血之传奇——解剖刀和显微镜下的血液循环

人体结构与功能之间存在着密切的联系。在人体血液循环系统中，心脏和血管的形态构成了“结构”，而它们使血液循环流动的能力则是其“功能”。显然，要揭示血液循环的奥秘，我们必须首先深入理解心脏和血管的结构特点。

在古希腊和古罗马时期，医学虽然逐渐摆脱了神灵的影响，但当时的医生很少进行人体解剖，因此对循环系统结构的理解非常有限，无法深入理解血液循环，这一难题困扰了西方医学界长达1000多年。直至文艺复兴时期，在医学家和艺术家的共同努力下，人体解剖学才取得突破性进展。其中，最具里程碑意义的事件是1543年安德烈·维萨里出版了《人体的构造》一书。这部著作是第一部完整、系统的人体解剖学教材，它也标志着现代解剖学的真正开端。

在维萨里之前，医学界普遍将古代医生视为权威，尤其是古罗马医生盖伦。他的著作甚至被奉为不可质疑的真理，这种因循守旧的思想严重阻碍了医学的进步。然而，在《人体的构造》中，维萨里勇敢且正确地指出了盖伦的许多错误。维萨里的勇气和正确性源于他对人体解剖的直接研究，而非仅仅依赖根据动物解剖进行的推断。他通过亲自解剖人体，记录下自己的观察结果，展现了一种实事求是的科学精神。

维萨里的研究为医学界提供了深入了解人体结构的机会，也为后来者探索人体功能、揭示血液循环的本质奠定了坚实的基础，而完成这一伟大发现的是维萨里的学术继承人—威廉·哈维，正是他揭开了血液循环的神秘面纱。

新视角才能有新发现

1578年，威廉·哈维生于英国肯特郡，未满20岁时他便踏入意大利帕多瓦大学的殿堂，在杰出的解剖学家法布里修斯的悉心指导下深造。法布里修斯的师承可追溯至维萨里，这位医学巨匠的学术血脉为哈维日后确立血液循环理论打下了坚实的基础。此后不久，哈维在英国剑桥大学荣获医学博士学位，时年仅24岁，他风华正茂，对科学研究也充满了好奇与激情。后来，经过多年实验研究和理论探索，哈维完整、精辟地提出了血液循环理论，颠覆了盖伦关于血液运行的传统观念。

在深入了解哈维的发现之前，我们有必要先探讨盖伦对血液运行的理解。盖伦认为人体存在两个独立的血液运行系统：一个以肝脏为核心，食物被消化后产生的营养物质在此转化为静脉血，随后被输送至全身；而一小部分静脉血流入心脏，与肺部的空气结合，转变成动脉血，再被输送至全身各处。盖伦的观点是，无论是动脉还是静脉，它们的功能都是将血液输送至身体的末端，且血流方向一致。然而，盖伦并不认为血液流动是平稳、无波动的；相反，他认为血液的流动类似于潮汐，有涨有落，因此其理论被形象地称为“潮汐理论”。

血液为何能够流动，其动力源自何处呢？盖伦的观点是，这一动力来自于热量。在盖伦的眼中，心脏像一个锅炉，其主要作用是提供热量。这种观点的形成并不令人意外，因为在他所处的时代，科学尚未发达，人们缺乏对水泵等机械装置的了解，因此难以想象心脏的实际工作原理。

那么，哈维是如何质疑这一理论的呢？首先，他通过解剖研究，测量了人类心脏的容量。哈维发现，左心室平均可容纳约60克血液。随后，他将这一数值与心率及时间相乘，通过简单的数学计算得出每小时心脏泵出的血液量接近250千克，远超正常人体重。若按照盖伦的理论，血液由肝脏产生，这意味着肝脏每小时需要产生比一个人的体重还要多的血液，这显然是不现实的。

因此，新的问题随之产生：心脏泵出的血液量如此之大，单靠饮食无法制造出这么多血液，那么这些血液究竟从何而来？难道血液从心脏流出后还能回流吗？如果确实如此，那么动脉和静脉的功能应当有所不同。

哈维通过实验方法解答了这一问题。他使用一根带子紧紧绑住手臂，靠近手掌的一侧是远心端，靠近心脏的一侧是近心端，此时远心端的静脉会膨胀。接着，他用手向远心端方向挤压血管，观察到远心端的静脉膨胀更为明显，而近心端的静脉始终保持干瘪状态。这个简单的实验揭示了一个事实：静脉中血液的流动方向与盖伦的描述不符，这些血液实际上是向心脏流动的。也就是说，血液从心脏出发，通过动脉被输送至全身各处，为肢体末梢带去必需的营养物质。当这些营养物质被消耗后，血液则由静脉运回心脏。简而言之，血液并非单向流动，而是在体内循环运行。

在17世纪，哈维生活的时代，机械技术的进步已经远远超越了古罗马时期，这使得哈维能够以一种革命性的视角来理解心脏的功能。在他看来，心脏并非一个提供热量的器官，而是一个精密的水泵，为血液循环提供动力。这种观点对于盖伦来说是难以理解的，毕竟在盖伦的时代，缺乏对心脏机械作用的认识。这再次证明了，任何科学理论的发现都与其所处的时代背景紧密相连，并且需要其他基础学科的支撑。

