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创新故事汇丨血液循环的发现:生理学之父——Wiliam Harvey

CCI心血管医生创新俱乐部  · 公众号  ·  · 2024-04-11 22:18

正文

在人类历史的长河中,血液一直承载着无尽的奥秘。从古至今,无数医者、科学家为之痴迷,试图揭开其背后的真相。从古希腊的Galen到文艺复兴时期的Wiliam Harvey,人类对血液的认知经历了一次次的飞跃。今天,就让我们一同回溯这段波澜壮阔的医学探索之旅,探寻血液的起源、流向及其在人体内的奥秘之旅。



Galen身为心血运动理论

古代医学的权威与挑战


深藏于人体之内的血液,究竟源自何方,又流向何处?它在我们的体内演绎着怎样的奥秘之旅?回溯至公元2世纪,希腊的杰出医生与动物解剖学家Galen,凭借对解剖学的深入研究和缜密思考,构建了关于血液流动的宏伟理论体系。


在Galen的构想中,人体内存在着两套血液运动系统。首先是静脉血的运动系统,他认为,这部分血液源自肝脏对营养物质的转化。暗红色的血液在静脉血管的网络中流淌,遍布全身,它不仅滋养着每一个细胞,更在输送营养物质的过程中逐渐消散。


另一套,则是动脉血的运动系统。Galen坚信,这系统的血液是在左心室中诞生的。右心室中的血液穿过中间膈膜的孔道,与空气和所谓的元气交融,形成了鲜红色的动脉血。它沿着动脉血管的脉络,将生命的活力送往全身各个角落,与静脉血相似,它也在传递生命能量的过程中悄然消失。



在Galen的血液运动模型中,血液的运动仿佛潮汐一般,涨落有序,始终沿着一个方向前行。无论是动脉血还是静脉血,它们都是从诞生到消逝的单程旅行,但正是这样的旅程,铸就了我们生命的奇迹。


但其实Galen主要通过解剖猴子、猪和山羊等动物尸体,并借助详尽的动物实验,撰写了解剖学著作《身体各部分的功用》(De Usu Partium),然而,他对于人体解剖的探索仅限于纸上谈兵,对人体循环系统的理解多半建立在大胆的假设之上,有些观点甚至在后来的岁月中被证实为谬误。


尽管如此,Galen在医学界也已经确立了无可动摇的权威地位,无数医学生,日复一日地接受着Galen学说的熏陶,甚至在当时的欧洲医科大学,Galen学说成为了其课堂教学的圭臬,唯有那些深谙 Galen 学说精髓的学子,方能荣获博士学位的荣光。然而,在科学的征途上,永远都存在着那些敢于质疑权威、挑战既定真理的勇者,解剖医学家Andreas Vesalius、Ibn al-Nafis和Realdo Colombo便是其中的佼佼者,他们纷纷站在了Galen理论的对立面,指出其中的谬误,却始终未能立即撼动Galen的权威地位,直到那个人的出现,让在神坛上统领千年的Galen终于迎来他最重要的挑战。


挑战Galen理论

开创心脏研究新纪元


Wiliam Harvey,1578年降生于肯特郡的田园风光之中,身为家中的长子,他承载了父亲老Harvey的殷切期望。自古至今,医学之道犹如登天之梯,为无数有志之士铺设了跨越阶级的坦途。Wiliam Harvey天资聪颖,勤奋刻苦,终于在1593年,踏入了剑桥凯斯学院这座学术殿堂。四年的磨砺与成长,1597年,他顺利获得了学士学位,并踏上了前往意大利帕多瓦大学的求学之路,那里是当时欧洲学术的巅峰。



六年的异国求学,Wiliam Harvey在1602年,以卓越的学术成就获得了医学博士学位,并载誉而归,加入了皇家医学院。他的才华与努力得到了认 可,不仅担任了医生,更在37岁那年被任命为卢姆雷恩讲师(Lumleian lecture), 执掌解剖学的教席。昔日的农场少年,如今已成为社会精英,享受着丰厚的待遇与尊重,与皇家医生家庭出身的妻子共筑爱巢。然而,人生总有波折,Wiliam Harvey心中的隐忧,便是那个古老的学说——Galen的理论。


尽管Wiliam Harvey在课堂上仍然传授着Galen的学说,但他的内心充满了疑惑。他无法忽视那些与事实相悖的谬误,尤其是关于心脏隔膜的描述。Galen曾认为血液可以越过隔膜从右心室进入左心室,但Wiliam Harvey却发现事实并非如此。他在教案上写满了对Galen的质疑,但当时他缺乏公开挑战的勇气,也未能找到足够的证据。于是,他决定亲自深入研究心脏的功能,揭开这个医学界的谜团。



Wiliam Harvey位于伦敦的那座小巧雅致的房子里,隐藏着一间神秘的解剖实验室。每当一天的医疗与教学工作告一段落,他便会踏入这个密室,沉浸在“开膛”的世界中。 Wiliam Harvey 不仅自己饲养了牛、羊、马、狗等实验动物,还与肉店老板建立了默契,时常得到新鲜的温血动物心脏。泰晤士河的丰富水产,从矫健的鳟鱼、灵动的鲤鱼、肥美的鲱鱼、到珍稀的鲻鱼,再到独特的黄貂鱼、滑嫩的胡瓜鱼、扁平的比目鱼、健壮的马鲛鱼,以及鲜美的青口和蛤蜊,无一不是实验室的常客。


