心臟其實(shí)是螺旋形的莫比烏斯環(huán)

七君

人類心臟研究的歷史

早在16世紀(jì)就有人發(fā)現(xiàn)了心臟整體的圓錐形態(tài)，也就是我們以為的心形。但為什么心形的心臟能跳動(dòng)呢？心臟形態(tài)和心臟功能之間的關(guān)系在500年里一直是個(gè)謎，因此這個(gè)問(wèn)題也曾被稱為解剖學(xué)的“戈耳狄俄斯之結(jié)”，也就是爆難沒(méi)人知道答案的意思。

后來(lái)在17世紀(jì)，有人在這個(gè)漏洞上打了個(gè)補(bǔ)丁，這個(gè)補(bǔ)丁版本也成了300年來(lái)人類對(duì)心臟的主流認(rèn)識(shí)。這個(gè)人就是英國(guó)醫(yī)生威廉·哈維（WilliamHarvey）。哈維發(fā)現(xiàn)了循環(huán)系統(tǒng)。將心臟和肺接入了整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)中。

哈維認(rèn)為，人類的心臟是一塊同質(zhì)的肌肉，包含4個(gè)腔室，心肌收縮時(shí)排出血液，放松時(shí)充滿血液。哈維也因此被視為循環(huán)系統(tǒng)之父，他的教條也被一代代醫(yī)生傳承，寫入了教科書中。不過(guò)，哈維依然無(wú)法解開解剖學(xué)的“戈耳狄俄斯之結(jié)”，他的學(xué)說(shuō)中也有一些矛盾之處。

大約在50年前，解剖學(xué)的“心結(jié)”終于被一位西班牙醫(yī)生解開。Francisco Torrent-Guasp在學(xué)生時(shí)代就對(duì)哈維學(xué)說(shuō)中的一些問(wèn)題感到懷疑。比如他不太相信心臟肌肉放松時(shí)血液能大量涌入。在20世紀(jì)50年代.Torrent-Guasp還是西班牙薩拉曼卡大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一位四年級(jí)學(xué)生，那時(shí)起他就不斷解剖各種動(dòng)物的心臟。在25年的研究后.Torrent-Guasp有了突破。

心臟的形狀和運(yùn)動(dòng)方式

他發(fā)現(xiàn)，心臟整個(gè)就像一條筋道的寬面一樣，是一個(gè)由肌肉構(gòu)成的橡皮帶;更有趣的是，這根筋道的肌肉條是以螺旋狀的形態(tài)組織成心臟的。后來(lái)這條肌肉帶就被稱為心肌帶。這條肌肉帶以螺旋線的方式絞成了心臟，也就是說(shuō)，心臟是一個(gè)莫比烏斯環(huán)，是一個(gè)扭成了8字的螺旋。

實(shí)際上，這種螺旋結(jié)構(gòu)遍布在哺乳動(dòng)物和鳥類的心臟中。而螺旋線本身在大自然中很常見(jiàn)，貝殼、松果、向日葵都含有螺旋線。

Torrent-Guasp認(rèn)為，人類心臟的形態(tài)意味著心臟的跳動(dòng)是從心底，也就是心臟最上部開始的，心肌的收縮沿著心肌帶傳播，最后讓心臟的各個(gè)部位依次皺縮起來(lái)。

他的理論和以哈維為代表的經(jīng)典理論有很多不同。在過(guò)去的理論中，心臟的運(yùn)動(dòng)是從心尖傳到心底的。但是新的成像證據(jù)顯示，心臟的運(yùn)動(dòng)確實(shí)始于心底。符合Torrent-Guasp的觀點(diǎn)。

