Пол Морис Золл (Paul Maurice Zoll, 1911-1999) родился в 1911 г. в Бостоне (штат Массачуcетс, США). Образование получил в лучших учебных заведениях своего родного города. Сначала Пол Золл окончил знаменитую Бостонскую латинскую школу, в которой еще в 1786-1793 гг. учился знаменитый американский хирург Джон Коллинз Уоррен (John Collins Warren, 1778-1856), выполнивший 16 октября 1846 г. первую в мире операцию под эфирным наркозом. После окончания школы Золл поступил в Гарвардский колледж. В колледже Пол Золл благодаря профессору Эдвину Г. Борингу (Edwin G. Boring) увлекся философией и психологией, но в 1936 г., получив степень бакалавра, он все-таки решил посвятить себя медицине. Пол Золл поступил в Гарвардскую медицинскую школу, «колыбель первых эфирных наркозов». Во время учебы он много внимания уделял исследовательской деятельности, активно участвуя в так называемой «студенческой науке». И даже в последние шесть месяцев обучения в Гарварде, несмотря на то, что его товарищи по учебе уже сосредоточились только на избранной специализации и оставили студенческие научные кружки, Золл под руководством профессора Сома Вэйса (Soma Weiss) выполнил исследование, посвященное взаимосвязи алкоголизма и заболеваний сердца. Откровенно говоря, его привлекала только исследовательская деятельность. Не будучи уверенным в своей способности к практической медицине и общению с пациентами, он долго колебался в выборе врачебной специальности. «Титаны-клиницисты эпохи внушают мне благоговейный страх» - говорил он, явно недооценивая себя.

Тем не менее он поступил в клиническую интернатуру в бостонскую клинику «Beth Israel Hospital», после окончания которой он проходил в течение года резидентуру в нью-йоркской клинике «Bellevue Hospital».

В 1939 г. Золл вернулся в «Beth Israel Hospital» в качестве стипендиата-исследователя Фонда Джошуа Мейси. Совместно с Х.Л. Блюмгартом (H.L. Blumgart) и М. Дж. Шлезингером (M.J. Schlesinger) он изучал патогенез ишемической болезни сердца.

Во время Второй мировой войны Золл был призван в армию и служил кардиологом в 160-ом американском госпитале в Великобритании.  Здесь он случайно встретился со своим гарвардским однокурсником Дуайтом Харкеном (Dwight Harken). Харкен в это время занимался актуальной для военной медицины проблемой оперативного удаления инородных тел сердца (осколков, шрапнели, пуль и т. д.) и нуждался в хорошем кардиологе. Впоследствии они написали совместную публикацию по данной теме, продемонстрировав возможность сохранения жизни пациентов при этих вмешательствах, ранее выполнявшихся очень редко и только в виде исключительной и вынужденной меры, как «операции отчаяния». В этой публикации они привели 134 собственных случая оперативного извлечения инородных тел сердца и крупных сосудов без единого летального исхода [Harken D.E., Zoll P.M. Foreign bodies in and in relation to the thoracic blood vessels and heart. III Indications for the removal of intracardiac foreign bodies and the behavior of the heart during manipulation. Amer. Heart J. 1946; 32: 1-19.].

Иллюстрация из публикации, посвященной инородным телам сердца

Наблюдая за поведением сердца во время хирургических манипуляций, Золл был очень впечатлен возбудимостью этого органа. Позднее он писал: «Я заинтересовался электрической стимуляцией сердца вскоре после Второй мировой войны, после того как я наблюдал за первыми операциями по удалению инородных тел из сердца и окружающих его тканей, выполненными доктором Дуайтом Харкеном…
Сердце действительно оказалось очень чувствительным органом, который быстро реагировал на стимулы желудочковыми сокращениями; следовательно, возбуждение сердечной деятельности при желудочковой асистолии не должно представлять сложности».

