心脏起搏器的历史发展

69　心脏起搏器发展史

美国纽约贝斯·大卫医院胸科医生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除极而收缩，经过多年的探索和研究，Hyman在1932年设计制作了一台由发条驱动的电脉冲发生器，该装置净重达7.2公斤，脉冲频率可调节为30、60、120次/分，Hyman将之称为人工心脏起搏器，这一术语一直沿用至今。这台发条式脉冲发生器成为人类第一台人工心脏起搏器。实验中，他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，恢复正常的心脏跳动。不久，Hyman应用一根双极穿刺针，穿过肋间插到心脏进行起搏，为1例心脏停搏的病人应用了这一技术。人们也将这台发条驱动的脉冲发生器称为“Hymanator”。Hymanator原保存在德国Siemens公司，可惜在第二次世界大战中被战火毁灭，只留下一张照片。但是，Hyman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。

第二次世界大战后，心脏起搏技术的临床价值逐渐显示出来，1951年，加拿大医生Callaghan用心导管成功地进行了体外右心房起搏，1952年，他又用胸壁电极板进行了经胸壁心脏起搏。成功地救治了一名心脏骤停的病人。

几百年、几代人的努力终于使人工心脏起搏技术逐渐形成并最后确立。

在前人研究的基础上，1952年1月，美国哈佛大学医学院Paul M.Zoll医生首次在人体胸壁的表面施行脉宽2ms，强度为75～150V的电脉冲刺激心脏，成功地为1例心脏停搏患者进行心脏复苏，挽救了这位濒死病人的生命。由于电极缝在胸壁，使电刺激起搏心脏的同时也刺激胸部肌肉，引起局部肌肉的抽动和疼痛，但这一创举立即受到医学界和工程技术界人士的广泛重视，迎来了心脏病学的又一个变革时期，临时性心脏起搏器术逐渐被医学界广泛接受，成为一种常规的缓慢性心律失常的治疗方法。Paul M.Zoll被尊称为“心脏起搏之父”。

Zoll的这一创举是其多年潜心研究的硕果。最初他在犬体上进行实验，将刺激电极缝置在胸壁和食管，细心观察刺激电极能否起到起搏心脏的作用。此后，Zoll研究成功一种标准类型的起搏器，他用一根长线状电极放置在犬的食管内，另一根缝置在犬的心包上，实验结果表明，电的脉冲刺激能引起心室有效的收缩，可使已经停跳的心脏复跳，并维持有效的血液循环。接着他又着手改进心外起搏技术和仪器，力求起搏仪器操作简单，功能完善，便于临床使用和推广。Zoll的研究中发现，当电流达50～200MA（或30～50W）时，心脏才对刺激起反应，当刺激电极的负极与心肌紧密贴近时，有效起搏心脏所需的能量相对较低。起搏刺激的脉宽一般需要2～3ms，而且不易产生竞争性效应。他也注意到，心动过速或室颤引起心肌本身缺血和缺氧时，应用电脉冲刺激容易引起两种心律的竞争。

1960年，Zoll、Chardack及Kantrowitz等，分别通过开胸手术，植入心脏脉冲发生器及电极导线系统，使临时性起搏技术开始走向永久性。Zoll卓有成效的工作开创了心脏停搏的有效急救方法，开创了人工心脏起搏的新时代。

除了在心脏起搏方面的杰出贡献外，Paul M.Zoll在心律转复术方面也有巨大的建树。1954年，Zoll和Kouwenhven研究体外电休克除颤技术成功。1955年他们用60Hz的交流电，放电时间150ms，首次经体外电除颤抢救成功1例室颤患者。Zoll的工作证明，电休克转复技术，可以终止临床各种类型的快速性心律失常。

1952年Zoll卓有成效的创举仍然存在着严重的方法学缺点。该技术中的两个电极均缝在胸壁，起搏心脏的同时也引起胸部肌肉的抽动，引起局部的疼痛、烧灼。这些缺点使这一技术仅适合急诊病人短时间应用。

1954年，Rosenbanm和Hansen创用了心外膜电极起搏心脏的方法，他们应用一支套管针，将起搏电极放置在靠近心脏的心包膜，大大减少了起搏脉冲的电流密度，减少了起搏时的疼痛。

