芻議血液中的“膠體問(wèn)題”

岳翊楊 王秋

關(guān)鍵詞：膠體;血液;教學(xué)情境;知識(shí)介紹;偽科學(xué)

膠體是分散質(zhì)粒子直徑介于1～100nm之間的常見(jiàn)分散系，膠體的這種聚集狀態(tài)使它呈現(xiàn)出一系列獨(dú)特的性質(zhì)，在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)、生活中有廣泛的應(yīng)用。我國(guó)普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)業(yè)要求中提出“認(rèn)識(shí)膠體是一種常見(jiàn)的分散系，實(shí)驗(yàn)探究膠體的丁達(dá)爾效應(yīng);能從組成、結(jié)構(gòu)等方面認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性”等要求。人教版（2019）高中必修《化學(xué)》（第一冊(cè)）第一章介紹了分散系、分散質(zhì)和分散劑的概念，在初中溶液和濁液基礎(chǔ)上，以分散系的視角對(duì)混合物進(jìn)行分類，引出膠體這一分散系，利用實(shí)驗(yàn)探究膠體具有丁達(dá)爾效應(yīng)這一重要性質(zhì)。課標(biāo)與教材聚焦物質(zhì)以一定的分散程度所表現(xiàn)出的一種特殊的狀態(tài)，體現(xiàn)了通過(guò)微粒觀及物質(zhì)尺度來(lái)研究物質(zhì)的新視角和切入點(diǎn)。在化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，很多教師基于膠體的丁達(dá)爾效應(yīng)、電泳和聚沉等性質(zhì)，解釋生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象，拓展介紹膠體在眾多領(lǐng)域的廣泛作用，對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、感受化學(xué)與日常生活、生產(chǎn)的密切聯(lián)系，培養(yǎng)正確的化學(xué)價(jià)值觀等發(fā)揮了積極作用。但在教學(xué)中，不少教師對(duì)膠體性質(zhì)的一些應(yīng)用仍存在缺乏科學(xué)原理考證、想當(dāng)然推理、“以訛傳訛”等錯(cuò)誤做法。

例如，很多教師在列舉生活中常見(jiàn)的膠體時(shí)會(huì)介紹血液是一種膠體，并對(duì)血液膠體在生活及醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用等展開(kāi)介紹，在一些教輔資料和學(xué)校的考試卷中也?？匆?jiàn)如下的試題。

例1我們常用“往傷口上撒鹽”來(lái)比喻某些人乘人之危的行為，其實(shí)從化學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，“往傷口上撒鹽”也有科學(xué)道理。那么，這種做法的化學(xué)原理是（ ）

A.膠體的電泳

B.血液的氧化還原反應(yīng)

C.血液中發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)

D.膠體的聚沉

例2微波是一種高頻電磁振蕩，“微波爐”就是利用高頻電磁振蕩使食品中分子也產(chǎn)生振蕩而發(fā)熱?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)上使用微波手術(shù)刀進(jìn)行外科手術(shù)，其好處主要是使開(kāi)刀處的血液迅速凝固而減少失血，關(guān)于其作用原理的說(shuō)法正確的是（ ）

A.微波電流迅速中和血液膠粒所帶的電荷而凝聚

B.微波使局部血液受熱而使血液膠體凝聚

C.微波電流通過(guò)金屬手術(shù)刀時(shí)產(chǎn)生的高溫使血液凝固

D.以上說(shuō)法都正確

筆者在查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并與醫(yī)療科研人員交流后發(fā)現(xiàn)，對(duì)于血液是否為膠體以及由此衍生的與血液相關(guān)的醫(yī)療問(wèn)題，同化學(xué)教學(xué)常見(jiàn)的教學(xué)處理之間存在較大出入。為此，本文就以上問(wèn)題展開(kāi)討論。

1血液是純粹的膠體嗎

血液是由血漿和懸浮在其中的血細(xì)胞兩部分構(gòu)成，是人體中的一種呈流體狀的結(jié)締組織。血細(xì)胞包括紅細(xì)胞（red blood cell，RBC）、白細(xì)胞（white bloodcell，WBC）和血小板（platelet，PLT），它們都是由造血干細(xì)胞通過(guò)分化形成的;血漿中含有大量水，水中溶解著多種電解質(zhì)、小分子化合物、部分氣體以及血漿蛋白。

