Первый имплантированный кардиостимулятор (1958)

Электричество сердца

Сердце сокращается благодаря электрическим импульсам. Их вырабатывает небольшой участок ткани в правом предсердии - естественный водитель ритма, синусовый узел. Импульсы распространяются по проводящей системе сердца, заставляя сокращаться сначала предсердия, а затем желудочки. В начале XX века голландский физиолог Виллем Эйнтховен изобрел электрокардиограф, позволявший записывать эти импульсы, за что в 1924 году получил Нобелевскую премию. Врачи научились распознавать нарушения ритма.

Одним из самых опасных было состояние, которое называли полной поперечной блокадой сердца: импульсы от предсердий перестают доходить до желудочков, и сердце начинает биться очень медленно, а иногда на несколько секунд останавливается. Больной внезапно теряет сознание, у него могут начаться судороги - такие приступы называли приступами Морганьи - Адамса - Стокса по именам описавших их врачей. Каждый приступ мог стать смертельным. Лекарства помогали плохо, и большинство таких больных погибали.

Внешние стимуляторы

Идея стимулировать сердце электричеством появилась давно. В 1932 году американский врач Альберт Хайман создал аппарат с ручной заводкой, который посылал электрические импульсы в сердце через иглу, и впервые назвал его «искусственным водителем ритма». Но врачебное сообщество отнеслось к нему с недоверием, а сам аппарат вызывал опасения.

В 1952 году бостонский кардиолог Пол Золл успешно поддерживал жизнь больного с остановками сердца, подавая электрические импульсы через электроды на коже груди. Метод спасал жизни, но был очень болезненным: сильные разряды вызывали сокращения мышц грудной клетки и ожоги кожи, а громоздкий аппарат приходилось подключать к электрической сети.

В 1957 году хирург Уолтон Лиллехай из Миннесотского университета, один из пионеров операций на открытом сердце, столкнулся с проблемой: после операций по исправлению врожденных пороков у детей часто развивалась блокада сердца. Лиллехай стал вводить электроды прямо в сердечную мышцу, подключая их к внешнему стимулятору, работавшему от сети. Когда в октябре 1957 года в Миннеаполисе произошло отключение электричества, это едва не стоило жизни маленьким пациентам. Лиллехай обратился к молодому инженеру Эрлу Баккену, ремонтировавшему больничную аппаратуру в своей маленькой компании «Медтроник». За несколько недель Баккен собрал на транзисторах небольшой стимулятор с батарейкой, который можно было носить с собой. Но провода по-прежнему выходили из тела через кожу, что грозило инфекцией.

Арне Ларссон

Арне Ларссон, шведский инженер, родившийся в 1915 году, в 1950-х годах был энергичным человеком, увлекался спортом и путешествиями. В 1957 году после вирусной инфекции у него развилась полная блокада сердца. Приступы потери сознания стали случаться все чаще - в худшие периоды, по воспоминаниям, по двадцать-тридцать раз в день. Его жизнь не раз спасали, возвращая сердце к работе. Он месяцами лежал в Каролинской больнице в Стокгольме, и врачи считали, что жить ему осталось недолго.

Решающую роль сыграла его жена Эльсе-Мари. Она прочитала в газете о том, что в Каролинской больнице проводятся опыты по электрической стимуляции сердца у животных, и стала настойчиво требовать от врачей и инженеров создать прибор для ее мужа. По ее воспоминаниям, она буквально не давала им покоя.

Эльмквист и Сеннинг

Руне Эльмквист, врач по образованию, был изобретателем и инженером шведской компании «Элема-Шенандер», производившей медицинскую аппаратуру. В 1940-х годах он изобрел струйный самописец для записи электрокардиограмм. Хирург Оке Сеннинг, один из ведущих кардиохирургов Каролинской больницы, занимался операциями на открытом сердце. Вместе они работали над созданием стимулятора, который можно было бы полностью поместить внутрь тела, но считали, что до испытаний на людях еще далеко.

Уступив настойчивости Эльсе-Мари Ларссон, Эльмквист в течение нескольких недель собрал прибор. Он состоял из двух кремниевых транзисторов и других деталей и питался от небольшого никель-кадмиевого аккумулятора. Аккумулятор подзаряжался без проводов: на кожу над прибором раз в несколько недель на несколько часов накладывали катушку, подключенную к сети, и энергия передавалась через кожу с помощью электромагнитной индукции. Чтобы защитить электронику от жидкостей организма, Эльмквист залил ее эпоксидной смолой. По распространенному рассказу, в качестве формы для заливки он использовал пустую банку из-под обувного крема. Готовый прибор был размером с хоккейную шайбу - около пяти сантиметров в диаметре.

