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自动体外除颤器AED发展简史
来源:靖江市科学技术协会发布于2021-1-26 14:00:00

编者按

心肺复苏(CPR)、自动体外除颤(AED)是抢救心脏骤停的关键技术,即我国学者提出的CPR·D。有 关CPR的文章,在本刊及相关的学术杂志多有刊登,但对于AED的科学、权威、系统的论述,国内学术期刊鲜有介绍。为此,特请资深急救医学专家、本刊总编辑李宗浩教授,及对AED有较深入研究的飞利浦中国研究院(Philips Research China)等方面的专家,就《心脏骤停与 AED》著文若干篇,连续刊登,以飨读者。

AED 被公众誉为“救命神器”。近年来多次出现在猝死事件学术与新闻的报道当中。做为一种便携式的医疗设备,它能够诊断特定的心律失常,并通过电击除颤,抢救心源性猝死患者。

一 背 景

心脏骤停(Sudden Cardiac Arrest,SCA)是危及生命健康的一种极为严重的急症。发病突然,病情紧急,进展极快,是医院外各种环境、家庭和医院内最需争分夺秒抢救的疾病。

心脏骤停是因心脏的电活动异常,导致有效脉搏和血压丧失,绝大多数因心室纤维性颤动即简称心室纤颤或室颤(Ventricular Fibrillation,VF)引发。SCA因缺乏有效血流灌注,表现为突然晕厥,意识丧失,呼吸、脉搏停止,若几分钟内得不到救治而死亡,通常称为心源性猝死(Sudden Cardiac Death,SCD )[1-2]。

SCD 患者的抢救非常重要。每延迟 1 min,患者的生存率便降低 7%~10%[3],故有黄金救治 4~6 min 的说法。SCA 可发生于任何时间、任何地点、任何人员,心脏病是 SCA 的主要危险因素,不当的运动、高压及节奏快等均为诱发因素。SCA 绝大多数发生于医院外,因未能获得抢救机会,直接死于院外多种现场。为此,必须尽早采取高质量的心肺复苏(QCPR),并用自动体外除颤仪(Automatic External Defibrillator,AED)对患者进行快速复苏除颤(CPR·D),使其恢复心跳呼吸,提高患者的抢救成功率、生存率。

生存链的 4 个早期,早期呼救、早期实施高质量的心肺复苏(cardiopulmonary resuscitation,CPR)、早期进行AED 除颤等急救措施,对提高医院外心脏骤停 Out Hospital of candiac Arrest,OHCA)患者的存活率至关重要。如能在 1 min 内实施 CPR,3~5 min 内进行 AED 除颤,可使其存活率达到 50%~70%[4]。

由于电除颤是治疗室颤的唯一有效方法,因此早期电除颤是挽救SCA受害者之关键,自动体外除颤器使非专业人员能安全、简便、有效地进行除颤。美国心脏病协会(american heart association,AHA)建议第一目击者进行早期心肺复苏及 AED 电除颤可以有效提高心脏骤停抢救成功率。美国每年因 SCA 造成的死亡超过 350 000 例,平均生存率为 5%,有些地区由于广泛配置 AED 并进行相关心肺复苏培训,抢救成功率高达40% 以上。

根据不完全资料显示,我国每年有超过 54.4 万人死于 SCD[2],这意味着每天 1 480 例心脏猝死(=4 架波音747 坠机)。90% 发生在医院外的家庭、工作单位、公共场所及差旅途中等。由于未能普遍、广泛、规范开展心肺复苏的急救技能和配置 AED,加上救护车到达时间过晚,抢救的成功率不到 1%。

CPR 是全球公认的“第一救命技术”,AED 是公认的最及时有效并能由公众使用的安全、可靠、及时的用于各种场合的救命器械,CPR与AED的使用,CPR·D 将会大大提高抢救 SCA 成功率。

