科普丨《疯狂的心脏》：解密心脏进化与运转的奥秘

解密心脏进化与运转的奥秘

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精华笔记 

在本书中，比尔舒特为我们讲述了关于心脏和循环系统的自然史，帮助我们理解心脏在自然演化和人类社会中所起到的作用，重新认识心脏这个生命的引擎。

面对生存环境的变化和各种制约因素，自然界演化出了精妙的心脏和循环系统。

生命的运转离不开和外界持续地进行物质交换，将体外的氧气和营养物质转运到体内的细胞和组织中，同时将代谢废物排出。直径不到一毫米的单细胞生物，可以通过细胞膜上的微小孔隙，利用扩散作用，高效地将有益物质运进细胞，将有害物质运出细胞。但是当细胞和外界环境距离较远时，扩散的作用就不明显了，为了应对生存环境的变化和制约，多细胞生物不得不演化出自己独特的循环系统，生物体内出现了一个泵——心脏，它驱动富含氧气和养分的体液流遍全身，然后等其中的氧气和养分耗尽后将其回收，再进行下一轮循环。

开管式循环系统。

最知名的古代无脊椎动物，有着“活化石”之称的鲎，它们心脏呈管状。鲎的循环系统是开管式的，它们的体液通过动脉离开心脏，并不流入毛细血管，而是进入细胞间隙，将器官、组织和细胞浸泡在体液中，通过扩散作用提供营养并接受代谢废物。

同样具有开管式循环系统的还有绝大多数昆虫，它们没有严格意义上的心脏，昆虫的背血管沿着身体中线纵跨全身，承担着心脏的核心功能，富含营养物质的血淋巴从心门流入背血管，在血管壁收缩时排出。血淋巴离开背血管后，通过开管式循环系统，与大脑、消化系统和各个主要器官接触，在位于触角、翅膀和附肢基部的辅搏器的帮助下，回流到背血管，完成一次循环。

闭管式循环系统。

蚯蚓及其他环节动物门的动物也没有严格意义上的心脏，背血管有规律地收缩，推动血液进入的动脉弓，5条动脉弓以一种同步的、海浪般的方式依次收缩，将富含氧气的血液泵出，使血液通过闭管式循环系统的毛细血管流向全身的器官。耗尽氧气的血液再通过毛细血管网汇总到背血管，在蚯蚓体内完成一次闭合式循环。

章鱼、枪乌贼等头足纲的动物也具有闭管式循环系统，但它们却有惊人的三颗心脏，两颗鳃心负责接受全身回流的缺少氧气的血液，并将缺氧的血液泵入鳃，血液在鳃中从周围的海水中获取氧气，然后流入体心脏。体心脏负责将富含氧气的血液，通过血管网泵至全身毛细血管，为身体提供营养并带走代谢废物。

不同脊椎动物也进化出了结构不同的心脏，比如鱼类为了适应水下的生活，它们的心脏只有一心房一心室，能够高效地利用水中有限的氧气；两栖动物和大多数爬行动物为了适应陆地和水下生存环境的快速变化，它们的心脏具有两个心房和一个心室，提升了它们在陆地上的运动爆发能力；而绝大多数鸟类和哺乳动物则完全脱离了水中缺氧的生活环境，它们的心脏具有两个心房和两个心室，上下之间有防止血液倒流的瓣膜，左右之间有完全隔绝的间隔，独立进出的双循环保证了它们在陆地环境中的适应性和竞争力。

人类对心脏和循环系统的认知历程。

在很长一段时间内，不管东方还是西方，人们都认为心脏才是灵魂所在之处，西方世界深受“心本位主义”思想的影响。生于公元前460年的古希腊哲学家和医学家希波克拉底，积极探索人的肌体特征和疾病的成因，提出了著名的“四体液说”，被尊称为“医学之父”。四体液说认为：人体中有四种由肝脏和脾脏产生的体液，分别为血液、黏液、黄胆汁和黑胆汁，四种体液在人体内的比例不同，形成了人的不同人格和体质，想要维持身心健康，就必须维持四种体液的平衡。希波克拉底还认为心脏是灵魂的居所，在接下来的几个世纪里，他所倡导的心本位主义影响深远。

将心本位主义推向巅峰的是出生于公元129年的古罗马医学家克劳迪亚斯·盖伦。盖伦深受希波克拉底的影响，对四体液说深信不疑，他借助动物实验来推断人类循环系统的结构，他将心脏描述为一个带有阀门的泵，他提出的“血液循环学说”认为动脉血和静脉血是完全不同的物质。盖伦的学说在之后的差不多1500年里都占据着统治地位。

