一、Waller与人类第一份心电图
AugustusDisireWaller是著名的生理学家A.V.Waller的儿子,年6月12日出生在法国巴黎。他先后在Aberdeen,Leipzig等地的大学中攻读医学,年当他25岁时在Aberdeen成为教授,在伦敦他最初在生理实验室工作,在伦敦女子医学专科学校教授生理学,医院的医学学校教授生理学达16年,年成为伦敦大学生理实验室主任,年3月11日A.D.Wallers逝世于伦敦。
Waller多年致力于心电现象的记录研究,年他应用Lippman毛细管静电计在人体体表记录了心电图(图1),这是人类史上第一份心电图,尽管当时还未认识到心电图的临床价值,但Waller的卓有成效的工作为现代心电图学的问世奠定了基础。
图1
A.Waller与他的实验狗Jimmy;
B.Waller年记录的第一份人的心电图
二、Einthoven与标准双极肢体导联心电图
年5月21日,WillemEinthoven出生在印度尼西亚,他的父亲是爪医院的医师,10岁时父亲去世,此后全家搬迁荷兰。年Einthoven开始在Utrecht大学攻读医学。年获医学博士学位,同年在荷兰的Leiden大学任生理学及组织学教授,直到年9月28日逝世(图2)。
图2 WillemEinthoven(-)
年Waller成功地记录了人类第一份心电图后,年Einthoven应用Lippman毛细管静电计开始了心电图的研究工作,他用新的方法改进了粗糙变化的毛细管显像,使C.Ader年发明的弦式电流计的记录更为精细。
年他发表了“一种新的电流计”的论文,并获广泛承认。应用毛细管静电计进行的实验中Einthoven开始将描记曲线的几个波命名为A、B、C、D波。经过数学矫正及毛细管电计曲线的分析,他将原来4个不同的点位增加为5个,并分别称之为P、Q、R、S和T波,心电图最初的这种名称一直沿用至今(图3)。因此Einthoven应用改进的弦式电流计记录到心电图后,对心律紊乱的真正理解、心律紊乱的定量性的分析和诊断时代开始了。
图3 上面所示应用毛细管静电计记录的心电图,下面为推导出的P、Q、R、S、T波。
心电图的问世对心律紊乱、心脏电冲动的形成,心脏特殊传导的深入研究起了决定性作用。年Einthoven发表了“心电图新认识”的论文,阐述了他记录心电图的临床经验和认识,进而解除了不少人对他的工作抱有的怀疑(图4)。
图4 等边三角形中,R相当于右手,L相当于左手,F相当于双下足,H表示心脏位于中心。箭头显示了心脏内电位差的方向(α角等于76度)。
年Einthoven发表了多篇重要的心电图论文,包括:心脏位置对心电图图形的影响,人体心脏电位方向和幅度的变化等。并提出心电图计算的基础“Einthoven三角”理论(图5),同年创造并确定了心电图标准双极肢体导联心电图系统(此后年Wilson创立了单极胸前导联,年Goldberger创立了单极加压肢体导联)。
图5 年荷兰Leiden市医院中,一位病人正在记录标准I导联心电图,为克服干扰,病人心电图经1.5公里的导线传递到Einthoven生理实验室进行记录。
鉴于Einthoven发展弦式电流计的贡献,鉴于他对心电图记录的开创性功绩,年他获得了诺贝尔医学奖。
WillerEinthoven不愧称为“心电图之父”。
三、一代心电图学宗师Wenckebach
KarelFrederikWenckebach年3月24日生于荷兰的DenHaag市,在Utrecht大学攻读医学,年2月任Utrecht大学教授(图1)。在Utrecht大学他受教于著名的生理学家Engelmann教授。
图1 KarelFrederikWenckebach(～)
Wenckebach在生理实验室和动物学研究院学习内科,年,从Utrecht转到Groningen工作并任内科教授,年到Strasbourg医院任内科教授,年enckebach移居奥地利维也纳,直到年退休,一直任内科教授。年12月11日,Wenckebach在维也纳逝世,鉴于他对心电学理论和应用方面的巨大贡献,他被誉称为“一代心电图学宗师”。
早在年,Wenckebach创用了脉搏图进行心律失常的分析,对过早搏动进行了研究。年,他首次描述了心房波与心室波之间的一种特殊而有规律的传导异常现象,其特点为心房波与心室波之间传导时间逐渐延长,而后伴有心室波的脱漏,这种现象可以周期出现。他认为是房室之间发生了传导阻滞,这是心电图史上首次提出传导阻滞的概念。这一周期出现的房室传导阻滞现象被称为文克白现象(WenckebachPhenomenon)或文克白周期(WenckebachPeriodicity)。
～年间Wenckebach发表的多篇著作中论述了心房肌中Purkinje纤维的特殊走行,这些特殊的纤维束从窦房结的后缘发出,饶过上腔静脉的后部,下行到右房后壁,沿房间隔右侧呈扇形放散,在房间隔的底部集中于房室结的上缘。他早年描述的这些起源于窦房结,终止于房室结的传导束,后来命名为Wenckebach束,即现在的中结间束(图2)。
图2结间束示意图
图中示窦房结与房室结之间的三条结间束,其中中结间束即为Wenckeback束。Aorta主动脉Sinusnode窦房结SVC上腔静脉。
年Wenckebach撰写的“心律失常及临床意义”一书问世,在这本享有声誉的心律失常的专著中,他详细阐述了抗心律失常药物奎尼丁治疗学的奠基者。
～年,Wenckebach论述了另一种较为特殊的心律紊乱,其心电图表现是周期性的心房波的脱漏,这种心律紊乱有时出现在感冒的急性期患者,年,Wenckebach将这种心律紊乱命名为窦房传导阻滞。
Wenckebach一生撰写了多部心律失常及心电图学方面的巨著,系统而深入地阐述、归纳了很多理论问题。年在德国莱比锡,年仅39岁的Wenckebach的举世名著“心律失常——一种特殊的心脏功能紊乱”发表,该书总结了他对心律失常的生理学研究,在书的首页他激动地写道:多年来的心血铸成了这部著作,我仅以此书献给我最崇拜的启蒙导师Engelmann(图3)。
图3 TheodorWilhelmEngemann(～)
这部专著凝聚着Wenckebach在心律失常方面多年潜心研究的结果,该书一出版就赢得了全世界医学同道的公认。
年,他的另一部名著“心律失常及其临床意义”发表,有关心律失常诊断、治疗方面的著作很多,但这部专著一直被认为是众多文献的基石。年,他与Winterlerg合著的“心律失常”发表,这部著作可以看成是对年发表的“心律失常及临床意义”一书的补充。
鉴于Wenckebach在心律失常诊断及心电图理论方面的巨大贡献,他被尊称为现代心律失常诊断的奠基者,心电图学的一代宗师。
四、心电图的Lewis时代
SirThomasLewis年出生于美国,年谢世,其工作和他领导的英国剑桥大学心脏生理室是著名的心电图学的研究中心(图1,2),因在心电图研究中建树众多,对刚起步的心电图发展起了重要的决定性的影响,故人们将这段时间称为心电图的Lewis时代。
一.Lewis和心电图导联系统
心电图导联系统的演进漫长而复杂。最初,对导联系统的价值并不了解,连接方式比较随便,年Waller建议将电极位置固定在心前区和口腔,年,Cremer建议将口腔电极放入食道。
年,Einthoven提出双极肢体导联的概念,等边三角形假说。他将位于病人右臂、左臂和左腿的电极两两连接后,接到弦式电流计上,记录出图形稳定,振幅较高的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ双极导联心电图,认为将三个电极连续连接起来即形成一个产生心脏电位的等边三角形,这一导联系统和学说得到了公认,并作为标准方法推广。Einthoven导联系统一直不容怀疑在临床应用了几十年。直到年Lewis的研究结果才发现该导联系统有严重缺陷,其只能反应额面心电电位向量的变化,不能反应水平面的心电向量的变化。
Lewis开始在动作心脏的心外膜直接记录、在心前区胸壁间接记录心脏的电活动,并将心前导联定为5个,其中导联1和2位于胸骨右侧,导联3～5位于胸骨左侧。他发现位于胸骨右侧的两个导联记录的房颤波最清楚。此外,Lewis还注意到,双极导联Ⅱ和Ⅲ上记录的心室波反折较小,可能是这两个导联的两个电极距心室的距离相当,故受影响程度相近的缘故,其形态与心外膜使用双极微分导联记录的图形相似。Lewis最初使用心外膜微分导联是为记录外源性电活动引起的心电图波形反折,后来,便将激动引起的心电图反折用于准确判断激动到达心外膜时间,称为类本位曲折,辅助诊断心室肥厚。
图1 SirThomasLewis(-)
图2 英国剑桥大学Lewis心电图室,病人正在记录三个双极肢体导联心电图,其双上肢和左下肢都浸放在装满导液的铜罐中。
Lewis的心电图胸前导联的研究工作最后由他最得意的学生Wilson完成。～年在Lewis研究基础上,Wilson根据Kirchhoff电流定律,从网络节点中电流总和为零的基点出发,将右臂、左臂和左腿采集的心电信号相加,得到零电位,称为中心电端或无关电极。创立了至今仍沿用的胸前(V1-V6)单极导联。除此Wilson还提出3个单极肢体导联,称为VL(左上肢)、VR(右上肢)、VF(左下肢)总计12导联系统。
Wilson提出的VL、VR、VF导联遇到的困难是记录的波形幅度小,不便于观察。年,Goldberger提出,记录某一肢体的单极导联心电图时,将该肢体与中心电端的联系截断,实际是用另外两个肢体导联的连接形成无干电极,结果形成了至今沿用的加压单极肢体aVL、aVR、aVF导联(Augmentedunipolarlimblead)。60多年来,常规应用的Wilson导联系统为心电图的应用和发展起到了重要的推动作用,而Wilson的老师Lewis的最初研究对该导联系统的贡献功不可没。
二.Lewis与心脏跳动的肌原性学说:
