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心跳如火器激发般瞬间完成,那么是谁扣动了

心脏是一个极不寻常的器官,它攸关生死又神秘莫测,人类对心脏奥秘的探索几乎贯穿整个医学史,时至今日,这一进程也仍未完结。

如果将有关心脏的全部科学认知视为一座摩天大厦的话,那么威廉哈维在年出版《动物心血运动的解剖研究》提出血液循环学说无疑是这座大厦最坚固的基石,事实上这一学说的提出,也是整个医学史上最具里程碑意义的事件之一,因为哈维为生物学、医学研究开创了新的方法,把实验方法引入了医学,作出了用实验方法解决医学问题的榜样,真正开启了一个实验医学的大时代——由数学物理学化学这些基本的科学元素深深植入的医学。这是关于人体生命的概念框架的根本变革,哈维之后的生物学和医学已经再不是原来的样子了。

但血液循环学说仅仅揭示了心脏最基本的泵血功能,在这一机制背后,尚有更多更复杂的秘密有待探索。

哈维在向同时代的人解释心血运动的规律时,有一句话被他反复提及:

上帝绝不做无用功,他绝不会贸然造就一个心脏,也绝不会在其作用还没有成为必需之前使其运动。

哈维所以用这样的说理方式,一方面是受时代的局限,当时的人们普遍会认为心脏乃至整个人类的样子,都是被上帝设计出来的,哈维虽然具有一定的科学思想,但还不太可能彻底摆脱神创论的影响。能够合理解释心脏的结构及功能为何会如此精妙复杂,自哈维的血液循环理论提出之后,还要再等上年,年11月24日,同为英国人的达尔文出版了《物种起源》;另一方面,哈维也深知自己对血液循环只知其然不知所以然,他打开了心脏研究的科学之门,留给后来者的是无限广袤的探索空间。

哈维仅知道心脏是血液循环的主要动力器官,其泵血的功能有赖于心肌能够有规律地收缩和舒张,但他不知道心脏为什么会这样跳动,他在有生之年也没能正确回答心脏为何会跳动的问题。哈维在他的另一部著作《动物之发生》(年)中写道:

脉搏起源于血液,心耳的搏动由血液来激发。

这个说法是当然错误的,哈维的后继者们,已经逐渐掌握了科学的研究方法,再没有确切的证据之前,不会轻易地迷信权威,即使这个说法来自伟大的哈维。正如哈维预测的那样:

「我的学说(指血液循环学说)只不过刚开辟了一条路,可以让更有才干的人们用以更完善地研究这一问题。」

(WilliamHarvey,-)

心脏为什么会跳动?这一充满挑战性的问题,自哈维之后,一直有学者试图回答,他们当然不会满足于「这就是上帝让它那么跳的」这种其实不算解释的解释。因为说到底,医学的目标毕竟是要治疗疾病维护健康,因此医生必须要有一套可以和复杂的生理及病理现象相符合的科学理论,由这一套理论所衍生出来的治疗原则,一定要使医生在治病时更有效率,否则如果只满足于对生命现象的宗教解释,那么医生在治病的过程中怕就只有安慰的作用了。

当然,关于生命的科学的解释也不见得立刻就能产生足以指导医生治疗疾病的理论,但科学发展的每一步骤都是朝向未知领域坚实的一步,仿佛是在一片空白区域完成了一幅大拼图的一小块,一旦这个拼图足够完整,那么,治疗疾病的相应的理论(或药物和方法)就必然会出现。

为了让读者更好地理解心脏各部分迅捷而协调的运动,哈维曾做过一个比方:

可以把心脏看做一个火器的装置,当我们的手指扣动扳机后,便激发了打火石,打火石撞击钢铁产生火花,火花点燃火药,火焰蔓延,进入枪膛,引起爆炸,嘣出弹丸,从而完成射击,这一系列的运动以迅雷不及掩耳之速度发生并完成。

那么,我们的问题也不妨换成「关于心脏的跳动,究竟是谁扣动了扳机?」

关于这一问题的科学解释,一度存在过两种不同的学说,这便是十九世纪有关心脏起搏方面著名的心肌源性与神经源性之争。其争论的焦点在于心脏的跳动是由心肌自身的激发还是由外部的电刺激或局部的神经节控制?最初,人们普遍认为心跳是受神经系统支配的。

