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[转载]心内科发展的三项关键器械

已有 566 次阅读 2021-2-27 17:43 |个人分类:医学史话|系统分类:科普集锦|文章来源:转载

1.听诊器

尽管在听诊器发明之前的很久,就有脉学的研究,但心律不齐的研究的进展,还是源于听诊器的发明。1816年法国名医雷奈克(RenéLaennec ,1781-1826)发明听诊器的过程,则仿佛是在一瞬间就完成了。1816年法国名医雷奈克(René Laennec,1781~1826)发明听诊器的过程,则仿佛是在一瞬间完成的——“1816年我去探视一位年轻的女心脏病患者,由于她体形肥胖,以手叩诊起不了多大作用,碍于风俗,又不能附耳于其胸口做诊断,这时,我忽然想到了少年时用木杆传递声音的游戏。灵光一现之后,我立刻用纸卷成圆筒,结果一点也不意外,我听到心脏运动的声音,比我以前任何一次直接附耳于患者胸口来得更清晰。从那一刻,我思索着,这是一个好办法……”。雷奈克也被后人尊为胸腔医学之父。雷奈克死于1826年,年仅45岁。1840年,英国医师乔治.菲力普.卡门改良了雷奈克设计的单耳听筒。卡门认为,双耳能更正确地诊断。他发明的听诊器是将两个耳栓用两条可弯曲的橡皮管连接到可与身体接触的听筒上,听筒是一中空镜状的圆椎。卡门的听诊器,有助于医师听诊静脉、动脉、心、肺、肠内部的声音,甚至可以听到母体内胎儿的心音。

1937年凯尔再次改良卡门的听诊器,增加了第二个可与身体接触的听筒,可产生立体音响的效果,称为复式听诊器,它能更准确地找出病人的病灶所在。可惜凯尔的改良品未被广泛采用。近来又有电子听诊器问世,它能放大声音,并能使一组医师同时听到被诊断者体内的声音,还能记录心脏杂音,与正常的心音比较。虽然新型听诊器不断问世,但是医师们普遍爱用的仍然是由雷奈克设计,经卡门改良的旧型听诊器。

2.血压计

血压计的发明则前后历时200余年。人类对高血压的认识历程中,不但充满了探索和追求、勇气和智慧,还间或交织着谎言与欲望、利益与贪婪。从1733年斯蒂芬·黑尔斯(Stephen Hales,1677-1761)开创性的实验到1905年袖带式血压计的完善则前后历时170余年。1733年英国学者、皇家学会会员斯蒂芬·黑尔斯首次测量了动物的血压,该方法在今天看来虽不无“残忍”,却是真正揭示血压这一重要生理现象的一个开端。他用尾端接有小金属管的长9英尺(274厘米)直径六分之一英寸的玻璃管插入一匹马的颈动脉内,此时血液立即涌入玻璃管内,高达8.3英尺(270厘米)。这表示马颈动脉内血压可维持270厘米的柱高。当时的画家记录下了1733年海耶斯牧师首次为马测量血压的情形。显而易见,这种既血腥又极为不便的方法不可能应用于人类,如果每次我们体检测量血压时都需要那么长的一根管子又要切开动脉,还要眼睁睁地看着自己的血液涌起一米多高(100毫米汞柱=1359.5148552632毫米水柱),恐怕很多人没等结果出来就直接吓瘫了。后来,法国医生普赛利(JeanLouis Marie Poiseuille, 1797-1869)采用内装水银的玻璃管来测量血压,由于水银的密度是水的13.6倍,此法大大减少了所用玻璃管的长度,即使玻璃管内的压力很大,也不至于把管中的水银柱顶起太高。比起黑尔斯来,普赛利这种血压测量法要简便点了。此时,普赛利已经对血压之于人体生理的意义进行了一些初步探索。虽然避免了血管的切开,但由于太过粗糙,测量结果的准确性照比前述直接测量法差很多。直到1896年,事情才出现转机。

