你还在相信心脏是心形的？其实是个莫比乌斯环

　　图片来源：photostockeditor
　　撰文七君
　　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。
　　心脏并不是这样跳动的。图片来源：newstation
　　01hr心脏的形状
　　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（gordianknotofanatomy），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（WilliamHarvey）。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。
　　循环系统之父威廉哈维的肖像。图片来源：RoyalCollegeofPhysiciansMuseum
　　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。
　　FranciscoTorrentGuasp。图片来源：alchetron
　　FranciscoTorrentGuasp在学生时代就对哈维学说中的一些问题感到怀疑，比如他不太相信心脏肌肉放松时血液能大量涌入。在20世纪50年代，TorrentGuasp还是西班牙萨拉曼卡大学医学院的一位四年级的学生，那时起他就不断解剖各种动物的心脏。在25年的研究后，TorrentGuasp有了突破。
　　心脏是由一条心肌带扭成的。图片来源：DavidGeffenSchoolofMedicineUCLA
　　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（ventricularmyocardialband）。
　　大家可以看一下TorrentGuasp对牛心的解构
　　图片来源：DavidGeffenSchoolofMedicineUCLA
　　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。
　　心肌带以扭了3下的莫比乌斯环（A行中的3X）的形式构成了心脏（C）。图片来源：（DOI）10。1016j。ejcts。2006。03。011
　　实际上，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。
　　心脏的螺旋线。图片来源：torrentguasp。com
　　02hr心脏如何跳动
　　TorrentGuasp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。
　　心底和心尖。图片来源：lifescienceedu。net
　　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TorrentGuasp的观点。
　　心肌带收缩信号的传导。图片来源：torrentguasp。com
　　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（sinusnode），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TorrentGuasp提供了支持。
　　TorrentGuasp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。
　　心脏的扭转像绞毛巾一样泵入和泵出血液。图片来源：helicalheart。com
　　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，TorrentGuasp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RobertShave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。
　　和人类相比，黑猩猩的心脏（A）更像个球，而久坐不动的人的心脏（B）比常从事耐力运动的人的心脏（C）更浑圆，更像黑猩猩的心脏。图片来源：（DOI）10。1073pnas。1906902116
　　因为心肌带的发现，1978年TorrentGuasp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解剖图谱经典Anatomy，aRegionalAtlasoftheHumanBody第五版、ClinicallyOrientedAnatomy第五版等众多医学教材中。
　　Anatomy，aRegionalAtlasoftheHumanBody中对心肌带的图示。
　　03hr心脏的演化起源
　　那么，为什么心脏会是这种螺旋结构呢？
　　TorrentGuasp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。
　　从左到右：鱼（鲤鱼）、两栖动物（青蛙）、爬行动物（蛇）、鸟类（鸽子）和哺乳动物（兔子）的心脏比较。图片来源：LuciteTreasures
　　TorrentGuasp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。
　　比如在胚胎20天大的时候，人类心脏看起来就像一条虫
　　30天大的时候，心脏看起来像鱼心
　　40天大的时候像爬行动物心
　　在50天大的时候才成为你左胸口里那颗红心的样子。
　　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。
　　图片来源：DavidGeffenSchoolofMedicineUCLA
　　TorrentGuasp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。
　　参考资料：
　　https：docs。qq。comdocDVG9FTEtBR1p3aWRu
　　本文经授权转载自把科学带回家（ID：steamforkids），原标题：你还在相信心脏是心形的？其实心脏是个莫比乌斯环，研究者们大受震撼。
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