1 1970 年以前的一些起搏器概念

1.1 1964 年 《on demand》中起搏器的概念

經(jīng)過Pr Welti 在Tenon 醫(yī)院3 個月的努力，瑞典發(fā)明了第一批起搏器，之后美國也發(fā)明了起搏器。當(dāng)房室傳導(dǎo)的自發(fā)反饋與起搏器的固定頻率沖突時，可出現(xiàn)不規(guī)則、耐受性差的心臟節(jié)律，有觸發(fā)室性心動過速或致命性心室顫動的危險。Guy Fontaine 博士的觀點(diǎn)是，這可以通過起搏器固定頻率的計時系統(tǒng)將心電描計圖適當(dāng)放大來進(jìn)行預(yù)防。來自邁阿密的心臟病專家Dr Sol 認(rèn)為Guy Fontaine 博士的觀點(diǎn)是一個非常有價值的想法，在這樣的觀點(diǎn)指導(dǎo)下，自己將于2～3 月后在邁阿密植入第一臺這樣的起搏器，并且在將來所有的起搏器都將依據(jù)這一原則工作。一年后，即1965 年，美國醫(yī)學(xué)協(xié)會雜志《JAMA》發(fā)表了有關(guān)此設(shè)備的第一篇文章，為邁阿密高級心臟專家Dr Louis Lemberg 所寫。

1.2 1965 年 臨時起搏的外部刺激器

在第一批晶體管起搏器的使用初期，通過一個臨時導(dǎo)管將電極植入右心室心尖部，Guy Fontaine 博士等能夠在等待起搏器植入的完全性房室傳導(dǎo)阻滯患者身上建立臨時刺激。該設(shè)備有幾個有趣的特點(diǎn):有速度、振幅和脈沖持續(xù)時間三個可調(diào)的基本參數(shù)。它靠4 個常見的非充電電池提供動力，能夠進(jìn)行大約15 d 的連續(xù)起搏。其他的幾個附加技術(shù)特征同樣重要:刺激的振幅可以有兩種方案來選擇(0～8 V 或0～17 V)。輸出脈沖是由一個齊納二極管來穩(wěn)定的，所以脈沖振幅與電池電壓下降無關(guān)，直至電池電量耗竭。此外，每次刺激后指示針在這個位置上很小的偏轉(zhuǎn)意味著一次脈沖的釋放。輸出電路所提供的電流，足夠同時起搏幾個患者(圖1)。

1.3 1967 年 緊急電極系統(tǒng)

1.4 1968 年 低循環(huán)功率的起搏器電路

起搏器的另一個常見問題是有效起搏心臟所需的起搏電壓異常增高，常在起搏器植入后數(shù)天或數(shù)周后發(fā)生。這是由于心肌組織對外來電極材料發(fā)生了過度的纖維化反應(yīng)。正如前面所說，起搏失敗可能會導(dǎo)致一些患者猝死。起搏器的刺激振幅在每4 次的循環(huán)周期中第4 次自動減少可能會使起搏失敗突顯，而其他正常振幅刺激仍能夠正常地起搏心臟。這一原則于1968 年在歐洲心臟大會上首次被提出。

1.5 1969 年 根據(jù)閾值制定的起搏器

該起搏器的基本概念是基于人們所熟知的0 或1的現(xiàn)象(即全或無現(xiàn)象，譯者注)。起搏器的刺激要么高于舒張期閾值并且起搏心室(1);要么刺激太低，不能夠有效起搏心室，無心臟收縮(0)(圖1)。

圖1 A:1965 年，臨時起搏的外部刺激器。B:1969 年根據(jù)不同閾值制作的起搏器的記錄(X=0.1 mm/s，Y=0.1 volt/div 美國Brush 記錄器)。

