心脏起搏技术巨大变革的50年——一个中年心脏科医生的见闻和感悟
光阴如箭,日月如梭，从我院安装的第一台起搏器到现在经历50年的辉煌历程，虽然这在人类历史的长河中只是短暂的一瞬，但在我国心脏起搏的历史上，却走过了漫长、崎岖、艰辛和成功之路。我作为一名中年心脏科医生，虽然只参与了极少部分工作，只看到我国心脏起搏事业和成就的冰山一角，却见证了老一代专家的艰辛和汗水，感悟了他们的智慧和思想；50个春秋的风风雨雨，无不蕴含着心脏起搏的新思想、新理念和新成就，无不伴随着心脏起搏领域翻天覆地的沧桑巨变以及起搏技术不断开拓、创新、进步和完善。
一、我国起搏器的研制和发展历程
60年代初,上海市第一人民医院胸外科霍銮锵、方作平和心内颜和昌、刘忠豫等医师在进行心脏除颤器的动物实验研究中，萌生了研制心脏起搏器的想法，并与上海继电器厂工程师屠雨卿等合作，研制了一台用继电器发送低压电脉冲的心脏起搏器，经过多次动物实验可以成功起搏心室，首开我国研制心脏起搏器的先河。于1962年用于抢救一例心率缓慢发生阿-施综合症的病患，获得成功。笔者虽然没有见到当时的起搏器，却与这台起搏器有不解之缘，主要是颜和昌和刘忠豫两位前辈与我谈到这这台起搏器时的陶醉气氛感染了我，使我这个不追星的人不知不觉成了她的粉丝。他们告诉我当时的心脏起搏器体积庞大，有八仙桌子大小，穿过皮肤与心外膜上两枚电极连接，患者只能在床边稍事走动。由于历史的原因,这台起搏器的研制并没有像国外起搏器那样(美国职业工程师协会将心脏起搏器评选为20世纪上半世纪最杰出的十大发明之一;心脏起搏器与因特网分获美国国立工程院2001最高奖)获得任何荣誉和奖项,但我相信在我们心脏科医生和起搏器人的心中,由于她开创了心脏病治疗的新领域，为我们树立了一个辉煌和壮丽里程碑。后改用心外膜感应式起搏，在上海第一人民医院和上海广慈医院（与钱剑安教授合作）安装了3例，最长者存活达12年之久。1964年南京的黄元铸、马文珠教授与南京胜利电器厂合作研制了国内第一台半导体固定频率起搏器（JB-1型），其后的JB-2型在临床应用较多。
70年代初，我院的刘忠豫与中山医院江圣扬、复旦大学方祖祥、伍于添老师又成功将闸流管放电驱动的感应式起搏器改为晶体管驱动的射频感应式起搏器。这一起搏器采用射频方法，使植入体内的线圈感应到连接起搏器的体外线圈电脉冲起搏心脏。并于1971年成功应用于一名叫胡根娣女患，手术后起搏器良好，患者很快恢复，能起床行走，不幸的是手术后10天左右，因心外膜电极折断起搏失效。2个月后改用聚乙烯心内膜导线电极与复旦大学方祖祥等研制的厚膜电路固定频率起搏器。1975年后才改用埋藏式起搏。现病人仍健康存活，是我国安装起搏器存活最长者。
早年的起搏器体积较大，采用直接或感应方式刺激心外膜，且为固定频率输出电脉冲，频发的起搏器和电极故障限制了临床应用，疗效也受到了影响。所以，当时从事起搏器研发和应用的老一辈专家开始研发小型便携式按需起搏器，并经心内膜起搏心脏，取得了较好的起搏效果。比如，1973由上海协作组研制复旦四一工厂生产了AXB-1型体外按需起搏器首次在瑞金医院应用；同年上海第三人民医院的郑道生教授与上海医疗电子仪器厂合作，以康殿邦为首的研制小组研制出HDB-2型体外按需型起搏器；次年南京的黄元铸教授等研制了JB-4型起搏器和西安的黄诒焯教授研制了体外便携式起搏器；哈尔滨的黄永麟和傅世英教授也研制了JB-H1型起搏器。