这个故事要从年的一次看似无关紧要的发现说起,这一年捷克生理学家浦肯野在绵羊的心室的心内膜下发现了灰色平坦的胶质纤维网,这些纤维由多核紧密聚集的多面体形式构成。最初,他认为它们是软骨纤维,6年后他又改称那些组织为肌性的结构。

(JanEvengelistaPurkinje,–)

浦肯野是一个涉猎极广的人,会写诗,能说十三门语言,曾活跃于捷克的民族主义运动中,还翻译过好友歌德和席勒的诗歌。当然,他最广为人知的成就还是在医学研究领域,在很多方面他都是一位先行者,比如率先描述了浦肯野效应(光的强度减弱时,视觉感受的变化对红色和蓝色不同)等视觉现象;大脑皮层中的浦肯野神经细胞;皮肤中的汗腺;胰腺提取物对蛋白质消化率的影响;洋地黄毒性对视觉和心脏的影响;使用显微镜用薄片切片机制作切片;高等生物体纤毛运动;神经对胃酸分泌的影响;活体毛细管显微镜的使用;梦心理学的新视角等,他还是第一个研究指纹科学的人……

他在年发现的结构后来被称为浦肯野纤维网,不过这一结构生理学意义的阐明还是在多年以后,浦肯野直到离开这个世界之前也未意识到这一发现的重大价值。他所以能做出这一发现,可能纯粹是出于科学家的好奇心。

19世纪80年代,加斯克尔(生于意大利,成长在英国)通过对没有神经节或神经连接的乌龟心脏的研究后发现,心脏每一部分的节律性能力不取决于神经节细胞的存在,而取决于心肌本身,他能够证明,通过传导,心跳成为一种彼此协调的肌肉蠕动波,这种搏动始于近心耳的静脉窦,经房室连接部,到而后达心室。他指出,心脏的某些部位比其他位置更易产生自律性,静脉窦是这种节律的主要发生部位。

他的观点支持的心脏冲动的肌源性的起源和传播。

(WalterGaskell,–)

他从大量的实验中得出结论,心脏的跳动从最有节律的部分开始,以波的形式按一定的速度传播至心脏的其余部位,传播速度取决于不同部位的心肌特性。通过切割不同部位及深度的心房组织,加斯克尔制造了不同程度的房室传导阻滞。随着切割越来越深,心室对来自心房的搏动作出反应也越来越慢,如果将心房完全横断,则受心房影响的心室搏动将完全停止,只有重新开始以独立于其心房的频率跳动。他称这种现象为「完全阻滞」。年,他发现如在青蛙和乌龟的心脏特定的位置切割,将阻断心房和心室之间的协调收缩。

这些实验首次证明了在于心房和心室之间存在特殊的肌纤维结构,为真正理解心脏起搏提供了必要的基础。

根据加斯克尔的研究,心房和心室之间必然存在特殊的结构负责将来自心房的搏动传导至心室,那么这一结构到底是什么?

威廉?希氏也对刺激如何从心脏的一个部位传导到其余部位感到困惑。

希氏的父亲是一位胚胎学家,他建议利用父亲教过他的胚胎技术,通过对不同类别的脊椎动物的心脏神经系统发育的观察,他能够证明心跳在脑神经或神经节开始发育前就出现了,这也就推翻了心脏起搏是由神经控制的理论,这些研究在神经系统理论仍处于支配地位的时候,为心肌源性学说提供了强有力的支持。

(WilhelmHis,Jr,–)

他知道加斯克尔的实验,为了寻找连接心房和心室之间的特殊传导结构,他通过检查在胚胎发育的不同阶段的心脏切片,揭示了存在于心脏的上部和下部之间的结缔组织束形成一个完整的环。年,他在莱比锡描述了那个后来被成为希氏束的桥接结构:

我成功地找到了一个将心房和心室间隔壁连接起来肌肉束束…它起源于右心耳的后壁,近心房间隔,在房室沟上沿室间隔肌的上缘附着…沿着这一点向前延续,在近主动脉的区域,分叉为左右束支。

他认为该特殊的束支将心房直接连接至心室肌,但他却没有进行任何实验证明其猜测,他说:

