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        一個(gè)“失誤”成就心臟起搏器

        2022-04-02 16:36:41
        祝您健康·文摘版 2022年9期

        在心臟起搏器發(fā)明之前,人類(lèi)在心臟停搏導(dǎo)致的猝死和昏厥面前是束手無(wú)策的。心臟起搏器的發(fā)明,為人類(lèi)健康開(kāi)辟了新的手段。但是,最初的心臟起搏器,可不是如今我們看到的、可以植入患者體內(nèi)的小小儀器,那可是重達(dá)7.3千克的大家伙,當(dāng)然也不可能裝在體內(nèi)了。

        1932年,美國(guó)紐約醫(yī)生艾伯特·海曼(Albert Hyman)在穿刺心臟給藥過(guò)程中屢次發(fā)現(xiàn),當(dāng)針尖刺激右心房時(shí),可使心房肌因除極(心肌細(xì)胞受“刺激”時(shí)電荷發(fā)生逆轉(zhuǎn))而收縮。這個(gè)意外發(fā)現(xiàn),讓他與工程師哥哥開(kāi)啟了多年的探索,他們開(kāi)始著手設(shè)計(jì)制作由發(fā)條驅(qū)動(dòng)的電脈沖發(fā)生器,應(yīng)用一根雙極穿刺針,穿過(guò)肋間插到心臟進(jìn)行起搏,成功使已停搏15分鐘的心臟恢復(fù)了正常跳動(dòng)。當(dāng)然,這個(gè)笨重的、像發(fā)電機(jī)一樣大的心臟起搏器,攜帶相當(dāng)不便,只能用于住院治療的患者。海曼稱(chēng)其為“人工心臟起搏器”,這是我們今天廣為使用的術(shù)語(yǔ),也是人類(lèi)第一臺(tái)人工心臟起搏器。

        實(shí)驗(yàn)中,海曼用針穿刺兔的右心室,對(duì)心室進(jìn)行電刺激,使已停搏15分鐘的心臟復(fù)跳,恢復(fù)正常的心跳。它的功能是“通過(guò)心內(nèi)治療使停止的心臟復(fù)蘇”,每分鐘可發(fā)出30、60或120個(gè)脈沖。但是,每6分鐘必須用手搖一圈的設(shè)計(jì)使這項(xiàng)發(fā)明并沒(méi)有被醫(yī)學(xué)界接受。這臺(tái)發(fā)條驅(qū)動(dòng)的脈沖發(fā)生器原保存在德國(guó)西門(mén)子公司,但十分遺憾,它在第二次世界大戰(zhàn)中被戰(zhàn)火毀滅,只留下一張照片。但是,海曼的這一創(chuàng)舉足以證明,對(duì)心臟一些部位進(jìn)行電刺激可使心肌有效地除極,并擴(kuò)展到整個(gè)心臟,從此奠定了心臟起搏理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。

        可以植入體內(nèi)的、更具實(shí)用性的小型心臟起搏器是1958年由美國(guó)威爾遜·格列巴齊(Wilson Greatbatch,1919—2011)發(fā)明的。他在康奈爾大學(xué)負(fù)責(zé)一個(gè)測(cè)量羊的生態(tài)和動(dòng)物行為的實(shí)驗(yàn)。一個(gè)下午,他在設(shè)計(jì)一個(gè)可以測(cè)量動(dòng)物心跳的振蕩裝備時(shí),在工作箱抓了一個(gè)電阻放到振蕩裝備中,但奇怪的是,這個(gè)振蕩裝備送出的電極脈沖是1次/秒,而不是可測(cè)量心跳聲音的儀器。他仔細(xì)看電阻,才發(fā)現(xiàn)是拿錯(cuò)了。這個(gè)錯(cuò)誤卻帶來(lái)他的好運(yùn),因?yàn)?秒鐘1次的電極脈沖正是他一直想得到的結(jié)果,這是心臟起搏器的脈沖率。他記得1956年時(shí),有一次跟兩位心臟外科醫(yī)生一起吃午餐,醫(yī)生說(shuō)如果心臟的神經(jīng)出狀況而無(wú)法規(guī)律地放電時(shí),心肌就不能正常舒縮。一個(gè)急救方法是用電極猛擊心臟,但這種裝備大而笨重,事后患者也會(huì)有胸部疼痛的苦狀。