血液中不同的血細(xì)胞承擔(dān)了不同的生命功能，其尺寸從幾到幾十微米不等，由于它們的質(zhì)量較大，將新采集的血液加入抗凝劑后進(jìn)行離心便可將不同的血細(xì)胞分離并進(jìn)行下一步檢測(cè)。血漿中的血漿蛋白包括白蛋白、球蛋白和纖維蛋白原三類，其中白蛋白的含量最高，達(dá)到了40～50 g/L，它是一種高度可溶性的蛋白質(zhì)，其相對(duì)分子量約為66000～69000，半徑為3.44±0.01nm，滿足膠體分散系的尺寸要求，因此它是血漿呈現(xiàn)膠體性質(zhì)的主要成分，在醫(yī)學(xué)上也將血漿蛋白所構(gòu)成的滲透壓影響稱之為血漿膠體滲透壓。血漿中的小分子化合物如葡萄糖、尿素等以及無(wú)機(jī)鹽，它們的分子量和直徑都較小，但是數(shù)量較多，其中約80%來(lái)自于Na和cl-，它們是血漿呈現(xiàn)溶液性質(zhì)的主要成分，在醫(yī)學(xué)上將這些小分子物質(zhì)統(tǒng)稱為晶體，因而它們所構(gòu)成的滲透壓影響稱之為血漿晶體滲透壓。

綜上所述，血液是一個(gè)成分較為復(fù)雜的混合物，而血漿也是一個(gè)由膠體和晶體共同構(gòu)成的混合體系。而醫(yī)學(xué)上所提到的膠體，應(yīng)當(dāng)是血漿中的蛋白質(zhì)膠粒，例如白蛋白等。因此，將血液或者血漿單純地定義為膠體，并不是十分嚴(yán)謹(jǐn)。

2“傷口撒鹽”真的有科學(xué)道理嗎

血液凝固是指血液由流動(dòng)的液體狀態(tài)變成不可流動(dòng)的凝膠狀態(tài)的過(guò)程。血漿中存在眾多凝血因子、抗凝血及纖維物質(zhì)，它們?cè)谘褐邢嗷プ饔?、相互制約、保持循環(huán)血液流暢。當(dāng)出現(xiàn)流血時(shí)，即發(fā)生血液凝固，以防止血液的大量流失。凝血過(guò)程的實(shí)質(zhì)在于血漿中可溶性的纖維蛋白原轉(zhuǎn)變成不可溶的纖維蛋白，纖維蛋白不斷地交叉呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使所有的血細(xì)胞包羅其中，從而使血液凝固。

在教學(xué)中，教師對(duì)傷口撒鹽的解釋，多從“血液為膠體”出發(fā)，利用膠體的性質(zhì)，認(rèn)為向傷口撒食鹽后，電解質(zhì)破壞了膠體的電荷平衡使血液發(fā)生聚沉，從而達(dá)到止血的作用。事實(shí)上，這種解釋不僅與血液凝固的本質(zhì)相違背，與此同時(shí)，向傷口處撒食鹽的行為，不僅會(huì)使傷者產(chǎn)生巨大的疼痛，并且當(dāng)創(chuàng)傷面較大時(shí)，血液吸收了食鹽后會(huì)導(dǎo)致傷口處的滲透壓急劇升高，使傷口處大量滲水，加重血液濃縮，導(dǎo)致血液中Na含量過(guò)高，從而引起高鈉血癥，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成生命危險(xiǎn)。目前對(duì)傷口的處理經(jīng)常使用到的生理鹽水，其作用在于除去傷口表面及周圍的碎屑和異物，同時(shí)沖洗掉傷口表面的細(xì)菌，抑制傷口的感染，并利于對(duì)其進(jìn)行下一步處理，但是要確保生理鹽水的無(wú)菌性才能使用。雖然在臨床上也有使用高濃度鹽水對(duì)傷口沖洗以達(dá)到抑制細(xì)菌增生的作用，但是僅適用于創(chuàng)傷面較小的情況。由此可見(jiàn)，向傷口撒鹽的行為，不僅不能達(dá)到止血的效果，而且還存在巨大隱患，是一種偽科學(xué)的行為。

3“微波手術(shù)刀”真的能使血液凝固嗎

“微波手術(shù)刀”是目前應(yīng)用較為廣泛的醫(yī)療器械，它的原理在于將手術(shù)刀與微波輻射器結(jié)合在一起，用幾十到一百余瓦的功率，刀刃用于切割組織，而刀片向周圍組織輻射微波，使創(chuàng)面上的小血管閉合，從而達(dá)到良好的止血效果。而傳統(tǒng)的高頻電刀、激光刀等設(shè)備，是利用高溫使刀口切面處產(chǎn)生一層很薄的焦痂來(lái)達(dá)到止血的效果，雖然高溫灼燒機(jī)體組織也會(huì)帶來(lái)皮膚組織碳化、產(chǎn)生異味等問(wèn)題，但由于其便捷性和高效性，目前在醫(yī)療上的應(yīng)用仍較為普及。