近年来,AED 的使用安装在我国已受到重视,为此本文对 AED 作一系统阐述。

二 除颤器技术的发展


  电击除颤技术的缘起最早可以追溯到 18 世纪。早在 1775 年,丹麦医生 Abildgaard 描述了一系列实验,在这些实验中,他通过身体施加的电脉冲使母鸡“没有生命”,又通过随后施加的电脉冲使他们回复知觉,他还发现在胸部以外的地方实施这种电击是没有效果的[4-5]。但是,Abildgaard 并不知道室颤的存在。直到1849 年, Ludwig 和 Hoffa 描述了 Abildgaard 进行的这种实验。并首次定义了心室纤颤(fibrillation of the ventri‐cles)这个术语[4,6-7]。Ludwig 还记录了用电刺激狗的心室纤颤。

1900 年,Prevost 和 Batelli 在对心室颤动(VF)的狗的研究中发现,弱的交流电(AC)或直流电(DC)的冲击产生心室纤维性颤动,而强大的电流可以除颤[4,7]。Wiggers 和 Wegria 对上述两位的试验进行了拓展,他们描述了心脏被诱导室颤的脆弱周期。他们还报告说,电流传递的实施是成功地对心室纤颤进行所谓“电除颤” (countershocking)的关键[4,6,8]。

实用除颤器的开发始于 20 世纪 20 年代。当时纽约的爱迪生(Edison)联合基金会提供了资金,以应对触电导致的事故和死亡人数的增加[4,9]。 1947 年,贝克( Beck)第一次通过电除颤挽救了人的生命。他使用了一个特殊设计的心内电极桨,用 110 伏电压,1.5 安培的交流电,电击 2 次,在外科手术中恢复了一名 14 岁患者的心脏跳动[4,10]。1956 年, 卓尔(Zoll)等人首次成功进行了第一例人的体外除颤,70 伏特,1.5 安培的交流电流,在胸外进行了 0.15 s 的放电除颤[4,11]。在 1961 年,亚历山大(Alexander)等人第一次描述了交流电电击 终

止室性心动过速(VT),尽管卓尔已经建议过电击治疗室性心动过速的可能性,但这也是第一次电击治疗应用于非心室纤颤的报告[4]。

在除颤器发展早期,人们一直在争论交流和直流除颤的优劣。1933 年,Kouwenhoven 和他的同事研究了交流电除颤和直流电除颤的效果,并认为交流电除颤 可以获得更好的效果。直到 20 世纪 60 年代,Lawn 及其同事工作证明了除颤技术中,直流电相对于交流电的优越性和安全性[4,12-13]。从此以后,直流电除颤逐渐成为主流一直至今。

中国在医院内使用除颤器的历史可追溯到 20 世纪 70 年代并且也认识到直流电除颤的优越性应于临床[14]。 三 从急救技士使用 AED 到今日公众的应用20 世纪 60 年代后,人们越来越认识到以移动冠脉病房 mobile coronary-care unit,MCCU)的形式进行在社区早期干预治疗的重要性[14-16]。1966 年,Belfast 医生首次在急救车上成功除颤[17] 。1969 年,波特兰俄勒冈雇用了有急救技师(emergency medical technicians,EMTs)在现场实施的除颤。不过,这次行动直到 1972 年才被报道出来。在 20 世纪 70 年代初期,这些活动病房配备训练有素的非医师(EMT,paramedic 急救人员高到),在接受了心室纤颤识别和手动除颤器的训练期间,心脏骤停的生存率从 7%提19%[18] 。

自动体外除颤器(AED)在 1970 年由 Diack 和他的同事发明。他们根据 CPR 的相关原理开发出了 AED的原型机,并在波特兰地区进行了测试,后来他们创建了心脏复苏公司来推广他们的设备。这种设备被命名为 HeartAid@AED,其心脏辅助的院外试验是于 1980 年在英国的布赖顿开始的[19]。当时,该装置重达 28 磅,用一个口腔/腹部和心前区的导联电极记录心电图描记并释放电击。它也能经皮起搏心脏[4,20-21]。 在自动分析算法的帮助下,AED 让仅受到过有限训练的人员可以实施早期电除颤,从而极大的提高了对室颤患者在

