图片左上方为心骨结构(可能不是骨质),图片来源于Morphologie论文

撰文|clefable

审校|冬鸢

2025年9月,《美国法医学与病理学杂志》公布了一个令人意想不到的病例:两位医学博士在解剖一位39岁男性的心脏时,首次发现了人类心脏也会长骨头。这块骨头也被称为心骨(Ossa cordis)

这名男子在一起斗殴中,因肺部静脉被刺伤而死亡。研究人员发现,男子的心脏略微扩大,两条血管出现了中度动脉粥样硬化的情况。随着他们进一步解剖男子的心脏,他们就发现了那块骨头,它位于心脏的房室结(Atrioventricular node,位于心脏的右心房)周围,呈“回旋镖”结构,仅黑豆大(体积为0.8×0.6×0.4厘米)。

他们在报告的标题中写道:“这是首个在人类心脏发现心骨的报道”。但在研究经验更丰富的外科医生豪尔赫·特雷尼尼(Jorge Trainini)看来,这个发现其实并不新鲜。特雷尼尼还是阿根廷阿维利亚内达国立大学(UNAV)的教授。

早在2020年,他的研究团队就曾发现在发育23周的人类胚胎心脏,以及10岁小孩接受移植的心脏中,都有类似的骨形组织。他认为,这种骨性组织并不是随便的结构,而是人心脏的支点——我们每个人都有类似的结构!

想要了解这个骨性组织为何存在,还需要从心脏这个特殊器官的功能,及其整体的肌肉走向说起。



心脏并非“心形”

作为维持我们身体运作的核心器官,心脏平均仅270克重,但它每分钟的射血量可以达4~6升,速度大概是为3⽶/秒。而整个过程的功率仅为10W,类似于一个低功率的LED灯,且它的机械效率(功/能⽐)达到了50%。除这些优势外,它几乎⽆需维护,就可以连续⼯作80年。

为了破解心脏工作的力学原理,第一步需要了解心脏的构成,但这也是早期的一个难题。1543年,当时的解剖学家曾这样描述心脏肌肉组成,“无论你以何种方式解剖心脏,无论它们是生的还是熟的⋯⋯你都很难取出仅由一个方向的肌肉纤维构成的部分,因为它们具有多种不同方向,主要是横向。”

这充分显示了心脏肌肉均匀致密,但走向混乱。在受其扰乱4个多世纪的时间后,1970年,西班牙心脏病学家Torrent Guasp给出了一种特别的解剖方法,而与心脏相关的各种疑问也逐渐解开。

跟随特雷尼尼团队2020年发表于Morphologie论文中的实验过程,我们可以了解Guasp给出的解剖方法。首先是,将收集的7克幼牛心脏和7颗来自太平间、合法收集的人类心脏(有一个是发育23周的心脏),放入含有醋酸的水中,煮大概2个小时

逐渐解剖可以得到一条较为清晰的心肌带 图片来源于Morphologie论文

这些心脏肌肉构建了心脏的两个心房和两个心室,前者负责收集来自静脉的血液,并辅助将血泵入心室,而后者分别负责将血液泵出,特别是左心室需要将血泵向全身,维持人体的氧气、营养供应,并促进废弃物质的清除——而心脏肌肉的厚度和活动对于心室泵血,尤其是左心室至关重要。

心脏肌肉被包裹于由结缔组织、血管和神经等组成的海绵状支架中。只有煮沸后,这些结缔组织散开,心房变得容易与心室分离,肌肉组织走向才会显示出来。

将煮熟的心脏顺着肺动脉下方的肌肉慢慢展开,最终能得到这样一条连接所有心脏肌肉的心肌带(ventricular myocardial band)。这是一条连续的、最终回到主动脉的单条肌带,呈现为双环螺旋排列,它的中部扭转了180度。在三维空间上,我们会看到这条肌带其实是从起点出发,又回到了这里。

在位于西班牙德尼亚的实验室中,Guasp在对数百个动物心脏进行解剖后,才取得了这项突破性的发现。他发现,心肌带中间的折叠会形成隔膜,将心脏的两个心室腔分隔开来,这个过程发生在动物出生前后。

心肌带完全展开的样子 图片来源于Morphologie论文

根据2023年一篇发表于Echocardiography的综述性研究,科学家表示,目前这种单一肌带模型仍能充分解释心脏的力学性能,并且能帮助确定心脏的结构特性。这些肌肉纤维沿一定方向和角度、螺旋的形式分布,这让它们在心脏向外泵血的阶段,不仅可以收缩,还可以通过扭转促进血液排空。

