引言

本书是为血液循环这个概念所作的传记。血液循环似乎是一个普普通通，甚至显而易见的概念。众所周知，心脏泵送血液和氧气，使之通过动脉输送至全身，然后通过静脉带回“废物”，但这个广为人知的概念一共历时2 000多年才最终形成。它不仅革新了生命科学，同时还开创了现代医学。就重要性而言，它可以与奠定了生物科学基础的《亚里士多德全集》和达尔文的自然选择学说并立。和前两个思想一样，心脏循环的发展在很大程度上是个人努力取得的成果，从构想、启动到最终成形都是这个人凭一己之力完成的。他就是英国医生威廉·哈维。1628年，他把自己的发现写成了一本薄薄的书——《心血运动论》。通过这项研究，哈维不仅经历了医学史上绝无仅有的大冒险，还在这个过程中亲身体验了人类的不安全感和脆弱。他的影响经久不衰，无处不在。

正如我们现在所了解的那样，血液循环是一个双系统，分为体循环（身体内的环形路线）和肺循环（肺部的环形路线）。这两条环形路线之所以被称为循环，是因为它们开始、结束于同一点。本书的一个主题就是对这两个循环进行历史解读。实际上，心脏也相当于两颗心的组合，它们和谐共存，执行两个不同的任务。右心室推动血液进入肺部，左心室将血液输送给其他器官和四肢。人们发现维持生命的血液循环运动与生命体的呼吸，以及维持恒定体温密切相关，于是将这三个过程放在一起，构成新生理学的核心。因此，本书还会涉及动物体热理论和早期呼吸生理学的发展过程。

血液循环的发现是生命科学史上的一个颠覆性事件。它开创了新的定量思维方式，催生了疾病管理领域的进一步创新。如果没有这些创新，我们现有的药物是不可能问世的。哈维借用水泵和管道，从水力学角度描述血液循环，这为心血管生理学的量化力学研究奠定了基础，引导我们用现代定量方式思考血液流速、血管阻力、血压、脉搏波等方面的问题，思考它们在不同病理生理条件下的数量变化，以及血液流速和压力异常对身体器官的影响。如果血液在循环，那么我们需要回答一些新的问题。血液为什么需要不断循环？血液循环时会携带哪些物质？为什么血液循环时会携带这些物质？它是通过什么方式、在哪里开始携带这些物质的？它是如何、在哪里，又是为什么和这些物质分离的？这些问题的答案展示了一幅易于理解的人类机体活动示意图，并为现代医学实践奠定了生理学基础。

随后，疾病机理得到了修订和扩充。在19世纪中期以前，人们一直认为体内“体液”不平衡是导致疾病的唯一原因。在那之后，人们发现，血液在全身循环意味着疾病有可能是由血液循环输送至全身所有组织这一过程中携带的外来有害物质所导致。人们推断，一些疾病可能是由于动脉管路（包括心脏和脑动脉）发生阻塞，从而导致重要器官的血液循环“不足”而引起的。最终，这个推断使我们了解了心脏病和脑卒中（中风）是如何发生的。现在，这两种疾病仍然是人类致残和致死的两大原因。

人们发现，因为血液在循环，所以在一个部位进入血液的物质，或者吸入的物质，会被输送至身体任何一个部位。今天的一些治疗方法，例如静脉注射（如化疗）或皮下注射（如胰岛素注射），甚至治疗过敏的鼻腔喷雾剂，都是依据人类的这个发现才想出来的。常规的干预措施，如心导管检查和动脉内支架植入，以及通过静脉植入起搏器和除颤器的电极，都需要血液像哈维所描述的那样通过血管单向流入或流出心腔。一些挽救生命的支持系统，如透析设备和为心脏直视手术创造条件的心肺机，本质上是血液循环概念向体外循环延伸的产物。在极端急性疾病中拯救生命或用作心脏移植替代方案的心脏辅助装置（人造心脏）也依赖于血液的循环模式。此外，我们对心力衰竭的理解达到了现有的水平，是哈维的突破性发现所促成的一个令人信服的结果。对65岁以上患者来说，心力衰竭这个诊断结果意味着将要花费大笔费用。现代疗法不仅将心脏视为衰竭的血泵，还要解决循环化学异常导致心肌衰弱的问题。

