看似平凡的心跳,是一场关乎生死的接力

心脏的跳动看似平凡，背后的机理却十分复杂。图源：Pixabay撰文

李莘莘（帝国理工学院博士后研究员）责编

惠家明

●●　●

心脏的本质是一个泵，它每一秒钟都在兢兢业业地跳动着，每一次跳动都是为了给全身供血。

这虽然不是什么新鲜事，但并不简单。心脏究竟是怎么工作的？在每次平平无奇的心跳背后，心脏究竟都经历了些什么？为了找到这些问题的答案，科学家们孜孜不倦地探求了上百年。

01

心脏：别管我，我可以自己跳

年，威廉·哈维（WilliamHarvey）发表了《心血运动论》，正确地描述了全身血液循环系统，但是他却未能解释心脏跳动的机制。心脏供血的最根本挤机制在于心脏的收缩，也就是我们所说的心脏跳动。但是心脏为什么会跳？心脏是怎么跳的？心脏的跳动是如何被控制的？对于这个问题，早期学术界争论不休。

神经派认为神经系统支配着心脏的跳动，而心脏只是一个听话的工具人罢了。心源派则认为，心跳主要是心脏的自主功能。究竟心脏的每次跳动是不是心脏自己说了算？几百年来，没有定论。直到19世纪后半叶，英国生理学家华特·贾斯高（WalterGaskell）在剑桥进行的一系列研究给出了答案，而这个研究发现的背后有一个灵感女神：“美杜莎”。

年，贾斯高加入了麦克·福斯特（MichaelFoster）位于剑桥的实验室，与福斯特一起研究心脏的跳动，与贾斯高同在福斯特手下工作的还有一位叫做乔治·罗马尼斯（GeorgeRomanes）的科学家。罗马尼斯后来较为人熟知的身份是达尔文的挚交好友以及进化论的忠实拥趸。在当时，罗马尼斯的研究课题是神经系统和运动控制，他的一个重点研究对象就是被称为“美杜莎”的水母，也就是水母亚门（Medusozoa）的动物。

Medusozoa水母亚门的动物又被称为“美杜莎”水母图源：WikimediaCommons

罗马尼斯想通过水母的运动控制来了解神经系统，具体地说，就是观察水母是如何控制伞面的一张一缩来实现游动的。罗马尼斯发现，如果水母的伞面边缘被切除了，水母就动不了了，而被切除的伞面边缘却还能在培养皿中持续有节律的伸缩长达2-3天的时间。更关键的是，通过显微镜观察，罗马尼斯发现这些可以在体外自发伸缩的水母组织并没有包含神经，也就是说这些是无需神经控制就可以自发运动的肌肉组织。罗马尼斯知晓这一发现对于心脏研究的意义，他明确地向福斯特和贾斯高二人表达了自己的观点：心脏与水母应当十分相似，无需神经控制就可以自发跳动。

贾斯高研究的助攻同事，乔治.罗马尼斯图源：ElliottFry

WikimediaCommons

罗马尼斯的研究坚定了贾斯高和福斯特对心源说的肯定，但仅用水母作为证据并不充分，他们需要进一步在心脏上用实验证实。贾斯高把试验对象从常用的青蛙换成了乌龟，毕竟乌龟缓慢的心跳更便于观察。要知道，当时距离最原始的心电图仪出世还有三十年，研究心脏跳动主要还要靠肉眼观察，而我们现代医学的高级成像技术在当时根本无法想象。

通过切除乌龟的心室心尖，贾斯高首先证实了不包含神经组织的心尖在切除之后仍可以自发跳动，为心源说添加了一块重要的基石。他还观察到，心脏收缩的信号传导是存在顺序的，大致是先从心窦附近传至心房和心室的交界处，再传至心室。虽然没有高级的成像手段，但是贾斯高很聪明地采用了“渐进切割”的方法，通过逐步切断心房和心室之间的组织，他在摸索中确定了心房和心室之间的传导通路在哪里。

这个实验表明，如果切断心房和心室之间传导通路的一半，那么大约只有1/2的心房收缩会引起心室的收缩；如果全部切断，那么心室和心房的收缩就会完全脱节，各跳各的谁也不管谁。这其中更为深远的含义连当时的贾斯高自己也还不能完全领会，科学家们几十年后才会发现，这项实验完全模拟了一类心率失常疾病的情形：房室阻隔。

华特·贾斯高肖像图源：CambridgeUniversityPressandWell