По возвращении в Бостон в 1945 г. Золл возобновил прерванную войной совместную с Х.Л. Блюмгартом и М. Дж. Шлезингером исследовательскую деятельность, сосредоточившись на вопросах патофизиологии стенокардии. Совместно с Монро Шлезингером было проведено патолого-анатомическое исследование, в котором в коронарные артерии умерших пациентов под давлением 150-200 мм ртутного столба вводились массы агара с добавками свинца с последующим рентгеновским контролем препаратов сердца. Они произвели 171 вскрытие пациентов, умерших от ишемической болезни сердца, и 671 вскрытие умерших из контрольной группы без сердечной патологии. Были подтверждены зависимость тяжести стенокардии от степени гипертрофии желудочков и значение коллатерального кровообращения в уменьшении ишемии [Zoll P.M., Wessler S., Blumgart H.L. Angina Pectoris. A Clinical and Pathological Correlation. Amer. J. Med. 1951; 9: 331-357].

Рентгенограмма препарата сердца из контрольной группы

Диаграмма сердца с патологией коронарных артерий

Конечно, учитывая огромный научный вклад Пола Золла в развитие кардиологии, нам, возможно, и не стоило бы так подробно останавливаться на одной из ранних работ ученого, но следует отметить, что на основании упомянутой методики Шлезингера впоследствии был разработан метод коронарной ангиографии.

Х.Л. Блюмгарт, соавтор Золла в этом исследовании и его научный руководитель, всячески поощрял и поддерживал интерес Золла к электрическим методам оживления сердца. И вскоре по воле случая Золл очень серьезно увлекся электрофизиологией сердца, ставшей делом и научным интересом всей его жизни. В конце 40-х годов в клинике «Beth Israel Hospital» лечилась 60-летняя женщина, страдавшая синдромом Морганьи-Адамса-Стокса. Эта пациентка запомнилась Золлу частыми приступами судорог и потери сознания, повторявшимися ежедневно на протяжении трех недель. Когда пациентка умерла, Золл был крайне расстроен: «Этого не должно было случиться с совершенно нормальным, за исключением блока проводимости, сердцем. Следует изыскать возможности для стимуляции сердца».

Это заявление Пола Золла было основано на его знании истории физиологии и знакомстве с работами исследователей, которые ранее уже успешно доказали, что сердце может сокращаться под действием электрической стимуляции.

Ранняя история электрических методов
лечения аритмий и блокад сердца

Электрические методы лечения аритмий и блокад сердца (кардиостимуляция и дефибрилляция), относительно недавно вошедшие в широкую клиническую практику, тем не менее ведут свою историю уже со второй половины XVIII века.

По всей видимости, первый официально документированный случай применения электрических импульсов для оказания помощи при внезапной смерти относится к 16 июля 1774 г.

В этот день мистер Сквайерс (Squires), житель лондонского района Сохо, увидел, как из окна первого этажа здания, находящегося напротив его дома, выпала трехлетняя девочка Катарина София Гринхил (Catherine Sophia Greenhill). Осмотревший пострадавшую, «внешне умершую» девочку, аптекарь сказал убитым горем родителям, что сделать, к сожалению, уже ничего нельзя. После этого мистер Сквайерс с согласия родителей все-таки попытался помочь девочке, используя разряды электричества принесенных им из домашней лаборатории лейденских банок. Когда он начал наносить электрические разряды по различным участкам тела девочки, с момента ее падения уже прошло по крайней мере минут двадцать. Все его попытки оживить девочку были безуспешны. Однако после нескольких электрических разрядов в области грудной клетки мистер Сквайерс все-таки ощутил еле уловимую пульсацию у пострадавшей. Вскоре, хоть и с большим трудом, девочка начала дышать. Спустя десять минут ее вырвало. На протяжении последующих нескольких дней у девочки наблюдался ступор, но приблизительно через неделю она уже была абсолютно здорова.

Этот случай был описан аптекарями мистером Соудэном и мистером Хоузом (Sowdon, Hawes) в годовом отчете Лондонского гуманитарного общества, которое вскоре приобрело статус Королевского [Annual Report 1774: Humane Society, London. P. 31-32]. Член Лондонского Королевского гуманитарного общества, горячий сторонник и исследователь электрической стимуляции сердца, Чарльз Кайт (Charles Kite, 1768-1811) несколько позднее написал об этом случае в своем эссе: «Мистер Сквайерс представил вышеупомянутым джентльменам ошеломляющие сведения о данном случае выздоровления, в надежде, что в будущем, прежде чем отчаиваться, обязательно будут использованы все известные способы для спасения каждого человека» [Charles Kite, "An Essay on the Recovery of the Apparently Dead", 1788].