科学发现是一个复杂现象。美国科学哲学家托马斯·库恩对此进行了精准的描述。[1]库恩认为，这个过程始于人们发现事物与正常预期不一致，他们随之对这种异常现象进行广泛探索。只有在新知识本身变得清晰明了之后，这个进程才会结束。此时，人们会重新界定事物的正常状态以适应这种学习，库恩称之为“范式转换”（paradigm shift）的情况就这样发生了。波兰哲学家、物理学家卢德维克·弗莱克补充说，在被“思想集体”（thought-collective）同化和认可的过程中，范式“悄悄地去除它的个人特质，摆脱它原先的心理和历史背景，逐渐适应整个系统的认知图式”[2]。在这个过程中，系统本身被重新定义。

循环的概念就是这样一种范式转换。在哈维的血液循环概念所涉及的领域，当时占主导地位的盖伦模型已经无可争议地盛行了15个世纪，不可能被重新定义，只能被取代。罗马医生盖伦认为血液在血管中来回流动，就像潮汐一样。他猜想两个不同的器官（肝脏和心脏），通过静脉和动脉两个独立的血管系统，将血液提供给身体的各个部位。哈维的革命性发现用新的事实推翻了这些陈旧观念。

库恩–弗莱克模型还包含一个内在的概念：科学发现是一个不连续的过程，在占优势的社会文化结构、态度和世界观的影响下，它必然导致一系列“不可通约”的观点。血液循环被发现时，心血管生理学就处于这种不连续的分水岭式的重要时期，每一个时刻都背负着之前思想的包袱，不断向前推进。因此，发现是一个需要时间的创造性过程。它指向某个事物，同时也源自某个事物，后者可能在一段时间内发挥一些好的作用，但最终会被丢在身后。

科学发现的过程还具有另外一个特点：类比的推动作用。有的类比会阻碍通向真理的道路，有的类比则会使通向真理的道路成为可能。从早期开始，思想家就喜欢用类比来描述自然界的现实。从盖伦到波义耳，所有人的叙述中都充斥着各种类比，包括将血液流动比作荷马所说“深酒色海洋”的潮起潮落，亚里士多德将脉管系统比作灌溉渠，将生命比作呼吸或燃烧，等等。盖伦受相互吸引的磁铁和铁的启发，提出身体内有“天然吸引力”。西西里的恩培多克勒利用埃及漏壶（水钟）的工作原理，阐述了他的心肺生理学的新理论；亚历山大的埃拉西斯特拉图斯也根据自然界厌恶真空的现象阐述了自己的理论。笛卡儿将心腔里的“发酵”过程比作木柴燃烧。最后，哈维深受亚里士多德的循环哲学影响，而德科的机械消防泵使哈维确信心脏具有类似机械泵的功能。

哈维在同时进行两项颠覆性的研究：心脏收缩机理和血液循环。哈维将心脏看作机械泵并正确地分析它的运动，认为心脏就像血泵，每次收缩时会将血液喷射到血管中，这是他的这套理论的核心创新。在哈维之前，人们普遍接受的心脏发挥功能的过程是由亚里士多德提出的，亚里士多德认为大脑散发热量使血液在心脏中“发酵”，导致心脏扩张，血液从心脏溢出并进入主动脉，就像“牛奶煮沸溢出”。

这一发现在17世纪的科学革命时期达到巅峰。那是一个“因失望而充满希望，因绝望而越发坚韧”的时代。哈维思想的进一步发展，将英国科学界一大批最伟大的人物和一些最古怪的人物联系到一起，包括：约翰·洛克、克里斯托弗·雷恩、罗伯特·胡克、亨利·卡文迪许、约瑟夫·普里斯特利以及他们的同行；苏格兰人约瑟夫·布莱克；英裔爱尔兰人、“怀疑派化学家”罗伯特·波义耳等牛津化学家，以及法裔欧洲人勒内·笛卡儿和安托万·拉瓦锡。他们携手消除了生理学领域持续了2 000年的误解。这些工作是他们站在更早的已经被遗忘的爱奥尼亚、雅典和亚历山大的知识革命先驱的肩膀上完成的，诸如克罗顿的阿尔克迈翁、阿波罗尼亚的第欧根尼、科斯岛的希波克拉底和普拉萨哥拉斯、西西里的恩培多克勒、亚历山大的希罗菲卢斯（又译赫罗菲拉斯）和埃拉西斯特拉图斯、罗马的盖伦，他们为理解身体内的自然世界完成了一些开创性的工作。柏拉图和亚里士多德也起到了重要作用。所有这些，都毫无例外地始于荷马——始于“深酒色海洋”潮起潮落的运动。

