◇◇新语丝(www.xys.org)(xys4.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇ 生命的螺旋 作者:杏林霜叶 心脏的作用是推动血液流动,向器官、组织提供充足的血流量,以供应氧和 各种营养物质,并带走代谢的终产物(如二氧化碳、尿素和尿酸等),使细胞维持 正常的代谢和功能。成年人的心脏重约300克,它的作用是巨大的,例如一个人 在安静状态下,心脏每分钟约跳70次,每次泵血70毫升,则每分钟约泵5升血, 如此推算一个人的心脏一生泵血所作的功,大约相当于将3万公斤重的物体向上 举到喜马拉雅山顶峰所作的功,因此可以不夸张地说,心脏的确是一个神奇的人 体器官。 1628年,英国医生Harvey(1578-1657)出版了《心血运动论》一书。他根 据对40种不同动物的解剖观察和实验,得出血液在体内循环不息的结论。他发现, 心脏的左右两部分并不是同时收缩的,左右心房和左右心室的房室口的瓣膜是单 向阀,静脉中的静脉瓣也是单向阀。很明显,血液从心脏里被推送出来后,沿着 动脉流到全身,又循着静脉回到心脏,瓣膜起到防止血液倒流的作用。并证明心 脏的收缩和舒张是血液循环的原动力。Harvey的发现被誉为人类最为伟大的十个 科学发现之一,然而至今人们对循环系统的认识仍还有未解之迷。心脏作为人体 的发动机,它的收缩和舒张为血液提供源源不断的动力,使血液在血管内循环流 动,多年来人们一直认为它只是一个匀质的肌性器官,并不太清楚它的内部解剖 结构如何,到底是如何工作的。 人类很早就认识到心肌纤维存在螺旋状走行。1660年,Lower首次记录了心 尖部的肌纤维走向呈旋涡状,肌纤维从外侧沿顺时针方向走向中央,沿逆时针方 向由中央走向周边。这种螺旋状的心肌纤维走行也引起了外科医师的注意,发现 心脏并不是想象中的匀质的肌样器官,而是存在复杂缠绕的肌纤维螺旋,并且内 外不同,解剖学家们也想进一步了解这一奇异的结构,但苦于一直搞不清楚螺旋 从什么哪里开始又到哪里结束。直到上个世纪Torrent-Guasp医师终于解开了这 个神奇的心结,他通过全手工的解剖把整个心脏的螺旋完全解开,发现复杂的心 肌螺旋是由一条心肌带状结构经两次盘结而成。当别人问及他是如何解开这个复 杂的结构时,Torrent-Gausp医生说,是种系发育学给他带来的灵感,因为个体 的发育过程其实是重复了种系的进化过程。反过来,通过研究低级生物到高级生 物心脏演化过程,可以间接了解心脏发育过程。蠕虫是一种有着10亿多年历史的 古老生物,它的心脏(如果能算是心脏的话)只是一条简单的条索状结构,4亿 年前,鱼类出现了,它心脏已经有了单腔的泵结构,2亿年前出现的两栖类和爬 行类的心脏中,已经可以观察到成形的心房和心室腔结构,但是分隔心房和心室 的房间隔和室间隔仍残留有沟通。人类大约在10万年前出现,人的房间隔和室间 隔是完整的,也就是说人类的心脏已形成了各自独立的左右心结构。再让我们看 一下单个人类个体的心脏发育过程:在生命的第20天的时候,人类心脏与10亿年 前的蠕虫的心脏是相似的,只是一个简单的带状结构;到第25天的时候,静脉系 统和动脉系统完全分开了,以及形成了单泵的结构,这种结构与鱼类的心脏结构 极为类似;第30天的时间,带的缺损的房间隔和室间隔形成,此时的心脏正如两 栖类和爬行类的心脏;第50天的时候,房间隔缺损和室间隔缺损闭合,人类心脏 发育完成。也就是说人类的心脏的50天的发育期间里重复了10亿年的种系演化过 程。根据这个道理,Torrent-Gausp医生徒手解开了复杂缠绕的心脏肌纤维,首 先分离开主动脉和肺动脉,接下来就是右心室外壁,然后是覆盖在心尖螺旋表面 的心脏基底部的横向走行的心肌纤维,再把主动脉从左室接游离下来,分清心尖 螺旋的上升支和下降支,将心尖螺旋按肌纤维的方向打开以后,整个心脏就变成 了一条肌状条带,如果再按相反的次序折叠这个条带,又能还原成完整的心脏结 构。 心脏中为什么会存在这种复杂的心肌螺旋结构呢?答案是为了便于扭动,如 同跳华尔兹一样。的确,心脏并不是我们想的那样象一个气球那样收缩和舒张, 而是象跳舞一样的扭动腰肢。射血过程过程是一种螺旋拧紧的过程,舒张时也是 主动的解旋过程,产生抽吸作用将血吸进心脏。这种现象在心脏外科手术中可以 清楚地看到,当心脏完全暴露出来以后,从心尖向心底方向看去就可以观察到, 心脏收缩时,心尖部呈顺时针方向旋转,而心底部则呈逆时针方向旋转,同时心 脏变短,将血液射入主动脉;心脏舒张时的过程与收缩时完全相反,心肌主动解 旋,心尖部呈逆时针旋转,心底部呈顺进针旋转,心脏变长,产生一个抽吸力, 将左房内的血液吸入左室。除了在术中可以直观地看到心脏的扭动,许多学者运 用现代医学影像手术将心脏进行三维重建,就可以清楚地在透视下看到心脏运动 时,不同部分的相互关系。登录螺旋心脏网站(http://www.helicalheart.com/) 可以看到心脏螺旋的动画。 因为心脏是一个几乎全由肌组织组成的器官,没有刚性的骨髂结构可以作为 肌肉收缩的支点或支撑,螺旋状的心肌纤维结构及其特殊的扭转运动可以达到较 高的机械效率。在正常心脏中,由于心肌纤维呈螺旋状缠绕,15%的肌纤维的收 缩就可能产生60%的射血分数,而如果假设心肌纤维呈水平圆周状缠绕的话,15% 的肌纤维的收缩只能产生约30%的射血分数。在某些病理因素作用下,疾病达到 心功能衰竭阶段后,心脏往往呈球形扩大,此时心肌纤维的走向会由垂直交叉变 成接近水平状态,心肌收缩效率就会下降,出现恶性循环。从这种意义上讲,心 肌螺旋这种高效结构,是维持心脏在个体生命周期从开始到结束长达几十年中不 间断工作的重要保证。 事实上,螺旋结构不但存在于心脏中,人体中的许多结构中都存在螺旋,如 遗传物质DNA就呈双螺旋结构,人的指纹也是螺纹状图案,人的毛发等等,如果 我们再放眼生物界,螺旋结构更为普遍,绵羊角、蜗牛壳、雏菊的花蕊等等。现 实生活中,只要你细心观察你会发现螺旋结构无处不在,大到星系,小到细胞内 的离子流,日常生活中常见的各种装饰性图案都可以看到螺旋结构。螺旋结构是 生命的密码,大自然的曲线,而螺旋运动则是生命之舞,大自然的律动。 ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys4.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