人生百年,死别是最深切的悲痛之一,这种强烈的感情激发出了无数优秀的诗歌和文学作品,也促进了医学的发展。当一部分人用笔墨抒发悲思,甚至以穿越重生的故事寻求慰藉的时候,还有一部分人,他们在现实的荆棘中奋斗着、要以科技手段行逆天改命之举,这其中,最伟大的发明之一就是心电图机。
早期心电图的测量方法至今,心电图机发明约年了,现已成为临床四大常规检查项目之一。回顾历史,心电图机的发明并非一蹴而就,经历了许多人的艰苦探索,涉及物理、生物、解剖、化学等多个学科的进步,期间,甚至还诞生了《弗兰肯斯坦》这样不朽的早期科幻作品,从而激发了更多人的探索热情。
一、生物电的争论,催生了科幻小说的诞生
18世纪末和19世纪初,意大利解剖学家伽伐尼(Galvani)与物理学家伏打(Volta)就生物电问题展开了跨世纪的大争论。
二人围绕着蛙腿与金属片接触会发生跳动这一实验的现象,伏打证明是外部电位差造成的,伽伐尼则针对反方一再改进试验条件,以证明生物电的存在。
双方各自都有大批拥趸,两派的观点针锋相对。从课堂、刊物到科学院,试验越来越深入,争论的规模越来越大。甚至有科学家不惜割开自己的皮肉,插上与银片,以验证生物电是否存在。
用青蛙做生物电试验在年,伽伐尼的铁杆粉丝、外甥乔万尼从监狱找到一个死囚尸体。为证明伽伐尼的观点,他给尸体通上强大的电流:尸体出现肌肉抽搐、肢体抖动的现象。该试验引发了社会上关于人道主义的争议,当局随即禁止了类似的实验。
当时的欧洲,经历了工业革命的洗礼,科学思维异常活跃。为了避开审查,医学院的两个学生特意找到一个名为弗兰肯斯坦的城堡,偷偷地进行了相同的加电实验。
在寂静的地下室,被解剖又缝合过的教学尸体在通电的一刹那,突然剧烈地抖动并抽搐起来,他们被这一现象吓坏了。之后,这件事不胫而走。
弗兰肯斯坦城堡曾有炼金术士和人体解剖学者在此工作,本来就存在着大量诡异的传说,现在,学生们的试验被添加了神秘色彩,衍生出了更加骇人听闻的恐怖故事开始流传。
乔万尼找了具尸体最终这个故事传到了女作家玛丽·雪莱的耳朵里。
玛丽·雪莱是著名诗人雪莱的妻子,她随同丈夫游历欧洲,曾经到过弗兰肯斯坦城堡。这座城堡建于年,位于德国南部的一座山顶上。
诗人拜伦与雪莱是好朋友,他们经常举行聚会。在一次聚会时,有人讲起了城堡的鬼故事。雪莱夫人突发奇想,如果利用发电机和僵尸制造怪物......
日有所思,夜有所梦,雪莱夫人在梦乡中进入了僵尸的房间,看见有人用电流唤醒了死尸,那个怪人叫弗兰肯斯坦——凌晨,她被这个恐惧的噩梦惊醒。
年,《弗兰肯斯坦》出版,很快风靡于世,并被各种影、视、剧不断地改编。玛丽·雪莱被称为科幻小说之母。
弗兰肯斯坦创造的怪物二、科幻小说激发了更多人的探索热情,第一份人类心电图
弗兰肯斯坦创造了科学怪兽,又被自己创造的怪物摧毁。小说展示了滥用科学的后果,也激发了更多人投入科学研究。科技进步总是伴随着对未来的更大担忧,但人类对未知领域的探索却从未停止。
马泰乌奇((CarloMatteucci)教授受玛丽·雪莱小说的启发,继续了伽伐尼的研究,他发现:包括心脏在内,一切收缩的肌肉都会产生电流。
既然存在心电,那能否进行测量?进而推测心脏健康状况呢?
