作者:比尔·舒特著 / 帕特里夏·J. 温

内容简介:

心是生命的引擎,也是进化的智慧结晶;

途经我们的动物亲属,探索复杂精妙的人类心脏;

这是一本关于心脏 的自然史。作者从各种动物的心脏入手,讲述了它在漫长生命史上的进化历程,在清晰展现心脏作用的同时,幽默地穿插了引人入胜的奇趣故事和生物学知识。

从古至今,从自然到人类社会,从情感寄托到科学研究,人类对心脏的认识随着技术的发展不断深入,谬误和认知误区也伴随着重要的科学发现产生。为什么长期以来人们都认为心脏是灵魂、爱及其他情感的源泉?它有什么特别的地方?这本书从动物学、进化生物学以及再生医学等前沿技术的角度探讨这一问题,帮助我们重新理解心脏在生命进化和人类社会中所起到的作用,从而对这种动物和人体中的重要器官有一个全新的、深入的认识。

正如作者所说,心脏不只是一种驱动身体中血液循环的泵,它是疯狂的引擎,也是人类文化和人性的核心。

试读

2018年8月,我和画家帕特里夏·温一起前往多伦多的皇家安大略博物馆参观了著名的蓝鲸心脏标本。我和帕特里夏从20世纪90年代中期开始就是同事和朋友,那时候我们都在美国自然历史博物馆工作。她给我写过的每篇论文、图书章节和每本书(虚构的、非虚构的都算上)都画过插图。虽然我们去的时候蓝鲸展览已经结束,心脏标本也被收进了不向公众开放的区域,研究员比尔·霍奇金森还是为我们的到来特地把心脏标本取了出来。在一个小型飞机棚大小的房间里,保存完好的蓝鲸心脏直插在一根直径两英寸(5.08厘米)的不锈钢管上,看起来就像被这根钢管自下而上穿起来了。不锈钢管的底部固定有一个木制站台,顶端则连接着金属支架,从内部永久地支撑着标本,不为观众所见。

根据这个标本的官方尺寸,从底部到顶端的高度应该是42英寸(106.68厘米),宽度是38英寸(96.52厘米),可我感觉它像是在很高的地方俯视着我,估计得超过6英尺(182.88厘米),这完全出乎我的意料。之所以感觉上高出这么多,是因为塑化的心脏上方还伸出了多根巨大的血管。其中最显眼的就是呈宏伟拱形的主动脉及其分支,还有一组颈动脉[1],负责将含氧的血液从左心室运送至蓝鲸的头部。我们在上文中提到过心房,如果将两个心房视为心脏的“输入腔”(从肺和全身流回的血液分别输入左、右心房),那么两个心室可以被视为心脏的“输出腔”——右心室将缺乏氧气、富含二氧化碳的血液泵入肺,而左心室将富含氧气的血液泵出,供应全身所需。

在蓝鲸心脏标本漫长的制作过程中,人们往血管里注入了一种特殊的有机硅聚合物。这种物质染过色,因此能让静脉呈现蓝色,动脉呈现红色,让人们将动脉和静脉区别开来。彩色的心脏着实好看,在观看时,我的视线一下子就被右心室上打开的一扇“舷窗”给吸引了。这扇“舷窗”是由生物塑化专家弗拉基米尔·切列明斯基打造的,可以让观众一窥心室内部的景象。在心室内部,观众可以看到许多结构,其中就包括多根靠壁而生、样貌奇特的肌肉束,有数厘米粗。在解剖学上,这些肌肉束的学名叫肉柱(肌性隆起),许多哺乳动物(包括人类)体内都有这种结构,只不过没这么大。肉柱增大了心室壁的表面积,在有限的空间里配置了更多的肌纤维。这很关键,因为肌肉更多就意味着心室的收缩能力更强,就能更好地让心室将血液射出心脏。这样凹凸不平的心室壁有没有其他功能,尚待探索。

蓝鲸心脏的左、右心房也能收缩,但它们的壁较薄,这表明心房的工作要容易一些,只需将血液泵入各自邻近的心室即可。在心房和心室之间有瓣膜,名称“因地制宜”,叫房室瓣。通过切列明斯基的“舷窗”,前来观展的观众可以看到蓝鲸的右侧房室瓣,其大小大致相当于给幼儿玩的小鼓。人体内的房室瓣面积大约为0.75平方英寸(约4.8平方厘米),直径差不多相当于一块小石子。人的右侧房室瓣有三片翅膀状的瓣叶,因此也常被称为三尖瓣[2]。

房室瓣允许血液从心房流向心室,但和“放行”同等重要的是,它们还能在心室收缩时阻挡血液掉头流回心房。为了达到这个目的,心脏中还长有十几根坚韧的纤维,即腱索。腱索长得很像一根根琴弦。这些“心弦”主要是由一类结构蛋白——胶原蛋白[3]构成的。腱索一头牢牢地固定在心室壁上,另一头连接房室瓣的瓣叶,可以防止瓣叶在心室收缩时向心房方向开放,有效地隔开了心房和心室。

