人體結(jié)構(gòu)與功能之間存在著密切的聯(lián)系。在人體血液循環(huán)系統(tǒng)中，心臟和血管的形態(tài)構(gòu)成了“結(jié)構(gòu)”，而它們使血液循環(huán)流動的能力則是其“功能”。顯然，要揭示血液循環(huán)的奧秘，我們必須首先深入理解心臟和血管的結(jié)構(gòu)特點。

在古希臘和古羅馬時期，醫(yī)學(xué)雖然逐漸擺脫了神靈的影響，但當(dāng)時的醫(yī)生很少進(jìn)行人體解剖，因此對循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理解非常有限，無法深入理解血液循環(huán)，這一難題困擾了西方醫(yī)學(xué)界長達(dá)1000多年。直至文藝復(fù)興時期，在醫(yī)學(xué)家和藝術(shù)家的共同努力下，人體解剖學(xué)才取得突破性進(jìn)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(gòu)造》一書。這部著作是第一部完整、系統(tǒng)的人體解剖學(xué)教材，它也標(biāo)志著現(xiàn)代解剖學(xué)的真正開端。

在維薩里之前，醫(yī)學(xué)界普遍將古代醫(yī)生視為權(quán)威，尤其是古羅馬醫(yī)生蓋倫。他的著作甚至被奉為不可質(zhì)疑的真理，這種因循守舊的思想嚴(yán)重阻礙了醫(yī)學(xué)的進(jìn)步。然而，在《人體的構(gòu)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(jù)動物解剖進(jìn)行的推斷。他通過親自解剖人體，記錄下自己的觀察結(jié)果，展現(xiàn)了一種實事求是的科學(xué)精神。

維薩里的研究為醫(yī)學(xué)界提供了深入了解人體結(jié)構(gòu)的機(jī)會，也為后來者探索人體功能、揭示血液循環(huán)的本質(zhì)奠定了堅實的基礎(chǔ)，而完成這一偉大發(fā)現(xiàn)的是維薩里的學(xué)術(shù)繼承人—威廉·哈維，正是他揭開了血液循環(huán)的神秘面紗。

新視角才能有新發(fā)現(xiàn)

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(xué)的殿堂，在杰出的解剖學(xué)家法布里修斯的悉心指導(dǎo)下深造。法布里修斯的師承可追溯至維薩里，這位醫(yī)學(xué)巨匠的學(xué)術(shù)血脈為哈維日后確立血液循環(huán)理論打下了堅實的基礎(chǔ)。此后不久，哈維在英國劍橋大學(xué)榮獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位，時年僅24歲，他風(fēng)華正茂，對科學(xué)研究也充滿了好奇與激情。后來，經(jīng)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(huán)理論，顛覆了蓋倫關(guān)于血液運行的傳統(tǒng)觀念。

在深入了解哈維的發(fā)現(xiàn)之前，我們有必要先探討蓋倫對血液運行的理解。蓋倫認(rèn)為人體存在兩個獨立的血液運行系統(tǒng)：一個以肝臟為核心，食物被消化后產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)在此轉(zhuǎn)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(jié)合，轉(zhuǎn)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(rèn)為血液流動是平穩(wěn)、無波動的；相反，他認(rèn)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(xué)尚未發(fā)達(dá)，人們?nèi)狈λ玫葯C(jī)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(zhì)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(fā)現(xiàn)，左心室平均可容納約60克血液。隨后，他將這一數(shù)值與心率及時間相乘，通過簡單的數(shù)學(xué)計算得出每小時心臟泵出的血液量接近250千克，遠(yuǎn)超正常人體重。若按照蓋倫的理論，血液由肝臟產(chǎn)生，這意味著肝臟每小時需要產(chǎn)生比一個人的體重還要多的血液，這顯然是不現(xiàn)實的。

因此，新的問題隨之產(chǎn)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(yīng)當(dāng)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(cè)是遠(yuǎn)心端，靠近心臟的一側(cè)是近心端，此時遠(yuǎn)心端的靜脈會膨脹。接著，他用手向遠(yuǎn)心端方向擠壓血管，觀察到遠(yuǎn)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(tài)。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(fā)，通過動脈被輸送至全身各處，為肢體末梢?guī)ケ匦璧臓I養(yǎng)物質(zhì)。當(dāng)這些營養(yǎng)物質(zhì)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(nèi)循環(huán)運行。