В 1775 г. ветеринарный врач, датчанин Peter Christian Abildgaard (1740-1801) описал свои эксперименты, в которых при помощи электрических разрядов он умерщвлял куриц, а самое главное – снова восстанавливал у них сердечную деятельность, нанося повторные электрические разряды в область грудной клетки. Он писал: «При электрическом разряде в область головы курицы она становилась бездыханной и возвращалась к жизни после нанесения второго разряда на область грудной клетки. Более того, если эксперимент повторялся несколько раз, то птица становилась как бы оглушенной, с трудом ходила и еще сутки не притрагивалась к корму. Однако в дальнейшем курицы чувствовали себя неплохо и даже несли яйца» [Abildgaard, Peter Christian. Tentamina electrica in animalibus. Inst. Soc. Med. Havn. 1775; 2: 157-161].

В 1788 г. уже упомянутый нами лондонский врач Чарльз Кайт (Charles Kite, 1768-1811) получил серебряную медаль Лондонского Королевского гуманитарного общества за эссе, посвященное применению электричества для оживления внезапно умерших людей. На работы Кайта очень часто ссылаются как на первый опыт дефибрилляции миокарда, хотя он сам описал в своем эссе более удачный случай оживления, проведенный мистером Сквайерсом в 1774 г. Методы оживления, использованные и рекомендованные Чарльзом Кайтом, существенно отличаются от того, что мы теперь вкладываем в понятие «реанимация». Так, например, согласно его описанию случая попытки оживления при утоплении, датированного 1785 г., на протяжении первого часа оказания помощи Кайт сначала делал искусственное дыхание, согревал и растирал потерпевшего, вводил пары лекарственных настоев в полость желудка, пытался раздражать дыхательные пути табаком и лишь только затем применил лейденские банки, посылая электрические разряды во всевозможных направлениях, что вызывало мышечные сокращения у умершего. Тогда же Кайт сделал вывод, что при помощи электричества можно успешно оживлять внезапно умерших людей [Annual Report 1788: Humane Society, London. P. 225-244. Kite C. An Essay on the Recovery of the Apparently Dead. 1788: C. Dilly, London].

Интересно, что в своем эссе при описании техники искусственного дыхания он дал рекомендации использовать прижатие гортани к позвоночнику, чтобы вызвать сдавление фарингеального конца пищевода и предотвратить тем самым попадание вдуваемого воздуха в желудок вместо легких. На первый взгляд, Кайт на целых двести лет опередил Брайана А. Селлика (Brian A. Sellick, 1918-1996), предложившего свой прием защиты дыхательных путей перед интубацией лишь только в 1962 г. Причем Кайтом этот маневр преподносился как часть уже общепринятой методики оживления внезапно умерших, о чем свидетельствует и обзор методов оживления Джеймса Карри (James Curry) из Нортхамптона, опубликованный в Англии в 1796 г. Однако существенная идеологическая разница между целью британских пионеров ресусцитации и целью Брайана Селлика заключалась в том, что первые пытались предотвратить искусственную вентиляцию желудка, а Селлик предложил профилактику регургитации желудочного содержимого в легкие.

«Дефибриллятор» Чарльза Кайта. Рисунок из эссе Ч.Кайта
«An Essay on the Recovery of the Apparently Dead» (London, 1788)

На протяжении последующих полутора веков процесс накопления наукой знаний в области электрофизиологии сердца, и в частности электрической кардиостимуляции, протекал довольно интенсивно.

Еще в 1771 г. итальянский физик и анатом, основоположник электрофизиологии Луиджи Гальвани (Luigi Galvani, 1737-1798) открыл в мышцах электрические токи, названные им «животным электричеством», а в 1791 г. обнаружил, что электрическая стимуляция сердца лягушки приводит к сокращению сердечной мышцы.

