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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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医学诺贝尔之路(1924):描记心中的电流  

2012-07-23 15:02:45|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:赵承渊

你能猜出图中人在做什么吗?这名男子的双手和左脚分别浸入盐溶液中,导线将三个溶液池与一部机器相连,这种检查方式是不是似曾相识?没错,这正是描记心电图时肢体导联的连接方式。图中这部看上去眼花缭乱的机器就是早期的心电图机。事实上,这已经是被改进后的机器了。在1903年第一部心电图机投入应用时,那个重约600磅(合272公斤)的家伙需要5个人同时操作,并且它的电磁铁还要不断用水进行冷却,而为了设计制造出它,荷兰生理学家爱因托芬足足花去了3年时间。

威廉?爱因托芬(Willem Einthoven),1860年生于爪哇(今印度尼西亚),6岁时父亲去世,10岁时随母亲回到荷兰,定居于乌德勒支。18岁时爱因托芬进入乌德勒支大学学习医学,25岁时获得医学学位,26岁即成为莱顿大学的生理学教授。在针对心音的研究中,爱因托芬发觉旧有的实验设备存在相当多的不便。他仔细学习了前人所发明的毛细血管静电计的工作原理,并试图提高它的敏感度并改进它的稳定性。经过长期不懈努力,爱因托芬终于设计出了弦线式电流计。

在那之前,科学家们已经发现人体的某些生理活动,例如心脏跳动等伴随着生物电流的改变。但是这种电流非常微弱,很难经过体表测得。弦线式电流计的发明使得通过体表检测电流变化成为可能。简单地说,弦线式电流计大致分为四个部分,一个强大的电磁场,一根极细的镀银石英丝,一部照明设备,一卷恒速移动的感光纸。当体表的电极检测到电流信号并传递至石英丝时,后者将在电磁场中发生位移。照射石英丝的光源就会在感光纸上留下不同的痕迹,体表的电流变化就这样被描记了下来。这套灵敏的系统问世后在医学科学研究中发挥了重要作用,例如用于记录迷走神经和交感神经的动作电流等。当然,弦线式电流计最主要的意义在于用作心电图的描记。爱因托芬也被公认为心电图的发明者。

今天的心电图机早已变得小巧而方便。某些心脏病患者甚至可以将机器随身携带,用于记录24小时的心电变化,以捕捉易被忽视或遗漏的发病瞬间。心电图检查以其快速、无创伤、客观准确的特点成为医学临床最常见的检查项目,在诊断心脏疾病等方面具有不可替代的地位。正常心脏的起搏点位于窦房结,窦房结细胞有节律地发出电冲动,经由心脏的传导系统传播到各部位心肌,使得心脏的活动有条不紊地顺序进行。在每一个瞬间,心脏发生的电流传导方向和电位大小都可以用向量来表示。在一个心电周期内将这些向量的顶端按照时间顺序连在一起,就构成了一个向量环。所谓心电图,实际上就是这个向量环在电极所在方向的零电位线上的投影。

为描述一个心电周期内心电图的波形变化,爱因托芬分别用P、Q、R、S、T等字母来命名这些向上或向下的波。这些表示方法一直沿用到今天。尽管当时爱因托芬尚不能明确说明这些波形的产生机制,但是他已经将这些变化与心脏的传导系统联系了起来。他认为,P波代表一个刺激信号在心耳肌肉系统内的传播;QRS波群则代表刺激信号在心室内的传播,其波形之所以不对称,是由于信号在心室肌树状蒲肯野纤维内传导的起始时刻不同。


爱因托芬同时意识到,由于电极放置的方式不同,心电图的描记也随之变化,因此规范化心电图电极的放置部位也非常重要。肢体导联(对应心电图的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导)需要连接患者的左手、右手和左脚正是从那时沿袭而来。某些特殊疾病的心电图具有特征性变化,对此爱因托芬也有所发现,例如二尖瓣关闭不全的患者会出现右室肥大,主动脉瓣关闭不全的患者会有左室肥大;二尖瓣狭窄的患者左心房肥大,这些问题在心电图上都有相应的表现。

爱因托芬十分钟爱体育,他是荷兰体操和击剑联盟的主席,同时还是乌德勒支学生赛艇俱乐部的创始人之一。在一次运动中他不幸手肘骨折,为此他还专门撰写了有关肩部与肘关节的医疗论文。在心电生理领域,爱因托芬是毫无疑问的先驱。随着关于心电图的研究成果越来越多,心电图在心脏疾病中的诊疗意义也变得越来越明确,心电生理这一生理学分支也开始由相对冷僻转向为人所瞩目。1924年爱因托芬赴美讲学,在异国获知了自己荣获诺贝尔医学奖的好消息。1925年,爱因托芬被选为英国皇家学会会员;67岁时因癌症逝世。

“首先我们应当努力去更好地了解心脏工作的细节以及造成多种心脏异常的病因,只有基于明确的认识和精进的知识方能使我们有可能在仍然遥远的将来解除患者所忍受的痛苦。”
——威廉?爱因托芬

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