心跳率是靠心臟的電導系統來控制的,當血管阻塞或電導系統出狀況時,心臟就無法輸送血液,如不及時急救,患者會喪命。心律調整器是利用電極的脈沖來調節心跳率,小型心律調整器可植人體內,已救了上百萬的患者。
可以植入體內的小型心律調整器是1958年由美國威爾遜·格列巴齊發明的。
格列巴齊在1919年出生于紐約州的綺色卡,高中畢業后進入康乃爾大學,取得工學學士學位,然后在紐約州立大學水牛校區拿到電機工程碩士。第二次世界大戰人海軍服役,大戰后進康乃爾大學心理學系當研究員,小型心律調整器就是這時候發明的。
格列巴齊在康乃爾大學負責一個測量羊的生態和動物行為的實驗。1958年的一個下午,他在設計一個可以測量動物心跳的振蕩裝備時,在工作箱抓了一個電阻放到他設計的振蕩裝備中,但奇怪的是,這個振蕩裝備送出的電極脈沖是每秒鐘1次,而不是可以測量心跳聲音的儀器。
他仔細看那電阻,才發現是拿錯了。電阻的高低以顏色作標示,他本來要的是棕一黑—橘,但拿的是棕一黑一綠。而這個錯誤卻帶來他的好運,因為1秒鐘1次的電極脈沖,正是他一直想得到的裝備,這是心律調整器的脈沖率。
他記得1956年時,有一次跟兩位心臟外科醫師一起吃午餐。醫師說,如果心臟的神經出狀況而無法做規律的放電時,心臟肌肉就不能正常伸縮。一個急救方法是用電極猛擊心臟,但這種裝備大而笨重,事后患者也會出現胸部疼痛的痛苦。
到1958年,晶體管剛剛發明上市,代替了笨重的真空管,電池的性能和大小也有顯著的改善。于是,就開始設計可以植入體內的小型心律調整器。第一個設備試用在狗的身上,效果非常好,他又繼續做了一年的動物實驗,才開始和查達克醫師合作,在1960年應用到人體上。
他們的第一個患者在植入心律調整器后,多活了18個月。格列巴齊發明心律調整器得到專利后,就辭去康乃爾大學的工作,專心投入心律調整器的研究工作,尤其是電池的設計。當時市面上最通用的是馬羅利公司的汞電池,是由氧化汞和鋅組成的。汞電池在放電的過程中會釋放氧氣,導致裝置容易生銹,效果不理想。
于是,他進一步研發出鋰電池。鋰電池的能量密度高,自耗電率低。小巧玲瓏,可靠耐用。鋰電池也就變成了心律調整器的標準必備能源,使心律調整器變得更小、可靠耐用。經過無數次的試驗和改進,終于使這小型心律調整器能容易植入體內而開始普遍使用。
最基本的心律調整器裝置能監測心臟的自然電導節奏,如果心跳之間的時間發生不一致時,心律調整器會對心室放出一個低電壓的脈沖刺激心臟。心律調整器能時時刻刻追蹤心跳的情況,一發現有不正常心跳率時,就用脈沖刺激心室調節心跳率,可避免心臟病發作。近年來,心律調整器已經發展成多功能裝置,能同時監測和刺激心室和心房,因而提高效率。
一般的心律調整器的大小是2厘米左右,約30克。鋰電池的壽命是5~10年。移植后,每12個月要做一次定期檢查,平時除了不能靠近有大磁場的場所外,例如不能做磁共振影像檢驗等,并沒有其他需要特別注意的事項。據估計,目前,已經有500萬患者裝了格列巴齊的心律調整器。
格列巴齊一生擁有150多種發明,但他都讓別的公司去經營制造。很少牟大利。他的發明范圍很廣,有3項抗艾滋病的專利,早期也曾經培植一種特別的樹木,制造木精代替汽油。
格列巴齊一生投入慈善事業不遺余力。1985年,美國工程師協會推選格列巴齊的心律調整器為50年來10大工程設計之一。1996年,他獲得Lemel-son-MIT(是MIT的發明榮譽榜)的終身成就獎。