1628年，哈维出版了《心血运动论》。这本著作仅有72页，却以简洁而明确的语言阐述了血液循环的理论，在医学史乃至整个科学史上都占有举足轻重的地位。

然而，哈维的理论中还有一个未解之谜。根据他的理论，在肢体的末梢，动脉和静脉应该相互连接，以便血液能够从静脉流向动脉。尽管哈维在解剖学上造诣深厚，但无论他如何努力，也未能找到这种连接结构的直接证据。因此，他大胆地提出了一个设想：人体中必定存在某种微小结构，在肢体末梢将动脉和静脉连接起来。不过，这些结构究竟是什么，哈维没有给出答案。

显微镜，完善新理论的新工具

威廉·哈维之所以留下了这样的难题，是因为在17世纪上半叶—他研究血液循环理论的时代，精度较高的显微镜还未被广泛使用。不过，在他的理论提出后不久，一些科学家逐渐开始更多地利用显微镜探索微观世界。例如，英国科学家罗伯特·胡克将干燥的木头切成薄片，在显微镜下观察，发现了类似小房间的结构，他将这种结构命名为“细胞”（cell），这个英文单词源自拉丁语中表示小房间的词汇。尽管今天我们知道他观察到的是植物细胞的细胞壁而非活细胞，但细胞这一名称一直沿用至今。荷兰科学家列文虎克也热衷使用显微镜进行科学研究，他用自制的显微镜发现了多种生物的细胞。

在这些科学家的推动下，显微镜逐渐成为重要的科学仪器。人们自然会想到，如果用显微镜观察肢体末梢的动脉和静脉，或许就能发现它们之间的连接结构。然而，事情并非如此简单。前文提到的罗伯特·胡克在命名“细胞”时观察的是木头薄片，之所以使用薄片，是因为如果标本太厚，光线无法穿透，便无法使用显微镜进行观察。当时的科学家并不清楚他们寻找的连接结构具体是什么样子，如果连接动脉和静脉的是肉眼不可见的细小血管，那么必须看到血液流动才能确认其为血管。但是，如果将动物切成显微镜可观察的薄片，动物必然已经死亡，血液也不会再流动，这个问题着实令人苦恼。

幸运的是，一位名为马尔皮基的意大利解剖学家找到了用显微镜观察细小血管的方法。1660年，马尔皮基灵光一现，发现人体中有一种器官的结构天生就很薄，那就是肺。肺作为气体交换的器官，其结构类似于许多小气球组成的大房子，构成这些小气球的膜自然非常薄。于是，马尔皮基开始用显微镜观察青蛙的肺。他惊喜地发现，青蛙的肺中确实存在一种极细、肉眼不可见的血管，在显微镜下可以看到其中有血液流动。后来，这种血管被称为毛细血管。马尔皮基的发现弥补了哈维血液循环理论的不足。

那么，完整的血液循环过程是怎样的呢？通过几代科学家的共同努力，终于有了结论：血液从右心室出发，到达肺部，经过气体交换后，流回心脏的左心房。然后，血液从左心房进入左心室，在左心室的强力收缩下，被输送到全身各处。在肢体末梢，血液通过毛细血管从动脉流入静脉，再由静脉运回心脏右心房，然后从右心房流向右心室，开始新一轮循环。

需要注意的是，我们提到血液从某处出发，只是为了描述的方便。实际上，血液循环是一个循环往复的过程，没有真正的起点和终点。

化学家解决最后的谜题

关于血液循环理论的故事似乎已经告一段落，但实际上，还有一个待解谜题：血液循环究竟有何作用？你或许已经知道，血液循环不仅负责运输营养物质，还负责运输氧气。然而，研究氧气的性质和作用属于化学领域，这超出了当时的医生和解剖学家的专业范畴。幸运的是，在18世纪下半叶，法国诞生了一位化学天才—拉瓦锡，相信你对他的名字一定不陌生。

当时，化学界对燃烧现象的理解存在巨大分歧。一些化学家认为可燃物中含有一种名为“燃素”的物质，是它引发了燃烧现象（化学反应），而拉瓦锡则提出了不同的观点，他认为燃烧是一种剧烈的氧化反应，需要可燃物与氧气共同作用才能发生。最终，事实证明拉瓦锡的观点是正确的。

在对燃烧现象的研究中，拉瓦锡提出了一个划时代的论断：呼吸也是一种缓慢的氧化过程。这意味着在呼吸过程中，血液与空气进行了气体交换，氧气因此进入人体，进而进入血液循环系统。这一发现也解释了动脉血（鲜红色）和静脉血（暗红色）有颜色差异的原因—它们含有的氧气量不同。至此，血液循环理论终于得到了完善。拉瓦锡的发现不仅为血液循环理论增添了化学基础，也为现代医学的发展奠定了重要的科学基石。

从心脏的跳动到毛细血管的微妙结构，再到血液颜色差异背后的原理，血液循环不仅涌动出生命的节奏，更是自然法则的完美体现，对其的发现也是人类智慧的一次飞跃。在历史的长河中，血液循环的奥秘如同隐匿在迷雾中的灯塔，历经千年的探索与研究，终于在一代代科学家的共同努力下云开雾散。

【责任编辑】张小萌