撰文 | 七君

心臟是什麼形狀？

許多人會說，這道題我會，不就是心形的嘛。

心臟的真正形態是個螺旋形的莫比烏斯環。

再來一道題：心臟是怎麼跳動的？

你可能會說，這道題也很簡單，像吹氣球那樣一鼓一縮的啊。

啊不，其實心臟跳動時像悠悠球一樣左右旋轉，而這點也是心臟的螺旋形決定的。

而人類意識到這兩點，只有短短數十年的時間。

早在16世紀就有人發現了心臟整體的圓錐形態，也就是我們以為的心形。但是，為什麼心形的心臟能跳動呢？心臟形態和心臟功能之間的關係在500年裡一直是個迷，因此這個問題也曾被稱為解剖學的戈耳狄俄斯之結（gordian knot of anatomy），也就是爆難沒人知道答案的意思。

後來在17世紀，有人在這個漏洞上打了個補丁，這個補丁版本也成了300年來人類對心臟的主流認識。這個人就是英國醫生威廉·哈維（William Harvey）。哈維發現了迴圈系統，將心臟和肺接入了整個迴圈系統的閉環中。

哈維認為，人類的心臟是一塊同質的肌肉，包含4個腔室，心肌收縮時排出血液，放鬆時充滿血液。哈維也因此被視為迴圈系統之父，他的教條也被一代代醫生傳承，寫入了教科書中。不過，哈維依然無法解開解剖學的戈耳狄俄斯之結，他的學說中也有一些矛盾之處。

大約在50年前，解剖學的“心結”終於被一位西班牙醫生解開。

Francisco Torrent-Guasp 在學生時代就對哈維學說中的一些問題感到懷疑，比如他不太相信心臟肌肉放鬆時血液能大量湧入。在20世紀50年代，Torrent-Guasp 還是西班牙薩拉曼卡大學醫學院的一位四年級的學生，那時起他就不斷解剖各種動物的心臟。在25年的研究後，Torrent-Guasp 有了突破。

他發現，心臟整個就像一條筋道寬面一樣，是一個由肌肉構成的橡皮帶；更有趣的是，這根勁道肌肉條是以螺旋的形態組織成心臟的。後來這條肉帶就被稱為心肌帶（ventricular myocardial band）。

大家可以看一下 Torrent-Guasp 對牛心的解構——

這條肌肉帶以螺旋線的方式絞成了心臟。也就是說，心臟是一個莫比烏斯環，是一個扭成了8字的螺旋。

實際上，這種螺旋結構遍佈在哺乳動物和鳥類的心臟中，而螺旋線本身在大自然中很常見，貝殼、松果、向日葵都含有螺旋線。

Torrent-Guasp 認為，人類心臟的形態意味著心臟的跳動是從心底，也就是心臟最上部開始的，心肌的收縮沿著心肌帶傳播，最後讓心臟的各個部位依次皺縮起來。

他的理論和以哈維為代表的經典理論有很多不同。在過去的理論中，心臟的運動是從心尖傳到到心底的。但是新的成像證據顯示，心臟的運動確實始於心底，符合 Torrent-Guasp 的觀點。

後來其他研究者發現，心臟跳動的初始電訊號始於一種特殊的細胞——竇房結（sinus node），這些細胞位於心底的右心房，這個訊號在心肌帶上一步步擴散，使其收縮。這些證據再次為Torrent-Guasp 提供了支援。

Torrent-Guasp 的另一個新發現是，心臟的螺旋結構使得心臟跳動時會像悠悠球一樣左右旋轉，而心臟的這種扭旋讓它像絞毛巾一樣主動泵入和泵出血液，而不是像哈維理論描述的那樣像氣球脹縮一樣被動吸入血液。