几百年来医学家和哲学家都试图用各种理论解释心脏跳动的起源,众多的学说中主要有神经原学说和肌原性学说。
心脏跳动的神经原学说起源于十七世纪的Willis理论,认为大脑发出的神经分布在心脏壁上,这些神经通过携带一些神经性液体物质刺激的控制心脏。此后,法国生理学家和医学家Legallois进行了一系列的研究,他用突然横断脊髓的方法观察到心脏可以停止跳动,证实心脏跳动的起源是神经原性的,这一试验结果广为流传,很多人深信不疑。
Haller最早提出心脏跳动的肌原性学说,他观察到离体心脏仍然可以跳动,认为心肌内有内源性激动性能,在动物试验中观察到心脏是自发跳动而与神经和其他连接无关。Foster为心脏跳动的肌原性学说的确立做出巨大贡献。他观察到蜗牛的离体小片心肌可有节律的持续跳动一段时间,提出心脏跳动可能是心肌组织的特有性能。在蛙心的试验中,他观察到蛙的心尖部无自发性跳动。年Foster在英国皇家学院发表了重要的演讲提出心跳起源于心脏的某一组织。
年他在一本生理学教科书中指出:心脏跳动是因为心脏有自律性,心脏本身发出的自发性冲动引起了心肌的收缩。
哪一部分心肌组织是心脏跳动的起源点呢?年英国Keith和Flack为一这一问题找到了答案。他们在鼹鼠心脏系列切片的观察中发现,右心房和上腔静脉之间存在着一些致密细胞,由特殊的动脉供血,与迷走和交感神经有紧密的联系,年他们提出:这可能是心脏产生正常节律的地方。
正是Lewis出色的工作证实了Keith理论的正确性,证实了窦房结是心脏的起搏点。Lewis当时在伦敦皇家外科医师学院工作,Keith已是这一学院的教授。
Lewis在狗心脏上完成这一工作的。在狗的心外膜上,经过仔细的标测后发现,心肌各部分的除极是从右心房前壁肌小梁处开始,该部位产生的电位相继传到心房和心室的游离壁、心尖部,这一部位与Keith的发现恰好吻合。
年Lewis在英国皇家学院著名的一次演讲中首次提出:窦房结是心脏自主电活动的起源点。他形象地描述到,左右两个心房象是两个平静的水池,窦房结就象投进水池的一个石头子,其发出的激动则以同心圆的形式在两个水池中传播。这一形象的比喻结束了心脏跳动的神经原和肌原学说的争论。
三.Lewis在室性心动过速研究中的贡献
年的Lewis观察到1例气短、心前区疼痛和周身浮肿的病人,其心电图上出现了连续11个过早搏动,仔细分析了患者的临床表现、颈静脉搏动图和心电图,他发现这种阵发性宽QRS波的心动过速其频率超过了同时存在的心房率。他推测该节律起源于心室,这是心电图史上首次描述室性心动过速的心电图表现。
此后,Lewis开始了室速的动物实验研究,他用结扎冠状动脉前降支的方法诱发室性心动过速,观察了整个试验过程中产生的单个室性过早搏动、阵发性心动过速和最后出现的心室颤动。Lewis推测室性心动过速的发生常与多种因素有关。在实验中观察到,有些动物一旦发生室性心动过速,不能自行终止直至发生心室颤动死亡。年,Lewis用无菌操作技术将犬的冠状动脉血流暂时阻断。通过实验期间连续心电图观察,证实实验性心肌梗死后,可产生各种类型的室性心律失常。
在Lewis的研究基础上,年Robinson首次制定了室性心动过速诊断标准。
Lewis在心电图其他方面也有重要贡献,以心房颤动为例,Lewis发现应用靠近右心导联记录房颤波最清楚,房颤的发生机制最初人们都认为是单个或多个异位自律灶自律性增高所形成,而对这些学说第一次提出挑战的是Lewis。年Lewis提出折返激动是房颤发生的机制,当时受检测条件的限制未能充分证实,这一理论直到年才被Moe的著名动物试验证明,确立了房颤是由多个小折返形成。
心电图Lewis时代是心电图理论的应用迅速发展的时代。
五、特殊传导系统的发现
心脏传导系统主要由特殊的神经性肌肉组织构成,正常的心脏传导系统每天产生、传导10万次的兴奋和冲动,这种规律的心电活动通过兴奋-收缩耦联机制引起心脏的有效收缩。
人类关于心脏特殊传导系统的认识和发现大都积累于年到年这一人类发明的*金时代,有趣的是发现的顺序正恰符合这个特殊系统的反方向,即从下到上的发现。
图1 JohannesEvangelistaPurkinje(-)
1.浦顷野纤维:
浦顷野纤维(PurkinjeFiber)是由19世纪最著名的生理学家之一,JohannesEvangeliseaPurkinje年发现的(图1)。
年12月17日J.E.Purkinje生于波兰的Bohemia,年小学毕业后转到Mikulow市教会中学就读,年完成学业并在Mikulow中学教师,在加入宗教的宣誓仪式之前,决定退出宗教。年在布拉格学习哲学,并在年开始攻读医学。
年发表了“主体视觉研究”的著名论文,并引起J.W.V.Goethe的注意,从此两人建立和保持了多年的友谊,出于对Goethe的敬佩,作者单位:()医院Purkinje将Goethe的部分诗歌译成本国文字。经过4年解剖和生理实习医生训练,Purkinje于年赴Breslau任病理生理教授。在他26年任职期间,于年创建生理研究院,并作出了许多卓越的贡献。年,Purkinje赴布拉格创建生理研究院,并任生理学教授、研究室主任,直至年7月28日去世。
图2 WilhelmHis,Jr.(-)
Purkinje的工作和发现涵盖了显微解剖、生理学的几乎所有领域,但重点为视觉生理和个体发生。他于年开始哺乳动物的组织学研究,并于年出版“显微神经观察”一书,报告了各种组织基本神经纤维的关系,尤其提到了心脏表面的神经纤维。
在读书中,Purkinje报告了走行于心脏浆膜下的灰色、扁平、凝胶状线样纤维。这些线状结构由很多的巨核颗粒组成。每个颗粒中有1～2个没有球形边界的核,如同真正的神经节核。5～10个颗粒交织,在颗粒之间纵向排列着纤维,构成灰色线状。酸处理后显示出与心肌纤维相似的横向纤维。
然而,心脏中这些特殊纤维的生理学重要性Purkinje还不清楚,他写到:“尽管我不清楚它们的功效,但这些特殊的组织在一般心肌组织中显得很精致。”德国解剖学家Schmaltz嗣后证实,Purkinje纤维是His束分支的终末部分。人类心脏的Purkinje细胞主要在心内膜下形成纤维网状末梢,称之为Purkinje系统。
图3 房室结-希司束立体示意图
浦肯野纤维在心室心内膜深层广泛交织,互相吻合形成纤维网状结构,自网中发出的纤维进入心室肌内,放射状地向心外膜面分布,形成心室肌内浦肯野纤维网(Purkinjefibernets)。浦肯野纤维的末端经中间细胞与心室肌细胞相连接。浦肯野纤维和中间细胞外均有结缔组织的外鞘包绕,起绝缘作用,将兴奋局限于部分细胞。尽管浦肯野纤维网在心室肌内广泛分布,每一根浦肯野纤维可连接两个或多个心室肌细胞,但由于心肌纤维数量巨大,经浦肯野纤维网下传的冲动不可能同时兴奋所有的心肌。在普通心肌中冲动的传导较缓慢,故心肌的兴奋有先后之分。浦肯野纤维在心室的心尖和室间隔的中下部较密集,心底部和室间隔的上部较稀疏,兴奋往往从心尖经心室的游离壁传向心底。
2.希司束:
希司束于年由WilhelmHis,Jr(图2)发现。年12月19日WilhelmHis,Jr出生于瑞士巴塞尔,其父WilhelmHis(-)在德国莱比锡任解剖和生理教授,是当时著名的生理学家与解剖学家。
WilhelmHis,Jr完成在莱比锡、波恩、Strasbourg等地的学习,年在莱比锡获医学博士学位。医院做实习医生,年获内科学位,年获杰出教授称号。～年,先后在巴塞尔、Gottingen和伯林任教授。发表了多篇关于心脏病和代谢紊乱的论文。此外,他还研究医学史,年发表“医院史”。年11月10日,WilhelmHis,Jr在德国一个小城镇Brombach去世。
年WilhelmHis,Jr宣布他在成年大鼠、小狗和一个成人心脏上均发现了联接心房和心室的肌桥。
他在题为“胚胎心脏活动及其在成人心脏活动理论中的重要性”一文中,他描述了房室间肌桥的解剖学特征。他发现沿间隔面分离心房和心室会导致心脏节律的分离。His提出房室之间有特殊的连接,并首次描述了房室传统系统的功能。这篇举世闻名的论文原稿至今陈列在美国费城医师学院。
图4 房室结-希司束切面示意图
希司束(即房室束)由房室结深部纤维移行而来,穿过中心纤维体,进入室间隔膜部下缘,并在其中走行一段距离,在室间隔膜部与肌部交接处分成二支,在室间隔左侧分出左束支,先后发出左中分支(间隔支)、左前分支和左后分支,其末端在室间隔右侧延续为右束支(图3-4)。希司束细胞肌原纤维少,细胞直径比房室结大,数量多。希司束细胞纵向平行排列,有横纹。每2至7个细胞首尾相接形成一条纤维,数条纤维构成一条传导束,其间有胶原纤维分隔。束外包裹的基膜不插入细胞间。细胞类型可能包含三种细胞:浦氏细胞、移行细胞和P细胞,近端以移行细胞居多,远端主要为浦肯野细胞。
希司束解剖上通常分为两部分,在中心纤维体内的穿越部和室间隔膜部中的非穿越部,或按其分支,自起始到分出左束支称为未分叉部,从左束支起始到延续为右束支称为分叉部。
图3立体显示了房室结移行为希司束,希司束穿过中心纤维体,室间隔膜部并分成左右束支。
图4是垂直切面示意图,显示了希司束的穿越部和非穿越部。
希司束的长度取决于室间隔膜部的大小,一般约10～20mm,在中心纤维体中约1mm,分叉前约10mm。
其直径约2～4mm,宽3mm,呈圆柱状略扁平。
3.房室结的发现:
早在年,英国学者AlbertFrankStanleyKent就观察到心房和心室之间有一块组织可能与传导有关,他认为这可能是房室间传导的肌性连接,遗憾的是Kent未能对这块组织的形态和功能做出进一步的研究和鉴定。14年后,年由德国LudwigAschoff及在该研究所学习的日本学者田原(Tawara)对心房心室交界处的这一特殊传导组织(即现在的房室结)做出了经典论述。至今房室结(AtrioventricularNobe)又称田原结或Aschoff-Tawara结。
