血之傳奇——解剖刀和顯微鏡下的血液循環

人體結構與功能之間存在著密切的聯系。在人體血液循環系統中，心臟和血管的形態構成了“結構”，而它們使血液循環流動的能力則是其“功能”。顯然，要揭示血液循環的奧秘，我們必須首先深入理解心臟和血管的結構特點。

在古希臘和古羅馬時期，醫學雖然逐漸擺脫了神靈的影響，但當時的醫生很少進行人體解剖，因此對循環系統結構的理解非常有限，無法深入理解血液循環，這一難題困擾了西方醫學界長達1000多年。直至文藝復興時期，在醫學家和藝術家的共同努力下，人體解剖學才取得突破性進展。其中，最具里程碑意義的事件是1543年安德烈·維薩里出版了《人體的構造》一書。這部著作是第一部完整、系統的人體解剖學教材，它也標志著現代解剖學的真正開端。

在維薩里之前，醫學界普遍將古代醫生視為權威，尤其是古羅馬醫生蓋倫。他的著作甚至被奉為不可質疑的真理，這種因循守舊的思想嚴重阻礙了醫學的進步。然而，在《人體的構造》中，維薩里勇敢且正確地指出了蓋倫的許多錯誤。維薩里的勇氣和正確性源于他對人體解剖的直接研究，而非僅僅依賴根據動物解剖進行的推斷。他通過親自解剖人體，記錄下自己的觀察結果，展現了一種實事求是的科學精神。

維薩里的研究為醫學界提供了深入了解人體結構的機會，也為后來者探索人體功能、揭示血液循環的本質奠定了堅實的基礎，而完成這一偉大發現的是維薩里的學術繼承人—威廉·哈維，正是他揭開了血液循環的神秘面紗。

新視角才能有新發現

1578年，威廉·哈維生于英國肯特郡，未滿20歲時他便踏入意大利帕多瓦大學的殿堂，在杰出的解剖學家法布里修斯的悉心指導下深造。法布里修斯的師承可追溯至維薩里，這位醫學巨匠的學術血脈為哈維日后確立血液循環理論打下了堅實的基礎。此后不久，哈維在英國劍橋大學榮獲醫學博士學位，時年僅24歲，他風華正茂，對科學研究也充滿了好奇與激情。后來，經過多年實驗研究和理論探索，哈維完整、精辟地提出了血液循環理論，顛覆了蓋倫關于血液運行的傳統觀念。

在深入了解哈維的發現之前，我們有必要先探討蓋倫對血液運行的理解。蓋倫認為人體存在兩個獨立的血液運行系統：一個以肝臟為核心，食物被消化后產生的營養物質在此轉化為靜脈血，隨后被輸送至全身；而一小部分靜脈血流入心臟，與肺部的空氣結合，轉變成動脈血，再被輸送至全身各處。蓋倫的觀點是，無論是動脈還是靜脈，它們的功能都是將血液輸送至身體的末端，且血流方向一致。然而，蓋倫并不認為血液流動是平穩、無波動的；相反，他認為血液的流動類似于潮汐，有漲有落，因此其理論被形象地稱為“潮汐理論”。

血液為何能夠流動，其動力源自何處呢？蓋倫的觀點是，這一動力來自于熱量。在蓋倫的眼中，心臟像一個鍋爐，其主要作用是提供熱量。這種觀點的形成并不令人意外，因為在他所處的時代，科學尚未發達，人們缺乏對水泵等機械裝置的了解，因此難以想象心臟的實際工作原理。

那么，哈維是如何質疑這一理論的呢？首先，他通過解剖研究，測量了人類心臟的容量。哈維發現，左心室平均可容納約60克血液。隨后，他將這一數值與心率及時間相乘，通過簡單的數學計算得出每小時心臟泵出的血液量接近250千克，遠超正常人體重。若按照蓋倫的理論，血液由肝臟產生，這意味著肝臟每小時需要產生比一個人的體重還要多的血液，這顯然是不現實的。

因此，新的問題隨之產生：心臟泵出的血液量如此之大，單靠飲食無法制造出這么多血液，那么這些血液究竟從何而來？難道血液從心臟流出后還能回流嗎？如果確實如此，那么動脈和靜脈的功能應當有所不同。

哈維通過實驗方法解答了這一問題。他使用一根帶子緊緊綁住手臂，靠近手掌的一側是遠心端，靠近心臟的一側是近心端，此時遠心端的靜脈會膨脹。接著，他用手向遠心端方向擠壓血管，觀察到遠心端的靜脈膨脹更為明顯，而近心端的靜脈始終保持干癟狀態。這個簡單的實驗揭示了一個事實：靜脈中血液的流動方向與蓋倫的描述不符，這些血液實際上是向心臟流動的。也就是說，血液從心臟出發，通過動脈被輸送至全身各處，為肢體末梢帶去必需的營養物質。當這些營養物質被消耗后，血液則由靜脈運回心臟。簡而言之，血液并非單向流動，而是在體內循環運行。

在17世紀，哈維生活的時代，機械技術的進步已經遠遠超越了古羅馬時期，這使得哈維能夠以一種革命性的視角來理解心臟的功能。在他看來，心臟并非一個提供熱量的器官，而是一個精密的水泵，為血液循環提供動力。這種觀點對于蓋倫來說是難以理解的，畢竟在蓋倫的時代，缺乏對心臟機械作用的認識。這再次證明了，任何科學理論的發現都與其所處的時代背景緊密相連，并且需要其他基礎學科的支撐。