此时的体外起搏器尽管比早期的起搏器体积更小，临床应用更加便捷，起搏效果也更佳，但是却有着严重的缺陷：①电源采用6V或9V干电池，需要经常更换，更换不恰当或不熟练，会给患者带来风险。②心内膜电极导线要经皮肤隧道引到腹部，以避免逆行感染引起心内膜炎，但腹部皮肤穿出部位不可避免会出现炎症。③连接起搏器的导线在体外容易受到干扰和断裂。我最早学习心脏起搏时，接触的就是这类起搏器。记得我的硕士研究生导师王璞教授带着我与师弟李学奇为一名赶车的农民安装了一台体外起搏器，由于患者好动的天性，常常把导线弄断，出现晕厥，累得我们这些“电工” 要不时的为他修理导线，弄得医生和患者都“心惊肉跳”。另一例记忆较深的是一名女性患者，由于皮肤感染要经常更换导线位置，最后他的腹部到处都是疤痕，很难找到正常的可供导线穿出的皮肤，当时我们开玩笑“体无完肤”这句成语是因她而出现的。
为了弥补体外起搏器的不足和缺点，老一辈起搏人又踏上了研制埋藏式起搏器的征程。1974年上海协作组研制成环氧树脂包封的固定频率埋藏式起搏器，同年由上海新华医院的丁文祥教授用于一名ⅢAVB的儿童。1975年上海医疗电子仪器厂的殿邦等人研制出埋藏式按需型起搏器。1977年天津的周金台等研制了806型起搏器，1984年钛钢全封闭807型起搏器用于临床。这时的埋藏式起搏器虽然优于体外起搏，但受当时国内技术条件的限制，还存在这样和那样的问题。记得有一次我为病人植入起搏器，在体外测试起搏器各项参数均正常，但是植入体内后由于受体内环境和温度的影响，起搏频率从72次/每分钟上升为120次/每分钟。
从1980年美国慈善机构赠送Edwards起搏器开始，进口起搏器陆续进入中国，由于起搏器类型多，可程控、性能稳定和使用时间长而受到了临床医生的喜爱，也推进了我国心脏起搏进入了快速发展的轨道。然而，从另一个一角度看，对我国自主起搏器的发展却有某种程度的阻碍作用。
尽管如此，几个大的研究中心并没有停下他们研制起搏器的步伐。1981年西安医电所于程度715厂联合研制了QM（QMA-1、QM-2）型厚膜电路植入式VVI心脏起搏器；西安医电所与西安航空发电机公司联合研制的QB-1型植入式VVI心脏起搏器采用厚膜混合集成电路和锂碘电池供能，1984年开始生产。1990年，珠海新珠医药有限公司、上海医用电子仪器厂、复旦大学和上海市第一人民医院等四个单位组建了新珠心脏起搏器厂，试制成功单参数体外程控VVI型心脏起搏器，在动物实验及人体试验中都证明能达到预期的效果，并且通过国家鉴定。西安医电所的金捷教授等于2001年自行设计起搏电路，并于2004代替昂贵的ASIC电路将其用于他们研制的单腔单/双极九程控SSI起搏器，2006年与秦明医学仪器有限公司合作完成样机，该起搏器6mm厚，20克重，预期寿命10年。他们受863项目支持还于2008年研制了国产起搏器的863系列产品：包括单腔、单腔频率自适应、双腔、双腔频率自适应四款机型。这些新开发的起搏器已经具备了与国外起搏器竞争的技术和能力。可惜天妒英才，我所熟悉的朴实、勤奋、睿智和严谨的金捷教授英年早逝，这是我国起搏领域的巨大损失，我们只有用更加勤奋的工作和更多的勤奋告慰他的在天之灵。
二、起搏电极/电极导线的开发和应用
我院第一台起搏器的电极直接固定在心肌上，直接与起搏器连接，虽然达到了起搏心脏的目的，但电极很容易断裂，并且容易引起穿过皮肤处的感染。
