一些关于起搏器的早期概念

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

经过Pr Welti 在Tenon 医院3 个月的努力，瑞典发明了第一批起搏器，之后美国也发明了起搏器。当房室传导的自发反馈与起搏器的固定频率冲突时，可出现不规则、耐受性差的心脏节律，有触发室性心动过速或致命性心室颤动的危险。Guy Fontaine 博士的观点是，这可以通过起搏器固定频率的计时系统将心电描计图适当放大来进行预防。来自迈阿密的心脏病专家Dr Sol 认为Guy Fontaine 博士的观点是一个非常有价值的想法，在这样的观点指导下，自己将于2～3 月后在迈阿密植入第一台这样的起搏器，并且在将来所有的起搏器都将依据这一原则工作。一年后，即1965 年，美国医学协会杂志《JAMA》发表了有关此设备的第一篇文章，为迈阿密高级心脏专家Dr Louis Lemberg 所写。

1.2 1965 年 临时起搏的外部刺激器

在第一批晶体管起搏器的使用初期，通过一个临时导管将电极植入右心室心尖部，Guy Fontaine 博士等能够在等待起搏器植入的完全性房室传导阻滞患者身上建立临时刺激。该设备有几个有趣的特点:有速度、振幅和脉冲持续时间三个可调的基本参数。它靠4 个常见的非充电电池提供动力，能够进行大约15 d 的连续起搏。其他的几个附加技术特征同样重要:刺激的振幅可以有两种方案来选择(0～8 V 或0～17 V)。输出脉冲是由一个齐纳二极管来稳定的，所以脉冲振幅与电池电压下降无关，直至电池电量耗竭。此外，每次刺激后指示针在这个位置上很小的偏转意味着一次脉冲的释放。输出电路所提供的电流，足够同时起搏几个患者(图1)。

1.3 1967 年 紧急电极系统

1.4 1968 年 低循环功率的起搏器电路

起搏器的另一个常见问题是有效起搏心脏所需的起搏电压异常增高，常在起搏器植入后数天或数周后发生。这是由于心肌组织对外来电极材料发生了过度的纤维化反应。正如前面所说，起搏失败可能会导致一些患者猝死。起搏器的刺激振幅在每4 次的循环周期中第4 次自动减少可能会使起搏失败突显，而其他正常振幅刺激仍能够正常地起搏心脏。这一原则于1968 年在欧洲心脏大会上首次被提出。

1.5 1969 年 根据阈值制定的起搏器

该起搏器的基本概念是基于人们所熟知的0 或1的现象(即全或无现象，译者注)。起搏器的刺激要么高于舒张期阈值并且起搏心室(1);要么刺激太低，不能够有效起搏心室，无心脏收缩(0)(图1)。

图1 A:1965 年，临时起搏的外部刺激器。B:1969 年根据不同阈值制作的起搏器的记录(X=0.1 mm/s，Y=0.1 volt/div 美国Brush 记录器)。

Guy Fontaine 博士等当时制造了一个起搏器，其能够根据心脏的需要选择性地释放阈下刺激或阈上刺激。更确切地说，如果一个特定的刺激传到心脏能够有效起搏心脏，那么这个刺激是阈上刺激。对引起心室激动的刺激振幅进行检测，有助于对下一次心脏收缩时需要的刺激振幅进行选择。如果下一个刺激也是阈上刺激，它后面会跟随一次心室起搏，同样的道理，稍弱的刺激也能引起心室的起搏，以此类推，直到刺激不能引起心室起搏，表明这时心脏没有被激动。电流不能被起搏器的放大电路检测，就会导致下一个刺激振幅增加，直到达到足够的阈上振幅。这个起搏器建成后，能够在临时导管下很好地工作。很多年后，微型电路与大量小体积的电子元件问世，这一原理被应用于植入型起搏器中(自动捕获的原理应用到了圣犹达起搏器中)。