LudwigAschoff(-)
LudwigAschoff(图1)是一位著名生理学家的儿子,年1月10日出生于柏林,年在波恩大学学习医学,此后相继在Strasbourg和Wurzburg等地学习。年回到波恩,并获博士学位。～年,他在Gottingen大学病理研究所任助教,年晋升为解剖学和病理解剖学教授。年他出任Marburg大学病理解剖室主任。年,Aschoff在风湿病人的心肌中发现了风湿小结,此后医学界将其命名为Aschoff小体,在此期间他还致力于房室之间传导组织的研究。
年Aschoff转到Freiburg大学,直到年退休。
LudwigAschoff自幼即患哮喘病,虽病魔缠身,但他多年如一日的顽强刻苦的学习和钻研,使他成为当时最著名、最重要的病理学家。他一生著述颇多,经常到世界各地讲演,年曾长途跋涉到日本各大学和学院进行病理学讲座。年6月24日在德国西南部的佛来堡市(Freiburg)逝世。
SuanoTawara(-)
在发现房室结的研究中做出巨大贡献的日本学者田原(Suanotawara)年7月5日生于日本的Qita(图2),年结束了在东京帝国大学医学专业的学习后赴德国留学,-年在Marburg大学病理研究所学习和工作,在LudwigAschoff教授的房室传导组织形态学方面的研究,并在Aschoff教授指导下发表了著名的有关心脏解剖和病理的专著。年回国任病理学教授,年在东京帝国大学获博士学位,同年在Fukuoka任病理学教授,年退休后仍担任许多医学部门的顾问及指导工作。年田原(SuanoTawara)先生逝世。
年由Aschoff教授亲自作序,田原先生主编的“哺乳动物心脏的传导系统”一书问世。在这部举世闻名的著名中,田原先生精细地绘制了很多解剖彩图,系统地阐述了关于多种动物和人心脏的房室结和浦肯野氏纤维的解剖和组织方面的研究结果。
田原先生的贡献主要有三方面:
(1)首次完整地描述了房室结的形态及其功能在此之前的意大利学者GiovanniPaladino及Kent等人都致力于房室之间传导的研究,但其研究结果得不到恰当的解释,而未得到承认。
田原先生证实,房室结由一组特殊心肌纤维组成,位于冠状窦口的前方、上方,三尖瓣隔瓣附着缘上方的心内膜下,为一扁的椭圆形结构,呈小脾状或细烧瓶状,其浅层表面有右心房内膜覆盖,而深层紧邻中心纤维体(注:中心纤维体又名右纤维三角,由致密结缔组织构成,连接三尖瓣、二尖瓣和主动脉瓣),成人房室结大小为8×4×1mm3,组成房室结的肌纤维比附近的普通心肌纤维更纤细,呈带状,其上部交织成网,中部肌束更致密,形成致密结,下部肌束略被压缩后进入中心纤维体,到达膜部室间顶端时形成希氏束。
(2)发现心脏传导系统的左束支、右束支在上述的同一部专著中,田原先生描述了希氏束延续形成的两大主要分支的组织学和解剖学所见,即现在的左、右束支,也称Tawara束支。希氏束形成后不久便开始分出左束支,其起点为室间隔膜部的基底部,然后在其走行过程中再不断发出分支,形成一个扇状的左束支纤维,向下进入室间隔左侧心内膜下心肌。当最后一支左束支分支发出后,余下的房室束继续前行形成右束支。右束支呈细索状,沿肌部室间隔的右侧内膜下进入右室节制带后,分布到三尖瓣的主要乳头有肌群。
(3)确定了Purkinje纤维是心脏特殊传导系统的终端:在该书中,田原先生系统地描述了左右束支及其分支最后延续形成的Purkinje纤维,再与心脏工作肌细胞相连,证明了该纤维是房室传导系统的终端。田原先生以其杰出的研究成果,精辟地论述了整个房室传导系统的组成。直到现在人们还将房室传导系统称为His-Tawara系统。
4.窦房结的发现
窦房结(SinoatrialNode)是心脏特殊传导系统内自律性最高的起搏点,是正常心脏节律性电活动的最高“司令部”,在整个心脏传导系统中窦房结最后被发现,更有趣的是,房室结由Aschoff-Tawara师生共同发现,窦房结也是一对师生共同发现的。
ArthurBerridaleKeith年2月5日生于苏格兰Aberdeen市,年从Aberdeen大学的Gordon学院转到Marischal学院开始医学专业的学习,并于年毕业。年他旅行到Siam,在Siam他做为一个金矿的医学顾问工作了3年。他返回Aberdeen后于年获博士学位,并加入英国皇家外科学院。经过在伦敦、莱比锡等地的学习后,Keith受聘为伦敦医学院解剖系讲师,主讲解剖学。此后,Keith与他的学生Flack一起从事心脏解剖学研究,导致了年窦房结的发现。作为皇家外科学院的教授,Keith每5年都要参加伦敦Hunterian博物馆举办的学术活动,并发表了许多关于胚胎学和进化学(evolution)方面的论文和演讲,包括查理·达尔文传记等。Keith一生荣获多项殊誉及大奖,年他被册封为爵士。晚年,Keith完成皇家外科学院的工作后,移居Downe小镇,年1月7日去世,终年88岁。
MartinWilliamFlack年3月20日出生于英国的Borden市,20岁开始学习医学,在老师ArthurBerridaleKeith教授举荐下获牛津Wadham学院奖学金,并在伦敦从师于Keith,从而开始了二人终生的友谊。在波恩Luttich等地学习后,Flack回到牛津完成了医学专业的学习。-年在伦敦医学院任讲师,在此期间和Keith共同发现了窦房结。
-年Flack任该校的生理学讲师,-年,成为英国医学研究委员会成员,年受聘为英国皇家空*医学研究部主任,主攻心脏、循环和呼吸系统生理,在国内外发表了大量的论文,年3月16日MartinWilliamFlack在英国Holton市去世。
发现窦房结的伟大事件发生在年的夏天,当时Flack是伦敦医学院的学生,Keith已是讲师。一天下午Flack来到Keith位于Borden农场的实验室,Keith让Flack给一个鼹鼠心脏进行系列切片,Keith一家则到邻近的乡下参加自行车比赛。Keith回来后,与Flack一起检查了这些切片,发现在右心房与上腔静脉之间明显存在着一些致密细胞,这使Keith想起了Tawara描述的房室结。年他们在论文中写到:“在所有哺乳动物心脏的上腔静脉和心房之间存在着一些原始纤维的残留物,这些纤维与迷走、交感神经紧密联接在一起,并有特殊的动脉供血,这可能就是心脏产生正常主导节律的地方”。
窦房结形态和位置模式图
Keith和Flack原打算研究Tawara提出的房室结学说,却在研究工作中意外地发现了窦房结。窦房结学说很快被伦敦外科医师学院的Lewis和Oppenheimer的工作证实。年,他们宣布,在狗的心外腊上探测到心脏电活动的起始部位,这一部位恰与窦房结部位吻合,从此,窦房结被确定为心脏的最高起搏点。
窦房结又称Keith-Flack结,位于上腔静脉和右心耳之间的终末嵴的最高点或右外侧1-10mm处。它在心内腊下1-2mm处,与心外膜脂肪直接接触,窦房结与心内膜之间隔有心房肌,其电活动难以用腔内电极记录,除了电位极其微弱外,也与其紧靠心外膜的解剖位置有关。
窦房结呈梭形,底朝心房,尖指向上腔静脉,其内部纤维组织十分丰富,染色较淡,使所在处表面呈白色或淡灰色区域,体积约15×5×2mm3,有头、体、尾之分。沿窦房结长轴有粗大的中央动脉(窦房结动脉)穿过,并成为窦房结的支撑组织,两者的关系不仅是供血的需要,也可能与窦房结的生理机能有关,该动脉的搏动对窦房结的自律性、兴奋性有影响。
五.预激综合征
毫无疑义,预激综合征一直是心电图领域中最迷人、最富有挑战性的热门课题。自年第一份预激综合征心电图发表以来,众多的科学家不遗余力的置身于预激综合征的研究,一个多世纪的不断深入的求索中,人们对预激综合征的认识、解剖学的证实、发生机制的科学验证等方面发生了一次又一次的飞跃。与之伴随,对折返的概念、心动过速的机制、传导系统的生理功能、较为复杂的心电现象的解释也有相应的提高,近15年来预激综合征经射频消融术的根治,成为心电图学、心律失常治疗学发展的又一丰碑。
追溯历史,早在心电图问世之前就已开始了房室之间激动经异常旁道传导的形态学研究。意大利学者GiovanniPaladino(-)的研究偏执于心房-房室瓣膜-乳头肌之间,他认为心房和心室乳头肌之间通过房室瓣时有肌桥连接,冲动可以从心房经肌桥传到心室,Paladino的研究未能得到承认,因为他的理论无法适当解释房室结的功能。
与Paladino不同,Kent的丰硕的研究得到了广泛的认可。AlbertFrankStaneyKent(-)年3月26日生于英国的Wiltshire,在牛津Magdalen学院学习哲学后,年开始专攻生理学,在曼彻斯特和牛津担任过助教等职位,年在Bristol荣聘为教授,年退休后在英国西部建立实验室,并继续在牛津大学做生理学的研究,年3月30日,AlberFrankStanleyKent在英国Bath去世,终年95岁。
年,Kent在生理学杂志发表了有关鼠、兔、猴等哺乳动物传导系统的研究成果。通过显微切片证实,在心房肌和心室肌之间有肌桥连接。他提出,激动从心房到心室的传导除房室结外,还可以通过一个类房室结样的结构传导。Kent的论述为日后的预激旁道合并心动过速的病理生理和治疗的研究奠定了理论基础。为此,后人将房室间的旁道命名为Kent氏束,也称Kent-Paladino束或Paladino-Kent束。
年,Cohn和Fraser记录和发表了心电学史第1份预激综合征心电图(图1),图中记录了三次心动过速终止后恢复窦性心律的心电图,其中a条窦律恢复后为窄QRS波,后两条窦律恢复后为宽QRS波。此后,Wilson于年,Weld于年记录了阵发性心动过速病人相似的心电图,遗憾的是这些作者都未能肯定心电图的改变与心动过速之间有一定的关系。
图1 心电图史首例预激综合征心电图