我不能肯定是否是这条束支将冲动从心房传导至心室,因为我没有进行任何有关切断该束支的实验。

遗憾的是,他没有继续在这一领域继续深耕细作,后来离开了胚胎学与房室传导领域,成为了一位专注于尿酸和痛风性关节炎等方面的教授和专家。

将上述研究做一统一整合的,是日本学者田原淳(–)。

田原淳出生于日本九州岛,被身为医生的叔叔收养。在东京大学学医期间,他表现出了对解剖学的兴趣。近代以来,当古老封闭的日本岛国被西方列强的坚船利炮叩开大门之后,励精图治的日本政府进行了一系列改革,其中医学教育方面,果断抛弃了皇汉医学,转而向西方学习。新政府一方面招徕德国教授到日本教书。作为交流,同时也将日本学生送往德国接受医学教育。年毕业后,田原淳幸运地成为了他们其中的一员。

他去往德国马尔堡,在路德维希?阿朔夫(LudwigAschoff)病理解剖学研究所工作,阿朔夫是一个国际公认的病理学家,当时,阿朔夫对心衰的病理生理学特别感兴趣,重点研究其神经控制、心肌和瓣膜。阿朔夫要求田原对例心肌炎的心脏进行组织学检查,经过深入的研究,发现了导致风湿性心肌炎的结节,该结节后来命名为阿朔夫小体(风湿小体),关于风湿对心脏的影响我们在后面还将继续讲述,在此且按下不表。

作为心脏研究的一部分,田原淳也对房室束区也进行了仔细的检查,传导系统的解剖结构进行了较为全面的研究。经过艰苦的研究工作,田原淳发现希氏束的轨迹是向后延续终止于房间隔基底部一个紧凑的网状纤维节点,随后向心脏的远端延续分为两束分支连接于扇形的「散在于心内膜下的特殊肌束」。在阿朔夫的帮助下,田原很快意识到这些特殊的纤维束正是六十多年前浦肯野发现的「胶质纤维网」。

年他发表了这一重大发现,他说:

我将在医学史上首次提出一个关于房室束和浦肯野纤维的完整而一致的解释。

天才的田原意识到浦肯野细胞的功能乃是一个电路,他将其命名为「房室连接系统」,该系统起源于房室结,穿过房间隔的纤维软骨部分为希氏束,然后分为左、右束支,向下走行到达终端的浦肯野纤维。他说:

这个系统是一个闭合的肌肉束,像一棵树,有其起始部位、根和分支…该系统连接于普通心室肌直至其终端。

(田原淳,–)

同时代欧洲的科学家称:

随着田原淳对传导系统的发现,心脏的研究进入了一个新的时代。

可以说,田原淳的解剖研究为心脏电生理学的发展奠定了基础。因此房室结也被成为田原结。

年WillemEinthoven(荷兰人,因于年成功研制出了心电图仪而在年获诺贝尔生理学或医学奖,也是心电传导领域唯一一位获诺奖的人,可以说是这一谜题中,笑到最后的最大赢家)称田原的专著可作为解释心电图的理论基础。年田原回到日本,成为九州大学的病理教授,并两次任日本病理学协会主席。年,因其在心脏传导系统中卓越的研究工作,田原淳获得日本皇室亲自赐奖的日本学士院恩赐奖,此为日本最权威的学术奖项。

作为一个取得如此成就的科学家,田原淳给周围人的印象却是低调谦逊,他的一位老师对他评价说:

有些人常常很自豪地对自己的学术成就夸夸其谈。但田原却没有这种自大。他很少谈到自己的成就,只在他的学生们强烈要求时才勉为其难地偶尔提及往事。

截止到年田原淳发现房室结,谜底几乎就要被揭晓,关于心脏传导通路解剖学结构中,只差最后的「扳机」尚未发现了。非常可惜的是,在后人看来仅仅一步之遥的距离,田原淳竟也没能毕其功于一役,聊以慰藉我们的是,田原淳毕竟在这一难以琢磨的谜题中留下了唯一一位亚洲学者的身影。

(心脏电传导通路示意图)

在田原淳发现房室结那一年的一个炎热夏日,一位名不见经传的年轻医学生,在自己的老师正骑着自行车陪老婆愉快玩耍的时候,在鼹鼠的心脏上发现了一处神秘的结构……这一发现会是心脏电传导系统这一大幅拼图中最后最关键的一块吗?

欲知后事如何,且待下回分解。

本文首发于







































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