意大利医生里瓦罗基(Scipione Riva-Rocci,1863-1937)在前人测量血压的试验基础上(踩在前人的肩膀上是多么地重要啊),又进行了深入的分析与研究,经过大胆的试验,终于改制成了一种可以兼顾安全性和准确性的血压计。这种血压计由袖带、压力表和气球三个部分构成。测量血压时,将袖带平铺缠绕在手臂上部,用手捏压气球,然后观察压力表跳动的高度,以此推测血压的数值。显然,以这种血压计测量血压较之哈尔斯的测量方法要安全得多了。大约10年后,俄国外科医生尼古拉柯洛特(Николай Сергеевич Коротков1,1874-1920,20世纪血管外科的先驱)对其进行了改进,在测定血压时,另在袖带里面靠肘窝内侧动脉搏动处放上听诊器。测量开始时先用气囊向缠缚于上臂的袖带内充气加压,压力经软组织作用于肱动脉将其压憋,阻断其内的血流,当所加压力高于心脏收缩压力时,由气球慢慢向外放气,袖带内的压力即随之下降,当袖带内的压力等于或稍低于心缩压时,随着心室收缩射血,血液即可冲开被阻断的血管,发出与心脏搏动相应的节律音——柯氏音,用听诊器听到这一声音的瞬间,水银柱所指示的压力值即相当于收缩压;继续缓慢放气,使袖带内压力继续逐渐降低,这段时间里,袖带内压力低于心收缩压,但高于心舒张压,因此心脏每收缩一次,均可听到一次柯氏音。当袖带压力继续降低达到等于或稍低于舒张压时,血流复又畅通,这种声音便突然变弱或消失,这个声音明显变调时水银柱所指示的压力值即相当于舒张压。

大量临床应用证明,这种血压计测定血压的方法既准确,又安全,所以它一直延用至今。由于尼古拉柯洛特并没有对血压计的基本结构作出重大改变,因此,人们普遍认为袖带血压计的发明者为里瓦罗基。后人们为了纪念里瓦罗基的重大贡献,那些在高血压的研究领域获得突出成绩的医学工作者,将会被意大利高血压学会授予里瓦罗基奖。

20世纪10年代,费希尔(J.W. Fisher)报道了其数年的研究成果,提出了血压水平与人类过早死亡的关系,他指出,那些收缩压高于160mmHg(毫米汞柱)的人比收缩压低于140mmHg的人早死的风险高2.5倍。这引起了学界的巨大兴趣,相关研究得以全面展开……。20世纪50~60年代开展的大量人群血压分布及血压与心血管病关系的流行病学和临床研究,证实了高血压是引起心血管病的主要危险因素。费希尔可能是最早将计量学引入高血压研究的人。

3.心电图仪及心电学

1895年在医学史上是一个值得纪念的年份。这一年德国物理学家伦琴发现了X线,荷兰生理学家爱因妥芬(Willem Einthoven,1860-1927)首次从体表记录到代表心脏完整的除、复极过程的心电波形,并以P、Q、R、S、T来标志不同的、可区分的棘波,还给这类心脏电活动命名为心电图(Eleetroeardiogram)。

1856年R.V.Koelliker和H.Mtiller首次在病人身上记录到心脏的动作电位。在其后的40年中Frans Donders, T.Engelmann等继续研究将其扩展成心脏电生理学。一些精巧的仪器的发明推动了他们的研究,使心脏的电活动能记录下来。在1870年,法国物理学家G.Lippmann发明的毛细管静电计(Capillary electrometer)被英国生理学家J.B.Sanderson和F.Page用来测量心电流。在1878年发表的报导中指出每次心脏收缩都伴有电的变化,其特征是有两相:短持续期相中心尖呈正性,而在相对长的第二相中心尖呈负性。这是心室除极、复极的第一次描述。六年后他们又发表了用毛细静电计记录的多幅反映心脏电活动的图片。

与此同时,伦敦St.Mery医院的D.Wallr开始了一系列的深人研究。他首次实现了从体表测量人的心电图。利用毛细静电计的两电极分别与胸壁与背部接触可以观察到每一心搏都伴随电活动。他于1887年发表了划时代的论文开创了体表无创伤测量心电图的先河,尽管他对心电图的临床应用持悲观态度。他称心电记录为Electrogram,后又称作Cardiogram。在其后的研究中他还指出将两手或一手一脚插人盛有盐水的盘中同样可记录到波形。

爱因妥芬是荷兰生理学家。1879年入乌得勒支大学医学院。1885年获医学博士学位。次年,任莱顿大学生理学教授,后成为荷兰皇家科学院的成员。1895年在英国生理学家A.D.沃勒的工作基础上开始进行心脏动作电流的研究,改进了德·阿森瓦氏的镜影电流计,设计了弦线式电流计,采用直径为0.002毫米的镀银石英丝代替动圈和反射镜记录心动电流及心音,克服了以往仪器的缺点。

