作者 钎 编辑 桉叶糖

在心血管系统开始运转之前，胚胎主要通过弥散的方式获取营养和氧气，然而，随着胚胎体积越来越大，简单的弥散很快就不能满足胚胎的需要，况且其他系统的发育都有赖于一个完善的心血管系统，所以，胚胎的心脏最先开始了跳动。下图是大约第18天的胚胎，心脏发育的故事就从这里开始：

图1 大约第18天的胚胎，上方是头端，下方是尾端，心脏发育起于心原基

在这个长约1.5mm的胚胎头端，来自侧中胚层的一部分干细胞开始向原始心管的方向分化，最终形成一对心内膜管（endocardial tube）。随后，就像拉上拉链一样，这对心内膜管从头端开始融合，最终形成一根心管（heart tube），也就是最原始的心脏。

图2 心管的形成，一对心内膜管从头端开始融合成一个心管

在胚胎发育的第22~23天，心脏迎来了它的第一次跳动。到第四周，打开多普勒超声仪，就可以看到有力的心跳和流动的血液了。

心脏已有雏形，这雏形又是怎样演变成最终成熟的心脏的呢？

原始心脏位置和外形的变化

随着胚胎的翻折，原始心脏的位置从胚胎的头端向腹侧和尾端翻折，最终位于前肠的腹侧和口咽膜的尾端，经过这一次位置变化，心脏才来到了胸部。

图3 心脏位置的变化，从头端来到前肠腹侧和口咽膜尾侧.

与此同时，除了进一步的生长，原始心脏的外形开始由原先的管状，经过膨出、缩窄、扭曲，形成心球（bulbus cordis）（包括动脉干）、原始心室（primitive ventricle）、原始心房（primitive atrium）和静脉窦（sinus venosus）四部分结构。

图4 心脏外形的变化，腹侧观.

图5 再来一张侧脸.

图6 原始心脏的结构.

与此同时，心管的内皮层变为心内膜，心管的原始心肌变为心肌层，来源于静脉窦处的间皮细胞逐渐覆盖全心，成为心包脏层。而心内膜管中层的胶状的细胞外基质（cardiac jelly），后来则变成心内膜垫，在心脏的分隔中发挥重要的作用。

心脏的发育可以说是战战兢兢，如履薄冰，任何一小步出了问题都可能会导致先天性心脏病，这一步外形的变化也不例外。正常人的心脏心尖朝向左下外、2/3位于左侧，要是原始心脏糊涂地转反了方向，则可能发育形成右位心（dextrocardia），比如在Kartagener综合征中因为dynein蛋白异常导致的右位心等。许多时候，右位心并没有任何症状，往往在体检和拍摄胸片的时候才被发现。

除了变形的过程可以出错，原始心脏还有可能稀里糊涂地跑错位置，比如，游离在胸腔外面，形成异位心（ectopia cordis），下图就是一个罕见的异位心胎儿的MRI图像，以前，这些婴儿在出生以后不久就会因为感染、心衰等原因死亡，好在近年来医疗技术的发展，很多异位心的孩子在手术后可以长大成年。

图7 图中胎儿的心脏（*）位于胸腔（t）之外，肝脏（←）也有异常，部分位于腹腔之外.

原始心脏的血流

原始心脏并无分隔，从心房到心室流出道，心肌层是连续的，心脏的收缩此时更像蠕动而非搏动，蠕动波从静脉窦开始，直至动脉干，但是最开始，由于心肌收缩不协调，心脏内血液的流动还没有恒定的方向，血液在心脏中如潮起潮落，往复流动。

直到到第4周末，血流才变为单向。此时，来自总主静脉（common cardinal veins）、脐静脉（umbilical veins）和卵黄静脉（vitelline veins）的血液进入静脉窦，经过窦房瓣（sinuatrial valve）进入原始心房，随后经房室管（atrioventricular canal，AV canal）进入原始心室。原始心室收缩将血液通过心球、动脉干泵入主动脉囊（aortic sac），随后分支到各咽弓动脉。

图8 原始心脏血流.

原始心脏的分隔

原始心脏的分隔始于胚胎发育第四周的第3、4天，至第八周结束。

房室管的分隔

在第四周末，由特化的细胞外基质（cardiac jelly）和神经嵴细胞发育而来的心内膜垫（endocardial cushions）形成了房室管的腹、背侧壁。到第五周，间充质细胞长入腹侧和背侧心内膜垫，使得心内膜垫隆起、靠近，最后融合，将原本单通道的房室管分隔为左右两条管道，分别连接左心房和左心室、右心房和右心室，随后，房室管心肌细胞释放诱导信号分子，使得部分心内膜垫内皮化，形成房室瓣，将心房和心室最终分隔开来。

图9 房室管的分隔.