Guy Fontaine 博士等當(dāng)時制造了一個起搏器，其能夠根據(jù)心臟的需要選擇性地釋放閾下刺激或閾上刺激。更確切地說，如果一個特定的刺激傳到心臟能夠有效起搏心臟，那么這個刺激是閾上刺激。對引起心室激動的刺激振幅進(jìn)行檢測，有助于對下一次心臟收縮時需要的刺激振幅進(jìn)行選擇。如果下一個刺激也是閾上刺激，它后面會跟隨一次心室起搏，同樣的道理，稍弱的刺激也能引起心室的起搏，以此類推，直到刺激不能引起心室起搏，表明這時心臟沒有被激動。電流不能被起搏器的放大電路檢測，就會導(dǎo)致下一個刺激振幅增加，直到達(dá)到足夠的閾上振幅。這個起搏器建成后，能夠在臨時導(dǎo)管下很好地工作。很多年后，微型電路與大量小體積的電子元件問世，這一原理被應(yīng)用于植入型起搏器中(自動捕獲的原理應(yīng)用到了圣猶達(dá)起搏器中)。

1.6 1969 年 功率周期性減小的按需起搏器

這種起搏器是基于以上所談到的功率周期性減小與按需起搏功能的結(jié)合。這一原則最終靠磁鐵進(jìn)行起搏，之后在美敦力公司的很多起搏器中都有應(yīng)用。

2 1970～1973 年 一些起搏器概念

2.1 1970 年 短陣快速起搏用于治療預(yù)激綜合征性心動過速

一位60歲的典型預(yù)激綜合征患者，反復(fù)發(fā)作快速心房顫動及折返性心動過速。在巴黎多家機(jī)構(gòu)進(jìn)行治療后沒有成功。經(jīng)過多次的電生理檢測，Guy Fontaine 博士證實(shí)該患者反復(fù)發(fā)作心動過速及心房顫動，并且心室率在能夠忍耐范圍內(nèi)。同時，Guy Fontaine博士發(fā)現(xiàn)，終止這種心動過速的唯一辦法是當(dāng)心動過速發(fā)作時，在QRS 波結(jié)束時給予快速心室起搏。這可以通過在心室T 波結(jié)束時給予心室短陣快速起搏來實(shí)現(xiàn)。Guy Fontaine 博士讓一個法國起搏器公司定做了一個釋放快速起搏刺激的磁性起搏器。該起搏器植入后，當(dāng)病人住院期間心動過速再次發(fā)作時，起搏器均能有效終止。不幸的是，病人出院幾周后，被發(fā)現(xiàn)死在浴室，磁性起搏器握在手里。Guy Fontaine 博士非常清楚造成該病人這一死亡悲劇發(fā)生的原因。Guy Fontaine 博士已記錄過，磁性起搏器在終止自發(fā)性心動過速時，也可誘發(fā)短陣的非持續(xù)性室性心動過速。所以，Guy Fontaine 博士猜測該病人可能發(fā)作了心房撲動，他試圖用磁性起搏器去終止心動過速。但是他沒有聽從Guy Fontaine 博士的建議，即不要將磁性起搏器放在起搏器超過2 s。由于病人不想再回到醫(yī)院，所以他使用磁性起搏器的時間超過2 s，之后出現(xiàn)快速的心室反應(yīng)，導(dǎo)致心室不同步、心室顫動而死亡。大家注意，當(dāng)時在起搏器里包括計時功能還是件非常困難的事(圖2)。

圖2 A:關(guān)于預(yù)激綜合征心動過速被自發(fā)性早搏誘導(dǎo)/終止的例子。上圖:兩個自發(fā)性室性早搏之后，誘發(fā)了折返性心動過速。下圖:在一個自發(fā)性交界性期前收縮后，折返性心動過速終止。B:高頻脈沖起搏心室刺激是唯一可以重復(fù)終止折返性心動過速的途徑。C:另一個例子，過長的刺激終止了折返性心動過速，但是誘導(dǎo)了一陣非持續(xù)性室性心動過速。D:1972 年心臟射頻起搏系統(tǒng)左圖為心動過速快速起搏脈沖發(fā)放器原型，右圖為用于永久起搏的商業(yè)裝置及其線圈。E:美敦力射頻起搏系統(tǒng)天線在盒子里。F:兩種射頻起搏器皮下射頻起搏器(左圖為心臟單極射頻裝置，右圖為雙極射頻裝置。標(biāo)尺為厘米)

