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马尔皮基和毛细血管

哈维发表《论心脏和血液的运动》这一年,也就是1628年,意大利有个婴儿出生在一个殷实家庭里。


这孩子的名字叫马尔切洛-马尔皮基(MarcelloMalpighi)。虽然他不是故意挑的1628年出生,但是他长大之后,创下的业绩,跟哈维比起来也不算逊色,他在现代医学和生物学领域的一系列贡献,都可以算是奠基石级别的。


马尔皮基一生颇多坎坷。父母早亡,晚年家中曾经失火烧掉很多重要研究资料。但是他小时候还是算是顺畅的。家境优渥,自幼聪颖过人,17岁进博洛尼亚大学,入学之后一门心思专攻亚里士多德古典哲学。21岁完成文科学习,本来还想继续研究哲学,但他老妈建议他转学理科。这个建议极其英明。若不是这样,马尔皮基可能会把天份用来研究那个没过几年就进入博物馆的亚里士多德哲学,而医学领域就失去了一个天才人物。


马尔皮基听从了老妈的建议,一个急转弯改学医科。以他的天份,学业进展毫无悬念。25岁拿到医学兼哲学博士学位。28岁被美第奇家族的费迪南二世邀请到比萨大学当医学教授,在那里结识了比他大20岁的知名生理学家乔万尼-波莱利(GiovanniBorelli)。波莱利博学多才,同时研究数学、物理学、天文学、植物学和动物运动。就这么着他好像时间还有富余,他又拿着最近出现的显微镜去看看植物的气孔。


波莱利的最后这个爱好对马尔皮基有关键影响。马尔皮基拿着显微镜观察了几个样本,对显微镜下微观世界的兴趣一发不可收拾,逮着啥看啥,一不小心就在医学、昆虫学和植物学领域都做出了重大贡献。重大到什么地步呢?这几个领域里都有很多解剖结构是用他的名字来命名的。不是他自己命名。是因为别人觉得这是他的功劳,就用他的名字来命名了。


昆虫学和植物学放下不表,这里只说他医学领域的发现。就算只是说医学领域,他的发现还是太多,咱重点就说他那个一锤定音的发现:毛细血管。


为啥说一锤定音?因为,马尔皮基出生的那一年,哈维发表了血液循环理论。这理论太具备革命性,按例遭到不少抵制。哈维的论文发表之后,老学究们最尖锐的质疑是:你说血液循环,可是你描述的这个循环系统,它没连一个环。

哈维的解剖观察,能有力的推导出血液必须是循环,途径是从心脏出发,经过动脉到达身体各处,然后从静脉返回。但哈维不熟悉显微镜技术。靠肉眼观察,他看到的动脉末端是“盲端”,没有出路的。所以他没有证据证明血液确实能从动脉系统进入静脉系统,形成一个回路,也就是循环通路。这是血液循环系统的一个“缺环”。当时给哈维最大压力的,就是关于这个缺环的质问。不能证明动脉末端和静脉末端确实有通路,人们对他的血液循环理论就还是将信将疑。


后来是马尔皮基找到了毛细血管,为血液循环理论弥合了这个缺环。

开始,马尔皮基跟波莱利学,观察对象都是大型动物,比如绵羊。但是这些动物个头太大,那时候标本切片技术还不成熟,用原始的显微镜看大动物的器官,“看不透”,结果不理想。


大型动物看不透,马尔皮基就找小型的。最好是来源丰富,干净,还不咬人。那时欧洲的城市还很有田园风味,野生池塘多,马尔皮基到外面走一圈,就发现青蛙是个很好的研究对象。他效法前辈解剖学家哈维的做法,给青蛙做活体解剖,然后在显微镜下观察青蛙肺脏,结果大有斩获。因为,他能直接在显微镜下看到青蛙肺部的血液流动!他看到血液从动脉这头进入肺脏,然后看到静脉有血液流回心脏。情形确实是像哈维说的,血液是在循环流动。


