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分类:科技

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图片泉源: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“de”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,这道题也很简朴,像吹气球那样一鼓一缩的啊。

啊不,着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议的。

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‘yang’跳动的。图片泉源:newstation

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。然则,为什么心形的心脏能跳动呢?心脏形态和心脏功效之间的关系在500年里一直是个迷,因此这个问题也曾被称为剖解学的戈耳狄俄斯之结(gordian knot of anatomy),也就是爆难没人知道谜底的意思。

厥后在17世纪,有人在这个破绽上打了个补丁,这个补丁版本也成了300年来人类对心脏的主流熟悉。这小我私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。图片泉源:Royal College of Physicians Museum

哈〖ha〗维以为,人类的心脏是一块同质的肌肉,包罗4个腔室,心肌缩短时排挤血液,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。不外,哈维依然无法解开剖解学的戈耳狄俄斯之结,他的学说中也有一些矛盾之处。

约莫在50年前,剖解学的“心结”终于被一位西班牙医生解开。

Francisco Torrent-Guasp。图片泉源:alchetron

Francisco Torrent-Guasp 在学生时代就对哈维学说中的一些问题感应嫌「xian」疑,好比他不太信托心脏肌肉放松时血液能大量涌入。在20世纪50年月,Torrent-Guasp 照样西班牙萨拉曼卡大学医学院的一位四年级的学生,那时起他就不停剖解种种动物的心脏。在25年的研究后,Torrent-Guasp 有了突(tu)破。

心脏是由一条心肌带扭成的。图片泉源:David Geffen School of Medicine UCLA

他发{fa}现,心脏整个就像一‘yi’条筋道宽面一样,是一个由肌肉组成的橡皮带;更有趣的是,这根劲道(dao)肌肉条是以螺旋的形态组织成心脏的。厥后这条肉带就被称为心肌带(ventricular myocardial band)。

人人可以看一下 Torrent-Guasp 对牛心的解构――

图片泉源:David Geffen School of Medicine UCLA

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)的形式组成了心脏(C)。图片泉源:(DOI)10.1016/j.ejcts.2006.03.011

现实上,这种螺旋结构遍布在哺乳动物和鸟类的心脏中,而螺旋线自己在大自然中很常见,贝壳、松果、向日葵都含有螺旋线。

心脏的螺旋线。图片泉源“yuan”:torrent-guasp.com

Torrent-Guasp 以为,人类心脏的形态意味着心“xin”脏的跳动是从心底,也就是心脏最上部最先的,心肌的缩短沿着心肌带流传,最后让心脏的各个部{bu}位依次皱缩起来。

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心底〖di〗和心尖。图片泉源「yuan」:life-science-edu.net

他的理论和以哈维为代表的经典理论有许多差异。在已往的理论中,心脏的运动是从心尖传到到心底的。然则新的成像证据显示,心脏的运动“dong”确实始于心底,相符‘fu’ Torrent-Guasp 的看法(fa)。

心肌带缩短信号的传导。图片泉源:torrent-guasp.com

厥后(hou)其他研究者发现,心脏跳{tiao}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,使其缩短。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 er[心脏的这种扭旋让它像绞毛巾一样自动泵入和泵出血液,而不是像哈维理论形貌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‘ru’和泵出血液。图片泉源:helicalheart.com

现实上,早在16世纪,达芬奇就曾形貌过心脏跳动时的旋转。不外,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,当心脏不够壮大的时刻,心脏的螺旋结构最先变形,扭旋的水平削,泵入和泵出血液的效率也会下降

好比在2019年,英属哥伦比亚大学的心脏学家 Robert Shave 和同事揭晓在《美国国家科学院院刊》上的一项研究发〖fa〗现,人类心脏的“de”扭转水平比人类的近亲黑猩猩的大得多,是黑猩猩的约2倍;人类若是运动量少了躺平活得轻松,心「xin」脏的各方面性能,好比扭转水平【ping】就会削减,向黑猩猩的心脏转变,心脏自己也会由小V脸转变为又大《da》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。图片泉源:(DOI)10.1073/pnas.1906902116

由于心肌带『dai』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剖解图谱经典Anatomy, a Regional Atlas of the Human Body第五版、Clinically Oriented Anatomy第五版等众多医学课本中。

Anatomy, a Regional Atlas of the Human Body中对心肌带的图示。

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‘quan’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{xue}的心室。

在2亿年前,鱼类的心脏获得了系统升级「ji」,演化为爬行动物的心脏『zang』,这个增强版的心脏泛起了心室和心{xin}房。再厥后才泛起哺乳动物那种绞得加倍庞大的心脏。

从左到右:鱼(鲤鱼)、两栖动物(田鸡)、爬行动物(蛇)、鸟类(鸽子)和哺乳动物(兔子)的心脏 zang[对照。图片泉源: Lucite Treasures

Torrent-Guasp 指出,在人类胚胎的发育历程中就可以考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。

好比在胚胎20天大的时刻,人类心脏看起来就像一条虫――

30天大的时刻,心脏看起来像鱼心――

40天大的时刻像‘xiang’爬行动物心――

在50天大的时刻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“tian”的发《fa》育中,人类心脏还原了它“ta”的演化史。

图片泉源:David Geffen School of Medicine UCLA

Torrent-Guasp 以为,人类心脏依旧保留着小虫时代的动《dong》态,还延续着类『lei』似虫体一浪 lang[一浪的运动模式,因此才展现出【chu】沿着心肌带的缩短和舒张方式。固然了,这个假说还需要更多的证据支持。

参考资料:

https://docs.qq.com/doc/DVG9FTEtBR1p3aWRu

原问题:你还在信托心脏是心形的?着实心脏是个莫比乌斯环,研究者们大受震撼

泉源:把科学带回家

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