2.2 大約1971 年 折射計

這種刺激發(fā)放儀能夠在基本刺激頻率的基礎(chǔ)上定時釋放精確的額外刺激。加寬額外刺激后緊跟的偶聯(lián)間期，能夠測量心室(和心房)的有效不應(yīng)期。

2.3 1971 年 救命的兒科射頻起搏

一個處于心臟衰竭終末期的7歲小孩，在先天性缺損修補(bǔ)術(shù)后出現(xiàn)完全性心臟傳導(dǎo)阻滯。她轉(zhuǎn)入Guy Fontaine 博士所在醫(yī)院接受起搏器植入術(shù)，雖沒有發(fā)展至肺水腫，但她不能在手術(shù)臺上躺平。解決的方案是，在一個護(hù)士的幫助下，患者保持半仰臥狀(正好能夠呼吸)。在X 射線臺上，Guy Fontaine 博士迅速地植入了一個微小的射頻起搏器。這種外部射頻起搏器工作幾天后，明顯改善了患者的心功能。

2.4 1972 年 射頻起搏器調(diào)整藥物治療(圖3)

一個老太太，存在左側(cè)旁道，并且反復(fù)發(fā)作折返性心動過速。這種情況下，Guy Fontaine 博士將射頻起搏器連接到靜脈竇終止了心動過速。當(dāng)時胺碘酮才剛剛被研發(fā)，第一助理Pr Facquet 發(fā)現(xiàn)最初開發(fā)用來治療心絞痛的胺碘酮，用于治療多種心律失常也同樣有效。Guy Fontaine 博士后來給了這位老太太胺碘酮，并且觀察到一定劑量的藥物能夠使心動過速的速率減慢，但是仍需要起搏器來終止心動過速。給予更高劑量胺碘酮后，心動過速仍然能夠誘發(fā)，但是在心率減慢幾分鐘后可以自發(fā)停止。當(dāng)給予更高劑量胺碘酮后，心律失常不能誘發(fā)。盡管結(jié)果令人印象深刻，但當(dāng)時并沒有人重視這種新的治療方式。

自動上料完成以后，進(jìn)入自動蓋章環(huán)節(jié)，機(jī)構(gòu)完成前伸動作后觸發(fā)蓋章機(jī)動作執(zhí)行蓋章環(huán)節(jié)。自動蓋章程序如圖5。

圖3 A:1972 年無線頻率起搏器調(diào)整藥物治療的例子:第一條心電圖示:預(yù)激綜合征折返性心動過速由冠狀竇起源的臨界心房刺激誘發(fā);第二條心電圖顯示胺碘酮治療幾天后，仍能由刺激誘導(dǎo)及終止心動過速;第三條心電圖顯示胺碘酮治療一周后，仍能誘發(fā)心動過速，且心動過速可以自動終止;第四條心電圖顯示增加胺碘酮劑量后不再能夠通過非同步心室刺激誘發(fā)心動過速。B:1972 年起搏心臟的射頻數(shù)字發(fā)放器(索林公司)。C:1973 年用于閾值測量的手動刺激器SCE10 在植入心臟起搏器時。D:1973 年用于閾值測量的手動刺激器SCE20。

2.5 1972 年 不用開胸手術(shù)的射頻起搏器

一位72歲的老太太，由于左側(cè)預(yù)激綜合征而反復(fù)發(fā)作折返性心動過速，但患者不愿接受大手術(shù)治療。在進(jìn)行電生理檢查時，Guy Fontaine 博士等發(fā)現(xiàn)在冠狀竇起搏可以有效緩解該患者折返性心動過速發(fā)作時的不適及其他相關(guān)嚴(yán)重癥狀。因此，Guy Fontaine博士等決定將連接導(dǎo)線的射頻起搏器植入到冠狀竇。調(diào)整到適當(dāng)頻率的外部射頻刺激器能夠在任何地方終止心動過速，即使是在公交車上，也不被周圍的乘客發(fā)現(xiàn)。