年Cohn和Fraser发表的首例预激综合征心电图,a、b、c三条不是同步记录,三条心电图都记录到该患者心动过速及终止后心电图,在a条中心动过速终止后,窦律伴有QRS波形态时限正常,而在b、c条中,心动过速终止后的窦性心律时,有明显的δ波,QRS波宽大畸形。
年正致力于折返机制研究的Mines提出,Kent所述的旁道可能是阵发性心动过速折返环的一部分,推测房室传导的折返机制与Kent描述的异常房室连接有关。
PualDudleyWhite实际是预激综合征真正的发现者,年4月2日他给一位35岁,职业为高中教员的男性患者看病,其心动过速病史已有10年,体检及X线检查均正常。随即White请助手LowisWolff为病人记录心电图,结果心电图为右束支阻滞、宽QRS波、P波正常、P-R间期短(图3)。病人爬楼时常可记录到这种心电图,体力活动容易诱发心动过速的。
有趣的是皮下注射2mg的阿托品后,心电图P-R间期和QRS波可恢复正常,运动后也可使心电图出现上述阿托品样的改变(图4)。
查找了文献之后,White没有发现相似的这种心电图报告。但为了请教其他心脏病学家的意见,他推迟了发表论文的时间,按原训练计划到了欧洲。
当时,伦敦和维也纳是心电图研究的中心,但是Lewis和Scherf最初对White提供的心电图不感兴趣,相反却是JohnParkenson(Lewis的学生,以前和White相识),对此十分感兴趣,因为他所记录的心电图中也发现过相似的记录。日后,White和Parkinson一起合写了文章,报告了11例WPW综合征病人。
PaulDudleyWhite年6月6日生于美国麻省的Roxbury市,完成了Roxbury拉丁课程毕业后,年进入哈佛大学,年进入哈佛医学校,年获艺术硕士学位,年哈佛医学院毕业,并在麻省总院任住院医师,年赴英国与ThomasLewis共同研究心电图,年返回麻省总院后建立了英国境外的第一个心电图研究室,研究心电图的临床应用。第一次世界大战中断了他的研究,他作为*医,并作为美国红十字会成员到希腊参战。大战结束后,他回到麻省,担任医学生、科学家和临床医师培训协会主席,年他与同道共同发起并成立了美国心脏病协会。年他发表了自年就开始撰写的“心脏病学”一书,该书是心脏病学的经典著作,使他得到心脏病学家的崇高荣誉,他的声誉进而通过发表大量的论文日益增高:包括心脏病学分类,战士心脏综合征(用力综合征),及年WPW综合征的首次报告。他也获得了很多国际荣誉,他进行了多次的国际性学术讲演,包括中国和前苏联。他也是很多医学组织的创始人。他创立了国际心脏病学会,并于年任主席,PaulDudleyWhite年10月31日逝世于波士顿。
JohnParkinson年2月10日生于英国Thortonle-Fylde,在伦敦大学,Freiburg医院完成了医学教育,-医院做医学书籍管理工作,-年他成为JamesMackenzie教授心脏科主要助理。第一次世界大战期间,Parkinson作为一个医学官员在法兰西工作,并于-年在Hampstead医院工作,成为Royal皇家*事医学院心脏中心主任。
在此期间,Parkinson致力于“战士心脏综合征”的研究,并在-年发表了有关此题目的几篇论文。除此,他写了大量的有关心脏病和冠心病方面的论文,在其一生的医学生涯中得到了很多国内和国际的奖励,他与世界各地的医生,心脏病学家有着学术交往,并与PaulDudleyWhite成了终生好友,参与了年WPW综合征的首次报告。年6月5日,JohnParkinson逝世于英国。
LowisWolff年生于麻省波士顿市。-年他在麻省总院White组织的心脏病学培训中心学习和工作,作为White的同事,他对WPW综合征的研究做出了一定的贡献。年1月,LowisWolff去世。
年,Wolff-Parkinson-White汇总了11例病例,联合署名报告了该临床症候群。其特别包括:病人常为健康的年轻人,各种检查证实心脏正常,常有心动过速史,心电图表现QRS波宽大畸形,有束支阻滞图形,P-R间期短,也可能发生阵发性房扑或房颤。他们将心电图的这些特别表现与患者阵发性心动过速联系到一起,这在心电图学史上仍属首次。为此,年由Levine和Beeson共同提议,将此征候群命名为WPW综合征,该名称一直沿用到今天。可以看出他们把QRS波的形态畸变,用功能性束支传导阻滞来解释,反映当时对这种心电图改变的认识仍然很局限。
应当指出White是美国一位伟大的心脏病学家,也是世界近代最著名的心脏病学专家之一,提出预激综合征只是其累累硕果之一。增加体格锻炼,预防心脏病的主张,最早由White率先提出,在他的倡导下,全民性的运动和锻炼使美国心脏病发病率、病死率奇迹般下降。为了永远的感谢和纪念,White诞辰周年时,美国发行了纪念邮票和首日封(图6)。
图6 美国为纪念PallDudeyWhite诞生周年发行的邮票和纪念首日封,头像及骑自
行车者为White。
实际上,年Wolff-Parkinson-White发表那篇著名的文章之前,已有不少学者注意到心电图的这些异常。WilsonFW在年发表的文章认为是迷走神经的作用使QRS波出现了这种宽大畸形的改变,Wedd年发表的文章认为是心脏神经的作用引起了心动过速,HamburgerWW年的文章报告了4例有室内阻滞和束支阻滞的患者同时伴有不常见的临床特点。HamburgerWW等人的观点可能影响了Wolff-Parkinson-White对宽大畸形的QRS波发生机制的解释。QRS波起始顿挫的原因,涉及到心室异常除极的基本机制,不同作者对发生的原因有不同的解释,有人认为是化学的,有人认为是机械的,有人认为电刺激的因素影响着心电图的改变。
年Holzmann和Scherf在德国临床医学杂志、年Wolferth和Wood在美国心脏病学杂志分别发表文章认为,这种发生在正常心脏的短PR间期,QRS波宽大畸形并不是束支阻滞引起,而可能是房室间存在着附加传导路,使激动加速传导引起,并认为附加传导路很可能是Kent束。从此,Wolff-Parkinson-White年发表的文章中的错误解释得到了纠正。应用房室间Kent异常传导路解释WPW综合征,这是一个飞跃。年Segers、Lequine和Denolin三人署名的文章发表在法国心脏病学杂志,建议将WPW综合征中QRS波起始的顿挫命名为δ波,三人之中是谁首先提出这个想法至今仍是一个迷。
年Kent发表了著名论文后的50年,旁道的解剖学得到了进一步的证实,年Wood和Wolferth在美国心脏病杂志发表的文章指出,他们在WPW综合征患者的心脏中发现了旁路的组织学证据。第二年,Ohnell给WPW综合征患者进行尸检时,在心外膜发现了连接心房和心室的附加肌束,并报告了该病的家族性倾向。年,Ohnell提议将这类心电图称之为预激综合征。与年由Levine等人提出的WPW综合征的命名相比,预激综合征的命名更为贴切,涵盖面更为广泛,因为不少其他种类旁路的心电图及临床特点与WPW综合征不十分类同,但发病本质都可归于预激综合征范围内。
年,Seherlag等人开创了心导管法希氏束电图的记录方法。同年Durrer首次提出心脏程序刺激检查法,年Durrer的学生Wellens将心脏程序刺激方法完善和标准化。这两项重要的电生理学技术的问世及临床应用,大大刺激和推动了预激综合征的研究。通过过心内及心外膜的电生理检查,对心动过速的大折返环径,对不同旁路的不同心电图表现有了显著的进步,对预激综合征发病机制的不同解释终于有了一致的看法。在此基础上,欧洲心脏病协会提出了按旁路在心脏的起止部位进行预激分型的Anderson方案,标致着预激综合征的研究告一历史段落。
六、阿斯综合征
阿斯综合征与预激综合征一样,是最负盛名、最有影响的临床心血管病综合征。其最后的诊断与心电图关系紧密,因此,在心电图学史及心律失常史上也占有重要的一页。
阿斯综合征是Adams-Stokes综合征的简称,又称Morgagni-Adams-Stokes(MAS)综合征、Stokes-Adams病、Adams-Stokes发作等。阿斯综合征即心源性脑缺血综合征,是指突然发作的严重、致命性的缓慢性和过速性心律失常,引起心排血量在短时间内锐减,产生严重脑缺血、神志丧失和晕厥等症状,是一种威胁生命的严重状态。
年,Stokes在都柏林医学杂志发表了题为“几例慢性心动过缓的观察”的论文,描述了心动过缓患者假性脑中风引起的一过性的意识丧失,通过对更多病例的研究,扩展了Adams在年的观察,形成了所谓的阿斯综合征。
年,法国医师Huchard建议用这两位都柏林医生RobertAdams和WilliamStoke的名字为该综合征的名字,至此阿斯综合征正式被命名。
但追寻历史可以看出这一极重要的综合征是几代人,几百年的不懈求索和研究的结晶。GeronimoMercuriale(～)是研究晕厥的鼻祖,这位先驱者年9月出生于
图1 MarcusGerbezius(-)
图2 RobertAdams(-)
图3 WilliamStokes(-)
意大利的Forli市,成年后他在Padua大学执教近20年,并成为Padua大学的著名教授。年移居比萨,年11月13日谢世。年Mercuriale提出了晕厥的概念,并且清楚地阐述了心源性与神经源性晕厥的差别,提出了晕厥与心动过缓的关系。Mercuriale比Morgagni早年描述了晕厥。
MarcusGerbezius(～)是另一位对阿斯综合征最后提出有重要贡献的著名学者(图1)。Gerbezius于年10月24日出生于前南斯拉夫的斯洛文尼亚,先后在维也纳大学、Padua大学、Bologna大学攻读医学,年在Bologna大学毕业。
Gerbezius多年致力于心动过缓综合征的研究,包括其脉搏的特点、症状和病程的特点。年他系统地描述了完全性房室阻滞引起的心动过缓综合征,并于年这篇卓越大作正式发表时谢世,Gerbezius比Morgagni早44年论述了心动过缓综合征。
