血是紅的，靜脈為什么是藍(lán)的？

在歐洲，“藍(lán)血”曾經(jīng)是高貴身份的象征。

公元9世紀(jì)，西班牙貴族正試圖從摩爾人的手里奪回伊比利亞半島。在史學(xué)家羅伯特·萊西（Robert Lacey）的描述中，戰(zhàn)前貴族會(huì)高舉手臂，藍(lán)色的靜脈在白皙的皮膚上尤為顯眼，他們以此表明自己血統(tǒng)純正，未被深色皮膚的摩爾人污染。

最初，這樣的做法或許是為了鼓舞士氣。當(dāng)時(shí)的西班牙人可能也沒有想到，“貴族血液不是紅色而是藍(lán)色”的概念，將會(huì)傳播到更廣闊的世界里去。由于上流社會(huì)的人們不常將皮膚暴露在陽光下，與整日在戶外勞作而曬黑的普通人相比，貴族的膚色偏淺，藍(lán)色的靜脈也顯得更清晰——整個(gè)歐洲一度都流行用“藍(lán)血”來表達(dá)上層與下層之間的分別。

如今我們已經(jīng)知道，不論身份或階層，人類的血液通常不會(huì)是藍(lán)色的。然而，為什么從手腕上看到的靜脈會(huì)是藍(lán)色的？

血色是什么色？

中學(xué)生物告訴我們，從心臟出發(fā)的動(dòng)脈血，能將氧氣輸送到身體各處。釋放了氧氣之后的血液，則會(huì)沿著各級(jí)靜脈流回心臟。至于動(dòng)脈血或靜脈血在人們眼中是什么顏色，這與血液循環(huán)過程有關(guān)，或者說與這個(gè)過程中血液反射和吸收的光線有關(guān)。

一束白光，是由紅橙黃綠青藍(lán)紫等各種不同波長的光混合而成。動(dòng)脈血之所以鮮紅，是因?yàn)檠t蛋白與氧氣結(jié)合后，能將更多的紅光反射進(jìn)人們眼里；相比之下，靜脈血中的血紅蛋白脫去一些氧氣，吸收的紅光變多，反射的紅光變少，很難保持動(dòng)脈血那樣鮮紅的顏色。抽血時(shí)我們看到的暗紅色血液，也是靜脈血。

上面兩管是靜脈血（圖片來源：Wesalius via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0）

更具體地說，在血紅蛋白當(dāng)中，決定顏色的部分其實(shí)是血紅素（heme）。血紅素是一種含鐵的卟啉化合物，以鐵原子為中心的環(huán)狀結(jié)構(gòu)包含大量的共軛雙鍵，讓分子能夠吸收可見光，并顯現(xiàn)出特定的顏色。

而氧氣遇到血紅蛋白后，正是要與血紅素中的鐵相結(jié)合，方能被搬運(yùn)到其他組織或器官。一個(gè)血紅蛋白分子最多可以攜帶四個(gè)氧氣分子，結(jié)合的氧氣分子數(shù)量不同，血紅蛋白吸收光線的波長范圍也有所不同。因此，含氧量低的靜脈血與含氧量高的動(dòng)脈血顏色會(huì)有區(qū)別。

但不論鮮紅還是暗紅，健康的血液都是紅色的，不是藍(lán)色的。我們看到的藍(lán)色靜脈，究竟是怎么來的？

你看到的是什么色？

把一管靜脈血擺在眼前，和透過皮膚看靜脈，是兩種不同的情況。

一束白光打在皮膚上，和打在透明玻璃容器上不一樣。在組成白光的各種色光當(dāng)中，紅光的波長約在625-750納米之間，而藍(lán)光的波長約在450-485納米之間。通常，波長更長的光線更容易穿透介質(zhì)，紅光穿過皮膚不是一件難事，而藍(lán)光在進(jìn)入皮膚后，容易被散射到四面八方，更難抵達(dá)皮膚深處。

這就好像，太陽會(huì)釋放出各種波長的光，但我們看到的天空卻常常是藍(lán)色。大氣中存在許多微小顆粒，直徑比那些可見光的波長還短。紅光或藍(lán)光都會(huì)遇到這些微小顆粒并被散射，不過藍(lán)光由于波長較短，發(fā)生的散射也更多。這種現(xiàn)象屬于瑞利散射（Rayleigh scattering），天空被那些散射光照亮，成為了人類眼里的藍(lán)天。

皮膚里的情況也很相似，一些藍(lán)光在深入皮膚之前，就已經(jīng)被彈回人們眼里。與容易被散射的藍(lán)光相比，紅光有相當(dāng)一部分可以到達(dá)皮膚下的靜脈，走過一段更完整的旅程。