在四体液说的影响下，欧美医生不仅通过放血来调节体液平衡，还尝试通过静脉向人体输奶、输酒、输血等方式来治疗各种疾病，但治疗效果并不尽人意，甚至导致病患死亡。

17世纪，随着医学、心理学、精神病学等学科的快速发展，多个学科领域的最新研究都得出了和心本位主义截然不同的结论，心本位主义的统治地位摇摇欲坠。法国数学家、哲学家勒内·笛卡尔是早期提出观点反驳心本位的灵魂人物，笛卡尔在1640年宣称，灵魂真正的居所是大脑中内分泌系统中的松果体，而非心脏，但是这些观点缺少科学依据，并未被广泛认可。

英国神经解剖学家托马斯·威利斯，通过大量动物实验，发现大脑不同区域拥有不同的功能，掌握了大脑的结构以及大脑错综复杂的供血网络。从1666年开始，威利斯陆续将自己的研究成果发表，“脑本位主义”逐渐兴起，被西方医学界所接受，大脑开始取代心脏的地位，被视为思想、灵魂、智慧、意识和情绪的起源。

从心本位主义到脑本位主义的转变，解答了困扰人类几个世纪的难题。随着对神经系统的深入研究，也使得人类对心脏、身体和意识之间的联系有了新的认知。

医学界治疗心脏疾病的前沿进展。

现代医学发展到今天，我们已经有多种方式来治疗心脏疾病，比如通过服用药物硝酸甘油舒张冠状动脉，给需要氧气的心脏增加供给；通过冠脉搭桥术，替换掉堵塞的冠状动脉；植入心脏支架来疏通被堵塞的动脉血管等，都已经是非常成熟的治疗方案了。不过，我们对于心脏病的治疗手段依然有限，一旦发生严重心脏损耗或坏死，将会是一个棘手的难题。

1967年12月3日，南非医生克里斯蒂安·巴纳德实施了首例成功的心脏移植手术，引起了医学界的巨大轰动，但它并不是完美的，首先受移植者需要终生服用免疫抑制剂来避免排异反应，其次心脏移植手术后平均生存期仅为13年，而且移植用的心脏源可遇不可求，每年仍有数万名患者死在等待心源的期间。

心脏移植手术中，心脏源必须来自于人类么，跨物种的移植手术是否可行？科学家将目光转移到了猪身上，因为猪的心脏在体积、结构和功能上和人类心脏类似，更关键的是雌猪产下的后代数量也相当可观，保证了充足的供应源。随着基因重组技术的成熟，科学家目前正在尝试对猪的基因进行编辑，让猪的器官免受人类免疫系统的排斥，同时敲除猪内源逆转录病毒的基因序列，避免通过移植将病毒传播给人类。2023年1月，德国慕尼黑大学的研究团队宣称，人类移植猪心脏研究正处于最后冲刺阶段，估计两年后可投入应用。

如果医生能够替换坏死或功能异常的心肌组织，是否就不需要大费周章地移植整个心脏了？科学家惊奇地发现斑马鱼的心脏在被切掉一部分后，经历大约30到60天，斑马鱼的心脏会恢复到完好如初。世界各国科学家在持续探索，希望利用从斑马鱼和其他非哺乳动物的心脏中学到的知识，能够掌握心脏再生的手段，开创治疗心脏疾病的新纪元。

如何利用人体细胞生成新的心肌细胞呢？科学家将目光投向了干细胞。科学家发现，成熟体细胞可以通过基因重组转变回多能干细胞，通过不同的诱导方式，干细胞有能力分化成人体内存在的所有种类的细胞。这项研究成果引起了世界各地医学家的关注，人们希望利用干细胞再生出人类心脏，而且培育出的心脏不会引起任何免疫排斥。目前科学家已经成功培育出了人体心肌组织，但无法成功引导血管的形成，人类依然无法培育出一整颗能够搏动的人类心脏。

最后，作者还为我们推荐了对心脏健康有益的生活方式，包括锻炼身体、多吃鱼类、少吃肥肉，保持合理的体重，充足的睡眠，不抽烟，适量饮酒，运用减压技巧，定期体检，等等。守护好心脏这个精妙器官，让它为我们的生命持续地注入活力吧！

书名：《疯狂的心脏》

推荐语：解密心脏进化与运转的奥秘

作者：[美] 比尔·舒特

撰稿人：崔芹

编辑：阿柑

主播：路琨

制作：匀绮工作室

监制&运营:郑涵 王雨

总编辑:赵雅楠