心脏是什么形状?许多人会说,这道题我会,不就是心形的嘛。心脏的真正形态是个螺旋形的莫比乌斯环。再来一道题:心脏是怎么跳动的?你可能会说,这道题也很简单,像吹气球那样一鼓一缩的啊。啊不,其实心脏跳动时像悠悠球一样左右旋转,而这点也是心脏的螺旋形决定的。而人类意识到这两点,只有短短数十年的时间。早在16世纪就有人发现了心脏整体的圆锥形态,也就是我们以为的心形。但是,为什么心形的心脏能跳动呢?
心脏形态和心脏功能之间的关系在500年里一直是个迷,因此这个问题也曾被称为解剖学的戈耳狄俄斯之结,也就是爆难没人知道答案的意思。后来在17世纪,有人在这个漏洞上打了个补丁,这个补丁版本也成了300年来人类对心脏的主流认识。这个人就是英国医生威廉·哈维。哈维发现了循环系统,将心脏和肺接入了整个循环系统的闭环中。哈维认为,人类的心脏是一块同质的肌肉,包含4个腔室,心肌收缩时排出血液,放松时充满血液。
哈维也因此被视为循环系统之父,他的教条也被一代代医生传承,写入了教科书中。不过,哈维依然无法解开解剖学的戈耳狄俄斯之结,他的学说中也有一些矛盾之处。大约在50年前,解剖学的“心结”终于被一位西班牙医生解开。Francisco Torrent-Guasp。他发现,心脏整个就像一条筋道宽面一样,是一个由肌肉构成的橡皮带;更有趣的是,这根劲道肌肉条是以螺旋的形态组织成心脏的。后来这条肉带就被称为心肌带。
这条肌肉带以螺旋线的方式绞成了心脏。也就是说,心脏是一个莫比乌斯环,是一个扭成了8字的螺旋。这种螺旋结构遍布在哺乳动物和鸟类的心脏中,而螺旋线本身在大自然中很常见,贝壳、松果、向日葵都含有螺旋线。Torrent-Guasp认为,人类心脏的形态意味着心脏的跳动是从心底,也就是心脏最上部开始的,心肌的收缩沿着心肌带传播,最后让心脏的各个部位依次皱缩起来。他的理论和以哈维为代表的经典理论有很多不同。
在过去的理论中,心脏的运动是从心尖传到到心底的。但是新的成像证据显示,心脏的运动确实始于心底,符合Torrent-Guasp的观点。后来其他研究者发现,心脏跳动的初始电信号始于一种特殊的细胞——窦房结,这些细胞位于心底的右心房,这个信号在心肌带上一步步扩散,使其收缩。这些证据再次为Torrent-Guasp提供了支持。
Torrent-Guasp的另一个新发现是,心脏的螺旋结构使得心脏跳动时会像悠悠球一样左右旋转,而心脏的这种扭旋让它像绞毛巾一样主动泵入和泵出血液,而不是像哈维理论描述的那样像气球胀缩一样被动吸入血液。实际上,早在16世纪,达芬奇就曾描述过心脏跳动时的旋转。不过,Torrent-Guasp是首个把心脏的螺旋结构和它的旋转联系到一起的人。
这些新发现意味着,当心脏不够强大的时候,心脏的螺旋结构开始变形,扭旋的程度减少,泵入和泵出血液的效率也会下降。
比如在2019年,英属哥伦比亚大学的心脏学家Robert Shave和同事发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究发现,人类心脏的扭转程度比人类的近亲黑猩猩的大得多,是黑猩猩的约2倍;人类如果运动量少了躺平活得轻松,心脏的各方面机能,比如扭转程度就会减少,向黑猩猩的心脏转变,心脏本身也会由小V脸转变为又大又圆。
因为心肌带的发现,1978年Torrent-Guasp被西班牙索菲亚王后和西班牙教育部提名诺贝尔医学奖,心肌带及其机制也被写入了众多医学教材中。那么,为什么心脏会是这种螺旋结构呢?Torrent-Guasp的假说是,人类心脏的原始形态是10亿年前的一条虫。这条虫没有现在的心室和心房,只能通过蠕动的方式使体液在全身流动。
在4亿年前,演化成鱼的“小虫”终于有了一颗1.0版本的心脏,这个古老的心脏有一个泵血的心室。在2亿年前,鱼类的心脏得到了系统升级,演化为爬行动物的心脏,这个加强版的心脏出现了心室和心房。再后来才出现哺乳动物那种绞得更加复杂的心脏。Torrent-Guasp指出,在人类胚胎的发育过程中就可以观察到这种从虫体到鱼心脏、到爬行动物心脏、再到哺乳动物心脏的演变。
也就是说,在胚胎头50天的发育中,人类心脏还原了它的演化史。Torrent-Guasp认为,人类心脏依旧保留着小虫时代的动态,还延续着类似虫体一浪一浪的运动模式,因此才展现出沿着心肌带的收缩和舒张方式。当然了,这个假说还需要更多的证据支持。不过能确定的是,关于心的问题,值得一代代的研究者献出心脏。