始于偶然，終于偉大
——植入式心臟起搏器的發(fā)明故事

◆本刊綜合

圖/東方IC

在人類歷史上，許多偉大的發(fā)明都離不開科學(xué)家的苦心研究。然而，也有一些發(fā)明出于偶然，“一不小心”就改變了世界，植入式心臟起搏器就是其中之一。

1919年，植入式心臟起搏器的發(fā)明者威爾遜?格雷特巴奇出生在紐約州的布法羅市，二戰(zhàn)時曾在海軍服役，退伍后進入康奈爾大學(xué)學(xué)習(xí)電子工程學(xué)。迫于生計，拖家?guī)Э诘母窭滋匕推胬谜n余時間打零工，其中包括設(shè)計一種專門用于測量動物血壓和心率等指標的設(shè)備。

圖1 體外心臟起搏器 （圖/Images in Pediatric Cardiology）

1951年，格雷特巴奇在與腦外科醫(yī)生交流的過程中，第一次接觸到一種名為阿-斯綜合征的心臟疾病。阿-斯綜合征作為嚴重威脅生命安全的心臟急癥之一，是由于心臟節(jié)律突然變化使心排血量在短時間內(nèi)急劇減少，引發(fā)急性腦缺血的臨床綜合征。在知曉阿-斯綜合征中的房室傳導(dǎo)阻滯（心房至心室的電激動傳導(dǎo)異常）后，格雷特巴奇認為這是一個傳輸問題，可以用工程學(xué)的方法解決，于是開始積極投入心臟起搏器的研發(fā)工作中。

不過，當(dāng)時研究心臟起搏器的并非只有格雷特巴奇一人。1952年，美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)生保羅?佐爾設(shè)計了一種體外心臟起搏器，并成功為心臟停搏患者進行了心臟復(fù)蘇。僅管這臺起搏器存在不少弊端，比如體積大、移動不便、電流強度無法調(diào)節(jié)等，但佐爾的創(chuàng)舉在心臟病學(xué)發(fā)展歷史上具有里程碑意義，因此佐爾被稱為“心臟起搏之父”。

1957年，美國人厄爾·巴肯設(shè)計了一種便攜式心臟起搏器，不僅體積更小，因改用電池供能，電流強度也可調(diào)節(jié)。雖然這種心臟起搏器更實用，但需要將其掛在體外使用。

圖2 厄爾·巴肯 （圖/美國電氣及電子工程師學(xué)會）

圖3 便攜式心臟起搏器

要想設(shè)計一種能置于體內(nèi)的心臟起搏器并不是一件容易的事情，需要解決體積大、體液侵蝕、供電時間短、反復(fù)充電等諸多問題。格雷特巴奇從改造動物心率監(jiān)測器入手，設(shè)計出心臟起搏器的雛形。讓他萬萬沒想到的是，自己誤打誤撞就打開了通往成功的大門。

一天，格雷特巴奇正在測試一個記錄心跳的機器，原本計劃裝入一個1萬兆歐的電阻器，卻誤用了1兆歐的電阻器。結(jié)果，記錄器電路產(chǎn)生的信號與人體心跳非常相似。格雷特巴奇靈光一現(xiàn)：這種電流或許能讓不規(guī)律的心跳恢復(fù)正常。

此后，格雷特巴奇一心撲在了心臟起搏器的研究上，攻克了一個又一個難關(guān)，終于設(shè)計出可用于人體內(nèi)的植入式心臟起搏器。格雷特巴奇與美敦力公司（如今全球最大的起搏器生產(chǎn)商）合作，將他設(shè)計的植入式心臟起搏器投入生產(chǎn)與使用。

但格雷特巴奇并未止步于此，他在美敦力公司工作的十年間，一直在優(yōu)化自己的設(shè)計。1970年，格雷特巴奇創(chuàng)立了自己的公司，致力于心臟起搏器電池的研究。植入式心臟起搏器剛上市時使用的是普通蓄電池，這種電池平均使用壽命為2年，無法在人體內(nèi)長期工作。電子工程學(xué)出身的格雷特巴奇決定采用鋰電池技術(shù)，延長電池的使用壽命。這一次，他又取得了成功。

1983年，美國國家職業(yè)工程師協(xié)會將植入式心臟起搏器列為近五十年對社會有重大貢獻的十項發(fā)明之一，為表彰格雷特巴奇在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的卓越貢獻，1986年他被列入美國著名發(fā)明家紀念堂。