GiovanniBattistaMorgagni(～)不仅是病理解剖学的创始人,并于年提出心源性脑缺血综合征的概念。因此,不少文献将阿斯综合征称为MAS综合征。Morgagni于年1月25日出生于意大利的Forli,年在博洛尼亚大学学习医学,AntonioValsalva(～)这位著名的解剖学家曾是他的老师,并对Morgagni产生重要影响。年他获医学和哲学博士学位,年发表了巨著“解剖学进展”,使其成为该时期最著名的解剖学家。年Morgagni回到Forli从事内科医师工作,4年后被Padna大学聘为理论医学教授,年荣任解剖学教授,直到年逝世。
年Morgagni以书信的形式收录和发表了几百病例的症状与病理解剖学所见的对比,在该书的第64封信中,他描述了一位循环停止的患者出现心动过缓,抽搐和面部颜色的变化。据此Morgagni是最早提出了循环与心动过缓的关系,晕厥与心动过缓因果关系的学者,至今仍有人将心源性脑缺血综合征称为Morgagni-Adams-Stokes综合征。
Morgagni通过病人和症状和死后解剖学的对比研究,获得了对疾病真貌的深一步的理解,这种方法对日后的临床医学产生了深远的影响。
图4 阿斯综合征患者的极缓慢性心律:患者男,70岁,冠心病伴Ⅲ度房室传导阻滞。晕厥发作时的心电图记录了11次/分的极缓慢性室性逸搏心律,正是这种十分缓慢的心率引起了患者发生晕厥。
RobertAdams(～)年是爱尔兰著名的外科学家(图2),年出生于都柏林。年Adams在Rolin大学攻读医学,从师于著名外科学家W.Hartigan。年成为爱尔兰外科学会会员,此后在卡米黑尔医学院外科执教,年,RobertAdams的“心脏病病理学”一书出版,在这部举世闻名的名著中,Adams描述了一位68岁的患者,其是一位职业*官,他反复多次发作抽搐、意识障碍等,这些症状当时认为是脑中风的表现。但Adams注意到,每次发作时都伴有心动过缓的心率,心率仅30次/分左右,死后尸检发现有明显的心脏肥大等病理解剖学改变。Adams首次推翻了这些症状是脑中风引起的当时流行观点,他指出心动过缓是引起病人的脑功能障碍症状的原因。RobertAdams自己患风湿性关节炎,在他的另一部名著中较为详细地论述了关节病与心脏病的解剖和生理关系。年Adams荣任都柏林大学的外科主任,多次当选为爱尔兰外科皇家学院主席。年1月16日去世。
WilliamStokes于年7月出生于爱尔兰的都柏林(图3),恰是Adams的同乡。Stokes是一位内科医生的儿子,在Meath医院工作几年后,年在Edinlutgh医学院学习医学,年获医学博士后返回都柏林Meath医院工作,继承了父业。年Stokes创立了都柏林医学病理学会,由于其出类拔萃的天资及惊人的兢业医学的努力,年仅38岁的Stokes已获得许多荣誉称号,成为许多医学学会的委员。在他一生发表的多部著作中,Stokes阐述了很多重要概念,涉猎极广,包括腹部疾病,胸部疾病,心脏疾病等。其中最著名的是年他详细描述的现今称为的Adams-Stokes综合征。本应WilliamStokes独享发现这一综合征的荣誉,但鉴于Adams在年已描述了这一临床病况,所以这两位同乡的名字就被世人连在一起。从医学史寻根求源的观点看,年Morgagni首次报道了这一综合征,更准确的叫法应是Morgagni-Adams-Stokes综合征。还有人认为是Gerbezius第一个提出这一综合征的学者,主张将之称为Gerbezius-Morgagni-Adams-Stokes综合征,显然这一名称太长了,称为Adams-Stokes综合征更为直接、简洁。年著名内科学家WilliamStokes逝世。
阿斯综合征临床症状的程度,以及是否威胁生命决定于急性脑缺血的持续时间及发病前脑循环的状况(脑动脉硬化、颈动脉狭窄),当循环停滞3～4秒时,可出现眩晕、黑蒙症状。持续5～20秒时,可发生意识完全丧失或晕厥。当循环停滞或几乎停滞20～30秒时则可发生抽搐。长达60秒或更长时,则可引起脑功能的不可逆损害,甚至死亡。频繁的、短暂的阿斯综合征的发作可能遗留慢性神经系统损害。
心电图技术的问世使阿斯综合征的临床研究取得革命性进展。心电图的记录表明,缓慢性心律失常(房室传导阻滞、窦房阻滞、窦性停搏等)可引起急性脑缺血(图4),但更多的是致命性快速室性心律紊乱(室速、室颤)或慢快混合发生的心律失常引起了阿斯综合征。
过去,乃至现在阿斯综合征无情地侵夺了数目惊人的无辜生命。心脏起搏器、植入性心脏除颤器的临床应用,已经遏止了这一悲剧的蔓延,但最后结束阿斯综合征对人类的危害还需长时间不懈的努力。
七、病态窦房结综合症
早在年Adams就阐述了持续性心动过缓引起的晕厥,但对窦房结病变的真正研究应当在年KeithAB和FlankMW发现窦房结之后。年,Wenckback则将心电图上出现心房波脱落的现象称为窦房传导阻滞,至今窦房阻滞仍是病窦综合征的重要心电图表现。
年,Laslett描述了窦性停搏后引起的晕厥,年,Cohn和Lewis报告了窦性心动过缓引起的临床系列症状,年,Short在其一篇经典论文提出了一种窦房结功能不全的新的临床表现,即心动过缓和心动过速的交替出现,年Ferrer系统描述了窦房结机能不全的各种临床表现,并提出了窦房结功能不全(Sinusnodedysfunction)的心电图诊断标准,应当说明,Ferrer对病窦综合征的研究十分深入,有着卓越的贡献。在漫长的探讨过程中病窦综合征的名称先后用过:窦房结迟顿综合征(Sluggishsinussyndrome),惰性窦房结综合征(Lazysinussyndrome),心动过缓-心动过速综合征(Bradycardia-tachycardiasyndrome),心动过缓-心动过速-心脏停搏综合征(Bradycardia-tachycardia-asystolsyndrome),窦房结功能不全(Sinusnodedysfunction)。
BernhardLown在电转复治疗心律失常的研究中发现,将近5%的房颤病史超过一年和45%的心律失常病史在10年以上的病人进行电转复后窦性节律不稳定,出现窦性静止或传出阻滞。年LownB在美国心脏病杂志发表了题为“心律失常的电转复”的论文,论文指出这些患者窦房结功能紊乱和低下表现为混乱性心房激动,P波形态变化,心动过缓以及多种反复发生的异位房性和交界区心动过速(图1)。
并将这种以窦性激动的起源与传导损害,并伴其他心律紊乱的疾病取名为病态窦房结综合征(Sicksinussyndrome),即SSS综合征。此后,年Ferrer和Rubenstein建议将此病正式命名为病态窦房结综合征,并推广应用。至此,病态窦房结综合征正式成为心血管系统的一个独立的疾病,也使BernhardLown和病态窦房结综合征结下不解之缘。
图1 病窦综合征患者的心电图,图中P波形态有明显的变化。本图系年LownB发表在美国心脏病杂志的“心律失常的电转复”一文的附图。
BernhardLown年6月7日出生于立陶宛,年14岁时随父母移居美国。先在Maine大学学习医学,随后到Baltimore的约汉·霍普金斯医科大学学习,并于年获博士学位。医院的培训,他于～年医院从事心脏病研究。服了兵役后,医院以及夏威夷公共健康医学院从事医疗和研究工作。随后,～年兼任SALevine心血管病研究所所长。同时,兼任夏威夷公共健康学校医学副教授,～年间,还任该校的心血管病副教授。LownB现在医院内科主任和夏威夷公共健康学校的心脏病教授。
鉴于多年来他开创了美国和前苏联的多项科学协作研究,例如心脏猝死的联合研究,以及建立了苏美医师防止核战争国际组织,年,他与前苏联卫生部部长EwghiChazow共同获得诺贝尔和平奖(图2)。
图2 BernhardLown与前苏联卫生部部长EwghiChazow共同接受年度诺贝尔和平奖。
在心血管病的研究中,BernhardLown有多项重大贡献。年,年仅31岁的BernhardLown与WFGanong(年出生)、SALevine(～)在循环杂志发表了题为“短PR间期,正常QRS波和阵发性心动过速综合征”的论文,该文总结报告了例病人的资料,这些病人心电图特点有PR间期短,QRS波正常,伴有阵发性室上性心动过速,与年Wolf等人提出的WPW综合征病人的心电图有明显不同。此后,这种短PR间期、正常QRS波、伴有心动过速的病症被称为LGL综合征或短PR间期综合征。在此之前,Clere、Levy和Critesco也报告过上述相似的病例,所以文献也有人将之称为CLC综合征(图3)。
对LGL综合征目前有两种看法:一种认为其属于变异性预激综合征,但ZipesD等人认为:LGL综合征不是一个真正独立的综合征,而可能包括了各种类型的室上速在内的混合体。
用高能量的脉冲电流通过心脏,以消除心律失常,恢复窦性心律的治疗方法,称为电除颤或电复律术。年,ClaudeBeck首次对一例开胸手术的14岁男孩应用交流电电击心脏而终止心室颤动。年,Zoll首次应用交流电做体外电击除颤取得成功,并发明了体外交流电除颤器。BernhardLown对电复律术作了系统的研究和重大改进,年他应用新的直流电除颤器进行电转复治疗获得成功。将体外除颤器的电能由交流电改用直流电,使治疗技术更为简单可行,提高了电复律治疗的成功率和安全性。至今,LownB等研制的直流电除颤器的原理和主要结构与至今应用的除颤器基本相同,无疑这项技术抢救了无数急危重病人的生命。
可以想象,没有LownB当年的研究成果则不会出现当今的植入性除颤器(ICD)的治疗。LownB的这篇著名的论文年发表在美国JAMA杂志,论文的题目:“同步电容放电——心律紊乱治疗的一种新方法。”
图3 图为4例有心动过速病史的患者窦性心律时的心电图,可见PQ间期短并伴有形态不一、宽窄不同的QRS波。本图为LownB,Ganong,Levine年发表在循环杂志“短PR间期,正常QRS波和阵发性心动过速综合征”一文的附图。
