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我叫AED之三体外除颤器的发明 [复制链接]

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让我们记住体外心脏除颤器的开创者、心脏起搏器的先驱——保罗莫里斯卓尔

孟洪德

在《我叫AED之二心内除颤器的发明》中,AED讲述了心内除颤器的发明,急救熊猫康健出于对AED身世的好奇,今天又找到AED,继续追问AED体外除颤器的发明。

急救熊猫康健问AED道:上一次你讲到了在年代,美国心脏外科医生克劳德贝克发明了心内除颤器或者称为体内除颤器及其技术,成为心脏除颤的第一代开拓者和心肺复苏术最早的推广者之一,但是这项技术在实际应用中存在很多问题。

AED回答道:是的,在年至年期间,成功的案例促进了克劳德贝克发明的心内电击除颤方式被越来越多的临床医生所接受,开创了一个对心室纤颤和除颤广泛的基础和临床研究起点,一项将人类室颤转复为窦性心律的技术从此诞生。但是,克劳德贝克发明的体内或称心内除颤器体积庞大笨重,在实际应用中存在很多问题:一是使用交流电需要电源插座和笨重的变压器;二是除颤器本身也十分的笨重,不便于携带和搬运;医院的外科医师和手术室作为平台;四是需要对病人进行开胸手术,这不是一般人能够做到的;五是更为重要的,必须将除颤器的电极片直接作用于心脏进行电击,给心搏骤停病人构成了潜在的危险。很快,克劳德贝克发明的心内电击除颤方式就被更加科学更加创新的另一种除颤器和除颤技术所取代,这就是可以在胸外进行除颤的设备,体外除颤器。

急救熊猫康健说道:当时是不是有很多科学家都在研究除颤器及其技术。

AED回答道:是的,在美国心脏外科医生克劳德贝克发明体内除颤器的同一时代,科学家们并没有停止对心脏除颤技术的研究与探索。下面我们就按照时间顺序进行讲解。

19世纪初,意大利物理学家乔瓦尼·阿尔迪尼通过对被绞死的罪犯尸体通电让其抽搐进行实验,年阿尔迪尼购买了因杀害妻子和孩子而被处决的凶手乔治福斯特的尸体,阿尔迪尼将福斯特的尸体带到皇家外科医学院,在观众面前,阿尔迪尼将电极连接到福斯特的尸体,进行电击实验。几乎每个人都很惊讶地看到,在他们的眼前,尸体的面部肌肉开始抽搐,眼睛睁开了,但是当电池的电能耗尽断电之后,福斯特身体又变得僵硬了。阿尔迪尼通过实验得出一个结论:电复苏应该与人工呼吸技术相结合,才能挽救生命。

年至年间,捷克生理学家浦肯野.杨·伊万杰利斯塔(Purkinje,JanEvangelista),为了探究电除颤为什么能够让人复活?他在对羊进行实验的数年中发现。心脏是由细胞链形成的纤维状网样结构,与房室束相连结。房室结的兴奋经房屋束传到此处,由此再传到构成心室内层的乳头肌系统。左、右束支及其分支的终末分支,并在心内膜下并深入心室肌而交织成网。内膜下浦肯野纤维网在间隔中下部、心尖、乳头肌基部最丰富,而在间隔上部、动脉口周围、心底部则稀少。室间隔左侧的中下部由左束支的间隔组分布成细密的的网状,上部浦肯野纤维稀少,前上部比后上部更稀少,动脉口附近无浦肯野纤维。浦肯野纤维也称为束细胞,是一种特殊的心肌纤维。属心脏传导系统的组成成分,组成房室束及其分支,分布于心室的心内膜下层。房室结的兴奋电流就是经这样的纤维系统在心脏内传到,浦肯野的这一发现,被后继学者所公认而就以他的名字命名为浦肯野纤维,从基础研究上证明了心脏内通过心室的特殊纤维的导电机制,为以后的电除颤技术的发明创造奠定了基础。

