芻議血液中的“膠體問題”

岳翊楊 王秋

關(guān)鍵詞：膠體;血液;教學情境;知識介紹;偽科學

膠體是分散質(zhì)粒子直徑介于1～100nm之間的常見分散系，膠體的這種聚集狀態(tài)使它呈現(xiàn)出一系列獨特的性質(zhì)，在科學技術(shù)、生產(chǎn)、生活中有廣泛的應用。我國普通高中化學課程標準（2017年版）的內(nèi)容標準與學業(yè)要求中提出“認識膠體是一種常見的分散系，實驗探究膠體的丁達爾效應;能從組成、結(jié)構(gòu)等方面認識物質(zhì)的多樣性”等要求。人教版（2019）高中必修《化學》（第一冊）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，以分散系的視角對混合物進行分類，引出膠體這一分散系，利用實驗探究膠體具有丁達爾效應這一重要性質(zhì)。課標與教材聚焦物質(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)了通過微粒觀及物質(zhì)尺度來研究物質(zhì)的新視角和切入點。在化學教學實踐中，很多教師基于膠體的丁達爾效應、電泳和聚沉等性質(zhì)，解釋生活中常見的現(xiàn)象，拓展介紹膠體在眾多領(lǐng)域的廣泛作用，對激發(fā)學生的學習興趣、感受化學與日常生活、生產(chǎn)的密切聯(lián)系，培養(yǎng)正確的化學價值觀等發(fā)揮了積極作用。但在教學中，不少教師對膠體性質(zhì)的一些應用仍存在缺乏科學原理考證、想當然推理、“以訛傳訛”等錯誤做法。

例如，很多教師在列舉生活中常見的膠體時會介紹血液是一種膠體，并對血液膠體在生活及醫(yī)學上的應用等展開介紹，在一些教輔資料和學校的考試卷中也常看見如下的試題。

例1我們常用“往傷口上撒鹽”來比喻某些人乘人之危的行為，其實從化學的角度來說，“往傷口上撒鹽”也有科學道理。那么，這種做法的化學原理是（ ）

A.膠體的電泳

B.血液的氧化還原反應

C.血液中發(fā)生復分解反應

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。現(xiàn)代醫(yī)學上使用微波手術(shù)刀進行外科手術(shù)，其好處主要是使開刀處的血液迅速凝固而減少失血，關(guān)于其作用原理的說法正確的是（ ）

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.微波電流通過金屬手術(shù)刀時產(chǎn)生的高溫使血液凝固

D.以上說法都正確

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

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。血細胞包括紅細胞（red blood cell，RBC）、白細胞（white bloodcell，WBC）和血小板（platelet，PLT），它們都是由造血干細胞通過分化形成的;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。

血液中不同的血細胞承擔了不同的生命功能，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行離心便可將不同的血細胞分離并進行下一步檢測。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，達到了40～50 g/L，它是一種高度可溶性的蛋白質(zhì)，其相對分子量約為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、尿素等以及無機鹽，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，血液是一個成分較為復雜的混合物，而血漿也是一個由膠體和晶體共同構(gòu)成的混合體系。而醫(yī)學上所提到的膠體，應當是血漿中的蛋白質(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，并不是十分嚴謹。

2“傷口撒鹽”真的有科學道理嗎

血液凝固是指血液由流動的液體狀態(tài)變成不可流動的凝膠狀態(tài)的過程。血漿中存在眾多凝血因子、抗凝血及纖維物質(zhì)，它們在血液中相互作用、相互制約、保持循環(huán)血液流暢。當出現(xiàn)流血時，即發(fā)生血液凝固，以防止血液的大量流失。凝血過程的實質(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)，使所有的血細胞包羅其中，從而使血液凝固。

在教學中，教師對傷口撒鹽的解釋，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，從而達到止血的作用。事實上，這種解釋不僅與血液凝固的本質(zhì)相違背，與此同時，向傷口處撒食鹽的行為，不僅會使傷者產(chǎn)生巨大的疼痛，并且當創(chuàng)傷面較大時，血液吸收了食鹽后會導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，導致血液中Na含量過高，從而引起高鈉血癥，嚴重時會造成生命危險。目前對傷口的處理經(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，同時沖洗掉傷口表面的細菌，抑制傷口的感染，并利于對其進行下一步處理，但是要確保生理鹽水的無菌性才能使用。雖然在臨床上也有使用高濃度鹽水對傷口沖洗以達到抑制細菌增生的作用，但是僅適用于創(chuàng)傷面較小的情況。由此可見，向傷口撒鹽的行為，不僅不能達到止血的效果，而且還存在巨大隱患，是一種偽科學的行為。