后來(lái)其他研究者發(fā)現(xiàn)，心臟跳動(dòng)的初始電信號(hào)始于一種特殊的細(xì)胞——竇房結(jié)，這些細(xì)胞位于心底的右心房，這個(gè)信號(hào)在心肌帶上一步步擴(kuò)散，使其收縮。這些證據(jù)再次為Torrent-Guasp提供了支持。Torrent-Guasp的另一個(gè)新發(fā)現(xiàn)是，心臟的螺旋結(jié)構(gòu)使得心臟跳動(dòng)時(shí)會(huì)像悠悠球一樣左右旋轉(zhuǎn)，而心臟的這種扭旋讓它像絞毛巾一樣主動(dòng)泵入和泵出血液，而不是像哈維理論描述的那樣像氣球脹縮一樣被動(dòng)吸入血液。

實(shí)際上，早在16世紀(jì)，達(dá)·芬奇就曾描述過(guò)心臟跳動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)。不過(guò)。Torrent-Guasp是首個(gè)把心臟的螺旋結(jié)構(gòu)和它的旋轉(zhuǎn)聯(lián)系到一起的人。這些新發(fā)現(xiàn)意味著，當(dāng)心臟不夠強(qiáng)大的時(shí)候，心臟的螺旋結(jié)構(gòu)開始變形，扭旋的程度減小，泵入和泵出血液的效率也會(huì)下降。

比如在2019年，英屬哥倫比亞大學(xué)的心臟學(xué)家Robert Shave和同事發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)。人類心臟的扭轉(zhuǎn)程度比人類的近親黑猩猩的大得多，是黑猩猩的約2倍;人類如果運(yùn)動(dòng)量少了，躺平活得輕松，心臟的各方面機(jī)能，比如扭轉(zhuǎn)程度就會(huì)減小，向黑猩猩的心臟轉(zhuǎn)變，心臟本身也會(huì)由小v臉轉(zhuǎn)變?yōu)橛执笥謭A。

因?yàn)樾募У陌l(fā)現(xiàn)，1978年Torrent-Guasp被西班牙索菲亞王后和西班牙教育部提名諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，心肌帶及其機(jī)制也被寫入了解剖圖譜經(jīng)典《Anatomy，a Regional Atlas of the HumanBody》第五版、《Clinically Oriented Anatomy》第五版等眾多醫(yī)學(xué)教材中。

那么，為什么心臟會(huì)是這種螺旋結(jié)構(gòu)呢？Torrent-Guasp的假說(shuō)是。人類心臟的原始形態(tài)是10億年前的一條蟲。這條蟲沒(méi)有現(xiàn)在的心室和心房，只能通過(guò)蠕動(dòng)的方式使體液在全身流動(dòng)。

在4億年前，演化成魚的“小蟲”終于有了一顆1.0版本的心臟，這顆古老的心臟有一個(gè)泵血的心室。在2億年前，魚類的心臟得到了系統(tǒng)升級(jí)，演化為爬行動(dòng)物的心臟，這個(gè)加強(qiáng)版的心臟出現(xiàn)了心室和心房。再后來(lái)才出現(xiàn)哺乳動(dòng)物那種絞得更加復(fù)雜的心臟。

Torrent-Guasp指出，在人類胚胎的發(fā)育過(guò)程中就可以觀察到這種從蟲體到魚心臟、到爬行動(dòng)物心臟、再到哺乳動(dòng)物心臟的演變。比如在胚胎20天大的時(shí)候，人類心臟看起來(lái)就像一條蟲，30天大的時(shí)候心臟看起來(lái)像魚心，40天大的時(shí)候像爬行動(dòng)物的心臟。在50天大的時(shí)候才成為你左胸口里那顆紅心的樣子。也就是說(shuō)，在胚胎頭50天的發(fā)育中，人類心臟還原了它的演化史。

Torrent-Guasp認(rèn)為，人類心臟依舊保留著小蟲時(shí)代的動(dòng)態(tài)，還延續(xù)著類似蟲體一浪一浪的運(yùn)動(dòng)模式。因此才展現(xiàn)出沿著心肌帶的收縮和舒張方式。當(dāng)然了，這個(gè)假說(shuō)還需要更多的證據(jù)支持。

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自“把科學(xué)帶回家”公眾號(hào)，有刪節(jié)）