第二台起搏器就改用了线圈感应式导线，体内的线圈（无源的调谐线圈）与缝在心肌的电极相连接，与体内线圈对应的体外线圈（射频发射线圈）经导线与起搏器连接，这样起搏器发放的电脉冲，先导入体外线圈，再将起搏电能发送至体内线圈，整流后通过导线电极刺激心脏。这种方法降低了体内电极断裂的风险，也减少了感染的机会，但是却出现了新的问题，如果两个线圈对合位置偏移，体内线圈感应起搏器电脉冲不佳，起搏功能会受到影响。
后来研制的心外膜电极导线，比如天津周金台教授、西安黄诒焯教授和南京黄元铸等研制的心外膜电极导线和均属于此类，缝合在心外膜心肌上，使起搏就更加可靠。但是此类导线有一大的弊病，容易出现起搏阈值增高,影响起搏效果。
当时国外已经广泛应用心内膜电极导线起搏心脏，我们医院的刘忠豫教授于1972自行设计和试制聚乙烯包被心内膜电极导线，并与复旦大学研制的厚膜电路固定频率起搏器连接，首次以经皮的方式成功心内膜起搏心脏，挽救了患者胡根娣的生命。天津周金台教授分别于1975年、1976年和1977年与天津电缆厂共同研制了无指引钢丝电极导线，有导丝指引的柱状和伞状电极，使电极导线的安装更加便捷和安全。 1979年西安医电所的金捷和黄诒焯教授研究制造了LTIA各向同性碳心内膜电极。这些电极导线起搏心脏的性能尽管优于心外膜电极，但是不容易在心内膜固定，而且存在术后3月内阈值增高的问题。笔者当时在使用这类电极导线过程，当导线位置较好和起搏阈值理想时，嘱病人变换体位、深吸气和咳嗽以观察定位是否牢靠，而且术后还要平卧位或左侧卧位3－7天。后来进口的电极导线应用更方便，性能也更可靠：带有激素的翼状导线，克服了上述国产电极导线的缺点，使心脏起搏器的安装更加容易了，而且也避免了术后局部炎症引起的阈值升高；有主动固定功能的螺旋电极导线，可以很容易定位于心脏的任何部位，使选择部位起搏成为现实；特制的左心室专用导线随之也用于临床，保障了CRT的顺利实施和可靠疗效。
三、起搏器能源的演变
交流电：我院研制的第一台起搏器直接与普通民用交流电源连接，由交流电供应能量，驱动起搏器发放电脉冲。刘忠豫教授告诉我，他值班时突然停电，患者发生晕厥，立即进行抢救，动用备用供电后起搏器才恢复正常功能，避免了患者的风险。
干电池：后来的便携式体外起搏器，采用干电池供应能量，当时用的电池主要为6V或9V，受电池寿命的影响，经常需要更换，更换者不熟悉起搏器或手法不熟练也可给患者带来风险。
锌汞电池：世界上第1台埋藏式起搏器所使用的电池为镍-镉电池，它需要每周至每月体外充电1次，因起搏安全性能低而被弃用，而在1960将锌-汞电池作为埋藏式起搏器的能源。1974年上海协作组研制成环氧树脂包封的固定频率埋藏式起搏器以及我国其它单位早期研制的埋藏式起搏器，采用的就是锌汞电池，当时国产的锌汞电池极易漏液、提前竭尽，使用期限短、故障率高。我记得当时的起搏器预期寿命为两年，但在使用时寿命差别较大，几周或几个月，很少能达两年，主要原因为电池提前耗竭。
锂碘电池： 1977年天津的周金台教授与天津电源研究所成功研制了锂碘电池，并将其用于806型和后来的807型起搏器，只比国外晚三年。上海的方祖祥教授等也与80年代初期开发出钛壳全密封并采用锂电池的起搏器。
四、生理性心脏起搏的相关技术
早期的起搏器起搏器结构比较简单，以固定频率发放脉冲(VOO)起搏心室,这种起搏为非生理学的, 后来出现的VVI起搏方式更符合心脏电生理学的要求，但是由于失去了房室的同步性，也不能称之为生理性起搏。直到有了双腔起搏器（可以以AAI、VVI、VAT、VDD、DDD和DDDR等多种方式起搏)，才可以称之为生理性起搏。生理性起搏的内容和技术涵盖面很广，国内令人肃然起敬的老一辈专家、与我同时代从事起搏的精英和风华正茂的后起之秀，都做了大量的工作，我无力在这里详细叙述，只把我个人经历的主要事件向大家作一简要汇报。
