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Faculty版 - 你绝对想不到，心脏其实并不是心形……

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H****r
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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。
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（gordian knot of anatomy），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（William Harvey）。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。
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。
Francisco Torrent-Guasp 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，Torrent-Guasp 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，Torrent-Guasp 有了突破。
心脏是由一条心肌带扭成的。图片来源：David Geffen School of Medicine UCLA
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（
ventricular myocardial band）。
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）10.1016/j.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。
Torrent-Guasp 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。
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 Torrent-
Guasp 的观点。
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（sinus
node），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Torrent-Guasp 提供了支持。
Torrent-Guasp 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。
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，Torrent-Guasp 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 Robert Shave 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)10.1073/pnas.
1906902116
因为心肌带的发现，1978年 Torrent-Guasp 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, a Regional Atlas
of the Human Body第五版、Clinically Oriented Anatomy第五版等众多医学教材中。
那么，为什么心脏会是这种螺旋结构呢？
Torrent-Guasp 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： Lucite Treasures
Torrent-Guasp 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。
Torrent-Guasp 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。

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