为了更直观地理解,你可以想象一只脖子上套着绳索的狗。绳索的另一头固定在地上。狗(代表瓣叶)最远只能跑到绳索(代表腱索)拉直的距离,通过这种办法,人们就可以防止狗跑出打开的大门。在人体医学中,心脏瓣膜脱垂指的是一个或多个房室瓣瓣叶向心房侧膨出(你可以想象成拴狗的绳索由于狗的一再拉扯而被拉长了,让狗得以跑出大门)。脱垂的瓣膜打破了心房和心室之间的分隔,导致流入心室的部分血液在心室收缩时没有正常地离开心脏,反而“反流”回了心房。心脏瓣膜脱垂可由既往心脏病、细菌性心内膜炎(常发于静脉吸毒者)或风湿热(链球菌感染)导致。二尖瓣脱垂也有先天性病例。

年龄增长也可能引起心脏瓣膜的病变。随着年龄越来越大,心脏瓣膜会逐渐硬化,失去柔韧性,进而无法再有效地密封心脏的腔室。由于每一次心跳都会有部分血液反流回心房,射出心脏的血量就会越来越少,心脏只能越来越卖力地工作(提高心率或增大收缩力度)来弥补损失。这些额外的努力会给心脏增加负担,造成严重问题。当负荷达到一定限度,心脏无法再给身体供应足够的富含氧气和养分的血液时,这些问题就会爆发出来。

血液流过房室瓣,充满左、右心室后,接下来要通过的就是半月瓣。半月瓣得名于其半月形状的瓣叶。心室收缩时,血液就会流入两根大动脉。右心室的血液流入肺动脉干,后者分支形成肺动脉,将缺乏氧气的血液送入肺部。而左心室则会通过收缩将富含氧气的血液泵入主动脉,再通过其遍布全身的分支将血液送往身体各处。虽然位于肺动脉和主动脉中的半月瓣(肺动脉瓣和主动脉瓣)在解剖结构上和房室瓣有区别——没有腱索,但这两个瓣膜同样能阻挡血液反流,让血液无法从肺动脉和主动脉流回心室。

人体的轻微瓣膜病变通常没有任何症状,也无须治疗,但在严重情况下,心脏瓣膜脱垂会导致心跳不规律(心律失常)、眩晕、疲劳、气短。部分患者可通过手术治疗。21世纪初之前,瓣膜修复或置换手术都是复杂的开胸手术,而现在,经导管瓣膜置换术只要求在患者身上开一个很小的切口即可完成,有时甚至可以做到完全无创。这要归功于心导管检查技术的发展,一种神奇到小说家都不敢想象的医疗技术,这个话题我们留到以后再详细地讲。

为了让观众看到蓝鲸心脏内部的结构,生物塑化专家切列明斯基还切除了标本的一部分心外膜(也叫心包脏层)。心外膜是一层很薄的保护层,紧贴在心肌外面,同时也是心包的最内层。心包是囊状的,能够起到为心肌润滑和缓冲的作用。为了更直观地理解心脏和心包的关系,你可以想象一个盛有少许清水的透明保鲜袋。把你的拳头(代表心脏)放在保鲜袋上,保鲜袋就会包裹在拳头外面。这袋水就相当于心包,保鲜袋贴合在拳头表面的部分就是心外膜,保鲜袋内部的空间叫心包腔,里面部分填充着心包液。继续观察这个模型,保鲜袋外侧没有碰到拳头的部分叫心包壁层,贴合着其周围的胸腔壁。在遭遇外来撞击时,这种结构能在保护心脏的同时维持住心脏的相对位置。要注意的是,心包并不是“容纳”着心脏,而是“包裹”着心脏。

里里外外地观察了一阵蓝鲸心脏的塑化标本后,我把帕特里夏一个人留在了仓库里为标本画素描,而我自己则回到博物馆,采访当时负责采集和保存标本的人。但和这个独一无二的标本的制作过程相比,我更感兴趣的是杰奎琳·米勒和马克·恩斯特龙等人通过它学到了什么以前不知道的新东西。

我问了米勒关于这颗心脏奇怪形状的问题。通常来说,哺乳动物的心脏都是锥形的,在底部(心尖部)会归于一个点;但蓝鲸的心尖居然是分叉的,这令我震惊。米勒告诉我,心尖分叉是须鲸科动物(长有鲸须的大型鲸类)[4]的一个特征。这类动物的另一个特征,就是心脏比大多数哺乳动物的心脏更扁平、更宽大。

“典型的陆生哺乳动物的心脏都是螺旋形的结构,其内部的组织和肌纤维全部围绕着左、右心室排列。”恩斯特龙补充道,“在收缩时,整个心脏的动态就好像拧毛巾。”

但须鲸科动物的心肌纤维直直地从心底部排列向心尖部,没有一点儿螺旋。

“我认为究其原因,是当鲸潜到很深的深度[5]时,心脏会被压缩

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