在肺泡内透过毛细血管壁进入血液,输送至全身各组织细胞,为身体正常运转提供所需的能量,二氧化碳则沿着相反的方向通过呼气排出体外。人体离不开氧气,就像鱼儿离不开水,离开氧气,人类将无法存活。

世界卫生组织的全球调查数据显示,影响健康的主要因素中,生活方式占60%,遗传因素占15%,社会因素占10%,医疗因素占8%,气候因素占7%。由此可见,生活方式对人体健康的影响至关重要。生活中有哪些不良习惯会损伤我们的肺部?我们应该如何保护肺部呢?

在中国科学技术馆“科技与生活”A厅“健康之路”展区,就有这样3件展品——“驱除异物”“烟之魔”和“烟之柱”,展示的就是香烟中的化学物质对肺部的危害,以及如何保护我们的肺。

驱除异物

纤毛是生长在呼吸道黏膜上的突起物,纤毛周围有较为稀薄的液胶层,外层有黏稠的凝胶层,纤毛摆动,就像风吹麦浪一样把进入气道的粉尘、颗粒、致病细菌等物质通过黏液推向支气管的敏感部位或咽部,以咳嗽的方式排出体外。人体内的纤毛既看不到也摸不着,它是如何工作的呢?又是如何将气道中的致病细菌清除出体外的呢?“驱除异物”这件展品揭示了其中的奥秘。

“驱除异物”展品(图1)主要由纤毛模型、颗粒模型、黏液模型等组成,通过机械模拟纤毛的生理功能,直观地展示了纤毛阻挡异物进入肺部的过程。图中绿色小球代表支气管中的颗粒物,机械模型模仿支气管中纤毛的运动,有机玻璃板代表黏液,每旋转1次旋钮,系统模拟“咳嗽”声,纤毛从左至右完成1次机械传动,推送颗粒模型向前移动1步,不断旋转旋钮,直至颗粒模型被移出凹槽,右侧显微镜模型放大显示纤毛运动状态的动画和清除异物的过程。

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图1 展品“驱除异物”结构示意图

正常状态下,纤毛呈规律性摆动,通过定向摆动把附着在器官表皮上的细菌、颗粒排出体外。香烟燃烧时产生的大量有害物质会损害呼吸道,燃烧时产生的焦油将沿着呼吸道进入肺部,附着在气管和呼吸道其他器官的纤毛上,黏稠的焦油使纤毛粘成一团,无法摆动,影响了纤毛清除异物的作用,增大了感染肺部疾病的风险。

烟之魔

慢性呼吸系统疾病(主要指慢阻肺)与心脑血管病、恶性肿瘤、糖尿病一起被世界卫生组织并称为4大慢病,它是一种常见但容易被人们忽视的疾病。慢阻肺全称为“慢性阻塞性肺病”,是一种具有气流阻塞特征的肺部疾病,包括慢性支气管炎和肺气肿。肺气肿是终末细支气管远端的气道弹性减退,过度膨胀、充气和肺容积增大或同时伴有气道壁破坏的病理状态,由于肺泡丧失充气和保持空气能力,形成呼吸道狭窄,导致呼吸不畅,造成呼吸困难。吸烟、空气污染和感染是导致慢性阻塞性肺病的3大危险因素,其中吸烟是最主要的因素。健康的肺部如何进行呼吸运动?患有肺气肿的肺部呼吸时又有哪些困难?通过“烟之魔”这件展品就能找到答案。

“烟之魔”展品(图2)主要由U形管、气泵活塞等组成。U形管模拟健康气道和肺气肿气道,管中分别设置小球,模拟空气流动,手柄模拟呼吸过程。推拉手柄,健康肺部的气道中氧气小球可以在U形管内从左至右顺畅运动,完成1次呼吸过程。当推拉代表肺气肿气道的手柄时,手柄沉重,小球运动到一半即掉落,无法完成完整的呼吸过程。这件展品通过对比体验,使我们深刻地感受到呼吸困难给肺气肿患者带来的痛苦。

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图2 展品“烟之魔”结构示意图

肺气肿的发病原因有很多,最主要的是个体易感因素和环境因素,它们之间相互影响,吸烟是引起肺气肿最主要的原因。正常状态下,非吸烟者的肺部呈鲜明的淡粉红色,看上去充满生气,而吸烟者的肺部,由于烟草中致癌物质的沉积,肺部布满了黑色斑点,整个肺部呈暗黑色(图3),吸烟数量越多、持续烟龄越长,肺部颜色越暗。

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图3 展品“烟之魔”肺部对比示意图

研究表明,长期吸烟者患肺癌、慢性阻塞性肺疾病的概率明显高于非吸烟者,患肺气肿的概率比不吸烟者多3〜5倍,吸烟量越大、吸烟时间越长、开始吸烟的年龄越早,患病的危险性越大。

烟之柱

香烟中有哪些有害物质?为什么人们难以戒除烟瘾?“烟之柱”这件展品将为你揭晓答案。

现在我国大约有3亿人吸烟,其中约90%在青少年时期就开始吸烟。烟草中含有4 000多种有害物质、69种致癌物,主要有害物包括一氧化碳、尼古丁、焦油等。一氧化碳被吸入人体后,会制约体内血氧结合,降低红血球输送氧气的能力,导致体内缺氧,引起心脑血管疾病。尼古丁是一种使吸烟者产生高度心理依赖的化学物质。吸烟时,尼古丁作用于大脑释放多巴胺,多巴胺使吸烟者产生轻松愉悦的感觉,即“奖赏作用”;当尼古丁含量降低时,吸烟者会感到烦躁并渴望再次吸烟,这就是吸烟成瘾的原因。

“烟之柱”展品由香烟柱模型、烟蒂模型等组成(图4)。烟柱模型由灯箱和透明玻璃柱组成,透明玻璃柱内装满了烟蒂模型,从下至上分别为吸烟5年、10年、15年、25年产生的烟蒂。操作台设置代表不同烟龄的按钮,启动烟龄按键,香烟柱灯箱点亮,显示该烟龄产生的经济损失,以及对比与此等值的更健康有意义的消费行为。以1个人每天吸1盒烟为例,10年6万元,20年12万元,30年18万元,这些钱可以用于健身、旅行、子女教育、家庭建设等。展品以“烟龄”为互动元素,以实物体量的方式提醒参观者吸烟带来的经济损失,以及给身体积累的伤害,对比与此等值的更健康有意义的消费行为。

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图4 展品“烟之柱”结构示意图

无论是主动吸烟还是被动吸烟,无论是二手烟还是三手烟,香烟燃烧时产生的化学物质及附着在环境中的烟草残留物都会对我们的肺部造成损伤,如果人们在青少年时期不吸烟,那么他们长大后吸烟的概率就很低。青少年更要学会保护自己的身体,远离烟草对健康的危害,正如世界卫生组织所倡导保持健康的4大基石:合理膳食,适量运动,戒烟限酒,心理平衡。

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