本书分为7个篇章，每个篇章都代表血液循环概念形成过程中的一个库恩式里程碑。第一篇的标题是“身体里的深酒色海洋”。因为只有熟悉了先前那些大相径庭的观点之后，才有可能正确理解血液循环这一概念——这是链条中的一个环节，所以本篇首先从中国古代的《黄帝内经》（已知最古老的医学教科书）、古埃及的《埃伯斯纸草文稿》和《艾德温·史密斯（外科）纸草文稿》、古印度的《阿闼婆吠陀》等医学著作中摘录了一些关于血液流动的文字。故事要从古希腊开始讲起，因为是古希腊人率先提出了关于空气、血液、营养、体热、身体代谢废物以及心脏功能的原始理论，并对承载它们的血管通路进行定义。

第二篇的内容是介绍亚历山大和古罗马的学者如何整合这些原始理论并提出空气和血液系统的概念，帮助我们全面了解古人掌握的心血管系统解剖学和生理学知识。亚历山大的医生埃拉西斯特拉图斯运用物理学家斯特拉托刚刚公开的“厌恶真空理论”——自然界厌恶真空，阐明了血液向前流动的独特生理机能。在古罗马行医的希腊医生盖伦将前辈提出的所有原始理论糅合到一起，搭建了一个看起来很合理的心血管生理学理论体系。虽然这套理论并没有事实依据，但在接下来的1 500年里，它成为通向人体功能、疾病和治疗的跳板。在我们这个故事中，无论怎么强调盖伦的重要性都不为过。正如亚里士多德和柏拉图的著作分别是科学和哲学的基础一样，盖伦的大量著作也为医学和生理学奠定了基础。到目前为止，盖伦仍然是现存著作最多的古代作者。他的著作多达22卷，大约150册。

通过独具匠心的巧妙设计，盖伦搭起了一座奇妙而复杂的理论大厦，它似乎可以解释身体所有的生理机能，因此成为被普遍认可的学说。他的著述使用的是希腊语，所以最初的影响仅限于说希腊语的亚历山大、拜占庭以及东罗马帝国残余占据的地区。随着伊斯兰教统治下的阿拉伯半岛掀起了学习希腊语的热潮，盖伦的心脏和血液流动系统理论成为他们的圣典，他本人也被阿拉伯人奉为医生的楷模。在西班牙收复被穆斯林占领的失地后，随着大量阿拉伯医学书被翻译成拉丁语，盖伦的影响力在欧洲西部也越来越大。在意大利重新发现希腊和罗马古典文化的过程中，盖伦的理论进入了文艺复兴时期的主流医学思想。他的著作影响力遍及生理学理论和医学实践的各个方面，一直延续到了19世纪。事实上，他的影响力起到了巨大的阻碍作用，使人们在1 000多年的时间里迟迟不能确立正确的血液循环概念。

但是，盖伦创建的生理学非常复杂！接下来第三篇的内容告诉我们，随着文艺复兴进行，列奥纳多·达·芬奇通过机械模型和实验，探索新的途径，从水力学的角度理解血液流动和心脏瓣膜功能，这也让盖伦系统的陈旧概念露出了破绽。威尼斯的几位解剖学家以及年轻的帕多瓦人安德烈亚斯·维萨里从多个方面公开质疑盖伦的学说。1543年，28岁的维萨里出版了七卷本的《人体的构造》，这部开创性的解剖学著作后来产生了巨大的影响。为了捍卫盖伦的理论，学术界行动起来了。在学术界，每个人都很乐意听到又一位天才被贬低的消息。名誉扫地、受到冷落的维萨里离开了学术界。