實際上，早在16世紀，達芬奇就曾描述過心臟跳動時的旋轉。不過，Torrent-Guasp 是首個把心臟的螺旋結構和它的旋轉聯絡到一起的人。

這些新發現意味著，當心髒不夠強大的時候，心臟的螺旋結構開始變形，扭旋的程度減少，泵入和泵出血液的效率也會下降。

比如在2019年，英屬哥倫比亞大學的心臟學家 Robert Shave 和同事發表在《美國國家科學院院刊》上的一項研究發現，人類心臟的扭轉程度比人類的近親黑猩猩的大得多，是黑猩猩的約2倍；人類如果運動量少了躺平活得輕鬆，心臟的各方面機能，比如扭轉程度就會減少，向黑猩猩的心臟轉變，心臟本身也會由小V臉轉變為又大又圓。

因為心肌帶的發現，1978年 Torrent-Guasp 被西班牙索菲亞王后和西班牙教育部提名諾貝爾醫學獎，心肌帶及其機制也被寫入瞭解剖圖譜經典 Anatomy, a Regional Atlas of the Human Body 第五版、Clinically Oriented Anatomy 第五版等眾多醫學教材中。

Anatomy, a Regional Atlas of the Human Body 中對心肌帶的圖示。

那麼，為什麼心臟會是這種螺旋結構呢？

Torrent-Guasp 的假說是，人類心臟的原始形態是10億年前的一條蟲。這條蟲沒有現在的心室和心房，只能透過蠕動的方式使體液在全身流動。

在4億年前，演化成魚的“小蟲”終於有了一顆1.0版本的心臟，這個古老的心臟有一個泵血的心室。

在2億年前，魚類的心臟得到了系統升級，演化為爬行動物的心臟，這個加強版的心臟出現了心室和心房。再後來才出現哺乳動物那種絞得更加複雜的心臟。

Torrent-Guasp 指出，在人類胚胎的發育過程中就可以觀察到這種從蟲體到魚心臟、到爬行動物心臟、再到哺乳動物心臟的演變。

比如在胚胎20天大的時候，人類心臟看起來就像一條蟲——

30天大的時候，心臟看起來像魚心——

40天大的時候像爬行動物心——

在50天大的時候才成為你左胸口裡那顆紅心的樣子。

也就是說，在胚胎頭50天的發育中，人類心臟還原了它的演化史。

Torrent-Guasp 認為，人類心臟依舊保留著小蟲時代的動態，還延續著類似蟲體一浪一浪的運動模式，因此才展現出沿著心肌帶的收縮和舒張方式。當然了，這個假說還需要更多的證據支援。

不過能確定的是，關於心的問題，值得一代代的研究者獻出心臟。

形容缺乏運動的現代人：人面獸心。

參考資料

1. Torrent-Guasp, Francisco, et al. "The structure and function of the helical heart and its buttress wrapping. I. The normal macroscopic structure of the heart." Seminars in thoracic and cardiovascular surgery. Vol. 13. No. 4. WB Saunders, 2001.

2. Torrent-Guasp, Francisco, et al. "Towards new understanding of the heart structure and function." European journal of cardio-thoracic surgery 27.2 (2005): 191-201.

3. Foster, Elyse, and Katy E. Lease. "New untwist on diastole: what goes around comes back." Circulation 113.21 (2006): 2477-2479.

4. Kocica, Mladen J., et al. "The helical ventricular myocardial band: global, three-dimensional, functional architecture of the ventricular myocardium." European journal of cardio-thoracic surgery 29.Supplement_1 (2006): S21-S40.

5. www.helicalheart.com/crow.shtml

6. www.torrent-guasp.com/PAGES/Biography.htm

7. Shave, Robert E., et al. "Selection of endurance capabilities and the trade-off between pressure and volume in the evolution of the human heart." Proceedings of the National Academy of Sciences 116.40 (2019): 19905-19910.

8. Nakatani, Satoshi. "Left ventricular rotation and twist: why should we learn?." Journal of cardiovascular ultrasound 19.1 (2011): 1-6.

9. The Helical Heart. David Geffen School of Medicine UCLA