原始心房的分隔

原始心房的分隔始于第四周末，原发隔和继发隔相继形成，最终融合为房间隔，将原始心房分为左右两房。

在第四周末，新月形的原发隔（septum primum）从原始心房的顶部开始生长，将心房分为不完全隔断的两部分，留有的孔道称为原发孔（foramen primum）。原发孔（以及下面提到的卵圆孔）使得胎儿循环中，氧合较好的血液从右心直接进入左心，不经过肺循环直接送往重要脏器——脑，以保证胎儿脑的发育。

图10 原发隔和原发孔的形成（红色箭头代表富氧血液的流动方向，下同）.

原发隔不断生长，最终和房室间隔处的心内膜垫相融合，原发孔因而消失，不过，在原发孔消失之前，心脏已经留好了退路，原发隔中央的细胞凋亡，形成一个新的孔道，称为继发孔（foramen secundum），氧合的血液得以继续进入左心。（注意继发孔也在原发隔上哦）

图11 继发孔的形成（蓝色箭头代表乏氧血液的流动方向，下同）.

到第5周，继发隔（septum secundum）从右心房的前上壁，紧贴着原发隔开始生长，最后将逐渐将继发孔完全盖住，不过，继发隔本身也并不形成一个完整的分隔，因此，仍留下了一个孔道，即卵圆孔（foramen ovale）。

图12 – 15 继发隔和卵圆孔的形成.

第六周以后，原发隔的上半部分逐渐凋亡消失，留下的下半部分与卵圆孔紧贴着，形成一个单向的“活瓣”，使右心血液仍可以直接进入左心。到出生以后，由于右心房压力下降至低于左心房，这个“活瓣”被紧紧压闭，最后大约在出生后3月，“活瓣”与继发隔融合，留下卵圆窝（fossa ovalis）。

原始心房的分隔看起来相当复杂，前前后后一共形成了一窝两隔三孔，在这些过程中，我们的身体也常常给我们开玩笑，留下一点“缺憾”，也就是房间隔缺损（ASD）。先是原发隔和心内膜垫的融合可能出现异常，留下了一个“永久的”原发孔，也就是原发孔型房间隔缺损，而且，由于心内膜垫也参与房室分隔的形成，这时常常会伴有二尖瓣的异常。

图16 原发孔型房间隔缺损，伴有二尖瓣异常

随后，在原发隔形成继发孔，继发隔逐渐盖住继发孔的过程中，继发隔没有生长“够”，或者原发隔吸收过度，导致卵圆孔过大或者继发孔过大，使得继发孔没有被继发隔完全盖住，形成一个“永久”的继发孔，是为继发孔型房间隔缺损，也是最常见的房间隔缺损类型。

图17 一种继发孔型房间隔缺损

房间隔缺损的临床表现个体差异很大，从几无症状到肺动脉高压、充血性心力衰竭，这主要取决于缺损的大小。

原始心室的分隔

来自左右原始心室的心肌细胞在心尖部形成一个肌性隆起，这是室间隔的雏形，这个肌性隆起不断生长，最终形成室间隔肌部。到第六周末，肌性隆起和房室交界处的心内膜垫之间，留有一个小孔洞，即室间孔（interventricular foramen），再经过一周的时间，室间孔被来自心内膜垫的细胞填补上，成为室间隔膜部。室间隔膜部还与主肺动脉隔（aorticpulmonary septum）相融合，至此，左右心室独立开来，形成肺动脉干和右心室相连通，主动脉和左心室相连通的结构。

心室的分隔看起来简单，但却是最容易出问题的环节：室间隔缺损（VSD）是最常见的先天性心脏病。室间隔缺损最常发生在膜部，是因室间孔没有被完全填补上所致。缺损的室间隔膜部还会影响室间隔和主肺动脉隔的融合。室间隔肌部的缺损也不罕见。最罕见的是室间隔完全缺如，形成三腔心，它的预后一般也最差。

图18 从左心室看到的室间隔肌部缺损（VSD），透过缺损可以看到三尖瓣的瓣叶（TV），黄色的虚线上方是完好的室间隔膜部（MS）。（MV：二尖瓣；A：主动脉；PT：肺动脉干）

心球和动脉干的分隔

在胚胎第5周，心球部的间充质细胞形成了心球嵴（bulbar ridges），与之相连的是动脉干形成的动脉干嵴（truncal ridges）。神经嵴细胞穿过原始咽部和咽弓来到这里参与动脉干的分隔，使得心球嵴和动脉干嵴经过一次180°旋转，最终形成了螺旋形的主肺动脉隔（aorticpulmonary septum），因此，最后形成的肺动脉干和升主动脉的位置关系也好似“螺旋”一般。

图19 主肺动脉隔的形成

如果主肺动脉隔未能将原始动脉干分隔成主动脉和肺动脉，保留下共同的动脉干，便会形成“永存动脉干”，而且，由于主肺动脉隔不能与室间隔融合形成完整的室间隔，所以永存动脉干往往合并有室间隔缺损。

