《自然》：回答500年前达芬奇的疑问，揭示人类心脏未知的秘密

2020-08-20 10:50

在 8 月 19 日《自然》杂志发表的一项重磅研究中，由美国冷泉港实验室领导的国际研究团队，使用人工智能分析了 25000 个心脏磁共振成像（MRI）扫描，以及相关的心脏形态和遗传数据，阐明了列奥纳多·达·芬奇 500 年前提出的问题，即排列在人类心脏内表面肌肉纤维的复杂网状结构的功能，并揭示了这些肌肉的形状对成人心脏功能和心力衰竭等疾病的影响。

对人类来说，心脏是第一个发育的功能性器官，在受孕后仅四周就开始自发跳动。在心脏发育的早期，心脏会生长出复杂的肌肉纤维网络——称为小梁——在心脏的内表面形成几何图形。这些结构被认为有助于心脏发育，但它们在成人中的功能自 16 世纪以来一直是一个未解之谜。

“我们的工作大大提高了我们对心肌小梁重要性的认识。”冷泉港实验室的 Hannah Meyer 解释道，“更重要的是，我们展示了一个真正的多学科研究团队的价值。只有结合遗传学、临床研究和生物工程，我们才发现心肌小梁在成人心脏功能中的意外作用。”

500多年的古老问题

提起达·芬奇，人们首先想起的是蒙娜丽莎神秘的微笑，但其实，达·芬奇是人类历史上少有的全才，除了绘画，他还擅长雕刻、数学、物理、天文、音乐，更厉害的是，他还是一个解剖学家。

据统计，达·芬奇总共解剖和观察了 30 多具人类尸体，并画下大量的人体解剖图。在西方现代医学尚未萌芽之际，这位天才“医学家”在解剖学上取得的成就，直至今天仍然在帮助着我们了解自己的身体。

达芬奇绘制的人类心脏结构

就比如，达·芬奇是第一个画出心脏内部复杂的肌肉及其雪花状图案的人。并且他推测，这些复杂的结构可以温暖流经心脏的血液。虽然达·芬奇当时的推测有些浅显，但数百年过去了，人类对于理解心脏内部结构及运作，仍然充满了未知。

现在科学研究已经知道，在胚胎心脏发育过程中，心肌细胞增殖形成向心腔内突起的网状心肌小梁。这些在人类心脏内表面覆盖着的复杂肌束网络，与平滑的大血管内皮细胞不同，比如双心室的心内膜表面排列有肌小梁的有孔网络，并延伸到腔内。

虽然心肌小梁在脊椎动物的进化中保存得非常完好，但除了在胎儿心脏发育过程中促进氧合的作用外，它们在成人中的生理功能、其遗传结构和在心血管疾病中的潜在作用尚未确定。

虽然观察到高小梁是一些遗传性心肌病的特征，但成人心脏中小梁的生理功能、它们的遗传结构和在心血管疾病中的潜在作用尚未确定。

而且，可能令 500 多年前的解剖学先驱们没有想到的是，当今人类社会，心血管疾病已经成为全球因疾病死亡的首要原因。仅在中国，心血管病患者就约有 2．9 亿，即每 5 个成年人中有 1 人患心血管病，每年更是有约 350 万人死于心血管病，占总死亡原因的 41％，居各种疾病之首。

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