心臟其實是螺旋形的莫比烏斯環

七君

人類心臟研究的歷史

早在16世紀就有人發現了心臟整體的圓錐形態，也就是我們以為的心形。但為什么心形的心臟能跳動呢？心臟形態和心臟功能之間的關系在500年里一直是個謎，因此這個問題也曾被稱為解剖學的“戈耳狄俄斯之結”，也就是爆難沒人知道答案的意思。

后來在17世紀，有人在這個漏洞上打了個補丁，這個補丁版本也成了300年來人類對心臟的主流認識。這個人就是英國醫生威廉·哈維（WilliamHarvey）。哈維發現了循環系統。將心臟和肺接入了整個循環系統的閉環中。

哈維認為，人類的心臟是一塊同質的肌肉，包含4個腔室，心肌收縮時排出血液，放松時充滿血液。哈維也因此被視為循環系統之父，他的教條也被一代代醫生傳承，寫入了教科書中。不過，哈維依然無法解開解剖學的“戈耳狄俄斯之結”，他的學說中也有一些矛盾之處。

大約在50年前，解剖學的“心結”終于被一位西班牙醫生解開。Francisco Torrent-Guasp在學生時代就對哈維學說中的一些問題感到懷疑。比如他不太相信心臟肌肉放松時血液能大量涌入。在20世紀50年代.Torrent-Guasp還是西班牙薩拉曼卡大學醫學院的一位四年級學生，那時起他就不斷解剖各種動物的心臟。在25年的研究后.Torrent-Guasp有了突破。

心臟的形狀和運動方式

他發現，心臟整個就像一條筋道的寬面一樣，是一個由肌肉構成的橡皮帶;更有趣的是，這根筋道的肌肉條是以螺旋狀的形態組織成心臟的。后來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，心臟是一個莫比烏斯環，是一個扭成了8字的螺旋。

實際上，這種螺旋結構遍布在哺乳動物和鳥類的心臟中。而螺旋線本身在大自然中很常見，貝殼、松果、向日葵都含有螺旋線。

Torrent-Guasp認為，人類心臟的形態意味著心臟的跳動是從心底，也就是心臟最上部開始的，心肌的收縮沿著心肌帶傳播，最后讓心臟的各個部位依次皺縮起來。

他的理論和以哈維為代表的經典理論有很多不同。在過去的理論中，心臟的運動是從心尖傳到心底的。但是新的成像證據顯示，心臟的運動確實始于心底。符合Torrent-Guasp的觀點。

后來其他研究者發現，心臟跳動的初始電信號始于一種特殊的細胞——竇房結，這些細胞位于心底的右心房，這個信號在心肌帶上一步步擴散，使其收縮。這些證據再次為Torrent-Guasp提供了支持。Torrent-Guasp的另一個新發現是，心臟的螺旋結構使得心臟跳動時會像悠悠球一樣左右旋轉，而心臟的這種扭旋讓它像絞毛巾一樣主動泵入和泵出血液，而不是像哈維理論描述的那樣像氣球脹縮一樣被動吸入血液。

實際上，早在16世紀，達·芬奇就曾描述過心臟跳動時的旋轉。不過。Torrent-Guasp是首個把心臟的螺旋結構和它的旋轉聯系到一起的人。這些新發現意味著，當心臟不夠強大的時候，心臟的螺旋結構開始變形，扭旋的程度減小，泵入和泵出血液的效率也會下降。

比如在2019年，英屬哥倫比亞大學的心臟學家Robert Shave和同事發表在《美國國家科學院院刊》上的一項研究發現。人類心臟的扭轉程度比人類的近親黑猩猩的大得多，是黑猩猩的約2倍;人類如果運動量少了，躺平活得輕松，心臟的各方面機能，比如扭轉程度就會減小，向黑猩猩的心臟轉變，心臟本身也會由小v臉轉變為又大又圓。

因為心肌帶的發現，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學獎，心肌帶及其機制也被寫入了解剖圖譜經典《Anatomy，a Regional Atlas of the HumanBody》第五版、《Clinically Oriented Anatomy》第五版等眾多醫學教材中。

那么，為什么心臟會是這種螺旋結構呢？Torrent-Guasp的假說是。人類心臟的原始形態是10億年前的一條蟲。這條蟲沒有現在的心室和心房，只能通過蠕動的方式使體液在全身流動。

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泵血的心室。在2億年前，魚類的心臟得到了系統升級，演化為爬行動物的心臟，這個加強版的心臟出現了心室和心房。再后來才出現哺乳動物那種絞得更加復雜的心臟。

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

Torrent-Guasp認為，人類心臟依舊保留著小蟲時代的動態，還延續著類似蟲體一浪一浪的運動模式。因此才展現出沿著心肌帶的收縮和舒張方式。當然了，這個假說還需要更多的證據支持。

（本文經授權轉載自“把科學帶回家”公眾號，有刪節）