2.6 大約1973 年 SCE10

起搏器植入前電子脈沖的起搏閾值測量最初是用一個可調(diào)節(jié)刺激器和示波器進(jìn)行的。這種方法涉及一個龐大而復(fù)雜的設(shè)備，并且需要有人操作刺激器和讀取示波器參數(shù)。Guy Fontaine 博士等當(dāng)時設(shè)計了一個小的電池供電手持式電子刺激器。其主要特征是應(yīng)用電子電路，釋放可調(diào)節(jié)的固定電壓輸出。一個10 圈電位器能夠釋放0～10 V 的可調(diào)式脈沖，精度為0.1 V。因為電路是以恒定電壓方式工作的，所以在10 圈電位器刻度上可以直接讀出振幅的伏特數(shù)值。很多年后，Guy Fontaine 博士為德國的百多力公司研發(fā)了相似的設(shè)備。

3 1974～1975 年的一些起搏器概念

3.1 大約1974 年StimTac

在治療心律失常的手術(shù)開始時，需要通過快速刺激誘發(fā)室性心動過速。Guy Fontaine 博士當(dāng)時產(chǎn)生了制造一種手持式刺激器的想法，可提供50～100 次/min 的基礎(chǔ)刺激頻率，之后在其上安裝一個橫向旋鈕，可提供100～400 次/min 的快速脈沖刺激。開關(guān)能夠進(jìn)行極性的轉(zhuǎn)換，且能夠在6 V 和12 V 之間進(jìn)行輸出振幅的選擇。目前，這種設(shè)備已廣泛用于手術(shù)室和電生理研究，它比室性心律失常誘導(dǎo)時的程序刺激更有效。

3.2 大約1975 年SCE20

幾年后，人們在可調(diào)恒流輸出器的盒子里增加了第二刺激器，同樣也是靠10 圈電位器調(diào)節(jié)，能夠釋放0～10 mA 的刺激脈沖。當(dāng)通過電壓和電流得到起搏閾值時，就可計算出心內(nèi)膜起搏電極的阻抗。當(dāng)導(dǎo)線接觸不良時，可進(jìn)行疑難排查，這很重要(導(dǎo)線斷裂或?qū)Ь€與終末電極接觸不良或雙極導(dǎo)管的兩個導(dǎo)線發(fā)生短路)。這兩種裝置還包括一個進(jìn)行輸出極性轉(zhuǎn)化的開關(guān)(雙極性測試)和一個大功率開關(guān)(10 V)，可在緊急閾值增高情況下使用。這個功能也可用于常規(guī)檢測膈神經(jīng)刺激是否缺乏。

3.3 1974 年 冠狀竇永久起搏

一位婦女在她50歲時就已近乎絕望了，因為在進(jìn)行了3 個瓣膜植入的開胸手術(shù)后，她患上了難以耐受的完全性房室傳導(dǎo)阻滯。因此，通過人工三尖瓣植入導(dǎo)線起搏右室是不可能的。唯一的解決辦法是在冠狀竇內(nèi)植入起搏電極，然后連接到永久起搏器。因為起搏的是心室而不是心房，所以對冠狀竇進(jìn)行準(zhǔn)確定位非常必要。冠狀竇的定位方法是基于蒙彼利埃Pr Paul Puech 的技術(shù)。

