你的血管是怎麼變藍的_風聞
观察者网用户_241334-2020-07-17 09:21
提到靜脈,絕大多數人握拳看向手臂內側都能看到激凸的藍色血管,甚至於絕大多數的生物教科書也在使用藍色進行標識,但這是一個經典的「認知誤區」。
事實上靜脈血液僅比動脈血暗淡少許,那麼闡明流淌着暗紅血液的靜脈血管為何在肉眼中顯示出藍色,就是我們今天要講述的主題。
-文字稿-
在過去的節目中,我們講述過血液顏色的由來,絕大多數脊椎動物的血液顏色都源於血紅蛋白,動脈血中血紅蛋白結合更多氧分子,成鮮紅色,而完成氣體交換的靜脈血則呈現出暗紅色。但流淌着暗紅血液的靜脈血管為何在肉眼中顯示出藍色,原因不僅取決於血管結構的光學特性,也依賴人腦的色覺形成機制。

我們都知道,物體的顏色來自其原子、分子結構與光的相互作用,除開不同色温的發光源,物體的顏色首先取決於反射了什麼光,香蕉看起來是黃色的,因為它的結構正在吸收除黃色以外的所有可見光頻率。

而實驗表明,在皮下深度不到0.2mm時,血管可以看作直接處在白光下,因而也能夠反映其真實顏色——紅色。比如耳朵外緣的毛細血管,這些極細的血管都在相當淺的皮下,顏色就是紅的。

但這種現象會根據血管的深度、厚度、含氧量等因素髮生變化,其中靜脈血管在皮下較深處,光穿透人體表皮之後,就會發生瑞利散射,藍光這樣的短波長光,穿透能力差,傳播過程中朝四面八方的散射比紅光這樣的長波光快得多。

而皮下不同區域密度的微小變化會使得藍色光比紅色光更容易散射,因此越往深處,越多的藍光被散射掉,到達靜脈血管的可見光就越偏紅。到達靜脈血管的藍光少了,血管吸收的紅光相對藍光更多,也就使血管呈現藍色或者青綠色。

而除開深度的考量,血管越粗,這個現象也越明顯。一個可能的解釋是,超過一定深度,由於入射光中的短波穿透能力差,導致反射的短波光,主要由靠近人眼這一側的管壁反射而來,因而不會被血管吸收。而長波反射光則不同,它有相當一部分是由穿透血管而從另一側管壁反射回來的光構成,被血液吸收、散射掉的就很明顯了。

可儘管如此,通過取色我們發現,無論是靜脈還是周圍的皮膚,紅光在反射光中比例都高於藍光,而靜脈區域雖有降低,也還是以它居多,在光學上不應該是人們所見的藍色或者青綠色。要理解其中緣由,還需考慮人類的色覺形成機制。

除了視網膜的三種視錐細胞,預測人類血管顏色的神經算法中,必須考慮一種叫顏色恆常性(color constancy)的視覺處理機制,才能得出符合感知的「青綠色」、「藍色」結果。「顏色恆常性」能解決這樣一個問題:對於藍光照到白色物體,白光照到藍色物體這兩個情境,我們依然能輕易分辨出前者為白色,後者為藍色。
例如大腦參考了環境中的藍光,我們依舊能分辨出這張圖片中的禮盒是紅色,但如果沒有整體環境光源的指示,我們就會把原本的紅色識別成紫色。

研究證實,大腦皮層中有專門的神經元(double-opponent cells)負責完成這項工作。它們判斷視野裏存在的立體形狀和反射平面,進而從整體上「猜測」相應物體是在什麼照明條件下——比如陰影還是亮光,黃光還是白光。然後再從視野的每一個區域裏去除掉這個照明條件,最終得出物體的真實顏色。

色恆常是一個方便我們生存的有效系統,但它也有一個弱點:容易被極端的照明條件欺騙,形成錯覺。2015 年初,曾火爆於社交媒體的一張黑藍色裙子照片,讓不少死活認為它是白金色 的人產生了「存在的絕望」。

就是因為此時由於整個環境的照明情況,照片的白平衡沒能被相機正確捕捉,正好處在「有明亮的黃光照射」和「整個處在陰影下」的模糊之處,就讓很多人都判斷錯了顏色。

所以,一個點的顏色不光是由自身的反射光決定,還要考慮它的相鄰區域。 「藍血」正是因為血管與其相鄰區域在毫米以下的尺度上「嵌」在一起,它們彼此反射光組成的不同會對大腦的色恆常處理構成強烈的干擾,讓色覺處理機制將其識別成了藍色。

不過在自然界中藍色血液也確實存在,例如軟體動物門的烏賊、節肢動物門的鱟(hòu),他們的血液中結合氧氣的血藍蛋白含有銅離子,於是呈現出藍綠色。其中作為節肢動物的鱟擁有開管式循環系統,血液直接與細胞組織接觸,更容易被外界細菌侵染。

而鱟的血液對革蘭氏陰性細菌的內毒素格外敏感,在檢測到細菌入侵時會迅速釋放一種凝結素,促使局部血液凝結抵抗細菌的進一步侵入。這一現象在1956年首次被生物學家弗雷德裏克·邦(Frederik Bang)記載,後續隨着研究的不斷深入,鱟的藍血也就成為了內毒素檢測鱟試劑(Limulus Amebocyte Lysate)的原料。

但人類社會語境下的「藍血」則與上述毫無關係,反而帶有強烈的種族色彩與階級觀念。這一詞主要起源於西班牙語,用來描述那些擁有蒼白皮膚,使得藍色血管格外醒目的貴族階級。

英國歷史學家羅伯特·萊西(Robert Lacey)認為這是西班牙貴族用膚色證明自己的血統未被其他種族污染,源於中世紀歐洲基督教國家與阿拉伯地區伊斯蘭國家之間的衝突。與擁有科研價值的鱟血相比,這可以説是相當無趣了。