年的时候啊,法国物理学李普曼(G.Lippmann)研究出来了一台非常灵敏的毛细管静电计,准备进行静电方面的测量和研究。
这台机器的出现,为生物电的测量打开了一扇窗。英国生理学家沃勒(D.Waller)用它测量自家的小狗,果然测到了其身上生物电的变化。只是时间久了,小狗不胜其烦,更不愿配合教授的折腾,沃勒教授索性以自己为对象,展开了系统的研究。
李普曼及其毛细管静电计年,在医院,沃勒教授展示了他的研究成果,这次活动足以载入史册。
沃勒教授将自己的左右手分别放置在了装有盐溶液的水盆中,盐溶液和这个毛细管静电计连在了一起,仪器上的水银柱伴随着心脏跳动而搏动。
尽管受当时设备水平所限,记录的图形只有心室波,而且波形小,不稳定,不易辨认,但这是人类历史上的第一例心电图,为心电图技术应用的最终问世奠定了基础。
当时在场的观众中,一位来自荷兰莱顿大学的年轻人分外激动,他就是威廉·爱因托芬。
三、爱因托芬的中国渊源
爱因托芬的志向就是为心脏病人找出治疗之路,因为他挚爱的亲人死于这种令人茫然的疾病。
他出生于医学世家,父母在荷属东印度(今印度尼西亚)雇佣了许多下南洋的中国人种植甘蔗等经济作物。
爱因托芬与洪妈在上海住了六年爱因托芬出生后,找了个中国保姆洪妈,她心地善良,照顾幼子无微不至。两人建立起深厚的感情,四岁开始,爱因托芬与洪妈在上海住了六年,还到洪妈的家乡,广东乡下住了几个月。
爱因托芬无忧无虑的童年时光大部分在中国、在洪妈的羽翼下度过,可当其刚刚成年、开始跃跃欲试地打量世界时,洪妈因心脏病离开了人世,这让爱因托芬万分悲痛。
17岁的爱因托芬立志于研究心脏病。他回到荷兰,进入了以医科闻名于世的乌得勒支大学学医。毕业后,又到莱顿大学从事生理学的教学和研究工作。
当时的医学对心脏病还所知甚少,为了深入研究,爱因托芬找到了当时年事已高的著名医学家、荷兰的杜德拜师,杜德毫无保留地将自己所有的病理研究资料都给了爱因托芬:心脏病的研究现在还很不理想,你要大胆走!
人们以为爱因托芬会一头扎进医学心脏病的研究领域,出乎意料的是,他又进入了物理学院学习。他认为,既然心脏可以产生生物电,这应该是认识心脏病的桥梁。爱因托芬自认对电知识认识不足,因此,他用一年时间学通了电学。
爱因托芬就学的乌得勒支大学四、人们无法保证总是行进在正确的道路上
1、初现曙光
现场观看了英国生理学家沃勒的演示后,爱因托芬立即认定:这就是自己需要努力的方向。在此后的13年里,他完全沉浸于毛细管静电计记录心电图的研究。
沃勒教授的展示,只记录下心室波,而且,波形小,不稳定,不易辨认。心房波则根本记录不到。爱因托芬费尽心机,改进了多项关键性技术,经过13年试验、改进、创新,终于看到了相对清晰的心电图波形。
但他的仪器太过灵敏,任何外界的干扰、极轻微的震动,都会改变产生的图形。
为了解决这一问题,爱因托芬费尽周折、一筹莫展,甚至尝试使用笨办法:在房间里挖了个几米的深坑,将机器移入其中。但是干扰依旧。
是这条技术路径行不通么?爱因托芬面临艰难的选择:继续坚持寻找解决干扰的方法,还是放弃13年的努力,另辟蹊径?