室性早搏是最常见的心律失常,对于心血管病,尤其是冠心病,室性早搏的数量和严重程度直接影响患者的预后。
经过多年潜心研究,BernhardLown于年与WolfM共同在循环杂志上发表了题为“冠心病猝死”的文章,在这篇著名论文中,LownB首次提出室早的分类方法,根据室早发生的频率及形态,LownB将室早分成5个级别:
0级 无室性早搏;
Ⅰ级 偶发室性早搏,5次/分;
Ⅱ级 频发室性早搏,5次/分;
Ⅲ级 多源性室性早搏;
Ⅳ级 A级:成对室性早搏,连续发生2个室性早搏;B级:成串室性早搏,连续3个以上;
Ⅴ级 RonT现象。
尽管,Lown氏室早分级法尚有不足之处,但其经典的室早分级法一直沿用至今。目前对室早严重程度的定量估计,对功能性与器质性室早的鉴别,仍依据Lown氏室早分级法。除此,在原心电图室早分级法的基础上,Biggen(年),Myelung(年),Surawing(年),Anderson(年)以及Schamaroth等先后提出过室早的分类方法,这些分类法都不如Lown氏分级法应用广泛。
由于大量的惊世著作和成果,LownB在美国、在全世界都赢得了极高的声誉和尊敬。BernhardLown是心血管病领域中至今仍健在的最伟大的学者之一,也是本世纪中为数不多的学识博大精深的教授和医学家。
八、心内电生理技术的问世
心内电生理技术是将记录心电活动的电极通过周围静脉或动脉放置在心腔内某一位置,该电极可以做记录电极,记录心脏的局部电位,记录心内电图。
也可以做刺激电极,进行心内电生理检查。近年来,随着射频消融技术的应用,使心内电生理技术更为普及,但这一技术的创始过程十分漫长而曲折。
WernerFossmann:心导管技术之父
当今,心脏介入诊断与治疗技术发展迅速,挽救着数以万计的各种心血管病患者的健康和生命。这些包括心脏起搏技术、ICD技术、冠状动脉导管成型技术、心脏电生理检查治疗技术、先天性心脏病导管治疗技术等。所有这些心血管介入技术的基础都可以归于心导管技术,而这一技术由WernerForssmann开创于年(图1)。
图1 WernerForssmann(-)
图2 Watson应用经心导管方法为一例Ebstein畸形患者记录的希氏束电位图
图为体表心电图与心内希氏束电图同步记录,在每个周期的心室波之前都可稳定地记录到一个高频、双向的希氏束波,其形态与时间关系都与以前动物试验中记录到的希氏束波特点相同。
年碘化钠作为一种对人体无*又不透X线的造影剂用于泌尿系造影，年法国医师Sicard和Forestier发明了可做静脉和动脉造影的碘造影剂,并于年在X线荧光屏下观察了碘油从股静脉注射部位注流到心脏,再使肺动脉显影的过程。遗憾的是得到的心脏及大血管的影像十分淡泊。
当时,年仅25岁的外科医师WernerForssmann看到这些十分不清楚的X线照片时,他立即想到,如果通过周围静脉将导管送到心脏,并经导管再注入造影剂时,心脏及大血管的显像肯定更加清楚。
年,在德国Eberswalde市Auguste-Victoria研究所工作的WernerForssmann不顾其上司的极力反对,大胆地将一根导尿管从自己左肘静脉内插入,当导尿管送到WernerForssmann的腋部时,他的同事不敢继续推送导管,他决定自己来推送,并借助荧光屏以及放在荧光屏前的一面镜子进行观察,终于经锁骨下静脉、上腔静脉将导管送到了右心房,随后他又步行到X光室,拍下了医学史上第一张心导管造影的X线胸片。
图3 Scherlag创立的心导管记录希氏束电图的方法 A记录希氏束电图导管的X线影象。B同步描记的体表心电图及希氏束电图(HBE),H波为希氏束电位,位于P波与QRS波之间。
WernerForssmann在自己身体上证实从周围血管插入的一根导管很容易进入到心脏而没有任何致病作用。这一创举打开了临床应用心导管技术的大门,为心脏功能的研究及认识提供了大量有价值的资料。
但在当年,没有人会想到,WernerForssmann的大胆设想和勇敢的创举将会对未来的心脏病学起到如此巨大的冲击。
在那之后,他又在自己身上先后进行了9次尝试,用尽了所有的周围浅表静脉,每次尝试中都将碘化钠溶液通过导管(即导尿管)注入血管内,或通过周围静脉将导管送到心脏,进而经过导管注入造影剂后可使心脏及大血管清晰显像,他预先大胆的设想终于实现了。
为此,WernerForssmann受到了上司严厉的惩罚,他被开除了公职。但这并不影响WernerForssmann创立的心导管技术显示其越来越重要的作用,同代另外的先驱者Cournand和Richards也做了大量的工作,
年,Cournand和Richards通过右心导管术测定了心脏压力等数据后,再应用Fick氏公式计算心排血量,进行心血管疾病的血流动力学研究,
年,他们已完成右心导管检查1例。为表彰这些先驱者对医学的卓越贡献,
年度诺贝尔医学奖授予WernerFossmann,Cournand和Richards三人。而开除过Fossmann公职的Auguste-Victoria研究所现改名为WernerFossmann医院。
图4 DirkDurrer(-)
WernerFossmann的创举逐渐使人们明确心腔内导管可经不同部位的周围血管插入,并能安全地到达心脏的任何部位,放置相当长的时间。这一重要事实已成为日后各种心内导管技术的基础。WernerFossmann被誉为心导管之父是当之无愧的。
希氏束电图:心内电生理技术的基石自年WallerA.D记录出人类第一份心电图到年HolterN.J发明动态心电图,体表心电图一直记录着心房和心室肌的电位图,即P波和QRS波。而心脏特殊传导系统,例如希氏束电活动的记录只能依靠后来创立的心腔内心电图。
创立希氏束电图技术过程中,Alanis有着突出的贡献。年,在离体灌注的实验犬的心脏,Alanis及同事将针状记录电极沿犬的房室沟插入,在心房的P波与心室的QRS波之间这些电极记录到另一个能重复出现的独立的电位,Alanis推断这就是特殊传导系统的希氏束电位图。但他深知,仅凭解剖学的定位就肯定记录到的是希氏束电位显然证据不充分。为发现更客观的根据,他们应用几种有效的方法证实这些快速的双向电位波就是希氏束电位而不是心房肌或心室肌电活动的一部分。首先,他们破坏了实验动物的窦房结,结果,心房激动波P波消失,但是在每一个心室激动波QRS波前均有该希氏束电位波,显然这不是心房波的一部分。随后,Alanis又将受试动物在希氏束以下部位造成完全性房室传导阻滞,结果在心房除极波(P波)后均有时间关系固定的希氏束电位(H波),但三度房室阻滞后的室性自搏性心律的心室除极波(QRS波)与P波和相应H波完全无关,这说明,传导阻滞发生在希氏束以远,H波不是心室波的一部分。除此,通过不断增加频率的心房刺激,药物或机械性迷走刺激等方法可使AH间期发生改变,而HV间期却十分稳定。Alanis杰出的动物试验结果为希氏束电图技术的创立提供了坚实的理论根据。
此后,StuckeyJ.H在年心脏外科手术中直接在希氏束部位记录到希氏束电图,并提出经过希氏束电图的描记可确定其解剖部位,进而可以避免开胸术中损伤希氏束造成Ⅲ度房室传导阻滞。年Girand.G和Puech.P等通过右心导管为一例法乐氏四联征的病人记录了希氏束电图。此后,苏格兰学者HamishWatson等人在给一位Ebstein畸形的病人做右心导管检查时,当把导管从右心房推送到右心室时,在心室压力波出现的同时可以记录到一个低振幅、短时限的双向波,其位于心室波前(图2),该波在导管途径房化的右室部位时一直持续存在,一旦导管撤到真正右心房时,该波消失了。
真正建立心导管记录希氏束电图技术医院心肺实验室的BenjaminJScherlag医生。在心导管室Scherlag应用6F或7F的3极或双极电极导管,经右股静脉插入后,在X线的指引下送到右心房,并跨过三尖瓣到右心室,然后缓慢后撤,直到在同步记录的体表心电图PR间期内及心内电图心房和心室波之间出现一个清晰的低幅高频的双向波为止,记录的纸速为～mm/秒。结果10例病人中9例病人希氏束电图记录成功,所用时间仅为2～5分钟(图3)。
图5 HeinJ.J.Wellens
Scherlag应用几种方法验证了所记录的双向波就是希氏束电位,而不是房室结电位或右束支电位。Scherlag最重要的贡献包括:1.建立了经心导管记录希氏束的方法,这种方法创伤小,记录的成功率高、稳定。使这一方法成为临床切实可行的常规检查方法。2.测定和研究了AH及HV间期值及影响因素。应当认为,经过多年的众多研究者的不懈努力,最后,Scherlag在年以自己杰出的工作,最终建立了希氏束电图记录技术。此后,希氏束电图已广泛应用于房室传导阻滞的定位,临床电药理学的研究,心律失常发生机制的诊断等诸多方面,希氏束电图是心内电生理检查中最重要的核心内容,是心内电生理检查技术的基石。
程序心脏刺激:心脏电生理的金钥匙
追溯历史,早在18世纪Vassali等就进行过死刑后尸体心脏的直流电刺激的实验,年,Aldini证实直流电刺激可使断头后的尸体心脏复跳,并向临床医生推荐可用直流电刺激心脏的方法抢救晕厥或猝死的患者。以后直流电刺激的方法逐渐在临床广泛应用,人工心脏起搏器及电转复治疗技术都与这些早年研究相关。但是将程序性心脏电刺激做为心脏病学的诊断工具,是由荷兰阿姆斯特丹的DirkDurrer教授首先提出(图4)。Durrer是荷兰Leiden大学心脏病学院的著名心脏病学家及生理学家。几乎在同年,CoumelP在巴黎也提出程序性心脏刺激技术可用于心律失常的诊断。这种技术应用脉冲发生器发出的联律间期可以预先设置的S2期前刺激,通过心内电极导管刺激心脏或心室的某一部位,这种不同偶联间期的人工房早或室早可以诱发和终止各种室上性或室性心动过速。