在教學(xué)中，教師對(duì)微波手術(shù)刀作用原理的解釋通常為：因?yàn)檠菏悄z體，所以手術(shù)刀頭對(duì)血液加熱時(shí)會(huì)使血液膠體發(fā)生聚沉而使血液凝固，從而達(dá)到止血的功效。其實(shí)這是一種違背客觀事實(shí)的說(shuō)法，無(wú)論是傳統(tǒng)的高溫刀頭，還是如今的微波手術(shù)刀，他們的作用機(jī)理都是采用封閉血管的方法來(lái)進(jìn)行止血，而非高溫使血液發(fā)生聚沉而凝固。因此，教師或某些教學(xué)參考資料的“解釋”是違背科學(xué)事實(shí)的想當(dāng)然，這樣不僅會(huì)誤導(dǎo)學(xué)生對(duì)醫(yī)療設(shè)備與醫(yī)學(xué)知識(shí)的了解，也會(huì)使未來(lái)從事醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知誤差。

4醫(yī)學(xué)上對(duì)膠體性質(zhì)的應(yīng)用

4.1肝功能檢查

肝臟屬于人體重要的內(nèi)分泌器官，也是人體主要的腺體，不僅為人體各種物質(zhì)的代謝提供了主要場(chǎng)所，而且在細(xì)胞免疫、體液免疫中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用，因此肝功能檢查具有十分重要的意義。肝功能檢查要求患者在空腹情況下進(jìn)行抽血，在血液中加入一定的化學(xué)試劑后進(jìn)行成分分離，得到不同物質(zhì)的指標(biāo)含量。在肝功能檢查中包括對(duì)蛋白質(zhì)代謝功能的檢測(cè)，例如總蛋白、球蛋白、白蛋白等含量的測(cè)定，并通過(guò)與參考值的對(duì)比，反映被檢測(cè)者肝臟合成功能的指標(biāo)。

血液中蛋白質(zhì)的分離檢測(cè)，正是利用了血液中的蛋白質(zhì)呈現(xiàn)膠體的性質(zhì)，利用電泳技術(shù)進(jìn)行分離操作。向血液中加入一定量的緩沖液對(duì)其pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，在電場(chǎng)的作用下，利用不同種類的蛋白質(zhì)遷移速率不同，從而對(duì)其進(jìn)行分離，隨后可以通過(guò)染色、掃描、生物活性檢測(cè)等技術(shù)對(duì)分離蛋白質(zhì)進(jìn)行處理，進(jìn)而得到所需的數(shù)據(jù)。

4.2血液透析

腎臟是人體重要的器官，是構(gòu)成泌尿系統(tǒng)的重要組成部分。腎臟的生理功能在于代謝產(chǎn)物的排泄、酸堿平衡的調(diào)節(jié)、血壓的調(diào)節(jié)、血鉀的調(diào)節(jié)以及內(nèi)分泌生理作用。腎衰竭是由于人體中的各種慢性腎臟疾病的發(fā)展所導(dǎo)致的后期腎臟功能部分或全部喪失的一種病理狀態(tài)，由于腎衰竭患者難以將機(jī)體產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物等有害物質(zhì)排出體外，導(dǎo)致機(jī)體的有害物質(zhì)積累而產(chǎn)生各種疾病。如今，隨著血液凈化技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，使腎衰竭患者的血液可以得到一定程度的凈化，以延長(zhǎng)患者壽命。

血液凈化的主要目的是為了清除腎衰竭患者機(jī)體內(nèi)潴留過(guò)多的代謝產(chǎn)物，同時(shí)為機(jī)體補(bǔ)充必要的物質(zhì)，以維持機(jī)體正常的生命運(yùn)轉(zhuǎn)。血液透析技術(shù)是臨床最早使用，也是使用最普遍的血液凈化方式。血液透析是指血液和透析液在透析器的輔助下，使血液側(cè)的有害物質(zhì)和多余水分排出體外，并從透析液側(cè)補(bǔ)充必要物質(zhì)的過(guò)程。透析器中的透析膜是一種半透膜，其作用機(jī)理正是利用溶質(zhì)分子在濃度差作用下所產(chǎn)生的滲析作用，并通過(guò)控制透析膜上孔徑的大小，使分子直徑較小的微粒如肌酐（cr）、尿酸（UA）、Na、K等通過(guò)透析膜使之排出體外，而分子直徑較大的微粒如紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板等則不能通過(guò)。透析膜的種類既有天然膜，例如醋酸纖維素膜;也有人工合成膜，例如PAN膜（聚丙烯腈膜）、PMMA膜（聚甲基丙烯酸甲酯膜）和PS膜（聚乙烯膜）等。