1628年，哈維出版了《心血運動論》。這本著作僅有72頁，卻以簡潔而明確的語言闡述了血液循環的理論，在醫學史乃至整個科學史上都占有舉足輕重的地位。

然而，哈維的理論中還有一個未解之謎。根據他的理論，在肢體的末梢，動脈和靜脈應該相互連接，以便血液能夠從靜脈流向動脈。盡管哈維在解剖學上造詣深厚，但無論他如何努力，也未能找到這種連接結構的直接證據。因此，他大膽地提出了一個設想：人體中必定存在某種微小結構，在肢體末梢將動脈和靜脈連接起來。不過，這些結構究竟是什么，哈維沒有給出答案。

顯微鏡，完善新理論的新工具

威廉·哈維之所以留下了這樣的難題，是因為在17世紀上半葉—他研究血液循環理論的時代，精度較高的顯微鏡還未被廣泛使用。不過，在他的理論提出后不久，一些科學家逐漸開始更多地利用顯微鏡探索微觀世界。例如，英國科學家羅伯特·胡克將干燥的木頭切成薄片，在顯微鏡下觀察，發現了類似小房間的結構，他將這種結構命名為“細胞”（cell），這個英文單詞源自拉丁語中表示小房間的詞匯。盡管今天我們知道他觀察到的是植物細胞的細胞壁而非活細胞，但細胞這一名稱一直沿用至今。荷蘭科學家列文虎克也熱衷使用顯微鏡進行科學研究，他用自制的顯微鏡發現了多種生物的細胞。

在這些科學家的推動下，顯微鏡逐漸成為重要的科學儀器。人們自然會想到，如果用顯微鏡觀察肢體末梢的動脈和靜脈，或許就能發現它們之間的連接結構。然而，事情并非如此簡單。前文提到的羅伯特·胡克在命名“細胞”時觀察的是木頭薄片，之所以使用薄片，是因為如果標本太厚，光線無法穿透，便無法使用顯微鏡進行觀察。當時的科學家并不清楚他們尋找的連接結構具體是什么樣子，如果連接動脈和靜脈的是肉眼不可見的細小血管，那么必須看到血液流動才能確認其為血管。但是，如果將動物切成顯微鏡可觀察的薄片，動物必然已經死亡，血液也不會再流動，這個問題著實令人苦惱。

幸運的是，一位名為馬爾皮基的意大利解剖學家找到了用顯微鏡觀察細小血管的方法。1660年，馬爾皮基靈光一現，發現人體中有一種器官的結構天生就很薄，那就是肺。肺作為氣體交換的器官，其結構類似于許多小氣球組成的大房子，構成這些小氣球的膜自然非常薄。于是，馬爾皮基開始用顯微鏡觀察青蛙的肺。他驚喜地發現，青蛙的肺中確實存在一種極細、肉眼不可見的血管，在顯微鏡下可以看到其中有血液流動。后來，這種血管被稱為毛細血管。馬爾皮基的發現彌補了哈維血液循環理論的不足。

那么，完整的血液循環過程是怎樣的呢？通過幾代科學家的共同努力，終于有了結論：血液從右心室出發，到達肺部，經過氣體交換后，流回心臟的左心房。然后，血液從左心房進入左心室，在左心室的強力收縮下，被輸送到全身各處。在肢體末梢，血液通過毛細血管從動脈流入靜脈，再由靜脈運回心臟右心房，然后從右心房流向右心室，開始新一輪循環。

需要注意的是，我們提到血液從某處出發，只是為了描述的方便。實際上，血液循環是一個循環往復的過程，沒有真正的起點和終點。

化學家解決最后的謎題

關于血液循環理論的故事似乎已經告一段落，但實際上，還有一個待解謎題：血液循環究竟有何作用？你或許已經知道，血液循環不僅負責運輸營養物質，還負責運輸氧氣。然而，研究氧氣的性質和作用屬于化學領域，這超出了當時的醫生和解剖學家的專業范疇。幸運的是，在18世紀下半葉，法國誕生了一位化學天才—拉瓦錫，相信你對他的名字一定不陌生。

當時，化學界對燃燒現象的理解存在巨大分歧。一些化學家認為可燃物中含有一種名為“燃素”的物質，是它引發了燃燒現象（化學反應），而拉瓦錫則提出了不同的觀點，他認為燃燒是一種劇烈的氧化反應，需要可燃物與氧氣共同作用才能發生。最終，事實證明拉瓦錫的觀點是正確的。

在對燃燒現象的研究中，拉瓦錫提出了一個劃時代的論斷：呼吸也是一種緩慢的氧化過程。這意味著在呼吸過程中，血液與空氣進行了氣體交換，氧氣因此進入人體，進而進入血液循環系統。這一發現也解釋了動脈血（鮮紅色）和靜脈血（暗紅色）有顏色差異的原因—它們含有的氧氣量不同。至此，血液循環理論終于得到了完善。拉瓦錫的發現不僅為血液循環理論增添了化學基礎，也為現代醫學的發展奠定了重要的科學基石。

從心臟的跳動到毛細血管的微妙結構，再到血液顏色差異背后的原理，血液循環不僅涌動出生命的節奏，更是自然法則的完美體現，對其的發現也是人類智慧的一次飛躍。在歷史的長河中，血液循環的奧秘如同隱匿在迷霧中的燈塔，歷經千年的探索與研究，終于在一代代科學家的共同努力下云開霧散。

【責任編輯】張小萌