黄金救治 4~6 min 内第一时间实施电除颤的可能性。

1982 年,美国食品药品监督管理局(food and drug administration,FDA)批准了 EMT-心脏除颤(EMT-Defi‐brillation,EMT-D)的临床试验。美国早期手动的 EMT-D 和最终 EMT 和第一目击者使用 AED 的调查在华盛顿、爱荷华、明尼苏达和田纳西等区域进行[4] 。

随后,在 20 世纪 80 年代中期,美国食品药品管理局正式批准了自动体外除颤器(AED),除颤器的使用范围从 EMT 进一步扩大到受过训练的非专业人士、配偶及家庭成员中使用,极大的提高了患者在第一时间接受干预治疗的可能性[14-22] 。

四 卡尔·摩根和飞利浦的 AED

除颤器离不开工程师和相关公司。本文介绍的是关于美国研制使用 AED 的情况。1992 年,卡尔·摩根(Carl Morgan )与另外 4 名工程师——汤姆·莱斯特(Tom Lyster), 布拉德·格里纳(Brad Gliner), 约翰·哈里斯(John Harris), 和克林特·科尔( Clint Cole)——怀揣独特妙想 ,希望通过新技术显著提高心脏骤停事件的生存率。这种自动体外除颤器操作简单,可供普通人即刻在现场使用。质优价廉,像灭火器一样,可装配在任何地方,如所有公共场所、工作地点,甚至是家里。这样,就能够在急救人员到达之前就能进行有效的抢救节省宝贵时间,每年也能挽救成千上万的患者生命。这种仪器可在适当的情况下,根据患者体征,自动发放电击。还能够在急救全过程始终为抢救者提供简单清晰的语音指导。

当心搏骤停发生时,“第一目击者”(first Responder)可以立即使用除颤器,及时进行电击复律,从而让患者有挽回生命的机会。五位创始人开始发展自己的公司,将其命名为 Heartstream。一开始资金全部来源于信用卡。就在他们用光最后一张信用卡前,他们得到了风险资金。在1996 年,他们制造了第一台 ForeRunner AED,这也是首个使用双相波技术的 AED。

他们最早的客户之一是罗切斯特市的 MN 警察署(罗切斯特市是举世瞩目的梅约诊所的所在地),最先在警车里使用 AED。他们服务的第一个大公司是美国航空公司,该公司意识到至今为止飞机上突发疾病是导致死亡的最重要原因。他们感到提高空中急救反应能力迫在眉睫。他们采取的其中一步就是在每架飞机上安装 AED。

与美国航空公司的合作推动了业务的进一步发展,吸引了惠普(HP)的眼球,惠普在抢救者复苏业务方面有雄厚的专业基础。惠普公司在心脏关护领域已有 35 年经验,1961 年就进入了医疗市场。在复苏和除颤方面皆执牛耳。惠普公司经验丰富,专业过硬,市场规模也令人称羡,Heartstream 公司对除颤普及化充满愿景,二者携手,成就了 AED 事业的光辉奇葩。最终,Heartstream 与 惠普合并。惠普公司在发展中过程中将医疗产业并入了独立运营的安捷伦科技有限公司,2001 年,安捷伦医疗并入飞利浦公司,自此,飞利浦公司拥有了 Heartstream 的所有技术和产品,并以飞利浦在医疗领域内的实力和内涵引领 AED 技术的发展。

在飞利浦 AED 技术的发展中,实现了第一台儿童使用的 AED,使得孩子在接受除颤治疗时更加安全。 在 2004 年 9 月,美国食品药品管理局(FDA) 批准了飞利浦的 HS1AED 可以作为非处方(OTC)产品在家庭中使用,这正是飞利浦技除颤技术可靠性的体现。在此基础上,飞利浦在 2003 年研发了快速电击(Quick shock)技术,大大缩短了 AED 分析到放电的时间,从而提高了心脏骤停抢救成功率。2006 年,飞利浦又推出了smart CPR 技术,从而进一步提高心脏骤停患者生存率。

随着 AED 技术的不断发展和完善,以前笨重、不方便使用等性能得到了显著改善,近期 AED 的发展使用了低能量双相波技术,并且更加小巧、轻便、价廉,便于使用[14,23] 。随着技术的进步和公共场所除颤器(pub‐lic access deffibrator, PAD)项目的推广,AED 必将给越来越多的心脏骤停患者带来福音。


  参考文献


  [1] Lopshire J C.Sudden Cardiac Death: Better Understanding of Risks, Mech -anisms, and Treatment[J]. Circulation, 2006, 114(11):1134-1136.