更令人惊叹的是,在国王的特许下,Wiliam Harvey还有机会解剖皇家公园的鹿,甚至在皇家医学院的协助下,接触到死刑犯的尸体进行研究。然而,这位沉迷于解剖的学者并不满足于此。在英格兰凄风苦雨的夜晚,他常常亲自踏入野外,手提刀具,寻觅着新的试验对象。


科学的大胆尝试,往往胜过空洞的学说。 经过大量的解剖实践和持续的开膛实验,Wiliam Harvey终于取得了突破性的进展。他通过精心设计的实验,进一步验证了人类心脏隔膜的无孔性。在实验中,他巧妙地绑住了实验体的肺动脉,并通过腔静脉向右心室灌入大量液体。结果发现,这些液体无法穿过隔膜进入左心室,而是遵循着从右心室进入肺,再流入左心室的路径。


在一次惊心动魄的活体解剖中,Wiliam Harvey果断地切开了狗的主动脉。随着血液的喷涌而出,他敏锐地观察到,血液的喷射与心脏的收缩紧密相关,呈现出周期性的变化。这意味着,心脏的主动收缩才是推动血液喷出的动力源,与Galen所宣称的“心脏只是一个被动的血袋子”截然相反。


此外,Wiliam Harvey还深入探讨了另一个重要问题:为何会有如此多的血液在体内循环?这一疑问引领他走向更广阔的研究领域,为后世的医学发展奠定了坚实的基础。


Galen曾提出,心脏每次泵出的血液均被内脏所消耗。然而,在Wiliam Harvey精密的计量实验之后,他细致地计算出心脏每次跳动的排血量,以及每分钟的跳动次数。通过简单的乘法运算,一个震撼人心的真相浮现出来:人体心脏每小时的排血量竟高达540磅,换算成公斤,竟有244.9公斤之巨。这一数字远超过正常人的体重,与血液占全身体重7%-8%的常识相悖。若血液仅仅由营养物质转化而成,那么需要多少营养物质,才能源源不断地生成如此庞大的血量呢?这一疑问无疑让Galen理论开始动摇,引发了新的思考。



血液循环探索

从猜想到证实的科学之旅


Wiliam Harvey深邃的思索中,一个念头悄然诞生:人体的血液可能不是源源不断产生的,而是在血管里一直不停地做循环运动。如果血液在人体内是循环运动的,那么血液在心脏和血管中一定是单向运动,而不是来回往返运动的。如果真是这样,那么,又如何保证血液在心脏和血管里运动时不倒流呢?弄清这些疑问,对于解剖高手 Wilia m Harve y 而言没有多少难度。 真正的创新者不仅思考不同于他人,而且他们愿意努力工作,坚持到底,以将他们的想法变为现实。



在接下来的九年时间里,Wiliam Harvey反反复复解剖了至少80种动物,包括蚯蚓、蛇、青蛙、鱼类、鸡、鸽子、狗、老鼠、猴子等等。他不断地从解剖实践中获取知识。通过活体解剖,他对各种动物心脏的运动、动脉的运动、心房心室的运动进行了详细的观察和分析。


Wiliam Harvey发现,左右两边的心房和心室之间都有一个瓣膜相隔,而且,这个瓣膜就像单向开关的门,只允许血液朝一个方向流动。如果瓣膜是心脏里防止血液倒流的“设备”,那么,血管中是否也有防止血液倒流的“设备”呢?


Wiliam Harvey回想起他的导师Hieronymus Fabricius的一项发现,那是关于静脉血管中神秘而微妙的静脉瓣结构。导师曾提出,这些静脉瓣的存在,旨在调节血液在血管内的流动速度。然而,静脉瓣是否真的肩负着这样的使命?


怀着好奇与探究的心态,Wiliam Harvey踏上了深入的解剖学之旅,细心剖析了众多动物的静脉系统。他惊奇地发现,这些半月形的静脉瓣无一例外地指向心脏的方向。这一发现似乎暗示着,静脉瓣的真正功能或许并非减缓血液流速,而是作为一道坚实的屏障,防止血液逆流而上。


为了确认静脉瓣的作用,Wiliam Harvey用探针刺入血管中进行研究。他发现,当探针沿着某个方向试探时,探针很快就触碰到静脉瓣;而当他调整探针的方向,朝着刚才的相反方向试探,探针却没有触碰到静脉瓣。如果探针就是血液的话,是否就意味着,血液朝某个方向流动时,会受到静脉瓣的阻碍,而朝相反的方向流动时,将不会受到静脉瓣的影响?