1.6 1969 年 功率周期性减小的按需起搏器

这种起搏器是基于以上所谈到的功率周期性减小与按需起搏功能的结合。这一原则最终靠磁铁进行起搏，之后在美敦力公司的很多起搏器中都有应用。

2 1970～1973 年 一些起搏器概念

2.1 1970 年 短阵快速起搏用于治疗预激综合征性心动过速

一位60岁的典型预激综合征患者，反复发作快速心房颤动及折返性心动过速。在巴黎多家机构进行治疗后没有成功。经过多次的电生理检测，Guy Fontaine 博士证实该患者反复发作心动过速及心房颤动，并且心室率在能够忍耐范围内。同时，Guy Fontaine博士发现，终止这种心动过速的唯一办法是当心动过速发作时，在QRS 波结束时给予快速心室起搏。这可以通过在心室T 波结束时给予心室短阵快速起搏来实现。Guy Fontaine 博士让一个法国起搏器公司定做了一个释放快速起搏刺激的磁性起搏器。该起搏器植入后，当病人住院期间心动过速再次发作时，起搏器均能有效终止。不幸的是，病人出院几周后，被发现死在浴室，磁性起搏器握在手里。Guy Fontaine 博士非常清楚造成该病人这一死亡悲剧发生的原因。Guy Fontaine 博士已记录过，磁性起搏器在终止自发性心动过速时，也可诱发短阵的非持续性室性心动过速。所以，Guy Fontaine 博士猜测该病人可能发作了心房扑动，他试图用磁性起搏器去终止心动过速。但是他没有听从Guy Fontaine 博士的建议，即不要将磁性起搏器放在起搏器超过2 s。由于病人不想再回到医院，所以他使用磁性起搏器的时间超过2 s，之后出现快速的心室反应，导致心室不同步、心室颤动而死亡。大家注意，当时在起搏器里包括计时功能还是件非常困难的事(图2)。

图2 A:关于预激综合征心动过速被自发性早搏诱导/终止的例子。上图:两个自发性室性早搏之后，诱发了折返性心动过速。下图:在一个自发性交界性期前收缩后，折返性心动过速终止。B:高频脉冲起搏心室刺激是唯一可以重复终止折返性心动过速的途径。C:另一个例子，过长的刺激终止了折返性心动过速，但是诱导了一阵非持续性室性心动过速。D:1972 年心脏射频起搏系统左图为心动过速快速起搏脉冲发放器原型，右图为用于永久起搏的商业装置及其线圈。E:美敦力射频起搏系统天线在盒子里。F:两种射频起搏器皮下射频起搏器(左图为心脏单极射频装置，右图为双极射频装置。标尺为厘米)

2.2 大约1971 年 折射计

这种刺激发放仪能够在基本刺激频率的基础上定时释放精确的额外刺激。加宽额外刺激后紧跟的偶联间期，能够测量心室(和心房)的有效不应期。

2.3 1971 年 救命的儿科射频起搏

一个处于心脏衰竭终末期的7岁小孩，在先天性缺损修补术后出现完全性心脏传导阻滞。她转入Guy Fontaine 博士所在医院接受起搏器植入术，虽没有发展至肺水肿，但她不能在手术台上躺平。解决的方案是，在一个护士的帮助下，患者保持半仰卧状(正好能够呼吸)。在X 射线台上，Guy Fontaine 博士迅速地植入了一个微小的射频起搏器。这种外部射频起搏器工作几天后，明显改善了患者的心功能。

2.4 1972 年 射频起搏器调整药物治疗(图3)

一个老太太，存在左侧旁道，并且反复发作折返性心动过速。这种情况下，Guy Fontaine 博士将射频起搏器连接到静脉窦终止了心动过速。当时胺碘酮才刚刚被研发，第一助理Pr Facquet 发现最初开发用来治疗心绞痛的胺碘酮，用于治疗多种心律失常也同样有效。Guy Fontaine 博士后来给了这位老太太胺碘酮，并且观察到一定剂量的药物能够使心动过速的速率减慢，但是仍需要起搏器来终止心动过速。给予更高剂量胺碘酮后，心动过速仍然能够诱发，但是在心率减慢几分钟后可以自发停止。当给予更高剂量胺碘酮后，心律失常不能诱发。尽管结果令人印象深刻，但当时并没有人重视这种新的治疗方式。

自动上料完成以后，进入自动盖章环节，机构完成前伸动作后触发盖章机动作执行盖章环节。自动盖章程序如图5。

图3 A:1972 年无线频率起搏器调整药物治疗的例子:第一条心电图示:预激综合征折返性心动过速由冠状窦起源的临界心房刺激诱发;第二条心电图显示胺碘酮治疗几天后，仍能由刺激诱导及终止心动过速;第三条心电图显示胺碘酮治疗一周后，仍能诱发心动过速，且心动过速可以自动终止;第四条心电图显示增加胺碘酮剂量后不再能够通过非同步心室刺激诱发心动过速。B:1972 年起搏心脏的射频数字发放器(索林公司)。C:1973 年用于阈值测量的手动刺激器SCE10 在植入心脏起搏器时。D:1973 年用于阈值测量的手动刺激器SCE20。

2.5 1972 年 不用开胸手术的射频起搏器

一位72岁的老太太，由于左侧预激综合征而反复发作折返性心动过速，但患者不愿接受大手术治疗。在进行电生理检查时，Guy Fontaine 博士等发现在冠状窦起搏可以有效缓解该患者折返性心动过速发作时的不适及其他相关严重症状。因此，Guy Fontaine博士等决定将连接导线的射频起搏器植入到冠状窦。调整到适当频率的外部射频刺激器能够在任何地方终止心动过速，即使是在公交车上，也不被周围的乘客发现。