1903年,他确定心电图的标准测量单位,即描记记录的影线在纵坐标上波动1厘米,代表1毫伏的电位差,在横坐标上移动1厘米为0.4秒。采用P、Q、R、S、T等字母标出心电图上的各波,并选择双手与左脚安放电极板,组成3种标准导联。当时这个装置重达800磅,操作十分困难,设置于距爱因妥芬所属的Lieden大学附属医院约1英里的实验室内。为了在医院对病人检查心电图,他还利用了电话遥测。令人惊奇的是他记录的心电图与现代心电装置记录的心电图在频响上毫不逊色。利用这个装置记录了各种异常心电图包括心律失常、室早、房颤、二联律、房扑等12个病人的资料以及实验犬传导阻滞的图片,还与Wcnckebach一起发现了奎宁对纠治房颤的功效。爱因妥芬十分重视他的发明的临床应用,他认为这项技术必然会对心脏病的病理生理学发挥作用,也会引导治疗上的快速进步。

1908年爱因妥芬又在他的论文中充分表白了心电图可用于诊断。显示了心率、呼吸对心电图的影响。文中还正式引人了标准肢体导联和用等效三角形来说明三个标谁肢体导联间的关系。至此,心电图在医学上的应用性已开始为人们接受。100多年过去了,除了导联更加丰富以外,心电图仍然沿用了他创造的记录方式,1924年由于爱因妥芬在心电图学和心电图机研究中的卓越贡献而获得诺贝尔生理学或医学奖。虽然心电图的临床意义得到公认,但在最初的十年推广应用非常缓慢。原因是装置庞大,原型机重300公斤,虽经改进直到1920年才出现可移动的手推车式心电计,到1928年才缩小到可放人皮箱中的携带式(十几公斤重)心电图机。因灵敏度太高操作麻烦需数人同时调节。为了取得良好的接触,受检者四肢要浸人盛盐水的锌制大筒,外面还通过硫酸亚铅溶液和引线接人电流计。这种状况直到1930年才得到改进。

自爱因妥芬研究之后,依然有两项重任,一是心电图机的制造和改进,另一是心电理论的探讨与发展。

第一台采用电子管放大的心电图机1934年由德国西门子公司制造出来,按当时价格与一幢豪华别墅相当。随着电子学的发展,阴极射线管作为显示器也进人了心电领域并大大改善了频响,于是导致了心向量图和离频心电图的发展。虽然用记录笔替代昂贵费时的照相早在1932年由瑞士Duchosal设计出来,但直到二次大战后由于电子技术的运用才改善了记录笔的失真,使得这种笔式记录因具有长期、廉价、同步(实时)的优点而大量推广。

在心电理论与临床应用方面,英国青年学者S.T.Lewis在1908年访问了爱因妥芬的实验室,并对用弦线电流计来进行心律失常树立了坚定的信心。1910年Lewis用心电图确认了窦房结是心脏的起搏原点,继而在1910-1916年lewis及其助手进行了一系列的研究心脏电兴奋过程的实验,通过这些勾画出了心脏整体的兴奋顺序,为心律失常分析奠定了基础。人类心房早搏由Wenckebath最早描述,Mackenzie使用多道记录器早在1894年就确定了房早的存在。最早描述室早的是Kraus和Nicolai,他们认为早搏代表单个心室的收缩称之为半收缩(hemisystole)。然而Lewis根据心电图记录并考虑心脏的解剖和生理,认为半收缩概念是错误的。

1909年Lewis开始房颤的研究。他发现房颤时心电图中心室波正常而仅是正常的房波P被一系列快速不规则的振荡波代替。他用f波记这些纤颤振蔫波,为解释房颤,他用了多年时间研究直到1921年发表了环形运动的学说。此外Lewis还记录到了阵发性心动过速发作前后的心电图并区分了房性和室性心动过速,对房室结的自律性,迷走神经对传导的影响,完全和不完全性阻滞都有深人的研究,Lewis分别在1913年和1920年出版的专著《临床心电图》及心《脏搏动的图形和机理)中系统而又明确地描述了心脏兴奋传递的过程,建立了兴奋波径向传播的双电层理论,为心电学奠定理论基础。

此后Lewis的学生Wilson在1920-1930年期间对心电体表电位分布进行了长时间的实验研究。提出了一个组合导联的中性端,即三个标准导联的心电势平均求和可作为永恒的零电位参考点。以此作为无关电极、对任一肢导电极可构成单极导联。1934年,Wilson又创导了胸前导联标准的建立。利用中性心电端作参考在胸前各部位以单极探查方式建立的导联有力地为心肌缺血、心梗提供了清晰的分析。除此之外还对心包炎、心肌炎和先心病诊断提供了方便。也为心电向量测量补充了信息、即增添了水平面上的观察标准。同时由于胸导电极离心脏更近,更能刻画局部心肌的电兴奋。



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