年,德国医生卡尔·路德维希(CarlF.W.Ludwig,.12.29至.4.23)发明记波器,这一仪器直到20世纪仍对生理研究做出重要贡献。

年至年,卡尔·路德维希和霍法(Hoffa)首次描述并定义了心室颤动(fibrillationoftheventricles)这个术语,第一次诱发了实验性室颤,路德维希还记录了用电刺激狗的心室颤动实验结果,他们对一只开胸后狗的心室直接通上交流电诱发室颤,之后通过实验证明电流也可终止室颤发生。

(卡尔·路德维希)

(约翰·亚历山大·麦克威廉)

年至年,瑞士生理学家琼·路易斯·普雷沃斯特(Jean-LouisPrévost,.5.12至.11.12,)和F.巴特雷(FBatelli)在对心室颤动(VF)的狗的研究中发现,弱的交流电(AC)或直流电(DC)的冲击,都可以产生心室纤维性颤动,但是强大的电流才能起到除颤的作用。证明了哺乳动物的心室颤动可以通过电击去除。从此,科学家们对交流电还是直流电用于除颤争论不休。

(琼·路易斯·普雷沃斯特)

年至年,荷兰医学家威廉·艾因特霍芬(willemEintlloven至)。发明了心电图机,心电图机能将心脏活动时心肌激动产生的生物电信号也就是心电信号自动记录下来,心脏在搏动之前,心肌首先发生兴奋,在兴奋过程中产生微弱电流,该电流经人体组织向各部分传导。由于身体各部分的组织不同,各部分与心脏间的距离不同,因此在人体体表各部位,表现出不同的电位变化,这种人体心脏内电活动所产生的表面电位与时间的关系构成了心电图。从此科学家们掌握了研究人类心脏的诊断设备,使得学家们逐渐从动物实验扩展到临床病人。荷兰医学家威廉·艾因特霍芬发明的心电图机作为心肺复苏技术和除颤技术的基础与技术支撑,为从此后的心肺复苏技术和除颤技术的科学研究发明与创造铺平了道路,为人类健康做出了巨大贡献。荷兰医学家威廉·艾因特霍芬因此于年获得诺贝尔生理学及医学奖。

(右起:盖尼克博克、考恩霍文、詹姆斯裘德)

年考恩霍文在观察直流电和交流电电击对心脏的影响时发现:低电压电击会引起心室颤动。年在对狗的心脏纤颤中,考恩霍文实施“对抗电震”的第二次电流,心脏恢复正常节律,这是里程碑式的发现,考恩霍文称之为“电除颤”。年至年,开胸除颤心脏复苏技术得到发展,特别是年克劳德贝克博士在克利夫兰完成了他的杰作,首次成功地使用了心脏除颤器挽救了病人的生命。但是考恩霍文对克劳德贝克的发明及其不满,他指出克劳德贝克发明的不足之处:医院里进行,到不了哪些触电者的身边,被电击的电力工人仍然在走向死亡,我们必须拯救他们。年考恩霍文团队通过与医学院的外科部门及爱迪生电力研究所的合作,开始研究胸腔外除颤器,研究的方向是:体外除颤器必须是轻便、有效、操作简单;不用开胸手术通过胸部使电击传到到心脏;病人不能因电击受伤。年刚刚获得电力工程学位的盖尼克博克加入考恩霍文的团队,给这个研发团队带来了新生力量和研发活力。年这个团队研制出了“体外心脏除颤器雏形机。”这个机器重达磅,用双轮车推动,两个电极提供5安培、伏特的除颤能量。

(最早的体外除颤器)

在进行动物应用试验后,医院允许一位42岁的心脏纤颤的病人,作为尝试使用这台机器的第一位病人。在对这位病人的胸部进行72秒的电击后,病人的心脏颤动消除了,这位病人健康地活了下来。年霍普金斯大学医学博士詹姆斯裘德、著名心血管外科医生AlfredBlalock博士加入团队。考恩霍文、尼克博克和裘德通过大量的实验得出结论,对于心脏骤停的病人必须实施“胸外心脏按摩”、“人工通气”,恢复正常的血液循环的40%。他们管这个过程叫做心肺复苏(CPR)。

听到此处,急救熊猫康健问AED:难道当时只有美国的科学家们在进行心肺复苏技术和除颤技术与设备的研究吗?