8 октября 1958 года

Вечером 8 октября 1958 года, когда большинство сотрудников уже ушли, чтобы не привлекать внимания к рискованной операции, Сеннинг вскрыл грудную клетку Ларссона, пришил к стенке сердца электроды и вживил прибор под кожу живота. Аппарат заработал, и сердце забилось в заданном ритме.

Однако первый стимулятор проработал, по разным данным, лишь несколько часов: по-видимому, при операции была повреждена одна из деталей. На следующий день вживили второй, запасной прибор. Он проработал, по разным сведениям, от нескольких дней до нескольких недель, после чего тоже отказал. Ларссону пришлось вернуться к прежней жизни с приступами. Эльмквист и Сеннинг, по-видимому, не сочли эксперимент полным успехом и не стали широко сообщать о нем. Тем не менее был доказан главный принцип: электронный прибор внутри тела может управлять ритмом сердца.

Сорок три года с электроникой

Через несколько лет Ларссону вновь вживили кардиостимулятор, на этот раз более надежный. За свою долгую жизнь он сменил, по разным данным, около двадцати шести стимуляторов пяти разных типов - каждый раз, когда изнашивались батареи или появлялась более совершенная модель. Ларссон вернулся к работе, много путешествовал, стал общественным деятелем, выступал на конгрессах кардиологов, рассказывая о жизни с кардиостимулятором, и руководил организацией пациентов. Он умер в декабре 2001 года в возрасте 86 лет от рака, не связанного с сердцем, пережив и хирурга Сеннинга, и изобретателя Эльмквиста.

Грейтбэтч и Шардак

Почти одновременно над имплантируемым стимулятором работали в США. Инженер Уилсон Грейтбэтч из Буффало, по его рассказу, в 1956 году, собирая прибор для записи сердечных тонов, по ошибке впаял в схему резистор не того номинала. Прибор начал генерировать ритмичные импульсы, напомнившие ему сердцебиение, и Грейтбэтч понял, что может создать стимулятор. В своем сарае он собрал несколько десятков приборов. Вместе с хирургом Уильямом Шардаком он испытал их на собаках, а в 1960 году вживил стимулятор человеку. Этот прибор, работавший на ртутно-цинковых батареях, оказался надежнее шведского, и его производство наладила компания «Медтроник».

В том же 1960 году хирурги Орестес Фиандра и Роберто Рубио в Монтевидео в Уругвае вживили пациенту стимулятор шведского производства, проработавший девять месяцев. В последующие годы операции по вживлению кардиостимуляторов стали проводиться во многих странах, в том числе в Советском Союзе с начала 1960-х годов.

Эволюция стимулятора

Главной проблемой первых стимуляторов были батареи, которых хватало ненадолго, и пациентам приходилось часто ложиться на операции по замене прибора. В 1970-х годах появились стимуляторы на литиевых батареях, служившие много лет, в создании которых важную роль сыграл Грейтбэтч. Некоторое время использовались даже стимуляторы с атомными батареями на плутонии. Электроды стали вводить в сердце через вены, без вскрытия грудной клетки. Приборы стали «разумными»: они включались только тогда, когда собственный ритм сердца нарушался, и подстраивали частоту под физическую нагрузку.

В 1980 году был создан имплантируемый кардиовертер-дефибриллятор, способный остановить смертельную аритмию разрядом тока. В XXI веке появились миниатюрные стимуляторы без проводов размером с капсулу, вводимые прямо в сердце через катетер. Сегодня в мире ежегодно вживляют, по оценкам, более миллиона кардиостимуляторов, и миллионы людей живут благодаря им.

Место в истории медицины

1950-е годы стали временем, когда медицина впервые начала заменять или поддерживать работу жизненно важных органов с помощью техники и трансплантации. В 1953 году впервые была успешно применена машина искусственного кровообращения, позволившие оперировать на открытом сердце, в 1954 году в Бостоне была проведена первая успешная пересадка почки. Кардиостимулятор был одним из первых электронных устройств, ставших частью человеческого тела, - возможным лишь благодаря транзистору, изобретенному за одиннадцать лет до этого.

Итоги

• 8 октября 1958 года в Стокгольме хирург Оке Сеннинг вживил Арне Ларссону первый полностью имплантируемый кардиостимулятор, созданный инженером Руне Эльмквистом.
• Первые приборы работали недолго, но доказали, что электронное устройство может поддерживать ритм сердца изнутри тела.
• Ларссон, которому без стимулятора оставалось жить недолго, прожил еще 43 года, сменив около двух десятков приборов.
• Практичные долговечные стимуляторы были созданы в 1960-х годах, в том числе Уилсоном Грейтбэтчем и Уильямом Шардаком в США.
• Кардиостимулятор стал одним из важнейших изобретений медицины XX века и спасает жизни миллионов людей.