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，從而達到良好的止血效果。而傳統(tǒng)的高頻電刀、激光刀等設備，是利用高溫使刀口切面處產(chǎn)生一層很薄的焦痂來達到止血的效果，雖然高溫灼燒機體組織也會帶來皮膚組織碳化、產(chǎn)生異味等問題，但由于其便捷性和高效性，目前在醫(yī)療上的應用仍較為普及。

在教學中，教師對微波手術(shù)刀作用原理的解釋通常為：因為血液是膠體，所以手術(shù)刀頭對血液加熱時會使血液膠體發(fā)生聚沉而使血液凝固，從而達到止血的功效。其實這是一種違背客觀事實的說法，無論是傳統(tǒng)的高溫刀頭，還是如今的微波手術(shù)刀，他們的作用機理都是采用封閉血管的方法來進行止血，而非高溫使血液發(fā)生聚沉而凝固。因此，教師或某些教學參考資料的“解釋”是違背科學事實的想當然，這樣不僅會誤導學生對醫(yī)療設備與醫(yī)學知識的了解，也會使未來從事醫(yī)學學習的學生產(chǎn)生認知誤差。

4醫(yī)學上對膠體性質(zhì)的應用

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所，而且在細胞免疫、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行抽血，在血液中加入一定的化學試劑后進行成分分離，得到不同物質(zhì)的指標含量。在肝功能檢查中包括對蛋白質(zhì)代謝功能的檢測，例如總蛋白、球蛋白、白蛋白等含量的測定，并通過與參考值的對比，反映被檢測者肝臟合成功能的指標。

血液中蛋白質(zhì)的分離檢測，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)進行分離操作。向血液中加入一定量的緩沖液對其pH進行調(diào)節(jié)，在電場的作用下，利用不同種類的蛋白質(zhì)遷移速率不同，從而對其進行分離，隨后可以通過染色、掃描、生物活性檢測等技術(shù)對分離蛋白質(zhì)進行處理，進而得到所需的數(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體產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物等有害物質(zhì)排出體外，導致機體的有害物質(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，以延長患者壽命。

血液凈化的主要目的是為了清除腎衰竭患者機體內(nèi)潴留過多的代謝產(chǎn)物，同時為機體補充必要的物質(zhì)，以維持機體正常的生命運轉(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)補充必要物質(zhì)的過程。透析器中的透析膜是一種半透膜，其作用機理正是利用溶質(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等通過透析膜使之排出體外，而分子直徑較大的微粒如紅細胞、白細胞、血小板等則不能通過。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，對檢測物進行定性或定量分析的檢測技術(shù)稱之為免疫檢測技術(shù)。自1959年首次成功應用放射性免疫檢測技術(shù)對胰島素的檢測之后，免疫檢測技術(shù)便被廣泛應用于生物學的分析之中。目前，根據(jù)抗原或抗體的標記物不同，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)因其具有操作簡便、反應靈敏、耗時短等優(yōu)點，得到廣泛應用。

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，因而對蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)具有吸附性，當其大量聚集時，便可形成肉眼可見的粉紅色。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，使目標檢測物在毛細作用下向前移動。當目標檢測物與膠體金包被特異性抗原或抗體結(jié)合后，并到達檢測位置時與二次抗原或抗體結(jié)合，從而顯示出肉眼可見的顏色以達到檢測的目的。如今免疫膠體金層析技術(shù)在病原體檢測、婦女妊娠檢測、食品安全檢測及重金屬離子測定等領(lǐng)域都具有廣泛的應用。當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報客戶端報道了鐘南山院士與馳援湖北荊州的廣東醫(yī)療隊遠程會診，會診中鐘南山院士特別提到一個好消息，國家新批準了兩個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]gn，可在患者感染第7天或發(fā)病第3天就檢測出來，這對于進一步診斷很有幫助。

5啟示

教師在課堂中設置相關(guān)領(lǐng)域的真實情境，不僅要求教師具備扎實的化學學科基礎(chǔ)知識，還要求教師對化學交叉學科領(lǐng)域的內(nèi)容有一定的了解，搞清楚來龍去脈。教師應當保持積極的求知態(tài)度和嚴謹?shù)膶W習精神，力求向?qū)W生準確展現(xiàn)化學與其相關(guān)學科和技術(shù)的交叉、融合和滲透，讓學生更好地認識化學，運用化學。但在現(xiàn)實教學中，有些教師采用“拿來主義”，對相關(guān)背景的真實性和科學性缺少嚴謹考證，為創(chuàng)設情境而創(chuàng)設情境的現(xiàn)象時有發(fā)生，這樣不僅向?qū)W生傳達了錯誤的信息與偽科學的知識，也背離了創(chuàng)設真實情境的初衷。這樣的一些教學行為是我們應該引以為戒和反思的。

感謝大連友誼醫(yī)院主任醫(yī)師陳紅教授對本文中相關(guān)醫(yī)學問題的指導。