4.3免疫膠體金層析技術(shù)

根據(jù)抗原抗體特異性結(jié)合原理，對(duì)檢測(cè)物進(jìn)行定性或定量分析的檢測(cè)技術(shù)稱之為免疫檢測(cè)技術(shù)。自1959年首次成功應(yīng)用放射性免疫檢測(cè)技術(shù)對(duì)胰島素的檢測(cè)之后，免疫檢測(cè)技術(shù)便被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)的分析之中。目前，根據(jù)抗原或抗體的標(biāo)記物不同，可將該技術(shù)分類為放射免疫分析技術(shù)、酶免疫分析技術(shù)以及免疫層析分析技術(shù)等。其中，免疫膠體金層析技術(shù)因其具有操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)靈敏、耗時(shí)短等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。

膠體金是由四氯合金酸（HAuCl4）在還原劑如檸檬酸鈉的作用下所合成的一系列單分散金納米粒子水溶膠。金納米微粒為高電子密度性粒子，因而對(duì)蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)具有吸附性，當(dāng)其大量聚集時(shí)，便可形成肉眼可見(jiàn)的粉紅色。免疫膠體金層析技術(shù)則是利用上述特性，將微孔濾膜作為固相載體，使目標(biāo)檢測(cè)物在毛細(xì)作用下向前移動(dòng)。當(dāng)目標(biāo)檢測(cè)物與膠體金包被特異性抗原或抗體結(jié)合后，并到達(dá)檢測(cè)位置時(shí)與二次抗原或抗體結(jié)合，從而顯示出肉眼可見(jiàn)的顏色以達(dá)到檢測(cè)的目的。如今免疫膠體金層析技術(shù)在病原體檢測(cè)、婦女妊娠檢測(cè)、食品安全檢測(cè)及重金屬離子測(cè)定等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前在抗擊新型冠狀病毒感染的肺炎中，膠體金法在病毒檢測(cè)試劑盒研制中也發(fā)揮了重要作用。2020年2月23日澎湃新聞與廣州日?qǐng)?bào)客戶端報(bào)道了鐘南山院士與馳援湖北荊州的廣東醫(yī)療隊(duì)遠(yuǎn)程會(huì)診，會(huì)診中鐘南山院士特別提到一個(gè)好消息，國(guó)家新批準(zhǔn)了兩個(gè)用于鑒別普通流感和新冠肺炎的試劑盒，其中之一就是利用膠體金的方法測(cè)]gn，可在患者感染第7天或發(fā)病第3天就檢測(cè)出來(lái)，這對(duì)于進(jìn)一步診斷很有幫助。

5啟示

教師在課堂中設(shè)置相關(guān)領(lǐng)域的真實(shí)情境，不僅要求教師具備扎實(shí)的化學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，還要求教師對(duì)化學(xué)交叉學(xué)科領(lǐng)域的內(nèi)容有一定的了解，搞清楚來(lái)龍去脈。教師應(yīng)當(dāng)保持積極的求知態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)精神，力求向?qū)W生準(zhǔn)確展現(xiàn)化學(xué)與其相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的交叉、融合和滲透，讓學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)化學(xué)，運(yùn)用化學(xué)。但在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，有些教師采用“拿來(lái)主義”，對(duì)相關(guān)背景的真實(shí)性和科學(xué)性缺少嚴(yán)謹(jǐn)考證，為創(chuàng)設(shè)情境而創(chuàng)設(shè)情境的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這樣不僅向?qū)W生傳達(dá)了錯(cuò)誤的信息與偽科學(xué)的知識(shí)，也背離了創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境的初衷。這樣的一些教學(xué)行為是我們應(yīng)該引以為戒和反思的。

感謝大連友誼醫(yī)院主任醫(yī)師陳紅教授對(duì)本文中相關(guān)醫(yī)學(xué)問(wèn)題的指導(dǎo)。