心电图试验2、回头是岸
经过痛苦的抉择,年,爱因托芬放下了毛细管静电计,开始寻找新的办法。他的电学知识派上了用途。爱因托芬利用安培定律,发明了一个磁电式仪表,以此替代毛细管静电计。
但新的问题接踵而至。心脏的电位是微伏级的,想要测出它的变化,需要极高的灵敏度,磁极间的导线就非常重要。爱因托芬选择了当时能找到的最佳材料:镀银的石英丝。
将石英丝挂在这个两级之间的时候,哪怕是有轻微的电流通过,都会发生磁偏转的现象。这种偏转度与电流强度是成正比的。
这样,将电极放在人体手臂和腿上,就可以测到心脏向全身泵送血液时候通过心肌的电脉冲了。问题是,要想让这根导线变得非常敏锐,就得非常非常的细。
以当时的条件,没有人能够按爱因托芬的要求做出如此细的石英丝。
爱因托芬和他的仪器山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村。爱因托芬团队的一位老者范德沃德,天才般的解决了这个难题:他将烧熔的石英线绑在一支箭的尾部,射了出去。随着箭的飞行,石英丝被拉得非常细,以至达到了肉眼难以分辨的程度,而且很均匀。爱因托芬获得了梦寐以求的、极其灵敏的镀银石英丝。
五、心电图之父
年,爱因托芬的弦线式电流计成型,它可以灵敏地捕捉到人体心脏的活动。但这还不够,它还要能被记录,才能服务于人类。
爱因托芬想出了一个绝妙的方法,电流计在偏移的时候,让它遮挡住一束光,在感光纸留下阴影,通过不停地移动感光纸,心脏活动的电脉冲就被记录下来了。
爱因托芬终于成功记录下了人类历史上的第一个实用的心电图,图形稳定,波形清晰。
心电图记录装置有了仪器,还要有相应的使用技术。爱因托芬以P、Q、R、S、T标注心电图上的几种波形,这种命名方法沿用至今。
从年开始,爱因托芬对心电图的各种波形进行了大量研究,为心电图原理和心电测量的方法学奠定了基础。
这台神奇的机器迟迟没有向外界公布。爱因托芬要验证设备的准确性,考虑理论是否有疏漏,以免仓促发布给医生带来误诊的困扰。直到某日,一位老年心脏病患者来医院检查,医生们束手无策。
要不就用我的机器试一试。随着老先生心脏的跳动,爱因托芬的神奇机器显示出相应的波形,他又根据以往研究积累的资料,判断出老先生大概是哪一种的心脏病。
爱因托芬心电图机输出的图形消息轰动了整个医学界,过去医生们只能判断你可能得了心脏病,但是哪一种类型的心脏病则无从知晓。现在爱因托芬的仪器,将病人心脏的状况转化成图形,为心脏病的划分、诊断、以及治疗提供了极大的帮助。
年,爱因托芬发表了《一种新电流计》的论文,标志着心电图临床应用时代的到来。心电图的问世,对于心率紊乱、心电脉冲的形成、心脏特殊传导的深入研究,都起到了决定性的作用。
爱因托芬被称为心电图之父。
六、小型化、实用化,在中国的应用
爱因托芬的心电图机是当时最先进的设备,但距离实用还有很大的距离。因为它太笨重了,整个设备需要占据了两个房间,5个人同时操作。
在为病人测量心电图时,受检者的双臂要浸泡在两个装满盐水的液罐中。为减少干扰,记录仪还要距受检者1.5公里之遥,医生需要用很长的信号线,将仪器与病人连接。
年,在一家仪器公司的帮助下,爱因托芬的心电图机逐渐瘦身。
年,出现了可移动的手推车式心电图机。
年,缩小到可放入皮箱中的携带式心电图机诞生了。
爱因托芬团队在操纵设备此后,心电图应用的发展、完善又经历了几代人的努力。其中导联方式由年爱因托芬的双极导联,发展到年威尔逊(Wilson)的单极导联,并在年,由戈德伯格(Goldberger)完善定型,直至现在广泛使用的心电图12导联系统。
那么在心电图的迭代过程当中,发生了哪些变化呢?
早期的弦线式心电图机是完全凭借范德沃德的天才手法才捕捉到心电的微弱信号,后来随着科技的发展,电子管、晶体管、集成电路的不断出现,心电图机随之变得更小、更清晰、更灵敏。
心电图的记录方式也经历了天翻地覆的变化,从胶片曝光式,到热笔式、热阵式、喷墨式,到如今的计算机打印,使心电图机的性能和可靠性等技术参数指标都得到了大幅度提高,成为今天临床诊断与治疗不可缺少的仪器。
标准12导联心电图示意图年,医院购进了两台Cambridge公司生产的心电图机,开启了我国心电图应用的先河。年,黄宛教授回国,及时将原来的旧式心电图机改造为单极导联心电图机,再次与世界同步。
近年来,中国在心电图的科研领域获得长足的进步,心电图机也广泛应用于各级医疗机构,为保障国民健康发挥着重要作用。
中国心电图应用起步的地方结语:
年,爱因托芬因发现心电图的产生机制和改进、完善心电图仪,被授予诺贝尔生理学或医学奖。在得知自己获奖后,他这样说的:贡献比我大的大有人在,由我领受这项科学大奖,我深感受之有愧!爱因托芬将诺贝尔奖金的一半赠送给已去世的技术员的亲属。
爱因托芬获奖实至名归,其后一代代人的探索积累,构成了心电图机发展的阶梯,更是有众多的科学家、医学家创造性的工作,才造就了今日医学的进步。
年,爱因托芬重回印度尼西亚,祭奠长眠在那里的洪妈。他可以自豪地告慰:自己终于可以诊断夺去她生命的疾病了。