弗莱克在拓展库恩模型的过程中，有时把取得科学发现的人比作克里斯托弗·哥伦布。哥伦布寻找印度，却发现了西印度群岛。本书第四篇对肺循环发现过程的描述告诉我们，类似现象在科学上并不罕见。对肺循环的了解是哈维完善体循环概念之前必须准备的证据之一。因为这两个循环是串联的，所以它们会相互融合，变成一个循环。肺循环的发现有解剖学、生理学，甚至神学等多方面的原因。一神论派神学家、医生弥贵尔·塞尔维特认为适合空气和血液完成最广泛接触的部位是肺，并对肺循环的真实状况进行了大致描述，其目的是将上帝的生命灵气注入人的基督教灵魂。大约在同一时间，教皇的医生雷尔多·科隆博根据活体解剖和实验得出的合理结论，对肺循环进行了明确的描述。我们有理由相信，他可能知道中世纪阿拉伯医生伊本·纳菲斯的研究，后者是第一个描述肺循环的人。第四篇详细介绍了这个明显违背盖伦学说的理论所引发的争议和辩论，以及这一发现的优先权引发的那场斗争。

整个第五篇介绍的都是威廉·哈维在出版《心血运动论》之前完成的研究。他通过观察活体解剖，为自己准备好了武器。同时，他还通过计划并实施验证性活体结扎实验，确定了动脉和静脉中血液流动的方向，从而证明了血液是通过静脉单向流回心脏的。哈维运用新颖的定量推理方法，推断出了血液的体循环。矛盾的是，他一方面对盖伦提出的已被广泛接受但从未被观察到的心脏隔膜上的小孔嗤之以鼻，另一方面又提出心脏上有不可见的毛细血管。哈维死后不久，马尔比基用伽利略新发明的显微镜证明了毛细血管的存在。至此，哈维的循环理论得到了完善。了解血液循环的人认识到了它的医学潜力，静脉注射疗法和通过输血恢复活力的时代开始了。

但是，旧的错误的影响很难根除。哈维的发现成为17世纪最棘手的科学难题之一，也是最难得到认可的成果之一。第六篇的内容描述了《心血运动论》出版后爆发的学术风暴。随着盖伦体系和哈维生理学的捍卫者在英国、西班牙、葡萄牙、法国、德国、丹麦、低地国家，以及最终在新大陆拉开战线，人性中最好的和最坏的一面都暴露无遗。勒内·笛卡儿固执地认为心脏不具有血泵的功能，一场对哈维的观点进行的全面而猛烈的抨击在巴黎展开，包括约翰·多恩、塞缪尔·佩皮斯、约翰·伊夫林、莫里哀、拉辛、拉封丹在内的外行也被卷入了这场纷争。

经过一代人的冲突，血液循环理论终于被接受。但是，循环的“目的”仍然无法确定，一个令人头疼的问题还没有答案：“循环的唯一明确目的是什么？”此外，哈维根本不知道血液在肺部是如何发生变化的。正如本书最后一篇所介绍的，被统称为“牛津化学家”的波义耳、胡克、洛厄和梅奥的开创性化学研究为回答这两个问题提供了线索。哈维的年轻同事罗伯特·波义耳在其他牛津化学家的帮助下，开始了他关于燃烧和呼吸的权威实验。他们一起开创了对空气成分的研究。随着约瑟夫·布莱克、普里斯特利、卡文迪许及拉瓦锡分离出氧气、氢气和二氧化碳，生理学和化学进入了一个新的时代，确定了哈维发现的血液循环在新陈代谢、体热和生命中的适当位置和作用。

与所有伟大的发现一样，血液循环概念的建立引发了一些非常激烈的科学争论。在这个充满好奇的时代，印刷机将正在进行的创新迅速传播出去，对第一个揭示自然真相的先驱者来说，会有很多物质上的收获。如果说对金钱回报的期望是一种很好的激励，那么对名誉的期望能起到同样的效果。毕竟，贪婪和野心仍然是人类行为的主要推动力，通过表达我们本性中善良的方面和卑劣的方面，向自己和他人展示出来。同样重要的是发现过程中的群体心理。在血液循环的历史上，有大量错误的成果优先权归属和有争议的优先权主张，为这个故事增添了人性的一面。本书讲述的是一个极具人性特点的故事。

[1] Thomas Kuhn, The Structure of Scientific Revolutions (Chicago: University of Chicago Press, 1962).

[2] Ludwik Fleck, Genesis and Development of a Scientific Fact (Chicago:University of Chicago Press, 1979).