AED回答道:不是的,当时前苏联在心肺复苏技术和除颤技术与设备的科研方面,并不亚于美国,甚至有些方面超越了美国。年,前苏联电生理学家古尔维奇领导的科研团队,研究出了一种经胸除颤的方法,他们在多只狗和羊身上进行实验,将金属电极放置在狗和羊的胸腔两侧,用盐水湿润的纱布覆盖并让电极与狗和羊的心脏位置保持一致,他们用交流电诱发纤维性颤动,然后再用体外交流电电击治疗室颤,取得了成功。这是体外除颤第一次在动物身上得到了验证。年,古尔维奇有了更加惊人的发现,直流电相比于交流电可以显著降低再诱发心律失常与击晕患者的风险。古尔维奇这位二十世纪苏联电生理领域的领军人物,带领他的团队在年研制了世界上第一台医用的经胸直流单相波除颤器,首次尝试用在心脏外科手术上;年提出了一种全新的除颤方法——双相波形放电,并且根据这个思路设计了世界上第一台双相波除颤仪;因为古尔维奇突出贡献,年被前苏联政府授予苏联最高国家奖。

(克劳德贝克博士)

贝克医生后来总结经验,制造了世界上第一台“体内心脏除颤器”,克劳德贝克成为心脏除颤的第一代开拓者、心肺复苏术最早的推广者之一,贝克心内除颤技术就是胸腔必须打开,除颤器直接放置在心脏上。

(体内除颤器)

急救熊猫康健听到此处,就问AED道:我说老兄,你又说回去了,上一次你已经给我讲了克劳德贝克发明体内除颤器的事,我现在要你回答的是:到底是谁发明了体外除颤器。

AED回答道:你不要着急吗,现在我就回答你,是谁发明了体外除颤器。就在克劳德贝克、考恩霍文研发体外除颤器的同一时期,另一位体外除颤器发明创造的关键人物保罗莫里斯卓尔出现了。

保罗莫里斯卓尔(PaulMauriceZoll,.7.15至.1.5)出生在美国的波士顿,出生在一个商人的家庭,从波士顿拉丁学校毕业后进入了哈佛学院学习哲学,在学校学习期间卓尔完成了心理物理学的研究和意识多维性的探讨。当时正是美国大萧条时期,卓尔的哥哥在哈佛大学学习英国文学毕业后找不到工作,在此影响下,卓尔想继续深造,在母亲的坚持下,卓尔改变了自己的职业规划,不再学习哲学,而是于年就读于哈佛医学院,毕业之后去了BethIsrael医院做临床实习医师,而后他又到纽约的Bellevue医院做住院医师。年,卓尔作为约西亚梅西基金会研究员回到波士顿的BethIsrael医院,从事冠状动脉疾病的临床病理关系的研究。第二次世界大战期间,卓尔加入了美国陆军医疗队。年,卓尔回到波士顿一家私人诊所,这一时期他积极参与着与Blum-gart和Schlesinger的心绞痛的病理生理学研究活动。在年,卓尔接诊一位患有阿斯综合症的60岁女士,在入院前三周出现严重的心脏传导阻滞,卓尔打电话咨询所有他能找到的专家,但是没有得到治疗心脏传导阻滞的有用的建议,这位60岁的女士不幸去世。卓尔感慨道:“这种情况不应该发生,它只不过是传导阻滞。这个心脏应该被复苏的。”这激发了卓尔从此开展这方面的研究,他从年代开始对兔子心脏电击产生收缩的一项研究受到启发,卓尔思考采取经过食道电击病人心脏的方法。