年,DurrerD的学生,HeinJ.J.Wellens(图5)将心脏程序刺激技术与希氏束电图等心内电图记录技术结合在一起,在心脏不同部位给予S2刺激后,在同步记录的右房电图、希氏束电图、心外膜电图进行心脏电活动激动顺序的观察,形成了完整的心脏电生理检查技术和规范化的方法。对心脏特殊系统功能的研究,对复杂心律失常的诊断,对心律失常发病机制的探讨,心脏电生理检查技术是其他方法不能替代和比拟的。
自70年代临床心内电生理检查方法问世后,心律失常的诊断与治疗的进展日新月异。近年,随着射频消融术的出现和发展,使越来越多的心律失常得以根治。这与70年代心内电生理技术和方法的最后完臻紧密相关。
心内电生理技术近20～30年的迅速发展为心电图的理论和发展起到了不可估量的作用,为临床心电图注入了巨大的活力。
九、恶性室性心律失常的电复律技术
恶性室性心律失常一直是人类健康和生命的最大克星和杀手,人类应用电转复技术征服恶性心律失常的漫长历程,可追溯到百年以上。
一、体外电转复技术的问世及发展
用高能量的脉冲电流通过心脏,以消除心律失常,恢复窦性心律失治疗方法,称为电除颤或电复律术。
图1 Fredl.Zacouto()
早在年,prevost应用电流通过狗的心脏能去除心室颤动而复跳。
年,Hooker等用较大能量、频率为60赫兹的交流电持续5秒通过狗的心脏而没有引起心室颤动,原有心室颤动者,电流通过后反而可除颤。年,Ferris等对各种动物心脏除颤作了广泛实验,研究了产生心室颤动的电能强度和除颤的技术,提出了可用高能量短时限的交流电经胸壁电击以达到除颤作用。
图2 危重病人复苏装置示意图
年,Wigger报告了1例开胸直接应用电击转复技术成功地治疗室颤。年,ClaudeBeck首次对一例开胸手术的14岁男孩应用交流电电击心脏而终止心室颤动。年,Zoll首次应用交流电做体外电击除颤取得成功,并发明了体外交流电除颤器。
BernhardLown对电复律术作了系统的研究和重大改进,年,他应用新的直流电除颤器进行电转复治疗获得成功。将体外除颤器的电能由交流电改用直流电,使治疗技术更为简单可行,提高了电转复治疗的成功率和安全性。至今,LownB等研制的直流电电除颤器的原理和主要结构与当今应用的除颤器基本相同。直流电复律术,扩大了治疗快速性心律失常的适应症并减少了并发症。经过多年不断的努力和改进,在提高疗效和简化方法等方面取得了进展,目前电复律已成为临床紧急复苏的常规措施之一。
图3 ICD的发明与奠基者Miroswki(右)
图4 第一代ICD及复杂的电极导线系统
二、体内植入型心律转复除颤器的研究与问世
图5 ICD最初的心外膜除颤电极片
恶性室性心律失常发生的突然性,以及对血流动力学的致命影响,使很多患者来不及抢救和复苏而死亡,心律失常性猝死仍然是人类面临的巨大挑战,继体外电复律技术之后,人们的思考和目光开始投向植入性体内除颤技术。
经过多年的动物试验研究,年Bouvrain和FZacouto报告,他们发明和研制成功一种全新型“复苏装置”,该装置包括心脏监护仪,除颤器和人工心脏起搏器等。用于抢救和治疗心脏停搏和心室颤动导致的循环衰竭(图1、图2)。在该套装置中,心脏监护仪连续检测病人的血流循环状态。除监护系统外,起搏器和除颤器已和这种危重病人联接好,随时准备人工心脏起搏或除颤。当中心监护站发现病人心脏停搏或心室颤动时,则能自动启动起搏器起搏或除颤器进行有效的电除颤治疗。
同时,血流动力学检测系统将及时评价这些紧急治疗的效果,效果不佳时,立即进行永久性起搏器的植入,或应用人工心肺机给予支持性辅助循环。毫无疑义,这是医学史上首次联合应用各种不同功能的仪器自动化结合救治循环衰竭的危重病人。
植入型心律转复除颤器的研制开始于70年代,这比50年代末(年)开创的,并已成为临床常规应用的人工心脏起搏技术晚了20年,但是这项技术研究和应用进展迅速(表1),临
床治疗效果令人吃惊和振奋。
美藉波兰人Mirowski于年首次提出ICD设想(图3),特别是他的一位挚友猝死后,更加坚定了他献身ICD研制的决心。在动物试验中他发现,体外电转复中仅有10%的能量最后起到了除颤作用,90%的能量都浪费于除极电极与心脏之间的组织。他激动地说:“如果不是推断的错误,我们用心外膜电极除颤,能量可以减少90%以上,相应ICD的体积也会奇迹般地缩小到可以植入人体内。”
图6 外科医生经腹、经胸植入ICD示意图
图7 植入型自动药物转复除颤器示意图
科学设想的提出总会伴随着责难和批评,有人讥笑着说:“体外除颤时,除颤器电容器需积存焦耳的能量,将这样一个仪器植入体内如同植入了一颗炸弹!”。毫不气馁的Mirowski沉稳地说:“这些批评意见我会认真考虑,但是当你想到美国每天有1人因室速或室颤猝死时,你会意识到这是一个严重的社会问题,作为一个医生你会感到肩上的重任!”。
图8 经静脉植入ICD示意图
ICD装置中仅从静脉植入一支电极,兼具感知及除颤两种功能ICD主要适用于药物治疗无效、而又适合外科手术治疗的恶性室性心律失常。经过10多年艰苦的动物实验研究,年2月4日,Mirowski医院(JohnsHopkingsHospital)为一例57岁的女性患者成功地植入医学史上第一例ICD。该患者有多次心脏骤停的病史,多种抗心律失常药物均治疗无效。
最早创用的ICD植入系统体积大,需植入腹部,感知和除颤导联系统复杂(图4),金属丝做成的除颤电极板又需缝在心包膜上(图5),需外科医师开胸植入(图6)。
年,ICD出现一个十分重要的发展,即ICD与抗快速心律失常合并为一个装置,用该装置可以除颤,可以起搏,可以用ATP方式终止室速。
此后,ICD用于急诊治疗恶性快速性室性心律失常。
年,Cammilli设计并试验成功了植入性自动药物除颤器(图7),其将快速性室性心律失常的电学治疗与药物治疗结合在一个装置中。其从周围静脉插入感知-起搏电极,插入药物灌注导管到右室及冠状静脉窦,还有一个自动驱动的药物泵;当电极导管将感知的室速室颤心电信号反馈到药物泵时,可自动释放除颤的化学药物(如溴苄胺),使室速室颤得到终止。
ICD的快速进展令人瞩目,至今可以完全通过周围静脉植入一支电极导管具有感知、刺激、起搏、除颤等多种功能。ICD体积的减小使60%的病例可以将其植入皮下;使其手术更为简单安全(图8)。ICD的设计不断完善,功能日益复杂精巧,工艺渐臻精湛,植入方法日趋安全简单。迄止目前,已有,例以上的心脏骤停幸存者和心脏猝死的高危者接受了ICD治疗。成功的临床经验,大系列的回顾性分析和前瞻随机对比结果,无可置疑地表明,ICD治疗有危及生命的室性快速心律失常高危的患者,不但能够显著降低患者心性猝死的发生率,也能降低其总死亡率。
ICD技术是人类征服猝死进程中的里程碑,ICD之父MichelMiroswki教育于年辞世,但是,他的一生告诫后人,在极度恶劣的环境下坚持不渝地工作,需要非同寻常的意志品质。他对“不可能”一词不屑一顾,认为困难在任何值得努力的事业中都是固有存在的。Mirowski对目标的执著追求精神是后人学习的楷模。
最初,三度房室传导阻滞的患者在发病当时及一年内近50%死亡,心脏起搏器技术的问世已拯救了数以万计的濒于死亡的缓慢心律失常病人的生命,使这些患者的寿命与常人无异。至今,心脏起搏器技术已成为缓慢心律失常治疗的必不可少的技术,并且已逐渐用于快速心律失常及心功能不全的治疗。
源渊溯史
玲珑精致、功能复杂的人工心脏起搏器已成为众多患者赖以生存的高科技结晶,这是几百年来多少代科学家智慧与不懈探索的结晶。
早在年,Mercuriale(～)就已提出晕厥与脉搏过缓间的关系。年,Morgagni(～)证实了脉搏过缓是引发晕厥的原因之一。年,Gerbezius(～)记述了完全性房室阻滞引起的心动过缓的症状。
图2 LuigiGalvani青蛙肌试验的图示
年,内科医生Squires首次提出,体外电刺激可以作用在人体心脏。次年(年),丹麦的内科医生Abildgaard(～)进行了电刺激作用于人体心脏的研究。
年,著名的意大利科学家LuigiGalvani(图1)在他的一本专著中,发表了在蛙肌和蛙心上电现象的研究结果(图2)。这本书中所阐述的内容及对日后产生的重要影响,使Galvani对现代心脏电生理学的建立起到巨大作用。
年,Galvani的侄子Aldini(～)通过动物和尸体的实验结果提出电刺激可以减轻或缓解心脏性晕厥。
年,Hoffa与CLudwig的研究证实电流可以终止房颤。CarlLudwig是一位德国科学家(图3),他对心血管生理学做出了众多极为重要的贡献。年,他发明了记波仪(Kymograph,图4),该仪器通过在水银柱上浮动的记录笔,在转动的鼓纸上记录血管内压力。记波仪的发明使心血管血液动力学的变化能够被记录。几年后,另一名德国科学家KartVierordt发明了脉搏描记器(sphygmograph),使动脉搏动的记录成为可能。随后法国生理学家EtienneMarey将脉搏描记器进一步改进(图5、6),并发明了三通道的心动描记器(cardiograph)。这些仪器的出现使心血管生理功能的研究有了更为可靠的评价方法(图7)。
年,英国医生Walshe报告了电刺激治疗心脏骤停的意义。年,Steiner根据动物实验研究的经验,首次对1例因氯仿麻醉导致心脏骤停的病人进行了成功的电刺激抢救。他应用一根针状电极在病人的心尖部给予电刺激。年,生理学家Schiff(～)在开胸手术中,对犬的心脏进行了成功的电刺激。
Schiff出生于德国,在意大利佛罗仑萨从事生理学研究。
在此期间,出现了CatharinaSerafin的故事。CatharinaSerafin是普鲁士UpperSilesia地区一位46岁的普通女工,胸部肿瘤的手术及左侧胸前壁的部分切除而使其体形发生了改变,并使心脏外露(图8),医生可以通过一层较薄的皮肤看到搏动的心脏(图9)。