當(dāng)然，紅光和藍(lán)光都有可能在穿越皮膚的過程中被吸收，也都有機(jī)會(huì)到達(dá)靜脈并在那里被吸收，差別只是最終能反射回眼睛里的紅光和藍(lán)光不一樣多。我們看到的靜脈顏色，也與紅光和藍(lán)光返回眼中的比例有關(guān)。其實(shí)，白光照射到靜脈區(qū)域，返回的紅光通常還是比藍(lán)光多。那么，即便是透過皮膚觀察，大多數(shù)人也不該看到藍(lán)色靜脈。

那我們怎么會(huì)以為自己看到的靜脈是藍(lán)色的？靜脈不是畫在一張白紙上，它周圍還有粉嫩的皮膚?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，下方?jīng)]有靜脈的皮膚區(qū)域，反射藍(lán)光的量與靜脈區(qū)差別不大，但反射的紅光明顯比靜脈區(qū)多——看起來就更紅。而透過皮膚看到的靜脈并非不紅，只是與旁邊的皮膚對(duì)比起來可能偏藍(lán)一些，于是被大腦認(rèn)定為藍(lán)色。

這可以說是一種視錯(cuò)覺，與顏色恒常性（color constancy）有關(guān)。顏色恒常性是人類色彩感知系統(tǒng)的一種特性，能讓我們在不同光照條件下判斷物體的顏色。比如，下圖是模擬黃光和藍(lán)光分別照在魔方上的效果，人們很容易從中找出紅色方格所在的位置。

圖片來源：Purves et al., 2016

但當(dāng)把這些“紅色方格”從原本的環(huán)境中提取出來，放進(jìn)白色背景，人們會(huì)感覺它們不再是紅色，變成了橙色和紫色。事實(shí)上，方格沒有變色，是我們識(shí)別的結(jié)果變了。我們識(shí)別出的物體顏色，不僅取決于反射光，還取決于大腦的計(jì)算。如此一來，紅潤皮膚包圍中的靜脈，被視作藍(lán)色也不足為奇，假如把那種顏色放在白色背景下，我們可能不會(huì)認(rèn)為它是藍(lán)色。

血液變藍(lán)的人

雖然，正常情況下人類的血液不會(huì)是藍(lán)色，但也有一些疾病能讓血液變藍(lán)。高鐵血紅蛋白血癥（methemoglobinemia）就是這樣一種疾病。

健康人的血液里，血紅蛋白之中的鐵幾乎都是二價(jià)鐵（Fe2+），負(fù)責(zé)結(jié)合氧氣。但在高鐵血紅蛋白之中，一些鐵變?yōu)榱?strong>三價(jià)鐵（Fe3+），難以結(jié)合氧氣。而這種血紅蛋白分子里，殘余的二價(jià)鐵離子對(duì)氧的親和力反而會(huì)增強(qiáng)，無法正常將氧氣釋放到組織中。

通常來說，高鐵血紅蛋白在血液中的占比低于1%。如果血液里的高鐵血紅蛋白超過10%，人體就可能因?yàn)槿毖醵a(chǎn)生各種癥狀，如氣短、發(fā)紺（皮膚或黏膜呈青紫色）、精神狀態(tài)改變、頭痛、乏力等等。當(dāng)血液中高鐵血紅蛋白的比例達(dá)到70%左右，人類就可能有昏迷甚至致命的風(fēng)險(xiǎn)。

深藍(lán)色的血液（圖片來源：NEJM）這種疾病的患者中，最為人熟知的癥狀或許就是血液顏色的改變。攜帶的氧氣明顯變少時(shí)，血液可能呈現(xiàn)棕色甚至藍(lán)色。2019年，《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》報(bào)告了一位25歲的女性病患，她的血氧飽和度明顯低于正常水平，高鐵血紅蛋白的比例高達(dá)44%，血液已經(jīng)變成深藍(lán)色，皮膚顏色也有些改變。

根據(jù)患者的自述，在就醫(yī)的前一天晚上，她因?yàn)檠劳炊昧舜罅康谋阶艨ㄒ騺碇雇?。這可能就是她突然發(fā)病的原因。第二天早上，她便感到呼吸急促且身體虛弱，然后去往急診室。接受靜脈注射亞甲藍(lán)治療之后，患者的呼吸有明顯改善，皮膚變色的情況也減弱了。最終，癥狀完全消退。

擁有“高貴”的藍(lán)血，對(duì)人類來說真的不是一件好事。