人類對肺循環認識的歷史回顧

馬倩倩 段俊穎 曹云山

（1、甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州730000；2、甘肅省人民醫院，甘肅 蘭州730000）

1 肺循環的概念

肺循環與呼吸相關，是很重要的循環通路，肺循環接納全身的血液，擁有全身最多的毛細血管網，也稱小循環。體循環返回到右心房的靜脈血液流入右心室；右心室收縮，血液從右心室射入肺動脈，經其分支到達肺部毛細血管網，在此進行氣體交換，使靜脈血變成動脈血，再經肺靜脈回流入左心房[1]。血液從右心室返回到左心房的過程稱為肺循環。

2 在肺循環發現之前，人類對血液循環的認識

人類對循環系統的認識可以追溯到距今約3萬年前的西歐猛犸象和中國的皇帝內經。在西歐生活的克羅馬農人（Cromagnon man）用赤鐵礦中的紅精石繪制了一幅猛犸象的輪廓圖，并在它的胸部畫上了一個紅色的桃狀圖形，考古學家們認為這代表著心臟，這可能是人類最早繪出的關于心臟形狀的第一幅解剖圖[2]。早在2千多年前，中醫學巨著《黃帝內經》中記載了“諸血皆歸于心”，“經脈流行不止，環周不休”等相關論述[3]?？梢姡覈糯嗣駥ρ貉h也有了一定的認識。古希臘醫師Hippocrates（希波克拉底）（公元前460-377年）在形態觀察基礎上推論出血液是在一個環狀的徑路中流動的循環。印度傳統醫學Ayurveda文獻中也記載了人們對循環的早期認識。其中認為心臟及其附屬的不同血管運輸以下四個重要實體：“Rasa”是滋養其他組織的營養液；“Rakta”是生命中必不可少的紅色部分；“jas”是一種白色部分，其功能與免疫密切相關；“Prana”是通過呼吸作用產生的一個部分。今天被稱為“血液”的組織應該包含所有這些成分[4]。在1千多年前的古波斯文本中記載著“血液進入肺部變得寒冷并帶走生命的力量”等相關血液循環的論述[5]。

在人們認識肺循環之前，世界各地的學者提出了血液成環形流動的推測，但沒有經過證實，為后來肺循環的發現奠定了一定的基礎。

3 肺循環概念的提出與發展

根據伊朗Tehran大學的學者Zargaran和Zarshenas的說法，關于肺循環最早的手稿可能在古波斯，在宗教書籍中發現的一段文字可以被認為是1000多年前關于肺部循環描述。一位古波斯學者寫道：“血液從肝臟轉移到心臟，在那里引起心悸（收縮），然后被肺部吸收，釋放到心”[5]。經過前人理論的鋪墊與啟發，肺循環的提出可以歸納為五個階段。

3.1 Galen階段（血液循環概念的雛形）

Claudius Galenus（129-200年）是一位羅馬醫師，他認為人體存在三種精氣[6]，即自然之精氣、生命之精氣和動物之精氣。Galen認為被消化的食物，形成乳糜，從腸道到達肝臟，然后在那里轉化為血液，賦予血液自然之精氣；由右心室進入左心室的血與肺靜脈帶來的氣結合，賦予血液生命之精氣；當有生命精氣的血液運至大腦時，腦賦予這部分血液以動物之精氣。根據Galen的觀點，靜脈與動脈系統是分離獨立的[5]。Galen還認為血液到達心臟右半部分，能夠穿過心臟間隔上看不見的小孔到達左半部分，并在此與空氣混合，形成精元，再分布到全身各處[7]。這是人們一直普遍接受的理論。

3.2 lbn Al-Nafis和Michael Servetus階段（肺循環概念的提出）

一位來自大馬士革的阿拉伯醫生lbn Al-Nafis（1213-1288年），對Galen的生理學提出了三個重要的挑戰。首先，他明確指出左右心室之間的室間隔無孔，不能讓血液通過[8]；其次，他認為由于右心室和左心室之間沒有通過室間隔的通訊，右心室的輸出只能通過肺到達左心室；最后，lbn al-Nafis指出，肺動脈和肺靜脈之間必須有小的通訊。這一評論預測了肺毛細血管的存在[9]。Michael Servetus（1511-1553年）是位西班牙醫師，他提出：血液必須通過肺循環，不能直接從右心室流向左心室。他在一篇神學論文“Christianismi Restituto，The Restoration of Christianity”中記錄了這一想法：“然而，這種交流并不是通過人們普遍認為的心臟中間壁進行的，而是通過一種非常巧妙的安排，精血從心臟的右心室經過很長一段時間通過肺部向前推進；它由肺部作用，變成紅色，并從肺動脈注入肺靜脈”[10-11]。他還認為血液進入肺不僅僅是滋養肺，還是為了能夠與空氣混合[12]。天主教徒和加爾文教徒都認為這是異端，導致Servetus在日內瓦被燒死[13]。Servetus和Ibn al-Nafis關于肺部血液轉運的描述非常相似，有人認為Servetus的理論是與Ibn al-Nafis的工作是有關的[14]，所以有人認為將發現肺循環的榮譽歸于Servetus是不合理的[15]。也有人認為Servetus所接觸到的Ibn al-Nafis的文章沒有包括任何關于血液肺部轉運的內容[16]，所以不能否認Servetus對肺循環的提出所作出的貢獻。