        當(dāng)時(shí),晶體管剛剛發(fā)明上市,代替了笨重的真空管,電池的性能和大小也有顯著的改善,于是格列巴齊就開(kāi)始設(shè)計(jì)可以植入體內(nèi)的小型心臟起搏器。第1個(gè)設(shè)備試用在狗身上,效果非常好。他又繼續(xù)做了1年的動(dòng)物實(shí)驗(yàn),開(kāi)始和查達(dá)克(William Chardack)醫(yī)生合作,在1960年應(yīng)用到人體上。他們的第一位患者,在植入心臟起搏器后多活了18個(gè)月。格列巴齊之后專(zhuān)心投入心臟起搏器的研究工作,尤其是電池的設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)市面上最常用的是馬羅利公司的汞電池,是由氧化汞和鋅組成的。汞電池在放電過(guò)程中會(huì)釋放氧氣,易導(dǎo)致裝置生銹,效果不理想。于是他進(jìn)一步研發(fā)出鋰電池,鋰電池的陽(yáng)極是鋰,陰極是有機(jī)碘化物。鋰電池的能量密度高,自耗電率低,小巧玲瓏,可靠耐用。鋰電池于是就變成了心臟起搏器的標(biāo)準(zhǔn)必備能源,并使之變得更小、可靠耐用。

        格列巴齊一生擁有上百項(xiàng)專(zhuān)利,于1986年入選美國(guó)國(guó)家發(fā)明家名人堂,并在1990年獲得美國(guó)最高技術(shù)獎(jiǎng)——國(guó)家技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)。

        與此同時(shí),歐洲在心臟起搏技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展速度可謂旗鼓相當(dāng)。最有名的莫過(guò)于心臟起搏器“三劍客”,他們分別是外科醫(yī)生阿科、工程師如恩和患者拉森。拉森患有完全性房室傳導(dǎo)阻滯,頻發(fā)心臟停跳,43歲那年因?yàn)槠鸩鞫孬@新生,他一生更換了26臺(tái)起搏器(那時(shí)電池很不給力,平均壽命2年),依賴(lài)心臟起搏器又生活工作了43年,86歲時(shí)因癌癥去世。1986年,在摩納哥舉辦的起搏器學(xué)術(shù)研討會(huì)上,大會(huì)主席團(tuán)將“起搏器榮譽(yù)獎(jiǎng)”授予了這三個(gè)人,以表彰他們?cè)谕苿?dòng)起搏器發(fā)展上的通力合作。

        近年來(lái),心臟起搏器已經(jīng)發(fā)展成多功能裝置,能同時(shí)監(jiān)測(cè)和刺激心室和心房,因而提高效率。當(dāng)今的心臟起搏器大小是2厘米左右,約30克。鋰電池的壽命是5—10年。據(jù)估計(jì),目前已經(jīng)有500萬(wàn)名患者裝了格列巴齊的心臟起搏器。

        1984年,美國(guó)職業(yè)工程師協(xié)會(huì)將心臟起搏器與半導(dǎo)體等技術(shù)評(píng)為20世紀(jì)上半世紀(jì)最杰出的十大發(fā)明。如今,心臟起搏技術(shù)還在迅猛發(fā)展,每年都有很多新的功能和技術(shù)問(wèn)世,使其更加完善,令配戴者更加受益。隨著細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,更符合人體生理的生物起搏器具有無(wú)限的發(fā)展前景,也必將成為人們治療緩慢心律失常的追求目標(biāo)。

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