1957年，Zoll、Allen等分别将起搏电极缝置在心脏外科手术中发生房室阻滞患者的心外膜，进行有效的心脏起搏治疗。这些方法的疗效肯定，但需要相当复杂的外科技术，使这一阶段的起搏器研究者多为外科医生，也使这一技术的使用受到较大的限制。

这一时期，临时起搏器的研制也在迅速发展，50年代初期，直流电起搏技术刚刚起步，尽管疗效肯定无疑，但其体积巨大，因此便携式仅仅是一个名词而已，实际只是可以移动的起搏装置。但此后不久，世界上第一台真正便携式临时起搏器问世，该起搏器的能源为一般电池。应用这种小型临时起搏器，Minnesota大学的C Walton Lillehei医师成功救治了一位先心病手术中发生房室阻滞患儿的生命。

开胸植入起搏电极技术创伤大，患者需承受较大的手术，有感染等系列合并症，使其只能在有限患者中实施。如果推广在临床上的应用，需寻求更简单的方法。

早在1954年，Hopps应用绝缘导线经静脉送入动物心房进行起搏实验成功。这一实验说明，应用起搏电极导线能够通过刺激心内膜有效起搏心脏。

1958年，当时仅仅是一名普通外科住院医师的Seymour Furman进行了大量的心脏心内膜起搏实验，证明心内膜起搏比心外膜起搏的阈值明显降低，并能克服胸壁刺激的缺点，并倡用心内膜电极。

1959年Furman S和Schaldach设计制造出心脏内膜起搏电极导线，并经周围静脉将起搏电极导线插入到右心室刺激心内膜，起搏心脏。在这一年发表的文章中Furman S对这一手术操作技术作了详细的报道和系统的阐述。Furman S经心内膜起搏心脏的实践和理论很快被人们接受，而经周围静脉植入起搏电极导线的方法大大简化了心脏起搏器植入技术，从而使心脏起搏器的临床应用受到极大重视，得到广泛开展。这是现代起搏技术的开始，Furman S成为公认的现代起搏技术的奠基者之一。

Furman S的创举与其后的Scherlag B.J提出和发明导管法记录希氏束电图有异曲同工之处。在Scherlag之前，希氏束的解剖和电生理的功能已有广泛的研究，在动物体和开胸手术病人已成功记录到希氏束电图，但这些都没有成为方便的、常规的临床记录希氏束的方法。直到1969年Scherlag导管法描记希氏束电图的文章发表，才使这项检查技术成为临床普遍应用的重要的心脏电生理检查方法。(www.xing528.com)

至今，Furman S还健在，四十多年来，他为现代起搏技术的建立和发展做了大量的工作。1978年，Furman植入了世界首例DDD起搏器，1979年，Furman与其同事共同创立了北美起搏和电生理学会（North American Society of Pacing and Electrophysiology，NASPE）。他撰写的《A Practice of Cardiac Pacing》一书先后发行三版，成为全世界心内科及起搏专业医生的最重要的参考书。

目前，Furman S任美国纽约Yeshiva大学爱因斯坦医学院的心胸外科教授，医学教授，任美国著名的PACE（Pacing and ClinicalE lectrophysiology）杂志的主编。Seymour Furman是一位名副其实的起搏技术的巨匠。