Луиджи Гальвани (Luigi Galvani, 1737-1798)

В 1850 г. М.Хоффа (M.Hoffa) и К.Людвиг (Ludwig C.) наблюдали неестественные нерегулярные сокращения миокарда желудочков (в последующем появился термин «фибрилляция желудочков») у собак и кошек во время проведения через ткани сердца сильного электрического тока. Они же продемонстрировали, что можно индуцировать фибрилляцию желудочков сердца нанесением одиночного электрического импульса [Hoffa M., Ludwig C. 1850. Einige neue versuche uber herzbewegung. Zeitschrift Rationelle Medizin, 9: 107-144].

В 1872 г. пионер нейрофизиологии Гийом Бенжамен Аманд Дюшенн де Булонь (Guillaume Benjamin Amand Duchenne de Boulogne, 1806-1875) в третьем издании своего учебника по использованию электричества в медицине описал случай реанимации утонувшей девочки при помощи электрического тока. Иногда данный эпизод рассматривают как первое применение искусственного электрического стимулятора сердца, хотя, надо оговориться, что Булонь использовал электрический ток для стимуляции не миокарда, а диафрагмы [Duchenne G.B. De l'electrisation localisee et de son application a la pathologie et la therapeutique par courants induits at par courants galvaniques interrompus et continus. 3ed. Paris. J.B. Bailliere et fils; 1872].

Гийом Дюшенн демонстрирует «электрическую улыбку» у своего пациента

В 1899 г. в Женеве профессор биохимии Жан-Луи Прево (Jean-Louis Prevost) и профессор физиологии Фредерик Бателли (Frederic Batelli) обнаружили, что электрические разряды высокого напряжения, проходящие через сердце животного, способны оборвать фибрилляцию желудочков [Prevost J.L., Batelli F.: Sur quelques effets des descharges electriques sur le coeur des mammiferes. Acad. Sci. Paris, FR.: 1899; 129: 1267-1268].

Следуя первоначально протоколу вышеупомянутого исследования Хоффа и Людвига, которые вызывали остановку сердца, провоцируя фибрилляцию желудочков с помощью сравнительно слабых электрических стимулов, Прево и Бателли обнаружили, что относительно более сильная электрическая стимуляция вызывает временное прекращение всех видов сердечной активности, включая фибрилляцию. Фактически именно они и открыли метод дефибрилляции, но, к сожалению, это открытие не получило признания современников. В отличие от быстрого успеха электрокардиографии, изобретенной практически в это же самое время, дефибрилляции потребовалось почти полвека для успешного применения в клинике, за которым последовало всемирное признание.

Одной из причин такой задержки, возможно, был неубедительный стиль изложения своих результатов авторами открытия, который вызывал скептическое отношение к самой идее метода. Кроме того, как оказалось впоследствии, авторы использовали наименее эффективную конфигурацию электрического поля, в результате чего требовались слишком высокие напряжения, вызывавшие обширное повреждение тканей организма, поэтому нельзя было говорить о практической применимости данного метода в клинике.

Прево и Бателли были также и авторами первой теории дефибрилляции, объясняющей, что аритмия прекращается благодаря временному параличу сердечной мышцы, то есть подавлению способности кардиомиоцитов генерировать потенциал действия и/или проводить возбуждение. Действительно, первоначальный опыт дефибрилляции в клинике и экспериментальных моделях внезапной смерти на животных требовал прямого массажа сердечной мышцы после приложения электрического шока, поскольку механическая и электрическая активности были полностью подавлены. Позднее, в 1939 г., российские исследователи Гурвич Н.Л. и Юниев Г.С. впервые предположили, что дефибрилляцию можно осуществить, применяя значительно более слабые электрические поля, вызывающие синхронную стимуляцию миокарда, а не его паралич. Последующие исследования частично подтвердили правомочность этой теории. Согласно другой теории, господствовавшей во второй половине XX века, восстановление синхронизации сердечной деятельности происходит из-за индуцированного шоком удлинения рефрактерного периода и длительности потенциала действия.