  [2] Zhang S.Sudden cardiac death in China:current status and future perspecti ves[J].Europace, 2015,17(2):14-18.


  [3] American Heart Association.What Is an Automated External Defibrillator?[EB/OL].[2019-11-10].https://www.heart.org/-/media/data-import/down‐


  loadables/3 /1/c/pe-abh-what-is-an-automated-external-defibrillator-ucm_300340.pdf.


  [4] J J Bocka. Automatic External Defibrillators[J]. Ann Emerg Med, 1989 ,18(12):1264-1268.


  [5] Crampton R.Accepted, controversial, and speculative aspects of ventricular defibrillation[J]. Prog Cardiovasc Dis 1,1980,23(3):167-186.


  [6] Wiggers C. The mechanism and nature of ventricular fibrillation[J]. Am Heart , 1940(20): 399-403.


  [7] DeSilva RA, Graboys TB, Podri d PI, et al.Cardioversion and defibrillation[J]. Am Heart,1980(100):881-895.


  [8] Wiggers CJ, Wegria R. Ventricular fibrillation due to single, localized induction and condenser shocks applied during the vulnerable phase of ventric‐


  ular systole[J]. Am Physiol, 1940(128):500-505.


  [9] Kouwenhouven WB.The development of the defibrillator[J]. Ann Int Med, 1969(71):449-458.


  [10] Beck CSI Pritchard WH, Feil SA.Ventricular fibrillation of long duration abolished by electric shock [J].AMA ,1947(135):958-989 .


  [11] Zoll PM, Linenthal Al, Gibson P, et al. Termination of ventricular fibrillation in man by externally applied countershock[J]. N Engl / Med ,1956(254):


  727-729.


  [12] Lown B, Amarasingham R, Neuman J. New method for terminating cardiac arrhythmias Use of synchronized capacitor discharge [J] .AMA,1962(182):


  548-550.


  [13] Lown B, Kleiger R, Wolff G.The technique of cardioversion[J]. Am Heart,1964(67):282-284.


  [14] 李宗浩,主编.冠心病急救与监护[M].1版.天津科学技术出版社.1987:267-280.


  [15] Pantridge JF, Geddes JS. A mobile intensive care unit in the management of myocardial infarction[J]. Lancet, 1967(2):271-273.


  [16] Grace WJ, Chadbourne JA. The mobile coronary care unit[J]. Dis Chest ,1960(55):452–455.


  [17] Pantridge JF, Geddes IS. A mobile intensive care unit in the management of myocardial infarction[J]. Lancet ,1967(2):271-273.


  [18] Eisenberg MS, Bergner L, Hallstrom A. Out-of-hospital cardiac arrest: Improved survival with paramedic services[J]. Lancet,1980(1):812-815.


  [19] Cummins RO. Options to provide earlier definitive care, In: Eisenberg MS, Bergner L, Hallstrom AP, editors. Sudden Cardiac Death in the Community


  [J]. Philadelphia, PA: Praeger Scientific, 1984(1):87-100.


  [20] Jaggarao NSV, Heber M, Grainger R, et al.Use of an automated external defibrillator pacemaker by ambulance staff[J]. Lancet, 1982(2):73-75.


  [21] Heber M.Out of hospital cardiac arrest using the "Heart Aid," an automated external defibrillator-pacemaker[J]. Int Cardiol, 1983,3(4):456-458.


  [22] Jacobs L. Medical, legal, and social implications of automatic external defibrillators[J]. Ann Emerg Med ,1986(15):863-864.


  [23] Poole JE, White RD, Kanz KG, et al. Low-energy impedance-compensating biphasic waveforms terminate ventricular fibrillation at high rates in vic‐

  tims of out-ofhospital cardiac arrest[J]. J Cardiovasc Electrophys ,1997(8):1373-1385.

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