2.6 大约1973 年 SCE10

起搏器植入前电子脉冲的起搏阈值测量最初是用一个可调节刺激器和示波器进行的。这种方法涉及一个庞大而复杂的设备，并且需要有人操作刺激器和读取示波器参数。Guy Fontaine 博士等当时设计了一个小的电池供电手持式电子刺激器。其主要特征是应用电子电路，释放可调节的固定电压输出。一个10 圈电位器能够释放0～10 V 的可调式脉冲，精度为0.1 V。因为电路是以恒定电压方式工作的，所以在10 圈电位器刻度上可以直接读出振幅的伏特数值。很多年后，Guy Fontaine 博士为德国的百多力公司研发了相似的设备。

3 1974～1975 年的一些起搏器概念

3.1 大约1974 年StimTac

在治疗心律失常的手术开始时，需要通过快速刺激诱发室性心动过速。Guy Fontaine 博士当时产生了制造一种手持式刺激器的想法，可提供50～100 次/min 的基础刺激频率，之后在其上安装一个横向旋钮，可提供100～400 次/min 的快速脉冲刺激。开关能够进行极性的转换，且能够在6 V 和12 V 之间进行输出振幅的选择。目前，这种设备已广泛用于手术室和电生理研究，它比室性心律失常诱导时的程序刺激更有效。

3.2 大约1975 年SCE20

几年后，人们在可调恒流输出器的盒子里增加了第二刺激器，同样也是靠10 圈电位器调节，能够释放0～10 mA 的刺激脉冲。当通过电压和电流得到起搏阈值时，就可计算出心内膜起搏电极的阻抗。当导线接触不良时，可进行疑难排查，这很重要(导线断裂或导线与终末电极接触不良或双极导管的两个导线发生短路)。这两种装置还包括一个进行输出极性转化的开关(双极性测试)和一个大功率开关(10 V)，可在紧急阈值增高情况下使用。这个功能也可用于常规检测膈神经刺激是否缺乏。

3.3 1974 年 冠状窦永久起搏

一位妇女在她50岁时就已近乎绝望了，因为在进行了3 个瓣膜植入的开胸手术后，她患上了难以耐受的完全性房室传导阻滞。因此，通过人工三尖瓣植入导线起搏右室是不可能的。唯一的解决办法是在冠状窦内植入起搏电极，然后连接到永久起搏器。因为起搏的是心室而不是心房，所以对冠状窦进行准确定位非常必要。冠状窦的定位方法是基于蒙彼利埃Pr Paul Puech 的技术。

3.4 1975 年起搏器:防止期前收缩所导致的室性心动过速及晕厥

一位男性患者出现了心肌梗死后室性心动过速，由于在轻微的活动如剃须后也会反复发作室性心动过速、晕厥，所以该患者不能顺利转出冠心病监护病房。心电图记录表明，患者的室性心动过速是被偶尔一个期前收缩及随后又一次的期前收缩而触发，进而继发非持续性、持续性室性心动过速，直到最后心室颤动。当时，Guy Fontaine 博士等猜想，控制期前收缩能够控制折返现象，防止致命性心律失常的出现。理论上，这可以通过在期前收缩后给予心室刺激避免期前收缩后间期异常延长导致“规则的二联律”。第一个具有相似表现的患者在冠状窦植入双极起搏器后进行了两周的测试，证实治疗成功有效。Guy Fontaine博士当时想出了另一种方法(时间消耗更短)，即在病人身上给予心房期前收缩刺激来缩短期前收缩的间期。这是通过一个特殊的电阻连接到起搏器(该电阻可以感知心室，但不能起搏心室)，同时用不同的导线插入到心房并与之前的心室导联平行。这两个导线被连接到第一个基于微处理器的起搏器(Vitatron DPG-1)，编码“自动超速”模式功能。当期前收缩被心室电极感知到时，起搏器就会发放程序性期前刺激，由于其被电阻阻滞，所以不能起搏心室，而是提前起搏心房。这种心房提前起搏缩短了期前收缩后的间期，可以防止二联律的规则出现及室性心动过速/心室颤动的发生。该患者在随后的一年多没有发生危及生命的室性心律失常新事件(图4)。

图4 A:1974 年快速起搏终止室性心动过速。B:1973 年测量阈值的手动刺激器。C:1975 年DPG-1 Vitatron 心脏起搏器的动态超速功能。D:检测起搏器活动用于远程传送的装置。