图20 永存动脉干合并室间隔缺损（图中红色代表富氧血，蓝色代表乏氧血，紫色代表混合血，下同）

有时，虽是形成了主肺动脉隔，但主肺动脉隔未能完成旋转，使得主动脉和肺动脉的位置颠倒，也就是“大动脉转位”，此时，主动脉从右心室发出，而肺动脉从左心室发出，若没有合并其他缺损，肺循环和体循环便形成两个独立的循环，体循环血液得不到氧合，出生不久后便会死亡。而存活下来的大动脉转位患者，至少要有一处使得两大循环相通的缺损，如房间隔缺损、室间隔缺损或动脉导管未闭等。

图21 大动脉转位的心脏与正常心脏的比较

还有一种情况是，虽然形成了主肺动脉隔，也完成了旋转，但是主肺动脉隔对原始动脉干起始部的分隔不均匀，造成肺动脉狭窄；同时室间隔和偏离的主肺动脉隔没有办法合拢，造成室间隔缺损；此时较粗大的主动脉开口跨于室间隔之上，也就是主动脉骑跨；此外，肺动脉狭窄加重右心负担，导致右心室肥大，这便形成了“法洛四联症”。

图22 典型的法洛四联症的心脏畸形

最后，心球在右心发育为右心室流出道——动脉圆锥（conus arteriosus），在左心则发育为左心室流出道——主动脉前庭（aortic vestibule）。动脉干则发育成为升主动脉和肺动脉干。

半月瓣的形成

在动脉干分隔形成的同时，在其腹侧和背侧各有一个突起形成，它们与动脉干分隔上的突起一起形成了日后的半月瓣。由于动脉干分隔和半月瓣实际上是同时形成的（而不是分隔为主肺动脉后再各自形成瓣），因此，主动脉瓣和肺动脉瓣的三个瓣在位置上也有相互对应的关系（在图上很容易看出来）。

图23/24 半月瓣的形成，注意主动脉瓣和肺动脉瓣各个瓣的位置关系

图25 纵切面观半月瓣形成

在半月瓣形成的过程中，可能会出现许多异常，比如瓣膜的数目异常，产生二瓣化或者四瓣化畸形，以及瓣膜部分融合，造成狭窄等等。这些瓣叶的异常除了可能会造成先天的狭窄以外，也使得患者更容易患上感染性心内膜炎、瓣叶钙化等，产生后天的狭窄。

图26 先天性主动脉瓣二瓣化畸形

静脉窦的演变

静脉窦有两个角，均开口在原始心房，原本它们大小相近，但是由于血液分流的原因，右角变得比左角大很多，渐渐地，右角就成了日后右心房的一部分（固有心房），接受腔静脉的血液回流，右角在融入右心房的过程中可能会过度吸收留下缺损，这会导致高位的房间隔缺损。左角则发育成为冠状窦（coronary sinus），接受心壁静脉的回流。

最终，原始心脏发育了一颗成熟的心脏：

图27 成熟心脏的结构和发育来源，图中未显示发育自原始静脉窦左角的冠状窦。

心脏发育的历程看起来复杂而艰辛（以至于心脏传导系统的发育已经写不下了），希望大家爱护自己“来之不易”的小心脏吧。

参考文献

柏树令.系统解剖学.北京: 人民卫生出版社, 2010. 202-223.

Keith L. Moore, T.V.N. Persaud, Mark G. Torchia. The Developing Human: Clinically Oriented Embryology, 10e. Philadelphia: Elsevier Saunders, 2016. 284-306.

图片来源

图1/3/7/8/10/11/12/13/14/15/16/17/19/23/24/25 改自 Keith L. Moore, T.V.N. Persaud, Mark G. Torchia. The Developing Human: Clinically Oriented Embryology, 10e. Philadelphia: Elsevier Saunders, 2016. 284-306.

图2/4/5/6 改自 视频 Heart tube: https://youtu.be/oNMdqBUsGoY

图9 来自 网页 File:AV Canal Division (Superior View).jpg: https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php?title=File:AV_Canal_Division_(Superior_View).jpg

图18 来自 网页 IPCCC: 07.11.02: http://ipccc.net/awg/VSD_Page/VSD_07_11_02/VSD_07_11_02.html 原图提供者: Diane Spicer, BS, The Congenital Heart Institute of Florida (CHIF)

图20 改自 网页 Truncus arteriosus: https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/truncus-arteriosus/symptoms-causes/syc-20364247

图21 改自 网页 Transposition of the great arteries: https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/transposition-of-the-great-arteries/symptoms-causes/syc-20350589

图22 改自 网页 Tetralogy of Fallot: https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/tetralogy-of-fallot/symptoms-causes/syc-20353477

图26 来自 网页 Sleuth-It Diagnosis: Bicuspid aortic valve: http://autopsychicago.com/sleuth-it-discussion-1/

图27 改自 网页 Human Heart Anatomy Quiz: https://www.sporcle.com/games/timmylemoine1/heart-anatomy-pc