一個(gè)“失誤”成就心臟起搏器

在心臟起搏器發(fā)明之前，人類在心臟停搏導(dǎo)致的猝死和昏厥面前是束手無策的。心臟起搏器的發(fā)明，為人類健康開辟了新的手段。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，美國紐約醫(yī)生艾伯特·海曼（Albert Hyman）在穿刺心臟給藥過程中屢次發(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啟了多年的探索，他們開始著手設(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。海曼稱其為“人工心臟起搏器”，這是我們今天廣為使用的術(shù)語，也是人類第一臺(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)生器原保存在德國西門子公司，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)生說如果心臟的神經(jīng)出狀況而無法規(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)專利，于1986年入選美國國家發(fā)明家名人堂，并在1990年獲得美國最高技術(shù)獎(jiǎng)——國家技術(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，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500萬名患者裝了格列巴齊的心臟起搏器。

1984年，美國職業(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)。