心机带的模拟图,心肌带的螺旋结构在心脏基部和顶点处形成两个环。图片来源:Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0  

比如,心室底部的肌肉(靠近心房)会顺时针扭转,而心尖的肌肉会逆时针扭转,就像是拧毛巾一样让血液排空,然后再舒张,让心房和心室重新充血。

心脏有规律地泵血和吸入血,还需要位于右心房底部的窦房结(SA node,靠近人的头部)启动初始的心房收缩,以及位于右心房顶部(靠近心室)的房室结接收从窦房结传来的电信号,并延迟信号传递到心室,控制心脏肌肉的活动。

不过包括Trainini在内一些科学家认为,围绕⼼室的肌肉带能够扭转,它们需要一个⽀撑点,就像是人体其他区域肌⾁需要依附于骨骼才能有效发力。



肌肉借力的杠杆

这个支撑点或许正是两位医学博士发现的心骨。2019年的一项研究显示,心脏中存在一个纤维骨架,心脏左右两侧均有纤维骨架环绕着心房和心室,并在两者之间形成瓣膜——可以阻隔血流,并进一步控制电活动,整个结构结构还会继续往上延伸到肺动脉和主动脉。这些纤维骨架会连接到心脏中间的中央纤维体,右侧和左侧纤维三角就在这一区域

图中绿色的结构是心脏纤维骨架 图片来源于论文 Fibrous Skeleton of the Heart: Anatomic Overview and Evaluation of Pathologic Conditions with CT and MR Imaging

右侧纤维三角会有中央纤维体相连,也是心脏纤维骨架中最坚韧的部分。此前的研究曾在很多动物中发现了一块或者两块骨性结构,正是纤维三角,不过右侧一般更大或者说更明显

10岁人类心脏(移植体) 中的心脏支点。B. 妊娠23周人类胚胎心脏中的心脏支点。C. 成人人类心脏中的心脏支点。图片来源于Morphologie论文

在2020年的研究中,Trainini和同事在所有解剖的⽜和⼈⼼脏中,都发现了⼀个位于右侧纤维三⻆下⽅的致密结构,因样本不同,这些结构是⻣性结构、软⻣性或者是肌腱组织

基于解剖学的发现,他们表示这个坚硬的结构或正是心肌带的起点,也是终点。它作为一个支撑点帮助心脏的肌肉纤维来完成收缩和扭转功能。这个附着点的作用类似于轴承,它可以⼼室泵血时肌肉旋转的⼒传递到主动脉,避免主动脉的收缩或弯曲。

对于这个支撑点是否需要是⻣质结构,对于不同动物可能并不相同。心脏骨常见于大型反刍动物,如牛、水牛和绵羊,在水獭和骆驼科动物中也有报道。其他动物比如马、猪、犬科、猫科以及部分啮齿动物,也存在心脏软骨。

比如在⽜中,Trainini发现心骨质地就是⻣质,⼤⼩大约为45毫⽶×15毫⽶,呈三⻆形。在人类中,这种骨质可能意味着疾病。Trainini推测在当我们还是胎儿时,这个结构可能是骨质,随后逐渐失去了⻣性特征,保留为肌腱性质,可以让⼼肌附着。

而在成人中,这个结构若是骨质结构,可能与衰老和心血管疾病有关,正如开头39岁的男性已经出现了动脉粥样硬化的情况。2020年,在一篇发表于《科学·报道》的研究中,科学家在与人类亲缘关系最近的黑猩猩中,也发现了心骨和心软骨的存在。他们发现,心骨或者心软骨更容易存在于受心肌纤维化影响的黑猩猩中,而这些黑猩猩更可能出现心律失常,甚至是猝死

他们进一步推测,在人类中,心脏骨骼的矿化可表现为二尖瓣和主动脉瓣环钙化以及主动脉瓣硬化。这些被认为是与衰老相关的退行性改变,并与心血管疾病有关。

参考链接:
https://www.nature.com/articles/s41598-020-66345-7#Sec8
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/echo.15515
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1551713608000366
https://pubs.rsna.org/doi/abs/10.1148/rg.2017170004
https://en.wikipedia.org/wiki/Cardiac_skeleton
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1551713608000366

作者 环球科学

《环球科学》杂志