活着的青蛙肺,虽然能看到血液流动,却不可能看到细微结构。血丝呼啦的现场毕竟是很干扰视线的。这种情况下,马尔皮基还是看不清血液到底是怎么从动脉那头进入静脉这头的。


于是马尔皮基把青蛙肺取出来,挤干血液,再放到显微镜下察看。这么着,他首先看到了前人从未看到的结构:肺泡。然后,他在肺泡四壁上看到很多细丝,从小动脉末端延伸出来,形成一个网络,然后,网络的另一头,是跟微静脉的末端连上了。


看到这个结构,马尔皮基就知道,哈维的血液循环理论,现在再也没人可以撼动了。


因为,这个就是血液循环回路里的那个缺环。动脉流过来的血液,从这些网络流到静脉,然后返回心脏。血液循环系统,确实是一个闭合的回路。血液就是在这个回路里川流不息。


马尔皮基把这种网络叫做毛细血管(capillaries)。这个词的拉丁文词根原意是“毛发”。马尔皮基觉得这些血管细如毛发,所以给它们起了这么个名字。


毛细血管的发现,不仅让血液循环理论成为一个完美理论,也引领了“组织学”研究这个医学新领域。


组织学跟解剖学一样,都是研究人体结构。在显微镜出现之前,这个方面的研究局限于肉眼可见范围。在这个范围里,能够识别出来的人体组织结构就是我们平时说的器官,比如心肝脾肺肾。后来出现了显微镜,让人类观察能力极大扩展,医学家就发现,每个器官又是一个小宇宙,里面有很多不同的组织结构,比如肺脏里有肺泡,有间质,有毛细血管等等,这些细微结构“编织”出完整的器官。于是人们就把这样的研究叫做组织学(histology)。这个词的前半截,histos,来自希腊语,意思是“编织物”。后半截的ology,意思是研究。这个词有一个比较容易看懂的同义词:显微解剖学,因为,要研究这些细微组织,就需要用显微镜。


马尔皮基观察到肺泡里有毛细血管,从而给血液循环回路补上关键一笔。但他并不知道这些毛细血管在肺泡那儿有啥作用。人类那时还不知道氧气,更不知道氧气是人体代谢必需的元素。那得等一百多年之后,约瑟夫-普莱斯特里才做出这种发现。所以,马尔皮基没能完全理解肺脏的真正功能。他观察到两种不同颜色的血(动脉含氧血和静脉缺氧血)在肺脏里“混合”,但是不知道这种“混合”的意义。


马尔皮基对肺泡的发现必须多说两句。


因为没有显微技术,当初维萨里能精确描绘肺脏的外表,但没法知道肺脏内部的组织结构是啥。他看到新鲜尸体的肺脏如血一般红,然后能感觉到肺脏组织很蓬松,于是他以为肺是血液泡沫凝固而成的。后来的哈维也没有接触过显微技术,在这个方面同样不能有新发现。他们都只能沿袭古代医学的错误见解,以为肺的作用就是为了给人体降温。中医说“肺主皮毛”,似乎跟西方传统医学理论略有呼应。


马尔皮基从青蛙肺脏入手,然后比较了很多种动物的肺脏。细致的观察之下,他看到肺组织的微观结构:气管从喉部往下走,不断分成越来越细的分支,到了末端,变成非常薄的透光的膜,这些膜形成蜂巢似的小气泡。肺可以说就是这些小气泡组成的。他发现的毛细血管,就是在这些肺泡壁上找到的。当然,因为不知道氧气对人类的意义,马尔皮基也没能猜到肺泡起什么作用。不过他已经开始怀疑“肺主降温”的学说了。


马尔皮基别的发现能写一本书,这里简单列举一下跟医学有关的部分:

  • 他最早观察到血液里的红细胞,也正确判断出血液的红色来自红细胞。只不过他不知道红细胞的功能是携带氧气。
  • 发现胆汁不是胆囊分泌的,而是肝脏分泌的。这推翻了盖伦的黄胆汁和黑胆汁的说法,于是也就推翻了盖伦那个流传千年的四大体液理论。
  • 他发现皮肤不是只有“一层皮”,而是分很多层,各有不同功能。其中两层现在仍然以他的名字命名,叫做马尔皮基层。
  • 他发现神经不是管子也不是结构单一的条状物,而是很多细细的纤维组成。大脑的白质也是这种纤维组成。
  • 他详细描述了肾脏组织结构,识别出肾脏的基本结构肾小体,看到肾小体跟输尿管连接,他猜测到肾小体是产生尿液的组织。因为他的这些准确描述,所以肾小体曾经被叫做马尔皮基小体。
  • 他用鸡胚研究胚胎学,详细描述了鸡胚发育的各个阶段,这属于一个叫做胚胎学的学科的研究,对医学研究有很重要的意义。