经过数代科学家、医学家的不懈努力，确立了体外临时起搏技术及临床应用方法，但由于其携带不便和容易并发感染，促进了全埋藏式起搏器的研究。

1958年10月15日在瑞典的斯德哥尔摩的Karolinska医院植入了世界首例全埋藏式人工心脏起搏器。这一举世瞩目的手术是由该医院的胸外科医生Ake Senning教授执刀，成为世界第一位全埋藏式人工心脏起搏器植入的手术者。植入的固定频率型起搏器是由Elema Schonander，即现在Pacesetter AB公司的Rune Elmqvist博士设计的，Elmqvist工程师成为世界第一例埋藏式心脏起搏器的设计者。Pacesetter AB公司建立了Rune Elmqvist纪念室以资怀念。植入的起搏器外型为圆形，能源是两节串联的镍-镉电池，该电池通过体外感应充电方式无创性充电，每周充电一次。植入的患者Arne Larsson为男性，40岁，患完全性房室阻滞多年，频发心脏停跳引起阿斯综合征，各种药物治疗均未奏效，病情逐渐加重。起搏器植入后心率明显增高，临床一般状况改善，此后又先后更换了25台起搏器，已经依赖心脏起搏器生活工作了42年，至今已逾82岁高龄，身体仍然健康并漫游世界。Arne Larsson是世界上第一位接受全埋藏式心脏起搏器治疗的病人。1986年，全埋藏式起搏器首次手术后的28年，在Monaco举行的“Cardiostim`86”起搏器学术研讨会上，大会主席团授予世界首例全埋藏式起搏器植入的“三剑客”起搏器荣誉奖，表彰3人通力合作，开创了对人类健康与生命十分重要的医学治疗新技术。

1960年William Chardack和Wilson Greatbatch在美国纽约为1例房室阻滞的患者植入了首例晶体管起搏器，起搏器能源为锌汞电池，标志着起搏器电池能源已由镍镉电池发展为锌汞电池，起搏器还应用了Hunter-Roth双极电极导线，这是起搏器史上又一个丰碑。

Samuel Hunter医生是对起搏技术做出突出贡献的另一位著名医师，他与电器工程师Norman Roth合作发明了双极电极导线，称为Hunter-Roth电极导线，这是起搏技术上的一个重大进展。刺激信号的振幅与两个电极间的距离呈正比关系，单极起搏的刺激信号大，其后还有较长的电位衰减指数曲线，两者貌似QRS波，容易发生误感知，这些问题给起搏技术造成较大的问题和困难。双极电极导线的问世解决了这些难题。1959年，Hunter应用心肌电极导线为病人植入了永久性心脏起搏器。

永久全埋藏式起搏器的植入标志着心脏起搏技术进入固率型时代。1964年Castellanos、Lemberg和Berkovits等研究成功心室按需型起搏器，使起搏技术进入起搏器第二代：按需型心脏起搏。1963年Nathan率先应用VAT心房同步起搏，1975年Cammilli提出感知呼吸的频率适应性起搏器，这是最早的频率适应性起搏器。1978年Funke提出了DDT起搏器设计构想。同年，Furman植入世界首例DDD起搏器。这些使起搏技术进入了第三代即生理性起搏的时代。1995年，首例起搏阈值自动夺获型起搏器问世，这一技术开创了起搏器自动化的新时代。其特点为根据佩带者的实际情况制定其在体内工作的各种参数。

至今，心脏起搏技术还在迅猛发展，每年都有很多新的功能、新的技术问世，使起搏器技术更加完善，使佩带者更大程度上受益。

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“心脏起搏器之父”

早在1802年，意大利人奥尔蒂尼曾对用刑后死去两小时的死刑犯给予电刺激心脏，以图恢复其心跳，但未成功。同时代的瓦萨里用电刺激法曾成功地使刚刚死亡的患者心脏又恢复跳动。1947年斯威特采用电刺激法使两例在手术中心脏停止跳动的患者心脏复苏。这种通过电刺激的方法实现人工心脏起博的范例，为研制心脏起搏器打下了技术和理论基础。

1952年美国波士顿哈佛医学院的佐尔医生，在心脏停跳患者的心脏部位和左肋下皮肤处置阴阳两电极，给予每分钟90次的电刺激而使心脏复跳。他随即研制出以电池为能源的小型起搏器。佐尔被认为是心脏起搏器的发明者，被称为“心脏起搏器之父”。现在全世界有数十万人安装了心脏起搏器，挽救了许多患者的生命。

起搏器主要有体外式和体内埋植式。体外式使用方法简单，在紧急情况下使用，对患者进行抢救非常方便。还可根据患者的状况变换心搏数。但是如果长期使用，在放置电极的部位容易发生感染。

采用体内埋植式，将起博器植入病人腹部或腋窝皮下，对长期使用者非常方便，但起搏器心搏数固定也会带来各种问题。近年来已经研制出可以变动心搏数的诱导型起搏器。电极和接收器植于体内，用发送器在体外控制，这样便可以根据情况变更心搏数。

目前起搏器的能源多使用小型锂电池，寿命约8年，不需要经常更换。