济南

【历史】一个“失误”成就心脏起搏器

2020-06-29 10:02:00 发布来源:​《今参考》推荐

在心脏起搏器发明之前,人类在心脏停搏导致的猝死和昏厥面前是束手无策的。心脏起搏器的发明,为人类健康开辟了新的手段。但是,最初的心脏起搏器,可不是如今我们看到的、可以植入患者体内的小小仪器,那可是重达7.3公斤的大家伙,当然也不可能装在体内了。

1932年,美国纽约医生艾伯特·海曼(Albert Hyman)在穿刺心脏给药过程中屡次发现,当针尖刺激右心房时,可使心房肌因除极(心肌细胞受“刺激”时电荷发生逆转)而收缩。这个意外发现,让他与工程师哥哥开启了多年的探索,他们开始着手设计制作由发条驱动的电脉冲发生器,应用一根双极穿刺针,穿过肋间插到心脏进行起搏,成功使已停搏15分钟的心脏恢复了正常跳动。当然,这个笨重的、像发电机一样大的心脏起搏器,携带相当不便,只能用于住院治疗的患者。海曼称其为“人工心脏起搏器”,这是我们今天广为使用的术语,也是人类第一台人工心脏起搏器。

实验中,海曼用针穿刺兔的右心室,对心室进行电刺激,使已停搏15分钟的心脏复跳,恢复正常的心跳。它的功能是“通过心内治疗使停止的心脏复苏”,每分钟可发出30、60或120个脉冲。但是,每6分钟必须用手摇一圈的设计使这项发明并没有被医学界接受。这台发条驱动的脉冲发生器原保存在德国西门子公司,但十分遗憾,它在第二次世界大战中被战火毁灭,只留下一张照片。但是,海曼的这一创举足以证明,对心脏一些部位进行电刺激可使心肌有效地除极,并扩展到整个心脏,从此奠定了心脏起搏理论与实践基础。

可以植入体内的、更具实用性的小型心脏起搏器是1958年由美国威尔逊·格列巴齐(Wilson Greatbatch,1919-2011年)发明的。他在康奈尔大学负责一个测量羊的生态和动物行为的实验。一个下午,他在设计一个可以测量动物心跳的振荡装备时,在工作箱抓了一个电阻放到振荡装备中,但奇怪的是,这个振荡装备送出的电极脉冲是1次/秒,而不是可测量心跳声音的仪器。他仔细看电阻,才发现是拿错了。这个错误却带来他的好运,因为1秒钟1次的电极脉冲正是他一直想得到的结果,这是心脏起搏器的脉冲率。他记得1956年时,有一次跟两位心脏外科医生一起吃午餐,医生说如果心脏的神经出状况而无法规律地放电时,心肌就不能正常舒缩。一个急救方法是用电极猛击心脏,但这种装备大而笨重,事后患者也会有胸部疼痛的苦状。

当时,晶体管刚刚发明上市,代替了笨重的真空管,电池的性能和大小也有显著的改善,于是格列巴齐就开始设计可以植入体内的小型心脏起搏器。第1个设备试用在狗身上,效果非常好。他又继续做了1年的动物实验,开始和查达克(William Chardack)医生合作,在1960年应用到人体上。他们的第一位患者,在植入心脏起搏器后多活了18个月。格列巴齐之后专心投入心脏起搏器的研究工作,尤其是电池的设计。当时市面上最常用的是马罗利公司的汞电池,是由氧化汞和锌组成的。汞电池在放电过程中会释放氧气,易导致装置生锈,效果不理想。于是他进一步研发出锂电池,锂电池的阳极是锂,阴极是有机碘化物。锂电池的能量密度高,自耗电率低,小巧玲珑,可靠耐用。锂电池于是就变成了心脏起搏器的标准必备能源,并使之变得更小、可靠耐用。

格列巴齐一生拥有上百项专利,于1986年入选美国国家发明家名人堂,并在1990年获得美国最高技术奖——国家技术创新奖。

与此同时,欧洲在心脏起搏技术领域的发展速度可谓旗鼓相当。最有名的莫过于心脏起搏器“三剑客”,他们分别是外科医生阿科、工程师如恩和患者拉森。拉森患有完全性房室传导阻滞,频发心脏停跳,43岁那年因为起搏器而重获新生,他一生更换了26台起搏器(那时电池很不给力,平均寿命2年),依赖心脏起搏器又生活工作了43年,86岁时因癌症去世。1986年,在摩纳哥举办的起搏器学术研讨会上,大会主席团将“起搏器荣誉奖”授予了这三个人,以表彰他们在推动起搏器发展上的通力合作。

近年来,心脏起搏器已经发展成多功能装置,能同时监测和刺激心室和心房,因而提高效率。当今的心脏起搏器大小是2厘米左右,约30克。锂电池的寿命是5-10年。据估计,目前已经有500万名患者装了格列巴齐的心脏起搏器。

1984年,美国职业工程师协会将心脏起搏器与半导体等技术评为20世纪上半世纪最杰出的十大发明。如今,心脏起搏技术还在迅猛发展,每年都有很多新的功能和技术问世,使其更加完善,令佩戴者更加受益。随着细胞生物学、分子生物学、基因工程等相关技术的不断发展,更符合人体生理的生物起搏器具有无限的发展前景,也必将成为人们治疗缓慢心律失常的追求目标。

(王晟/《生命时报》)

责任编辑: 王玉霞     

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