年,卓尔使用食管线在狗的身上做实验,狗的心脏产生了室前收缩,在以后的实验中发现刺激胸部得到同样的反应。年卓尔就提出体外除颤的技术设想与建议,并积极地进行安全的临床验证,他对病人施行这种治疗,第一位病人是一位75岁的心脏完全阻塞和间歇性心室停搏的病人,卓尔的治疗使其保持了25分钟的正常节律,但病人没有存活。第二位病人是一位65岁患有冠心病的男子,完全心脏传导阻滞和周期性地心脏骤停,卓尔的这次外部电击获得成功,这位病人存活六个月。卓尔的论文发表在著名的医学杂志上,虽然获得编辑们的赞誉,但是却得到医学同行与同事们的非议,有些人认为卓尔的这项研究“与上帝的意志相悖”。卓尔没有因为批评和阻力的影响停下他的研究。这期间卓尔从医学院的研究员和医学助理升为哈佛医学院的临床教授和BethIsrael医院的内科医生。年至年,他是BethIsrael医院心脏诊室的负责人。年他成为了哈佛大学医学院临床医学的名誉教授。

年考恩霍文领导的科研团队和卓尔领导的科研团队,几乎同时成功地研究了体外电击除颤术。卓尔发明了一个由交流发电机建立的人体体外除颤模型,并于年成功地进行实际应用。年保罗卓尔在《新英格兰医学杂志》上公布了他的成果,首次报道应用体外电击除颤成功抢救一例室颤病人,并证明电击除颤术可终止临床上任何类型的快速性心律失常,展示了他的第一例以及随后的若干例成功的体外除颤术,这无疑掀开了心肺复苏术和电除颤术历史上上崭新的一页。可是考恩霍文所领导的科研团队历经几十年时间专门研究心肺复苏与除颤设备及其技术,因为波士顿心脏病学专家保罗·佐尔抢先公布了科研成果,而失去了体外除颤器和体外除颤技术发明者的地位。

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我们说克劳德·贝克是心内除颤的开创者,而年被载入史册,保罗卓尔从此被称为体外心脏除颤器的开创者、心脏起搏器的先驱。同时保罗卓尔对人类做出了以下主要的科学贡献:一是体外起搏、恢复心跳。在年保罗卓尔发现了通过体外电刺激让停搏的心脏复苏,在这之前心脏停搏无法救治,卓尔发明的外部电刺激可以用在心脏复苏的急救中来,挽救了无数人的生命。二是心脏心律失常的电复律。最初除颤只是针对室颤,后来在终止室上性心动过速、室性心动过速及其心房颤动等同样有效,已被广泛应用于临床。三是控制不规则心室节律。用外部电刺激可以促使心室率加速,来预防由于室性过速或室颤引起的阿-斯综合征的反复发作。四是心脏监视器。在研究除颤器方面对心脏骤停的病人进行瞬时识别,为此发明了示波监测设备显示心脏的电活动,用图形记录每一次心跳并且在发生心脏骤停能发出报警声,现在已经是监护仪及其临床冠心病监护装置的基础。五是电起搏促进了生理和药理的研究与发现,大量治疗心脏病的药物应运而生。六是发明了植入式起搏器。卓尔和他的团队最初设想,给病人的心脏装上“植入式起搏器”,实现长期直接电刺激,在预防猝死和心脏病患者康复等方面都发挥了关键作用。七是保罗卓尔发起创立了卓尔公司(ZOLLMedical),其生产的医疗设备行销全球,挽救无数病人的生命。

让我们记住这个伟大的名字——保罗莫里斯卓尔(PaulMauriceZoll,.7.15至.1.5)

(孟洪德于年11月19日星期五百家号)

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