3.3 William Harvey階段（血液循環的發現）

William Harvey（1578-1657年）是一位英國醫師，他提出心臟的收縮與脈搏相吻合[17]。脈搏不是由動脈的擴張和充盈產生的，而是由充滿血液的動脈所產生的[18]。心室可以將血液擠壓到主動脈和肺動脈中，動脈和靜脈中的血液是同一種血液，并不是所有的血液都是通過動脈輸送到組織中的，但是大部分血液都會進入靜脈。心室和瓣膜的作用是相同的[19]，其機制是為了接收和推進血液。血液可以回流到心臟，血液的動力起點是心臟而不是肝臟[20]。Harvey是第一個提出心臟泵送血液的醫生，在他的理論中已經可以將肺循環的基本過程敘述清楚，但他無法辨認血液從動脈到靜脈的毛細血管通道，他不理解肺循環過程中的氣體交換[21，22]。

3.4 Marcello Malpighi階段（毛細血管的發現）

在Harvey去世四年后，意大利生物學家和內科醫生Marcello Malpighi（1628-1694年）發現“在兩根血管（即肺動脈和肺靜脈）之間存在著可感知的通道（或氣孔）”。Marcello Malpighi通過對青蛙肺的顯微鏡觀察，首次證明肺泡和毛細血管的存在，并表明肺組織中的血液并不是均勻的[23]。于1661年首次發現血氣屏障(blood-gas barrier，BGB)，當時他給朋友Giovanni Borelli(1608-1679年)寫了兩封信，介紹他對青蛙肺的首次顯微鏡觀察。他寫道“......經過仔細的研究，我發現整個肺團是一個非常細的薄膜聚集在一起...?！?levissimis和tenuissimis膜)[24]。然而，由于BGB太薄，超出了光學顯微鏡的分辨率，阻礙了對其結構的進一步研究。事實上，法國醫生Albert Policard認為肺毛細血管及其內皮細胞直接暴露在肺泡中。直到Frank Low[25]制備了BGB的第一張電子顯微照片，才清楚地發現在薄的一面，屏障僅由一層肺泡上皮、毛細血管內皮和細胞外基質（extracellular matrix，ECM)組成，其中含有兩個細胞層的基底膜（basement membrane，BM)。現代電子顯微照片清晰地顯示了BGB的超微結構[26，27]。

3.5 Theodor Schwann階段（內皮細胞的發現）

隨著顯微鏡的改進，人們對毛細血管壁的結構越來越感興趣，但由于毛細血管壁的厚度(至少在其薄壁部分)小于0.5μm，基本上超出了光學顯微鏡的分辨率。到19世紀中葉，德國的病理學家Friedrich Albert von Zenker[28]等人認為毛細血管是裸露的，在內皮和肺泡氣體之間沒有任何東西，可能只有少量的網狀或結締組織。

Theodor Schwann（1810-1882年）是德國醫師和生理學家，他通過觀察蝌蚪的毛細血管壁提出了新觀點。1839年和1847年，Schwann第一個描述了后來被稱為內皮的物質。他寫道，小蝌蚪或發育完全的蝌蚪的毛細血管被一層薄膜包裹著，薄膜清晰可見，沒有纖維排列。這種“膜”的厚度在各種毛細血管中不均勻，不明顯[29]。他將毛細血管壁細胞的內層稱為“內皮”[30]。

在18世紀早期，Albert von Koelliker[31]將毛細血管分為兩類（血管和淋巴管）。Koelliker是Würzburg大學的教授，他描述了兩種類型的肺泡上皮細胞，即我們現在所知的I型和II型細胞。I型細胞覆蓋的面積相對較廣，而II型細胞更為致密。然而，這些描述基本上局限于細胞的平面圖[32]。

毛細血管壁細胞學說并沒有立即被接受。Johannes Miller（德國神學家）一開始對這個想法持反對態度。他后來逐漸認可，認為毛細血管不僅是渠道，實際上是由細胞組成的膜壁[31，33]。1873年，Charles Marie Benjamin Rouget（法國生理學家）在青蛙透明質膜的毛細血管和其他組織[34]中首次描述了由毛細血管周圍不規則的細胞體縱向排列而成的結構。1886年德國解剖學家和組織學家Karl Wilhelm Zimmermann對這些細胞進行了明確的鑒定[35]。Zimmermann命名了“周細胞”，并用硝酸銀對細胞進行染色，Zimmermann區分出三種類型的周細胞:毛細血管前周細胞，毛細血管周細胞，毛細血管后周細胞[36]。

至此，肺循環從懵懂概念的提出到解剖證實暫告一段落。從這一段歷史中，我們認識到，一個偉大的發現，通常都需要經過質疑“經典”、提出假設和證實這三個階段，在這其中不僅需要科學家質疑的勇氣，還需要嚴謹的思維，而這正是科學的魅力所在。