在17世紀(jì)，哈維生活的時代，機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(huán)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(jī)械作用的認(rèn)識。這再次證明了，任何科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)都與其所處的時代背景緊密相連，并且需要其他基礎(chǔ)學(xué)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(huán)的理論，在醫(yī)學(xué)史乃至整個科學(xué)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(jù)他的理論，在肢體的末梢，動脈和靜脈應(yīng)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(xué)上造詣深厚，但無論他如何努力，也未能找到這種連接結(jié)構(gòu)的直接證據(jù)。因此，他大膽地提出了一個設(shè)想：人體中必定存在某種微小結(jié)構(gòu)，在肢體末梢將動脈和靜脈連接起來。不過，這些結(jié)構(gòu)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(jì)上半葉—他研究血液循環(huán)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(xué)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(xué)家羅伯特·胡克將干燥的木頭切成薄片，在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)了類似小房間的結(jié)構(gòu)，他將這種結(jié)構(gòu)命名為“細(xì)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(xì)胞的細(xì)胞壁而非活細(xì)胞，但細(xì)胞這一名稱一直沿用至今。荷蘭科學(xué)家列文虎克也熱衷使用顯微鏡進(jìn)行科學(xué)研究，他用自制的顯微鏡發(fā)現(xiàn)了多種生物的細(xì)胞。

在這些科學(xué)家的推動下，顯微鏡逐漸成為重要的科學(xué)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(fā)現(xiàn)它們之間的連接結(jié)構(gòu)。然而，事情并非如此簡單。前文提到的羅伯特·胡克在命名“細(xì)胞”時觀察的是木頭薄片，之所以使用薄片，是因為如果標(biāo)本太厚，光線無法穿透，便無法使用顯微鏡進(jìn)行觀察。當(dāng)時的科學(xué)家并不清楚他們尋找的連接結(jié)構(gòu)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(xì)小血管，那么必須看到血液流動才能確認(rèn)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(jīng)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(xué)家找到了用顯微鏡觀察細(xì)小血管的方法。1660年，馬爾皮基靈光一現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)人體中有一種器官的結(jié)構(gòu)天生就很薄，那就是肺。肺作為氣體交換的器官，其結(jié)構(gòu)類似于許多小氣球組成的大房子，構(gòu)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(fā)現(xiàn)，青蛙的肺中確實存在一種極細(xì)、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(xì)血管。馬爾皮基的發(fā)現(xiàn)彌補了哈維血液循環(huán)理論的不足。

那么，完整的血液循環(huán)過程是怎樣的呢？通過幾代科學(xué)家的共同努力，終于有了結(jié)論：血液從右心室出發(fā)，到達(dá)肺部，經(jīng)過氣體交換后，流回心臟的左心房。然后，血液從左心房進(jìn)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(xì)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(huán)。

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

化學(xué)家解決最后的謎題

關(guān)于血液循環(huán)理論的故事似乎已經(jīng)告一段落，但實際上，還有一個待解謎題：血液循環(huán)究竟有何作用？你或許已經(jīng)知道，血液循環(huán)不僅負(fù)責(zé)運輸營養(yǎng)物質(zhì)，還負(fù)責(zé)運輸氧氣。然而，研究氧氣的性質(zhì)和作用屬于化學(xué)領(lǐng)域，這超出了當(dāng)時的醫(yī)生和解剖學(xué)家的專業(yè)范疇。幸運的是，在18世紀(jì)下半葉，法國誕生了一位化學(xué)天才—拉瓦錫，相信你對他的名字一定不陌生。

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

在對燃燒現(xiàn)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(jìn)行了氣體交換，氧氣因此進(jìn)入人體，進(jìn)而進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)。這一發(fā)現(xiàn)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(huán)理論終于得到了完善。拉瓦錫的發(fā)現(xiàn)不僅為血液循環(huán)理論增添了化學(xué)基礎(chǔ)，也為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展奠定了重要的科學(xué)基石。

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

【責(zé)任編輯】張小萌