4 1976～2012 年以前的一些心电图概念

4.1 1976 年 繁琐的双单极起搏系统

Guy Fontaine 博士一直很关心是否有简单的设备能够防止心脏骤停。为了解决这个问题，Guy Fontaine博士建议使用两个独立的完整起搏单元，每个起搏单元配备一个电池，一个电子电路连接到两个独立的导线和心内膜电极。举例来说，每个起搏单元以40 次/min 起搏，但是同步延迟，最终的起搏频率是80 次/min。如果一个起搏单元出现故障或是一个电极阈值增高，心率会下降到40 次/min。这很容易被患者察觉，最重要的是可以预防晕厥和猝死。虽然后来Guy Fontaine 博士等与起搏器的代表部门(Milwaukee USA)谈过这个设备的发展，但最终因为各种原因，这个设备未能进入研发阶段。

4.2 1980 年 可能治疗Coumel's 心动过速的两种起搏器

Guy Fontaine 博士等在年轻人中观察到了一种特殊形式、连续的，有时是永久性的折返性心动过速，可能是由于存在缓慢传导的逆行旁道(预激综合征的隐匿形式)所引起。心动过速可由一个自发的房性、结性或室性期前收缩诱发。Guy Fontaine 博士推测，由心房和心室“触发”起搏器能够终止心动过速，因为任何起源的期前收缩都能够引起心腔的反向自发激动，其本身可导致折返环路活动的阻滞。Guy Fontaine 博士后来与Barouh V Berkovitz(首次提出“按需起搏器”)谈论Guy Fontaine 博士的观点。尽管Barouh V Berkovitz 同意Guy Fontaine 博士的观点，但这个观点从来没有被研究过。现在这种心动过速可很容易并确切地通过冠状窦射频消融治疗，冠状窦是旁路慢传导的关键区域。

在心脏起搏刚开始时，Guy Fontaine 博士有无数创新的想法，虽然Guy Fontaine 博士从来没有努力去获得多项专利，但Guy Fontaine 博士没想到之前发表的材料会被感兴趣的学者重拾进而成为全球人类的遗产，Guy Fontaine 博士也因此被列入“500 个最伟大的21 世纪天才”。

4.3 大约1980 年 起搏器用于远程监测的检测

起搏器频率减低是起搏器电池耗竭的第一个迹象。有时候患者因为距离、天气、年龄、其他疾病等多种原因不能来医院进行起搏器的定期检查。然而，起搏器发放的冲动可通过在起搏器位置植入线圈隔着衣服来检测。因此，患者必须把线圈放到合适的位置，当该位置合适时，每发放一次冲动，小喇叭会发出“哒哒”声。院外患者可将麦克风上的电话转接到医院，护士会接收起搏器脉冲信号，将其转变为高精确度的脉冲间期。如果电池电量减少，可在该测量报告上显示。这种测量起搏器电量的方法有助于帮助医生在起搏器因电量减少不能顺利起搏前更换掉起搏器。

5 最后的贡献

5.1 2012 年 诊断植入设备

植入式设备包含特定的三维加速度传感器，通过记录数据来定义基本的“属性”，进而对特定个体的活动状态进行分级。当检测到一个人的活动量显著减少时，连续的记录模式将启动报警。这一程序的应用可以早期发现癌症，因癌症与疲劳相关，且80%的患者会在随后有活动量下降。在另外一种情况下，癌症首先表现为疼痛，疼痛可造成活动量的增加，这也可以用相同的方法来检测。

不难想象，主要的神经系统疾病也可被该设备检测到。当神经功能缺损不太严重时，大多情况下，与参考“属性”相比，最后的记录模式会发生改变。这也将触发报警。

另外，也可通过合适的加速度计的解释来检测体质量的下降。如果Guy Fontaine 博士等的设备包含经胸阻抗的传感器，Guy Fontaine 博士等将可能通过获得胸廓中过量液体的信息来提示心脏衰竭初期。基于纳米技术的生物传感器将为研究领域打开更广阔的天地。

5.2 2013 年 永眠

除了突然死亡，生命的终结一般是不愉快的。在睡眠中猝死常被认为是死亡的最好方法。触发夜间猝死的新设备拓宽了患者、医生及人们选择的可能性。睡眠中，活动水平的显著下降或与其他参数下降结合都会自动触发心律失常。因此，对于一个个体来说，死亡就是不存在了。然而，医护人员可以提前预知死亡(图5)。

图5 2013 年在电生理实验室通过右心室导管诱发出心室颤动(美国Brush 记录器)

Guy Fontaine 博士曾经和在美国加州玛丽安德尔湾酒店偶然遇到的一个女子谈论该设备的价值。她是台湾一位大商人的妻子，受过良好教育。她信禅，并且完全信服轮回。她认为Guy Fontaine 博士的设备对于整个人类是一大贡献。