3.4 1975 年起搏器:防止期前收縮所導(dǎo)致的室性心動過速及暈厥

一位男性患者出現(xiàn)了心肌梗死后室性心動過速，由于在輕微的活動如剃須后也會反復(fù)發(fā)作室性心動過速、暈厥，所以該患者不能順利轉(zhuǎn)出冠心病監(jiān)護(hù)病房。心電圖記錄表明，患者的室性心動過速是被偶爾一個期前收縮及隨后又一次的期前收縮而觸發(fā)，進(jìn)而繼發(fā)非持續(xù)性、持續(xù)性室性心動過速，直到最后心室顫動。當(dāng)時，Guy Fontaine 博士等猜想，控制期前收縮能夠控制折返現(xiàn)象，防止致命性心律失常的出現(xiàn)。理論上，這可以通過在期前收縮后給予心室刺激避免期前收縮后間期異常延長導(dǎo)致“規(guī)則的二聯(lián)律”。第一個具有相似表現(xiàn)的患者在冠狀竇植入雙極起搏器后進(jìn)行了兩周的測試，證實(shí)治療成功有效。Guy Fontaine博士當(dāng)時想出了另一種方法(時間消耗更短)，即在病人身上給予心房期前收縮刺激來縮短期前收縮的間期。這是通過一個特殊的電阻連接到起搏器(該電阻可以感知心室，但不能起搏心室)，同時用不同的導(dǎo)線插入到心房并與之前的心室導(dǎo)聯(lián)平行。這兩個導(dǎo)線被連接到第一個基于微處理器的起搏器(Vitatron DPG-1)，編碼“自動超速”模式功能。當(dāng)期前收縮被心室電極感知到時，起搏器就會發(fā)放程序性期前刺激，由于其被電阻阻滯，所以不能起搏心室，而是提前起搏心房。這種心房提前起搏縮短了期前收縮后的間期，可以防止二聯(lián)律的規(guī)則出現(xiàn)及室性心動過速/心室顫動的發(fā)生。該患者在隨后的一年多沒有發(fā)生危及生命的室性心律失常新事件(圖4)。

圖4 A:1974 年快速起搏終止室性心動過速。B:1973 年測量閾值的手動刺激器。C:1975 年DPG-1 Vitatron 心臟起搏器的動態(tài)超速功能。D:檢測起搏器活動用于遠(yuǎn)程傳送的裝置。

4 1976～2012 年以前的一些心電圖概念

4.1 1976 年 繁瑣的雙單極起搏系統(tǒng)

Guy Fontaine 博士一直很關(guān)心是否有簡單的設(shè)備能夠防止心臟驟停。為了解決這個問題，Guy Fontaine博士建議使用兩個獨(dú)立的完整起搏單元，每個起搏單元配備一個電池，一個電子電路連接到兩個獨(dú)立的導(dǎo)線和心內(nèi)膜電極。舉例來說，每個起搏單元以40 次/min 起搏，但是同步延遲，最終的起搏頻率是80 次/min。如果一個起搏單元出現(xiàn)故障或是一個電極閾值增高，心率會下降到40 次/min。這很容易被患者察覺，最重要的是可以預(yù)防暈厥和猝死。雖然后來Guy Fontaine 博士等與起搏器的代表部門(Milwaukee USA)談過這個設(shè)備的發(fā)展，但最終因為各種原因，這個設(shè)備未能進(jìn)入研發(fā)階段。

4.2 1980 年 可能治療Coumel's 心動過速的兩種起搏器

Guy Fontaine 博士等在年輕人中觀察到了一種特殊形式、連續(xù)的，有時是永久性的折返性心動過速，可能是由于存在緩慢傳導(dǎo)的逆行旁道(預(yù)激綜合征的隱匿形式)所引起。心動過速可由一個自發(fā)的房性、結(jié)性或室性期前收縮誘發(fā)。Guy Fontaine 博士推測，由心房和心室“觸發(fā)”起搏器能夠終止心動過速，因為任何起源的期前收縮都能夠引起心腔的反向自發(fā)激動，其本身可導(dǎo)致折返環(huán)路活動的阻滯。Guy Fontaine 博士后來與Barouh V Berkovitz(首次提出“按需起搏器”)談?wù)揋uy Fontaine 博士的觀點(diǎn)。盡管Barouh V Berkovitz 同意Guy Fontaine 博士的觀點(diǎn)，但這個觀點(diǎn)從來沒有被研究過?，F(xiàn)在這種心動過速可很容易并確切地通過冠狀竇射頻消融治療，冠狀竇是旁路慢傳導(dǎo)的關(guān)鍵區(qū)域。