经过探针的巧妙探索, Wiliam Harvey 揭示了血液从静脉到动脉的流转之秘。然而,血液是否能逆向而行,从动脉流淌至静脉?这成为了Wiliam Harvey探索的新领域。他思索着,若血液循环的构想成立,人体四肢中定有动脉与静脉,其血流方向截然相反。尤其在四肢末梢,血液应由动脉流向静脉。但,这究竟是否为真?基于这一设想,Wiliam Harvey提出了以下问题:

1)如果只是阻断了手脚某处动脉血的流动,会出现什么情况?

2)如果只是阻断了手脚某处静脉血的流动,又会出现什么情况呢?

3)如果同时阻断了手脚某处的动脉血和静脉血的流动呢?


为了解决这些依据假设提出来的问题,Wiliam Harvey设计了手臂绑扎实验。他在手臂肘关节偏上的位置,用带子把手臂绑扎起来,然后观察动脉血管和静脉血管中出现的情况。


他慎重其事地紧紧包扎了手臂,意图同时遏制动脉与静脉中血液的流动。然而,不久之后,他便察觉到了异样的变化:绑扎带近端的动脉血管逐渐鼓胀,而同为绑扎带近端的静脉血管却日渐萎缩。脉搏的跳动悄然消失,手部的温度也逐渐冷却。这一切的现象,究竟在诉说着怎样的故事?


动脉血管的肿胀,是因为扎带对其中的血液流动设置了障碍,导致血液在近端逐渐堆积,无法顺畅流通;而静脉血管的萎缩,则是因为扎带阻断了远端静脉的血液补给线,使得血液流失无法得到有效补充。同时,绑扎带远端的静脉因为血液的堆积而变得憋胀,而近端的静脉则因血液流失而塌陷。脉搏的消失,无疑暗示着动脉血管中血液流动的减弱;而手部的变冷,则是一个明确的信号,告诉我们这里已经陷入了缺血的困境。



执着于手臂绑扎实验的 Wiliam Harvey随后又 巧妙地调整了实验条件,将原本紧绷的扎带稍微放宽了一些。他的目标,只是想要观察当静脉血流动受阻时,静脉血管、动脉血管、手部以及脉搏会展现出怎样的反应。随着时间的推移,绑扎带的一侧静脉血管开始肿胀,而动脉血管则保持稳定,脉搏的跳动再次出现,手部的颜色也愈发红润。


这一系列现象究竟昭示着什么呢?肿胀的静脉血管揭示了一个事实,那就是即便受到阻碍,静脉血管中的血液依然持续不断地汇聚而来。这些血液究竟源自何处?显然,它们不可能来自于已经肿胀的静脉血管本身,也不可能来自于体外。那么,唯一的解释便是这些血液来自于动脉血管。


绑扎实验为Wiliam Harvey的猜测提供了一定程度的佐证。尽管这位解剖领域的巨匠未曾亲眼目睹将动脉血管与静脉血管紧密相连的毛细血管,但他的智慧与勇气使他敢于大胆推测:动脉与静脉之间,定有某种隐秘的联络。正是基于这样的信念,他毫不动摇地构建了自己的理论——血液循环理论,为医学界开辟了新的篇章。 在创新的道路上,没有平坦的路可走,只有那些不畏劳苦,沿着陡峭山路攀登的人,才有希望到达光辉的顶点。


《心血运动论》的诞生

揭秘心脏与血液循环之谜


创新赋予我们想象力,努力赋予我们行动力,而坚持则赋予我们毅力,让我们在追求真理的道路上不断前行。 1628年,Wiliam Harvey发表了巨著《心血运动论》,其初衷旨在深度剖析心脏泵血之奥秘,以及血液如何在人体内部舞动循环之韵律。



在《心血运动论》中,记录了Wiliam Harvey,这位对心脏与血液运动充满好奇的学者,深入钻研了亚里士多德等先哲的研究成果与古典作家的论述精髓,运用数学运算精确计算心脏泵血量,结合活体动物解剖、探针实验、手臂绑扎实验、结扎实验以及肺灌流实验,辅以合乎逻辑的假设和推理分析,终于全面而精准地阐述了血液循环理论


他的发现如下:

1.心脏,作为一个肌肉实体,通过其内部的收缩与搏动,为血液输送提供了源源不断的动力,维系着生命的持续循环。

2.脉搏的跳动,源于血管的充血扩张,每一次跳动都见证了生命的活力。

3.两心室间并无隐秘的通道,右心室排出的血液,经过肺动脉、肺脏和肺静脉,再汇入左心室,由左心室进入主动脉,送达全身,最终通过体静脉回流至右心室,完成一次生命的循环旅程。

4.动脉承载着心脏输出的新鲜血液,滋养着身体的每一个角落;而静脉则负责将血液带回心脏,二者共同构成了血液循环的完整系统,共同维持着生命的律动。

5.左、右心室虽同为推动血液的重要器官,但左心室承载着更为纯净的富氧血液,为全身提供更为旺盛的生命力。

6.血液在流动中永远不会枯竭,它以循环的方式在血管系统中生生不息,维系着生命的延续。

7.心脏的左右两部分并非同时收缩,房室口和静脉中的瓣膜朝同一方向生长,有效地防止了血液的倒流,守护着生命的安全。







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