CatharinaSerafin的极为特殊的情况使她的经治医生HugoVonZiemssen有机会进行他的临床及科学研究工作。HugoVonZiemssen医生对Serafin的心脏进行了一系列电刺激试验。当给予心脏适当的刺激时,猝发电流可以使心脏的频率发生改变。这些结果清楚地显示了在心脏表面可以人为地通过电刺激方法控制心脏活动。
这是首例人体心脏进行电刺激而又进行了系统细微的观察和分析。CatharinaSerafin这位特殊的患者也因是这一意义重大但又有一定危险试验的受试者而载入生理学和心脏起搏学的史册。
Hyman和人类第一台起搏器
年,Marmorstein报告了经静脉途径成功地刺激右房和右室。年,澳大利亚的麻醉医生Lidwill与物理学家Booth合作设计了“起搏器”,当用刺激心脏的心房起搏无效后,改用心室起搏有效,并用这种方法成功地抢救了一名心脏骤停的新生儿。
美国纽约贝斯-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在年设计制作了一台由发条驱动的电脉冲发生器(图10),该装置净重达7.2公斤,脉冲 频率可调节为30、60、次/分,Hyman将之称为人工心脏起搏器“arfificialcardiacpacemaker”,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。试验中,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(图11),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,对心脏特殊部位进行电刺激,可使心肌有效地除极,并扩展到整个心脏,为心脏起搏奠定了理论与实践基础。
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,年,加拿大医生Callaghan用心导管成功地进行了体外右心房起搏,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。
几百人、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。
心脏起搏之父:PaulM.Zoll.在前人研究的基础和启发下,年1月,美国哈佛大学医学院PaulM.Zoll医生(图12)首次在人体胸壁的表面施行脉宽2ms,强度为75～V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(图13)。
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。PaulM.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～MA(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。
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,PaulM.Zoll在心律转复术方面也有巨大的建树。年,Zoll和Kouwenhven研究体外电休克除颤技术成功。年他们用60Hz的交流电,放电时间ms,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。
最初,三度房室传导阻滞的患者在发病当时及一年内近50%死亡,心脏起搏器技术的问世已拯救了数以万计的濒于死亡的缓慢心律失常病人的生命,使这些患者的寿命与常人无异。至今,心脏起搏器技术已成为缓慢心律失常治疗的必不可少的技术,并且已逐渐用于快速心律失常及心功能不全的治疗。
源渊溯史
玲珑精致、功能复杂的人工心脏起搏器已成为众多患者赖以生存的高科技结晶,这是几百年来多少代科学家智慧与不懈探索的结晶。
早在年,Mercuriale(～)就已提出晕厥与脉搏过缓间的关系。年,Morgagni(～)证实了脉搏过缓是引发晕厥的原因之一。年,Gerbezius(～)记述了完全性房室阻滞引起的心动过缓的症状。
图2 LuigiGalvani青蛙肌试验的图示
年,内科医生Squires首次提出,体外电刺激可以作用在人体心脏。次年(年),丹麦的内科医生Abildgaard(～)进行了电刺激作用于人体心脏的研究。
年,著名的意大利科学家LuigiGalvani(图1)在他的一本专著中,发表了在蛙肌和蛙心上电现象的研究结果(图2)。这本书中所阐述的内容及对日后产生的重要影响,使Galvani对现代心脏电生理学的建立起到巨大作用。
年,Galvani的侄子Aldini(～)通过动物和尸体的实验结果提出电刺激可以减轻或缓解心脏性晕厥。
年,Hoffa与CLudwig的研究证实电流可以终止房颤。CarlLudwig是一位德国科学家(图3),他对心血管生理学做出了众多极为重要的贡献。年,他发明了记波仪(Kymograph,图4),该仪器通过在水银柱上浮动的记录笔,在转动的鼓纸上记录血管内压力。记波仪的发明使心血管血液动力学的变化能够被记录。几年后,另一名德国科学家KartVierordt发明了脉搏描记器(sphygmograph),使动脉搏动的记录成为可能。随后法国生理学家EtienneMarey将脉搏描记器进一步改进(图5、6),并发明了三通道的心动描记器(cardiograph)。这些仪器的出现使心血管生理功能的研究有了更为可靠的评价方法(图7)。
年,英国医生Walshe报告了电刺激治疗心脏骤停的意义。年,Steiner根据动物实验研究的经验,首次对1例因氯仿麻醉导致心脏骤停的病人进行了成功的电刺激抢救。他应用一根针状电极在病人的心尖部给予电刺激。年,生理学家Schiff(～)在开胸手术中,对犬的心脏进行了成功的电刺激。
Schiff出生于德国,在意大利佛罗仑萨从事生理学研究。
在此期间,出现了CatharinaSerafin的故事。CatharinaSerafin是普鲁士UpperSilesia地区一位46岁的普通女工,胸部肿瘤的手术及左侧胸前壁的部分切除而使其体形发生了改变,并使心脏外露(图8),医生可以通过一层较薄的皮肤看到搏动的心脏(图9)。
CatharinaSerafin的极为特殊的情况使她的经治医生HugoVonZiemssen有机会进行他的临床及科学研究工作。HugoVonZiemssen医生对Serafin的心脏进行了一系列电刺激试验。当给予心脏适当的刺激时,猝发电流可以使心脏的频率发生改变。这些结果清楚地显示了在心脏表面可以人为地通过电刺激方法控制心脏活动。
这是首例人体心脏进行电刺激而又进行了系统细微的观察和分析。CatharinaSerafin这位特殊的患者也因是这一意义重大但又有一定危险试验的受试者而载入生理学和心脏起搏学的史册。
Hyman和人类第一台起搏器
年,Marmorstein报告了经静脉途径成功地刺激右房和右室。年,澳大利亚的麻醉医生Lidwill与物理学家Booth合作设计了“起搏器”,当用刺激心脏的心房起搏无效后,改用心室起搏有效,并用这种方法成功地抢救了一名心脏骤停的新生儿。
美国纽约贝斯-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在年设计制作了一台由发条驱动的电脉冲发生器(图10),该装置净重达7.2公斤,脉冲 频率可调节为30、60、次/分,Hyman将之称为人工心脏起搏器“arfificialcardiacpacemaker”,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。试验中,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(图11),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,对心脏特殊部位进行电刺激,可使心肌有效地除极,并扩展到整个心脏,为心脏起搏奠定了理论与实践基础。
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,年,加拿大医生Callaghan用心导管成功地进行了体外右心房起搏,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。
几百人、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。
心脏起搏之父:PaulM.Zoll.在前人研究的基础和启发下,年1月,美国哈佛大学医学院PaulM.Zoll医生(图12)首次在人体胸壁的表面施行脉宽2ms,强度为75～V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(图13)。
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。PaulM.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～MA(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。
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,PaulM.Zoll在心律转复术方面也有巨大的建树。年,Zoll和Kouwenhven研究体外电休克除颤技术成功。年他们用60Hz的交流电,放电时间ms,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。
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