马尔皮基的这些发现,跟哈维的血液循环学说一样,有点太超前了,当时的医学临床知识还跟不上,不可能具体运用这些知识做什么改进。当时医学界很多人不能理解这些发现的潜在意义,这马尔皮基的发现都是花架子。


或许因为这种时代背景,1666年,英国皇家协会秘书亨利-奥尔登伯格(HenryOldenburg)邀请马尔皮基给协会的学术期刊投稿的时候,并不是因为他在医学领域的发现,而是因为他在蚕虫解剖研究方面的成绩。蚕的知识是能直接促进丝绸工业的。


这个英国皇家协会,应该多说两句。它挂着个“皇家”的形容词,但不是个贵族俱乐部。它的全称是伦敦皇家自然知识促进协会,是个学术组织。名字带个“皇家”,是因为英国是君主制国家,普天之下,莫非王土,所以不管啥组织都想投靠皇室。当然想归想。能不能靠上去得看运气。说起来英国皇室还算有见识,给这个自然知识促进协会做了保护人,一直到现在,国王换了很多个,这个保护人的承诺仍然没变。


至于这个皇家协会它都干嘛了,篇幅有限咱不多说,就说一个:它是最早编辑发行科学期刊的协会。


现代科技的复杂度,注定了它必须依靠全球科研人员的大脑通力合作。及时的信息交流对现代科研至关紧要。


说个小故事:我一位朋友在日本读研究生的时候,他们科室有个规定:每个星期三早上开早会,每个人要报告一篇本周本领域最新研究进展。


一开始我朋友觉得这做法是形式主义,就跟天朝官营机构的定期政治学习一样的无聊。可是半年下来,他体会到这里面的意义了。这个做法,其实是逼着大家及时了解学术界最新发展。这不仅仅是在研究战略上有知己知彼的作用,就是自己正在进行的研究,也常常因为受到不同视角的启发,忽然给激出个思想火花。


定期出版的科学期刊,其实可以说是把这种“逼着你学习”的做法体制化。看似机械刻板的操作形式,却能促进学术界积极参与学术交流。而且,期刊着眼于新知识新发现,讲求时效,不像学术专著那样,必须等定论出来才会收录。所以期刊最大特点是快速交流学术界的最新进展。这种做法确实效果很好,后来就成为学术界的惯例。


马尔皮基接到皇家协会的邀稿的时候,对蚕的显微解剖研究已经小有名气——不然皇家协会也不会来找他。但是马尔皮基自律颇严,他觉得自己的研究还不够全面。皇家协会去年刚办的学术期刊,今年就来找自己要稿子,这确实是很高的荣誉。马尔皮基大受鼓励,激情暴涨,对蚕的各个生命周期的解剖做了一番彻底研究,对蚕的气孔的描述更是史上第一。所以他的第一篇投稿就被皇家协会的《自然科学学报》采用。而且从那以后,皇家协会对马尔皮基的投稿是来者不拒,有一篇发一篇。


当然,17世纪还是现代医学起步的时代,医学领域各个分支还有许多原理没被发现。缺乏对人体解剖和的全面认识,马尔皮基也免不了有一些错误观点。比如他认为几乎所有活物组织都是腺体,大型器官,比如肺脏脏,无非是无数腺体堆砌起来的,目的是分泌液体。这大概是因为他在显微镜下能看到各种细胞都有分泌液体的功能。这个现象是存在,只不过,以当时的知识积累,他还不能区分出哪些器官是以分泌为主要功能(比如胰脏),哪些器官只是兼有分泌功能(比如肾脏)。这需要后来观察技术进一步提高才能解决。


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