在心臟起搏剛開始時，Guy Fontaine 博士有無數(shù)創(chuàng)新的想法，雖然Guy Fontaine 博士從來沒有努力去獲得多項專利，但Guy Fontaine 博士沒想到之前發(fā)表的材料會被感興趣的學(xué)者重拾進(jìn)而成為全球人類的遺產(chǎn)，Guy Fontaine 博士也因此被列入“500 個最偉大的21 世紀(jì)天才”。

4.3 大約1980 年 起搏器用于遠(yuǎn)程監(jiān)測的檢測

起搏器頻率減低是起搏器電池耗竭的第一個跡象。有時候患者因為距離、天氣、年齡、其他疾病等多種原因不能來醫(yī)院進(jìn)行起搏器的定期檢查。然而，起搏器發(fā)放的沖動可通過在起搏器位置植入線圈隔著衣服來檢測。因此，患者必須把線圈放到合適的位置，當(dāng)該位置合適時，每發(fā)放一次沖動，小喇叭會發(fā)出“噠噠”聲。院外患者可將麥克風(fēng)上的電話轉(zhuǎn)接到醫(yī)院，護(hù)士會接收起搏器脈沖信號，將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦呔_度的脈沖間期。如果電池電量減少，可在該測量報告上顯示。這種測量起搏器電量的方法有助于幫助醫(yī)生在起搏器因電量減少不能順利起搏前更換掉起搏器。

5 最后的貢獻(xiàn)

5.1 2012 年 診斷植入設(shè)備

植入式設(shè)備包含特定的三維加速度傳感器，通過記錄數(shù)據(jù)來定義基本的“屬性”，進(jìn)而對特定個體的活動狀態(tài)進(jìn)行分級。當(dāng)檢測到一個人的活動量顯著減少時，連續(xù)的記錄模式將啟動報警。這一程序的應(yīng)用可以早期發(fā)現(xiàn)癌癥，因癌癥與疲勞相關(guān)，且80%的患者會在隨后有活動量下降。在另外一種情況下，癌癥首先表現(xiàn)為疼痛，疼痛可造成活動量的增加，這也可以用相同的方法來檢測。

不難想象，主要的神經(jīng)系統(tǒng)疾病也可被該設(shè)備檢測到。當(dāng)神經(jīng)功能缺損不太嚴(yán)重時，大多情況下，與參考“屬性”相比，最后的記錄模式會發(fā)生改變。這也將觸發(fā)報警。

另外，也可通過合適的加速度計的解釋來檢測體質(zhì)量的下降。如果Guy Fontaine 博士等的設(shè)備包含經(jīng)胸阻抗的傳感器，Guy Fontaine 博士等將可能通過獲得胸廓中過量液體的信息來提示心臟衰竭初期?；诩{米技術(shù)的生物傳感器將為研究領(lǐng)域打開更廣闊的天地。

5.2 2013 年 永眠

除了突然死亡，生命的終結(jié)一般是不愉快的。在睡眠中猝死常被認(rèn)為是死亡的最好方法。觸發(fā)夜間猝死的新設(shè)備拓寬了患者、醫(yī)生及人們選擇的可能性。睡眠中，活動水平的顯著下降或與其他參數(shù)下降結(jié)合都會自動觸發(fā)心律失常。因此，對于一個個體來說，死亡就是不存在了。然而，醫(yī)護(hù)人員可以提前預(yù)知死亡(圖5)。

圖5 2013 年在電生理實(shí)驗室通過右心室導(dǎo)管誘發(fā)出心室顫動(美國Brush 記錄器)

Guy Fontaine 博士曾經(jīng)和在美國加州瑪麗安德爾灣酒店偶然遇到的一個女子談?wù)撛撛O(shè)備的價值。她是臺灣一位大商人的妻子，受過良好教育。她信禪，并且完全信服輪回。她認(rèn)為Guy Fontaine 博士的設(shè)備對于整個人類是一大貢獻(xiàn)。