我们国家这方面的工作起步较晚，阜外医院王方正等和解放军总医院朱中林等于1983年开始植入双腔DDD起搏器，1986年阜外医院任自文报道了频率适应性起搏器的应用。我在80年代后期才开始这方面的工作，记得当时在哈尔滨医科大学读博士研究生，我在没有观摩过此类手术和音像资料的前提下，由黄永麟教授现场指导，首次将他从从北京带回一根螺旋电极导线和一根右心耳J型电极导线成功的植入右心房游离壁和右心耳，成功为一例病窦和一例Ⅲ AVB患者行AAI和DDD起搏，当时的喜悦心情就可想而知了。
然而双腔起搏器也并不是真正意义的生理起搏，因右心室起搏可以造成心室内电传导的异常和心脏机械活动的障碍。为此，我与汪爱虎医生等在2000年将普通右心室导线插入冠状静脉，行右心房－左室起搏，取得良好的起搏效果。右心室起搏的种种不利影响，与右心室导线的位置相关，为了寻找理想的起搏位点，我们于2004年采用临时起搏的方法评价右室流出道起搏优于心尖部起搏的效果，结果在北美起搏电生理年会上发表。2005年我们又利用主动固定电极行右室流出道起搏，并与右心室心尖起搏比较，发现右室流出道起搏优于右心室心尖起搏。结果发表在EUROPACE上，并在其后发表的评论文章中，得到加拿大McGill大学的Shimony教授的肯定。
某些心房间传导阻滞的病人，由于左右心房的不同步诱发心房颤动，而右心房起搏本身可加重这种房间不同步的程度，故1997年国外出现了房间阻滞伴心动过缓的病人行双房起搏同步－房室顺序的起搏新模式，起到治疗心动过缓和预防心房颤动的双重作用。国内也于1998年进行了此方面的临床应用，阜外医院王方正教授、北京大学人民医院郭继鸿教授以及我的团队等均在1998年开展了这方面的尝试，郭继鸿教授率先报告了临床应用方法与效果，我们也在同年年底报告了我们的结果。尽管这种方法用于防治心房颤动效果并不理想，但是我们回忆起这段往事还是情不自禁为我们当年的创新和努力而骄傲。
1998年法国的Daubert报告了心力衰竭CRT治疗的方法，引起了我们的关注和兴趣。1999年6月我们开始采用冠状动脉造影观察冠状静脉系统的解剖，以便于更好的放置左心室导线。当时我与主要研究者温沁竹和崔炜二位教授讲，这是开拓性研究，结果可以在国外发表，结果却是研究进行中，PACE杂志发表了相同内容的文章，SCI论文因此告吹。当年我们就试用左心房起搏电极导线2188行左室起搏以进行CRT，同年还利用双腔起搏器和特制的左室导线2187用DDD起搏方式行CRT（用Y接头连接左/右心室电极导线），2000年对心衰患者植入三腔起搏器（8040不可调VV）行CRT。2001年利用二维超声和血流多普勒超声对CRT进行程控和疗效评价，2002年利用组织多普勒超声技术评价左心室最晚激动部位指导左室电极导线的植入，2003年利用组织多普勒超声技术对CRT进行疗效评估。2003年底才植入可调VV三腔起搏器（8042）行CRT。
总之，过去的50年是起搏技术巨大变革的时代，这些变革无不印记着老一辈专家艰辛，我们这一代人的努力，和未来起搏人的希望。希望和相信这三代人的携手共进，必将谱写中国心脏起搏的光辉篇章。
（上海市第一人民医院 孙宝贵）