К настоящему времени существует несколько теорий, пытающихся объяснить механизм дефибрилляционного действия электрического шока. Однако полная теория дефибрилляции, которая позволила бы объяснить фундаментальные механизмы этого феномена, до сих пор остается предметом дискуссий и исследований.

Начало клинической электрокардиостимуляции обычно связывают с именем американского доктора Альберта С. Хаймана (Albert Hyman). В 1930 г. он начал работу по созданию специального аппарата, назначением которого являлось нанесение электрического импульса на сердце при его остановке. В 1931 г. доктор Хайман запатентовал первый искусственный водитель ритма сердца, стимулирующий работу сердца при помощи трансторакальной иглы.

Первый запатентованный искусственный водитель ритма

Он использовал этот прибор для стимуляции предсердий при отказе синусного узла в эксперименте на животных. Позже Хайман назвал свой аппарат «artificial pacemaker» – искусственный водитель ритма, и этот термин получил всемирное распространение и признание. Первоначальный вариант данного прибора приводился в действие при помощи коленчатого вала. Позже он послужил прототипом пейсмекера, выпускаемого одной из немецких фирм, но большим спросом и успехом эта модель не пользовалась. К 1 марта 1932 г. Хайманом был накоплен некоторый опыт клинического использования пейсмекеров, но лишь в 14 случаях из 43 он оказался удачным. И только в 1942 г. появилось сообщение об эффективном использовании пейсмекера в течение непродолжительного срока для купирования приступов Морганьи-Адамса-Стокса [Hyman A.S. Resuscitation of the stopped heart by intracardial therapy. Arch. Intern. Med. 1932; 50: 283].

Хайман не торопился делать подробные сообщения о своих исследованиях на пациентах, возможно, из-за того, что в то время было слишком много противников «излишней технизации» медицины, а эксперименты на людях рассматривались как кощунственные вмешательства.
  Однако в своих работах Альберт Хайман ссылался на более ранние исследования в этом направлении. В 1926 г. в Сиднее, в акушерско-гинекологической клинике «Кроун Стрит» (Crown Street Women's Hospital) врачи, пожелавшие остаться неизвестными, реанимировали новорожденного при помощи созданного им электрического прибора. По всей видимости, желание врачей сохранить свои имена в тайне было связано с имевшимся в то время негативным отношением общества к экспериментам по искусственному продлению человеческой жизни. Как говорится, все тайное вскоре становится явным, и уже в 1929 г. австралийский врач Марк Лидвилл (Mark Lidwill) и физик Эдгар Бут (Edgar Booth) представили вниманию сиднейской медицинской общественности разработанный ими аппарат для стимуляции сердца и результаты исследований, которые проводились на мертворожденных младенцах. При помощи данного прибора можно было наносить электрические разряды различной мощности и частоты. Один, монополярный, электрод вводили прямо в сердце, другой, индифферентный, прикладывали непосредственно к коже после предварительного смачивания его в физиологическом растворе. В одном случае, когда обычные реанимационные мероприятия были безуспешны, стимуляция желудочков позволила реанимировать младенца. Через 10 минут стимуляция была прекращена, у ребенка появились признаки жизни. Он выжил. Вероятно, именно этот случай следует считать первым клиническим опытом применения кардиостимуляции.

Параллельно накапливались знания и практические результаты в области дефибрилляции сердца. В 1947 г. американский хирург Клод Бек (Claude Beck, 1894-1971), один из пионеров сердечно-сосудистой хирургии в Кливленде, провел успешную дефибрилляцию во время оперативного вмешательства на сердце у четырнадцатилетнего мальчика. До этого случая у других шести пациентов Клода Бека дефибрилляция прошла неудачно [Beck C.S., Pritchard W.H., Feil S.A.: Ventricular fibrillation of long duration abolished by electric shock. JAMA, 1947; 135: 985-989.].

Дефибриллятор Клода Бека

  Успеху Клода Бека, кардиохирурга из Кливлендского университета Западного Резерва (Western Reserve University), способствовали многолетние предшествующие эксперименты по дефибрилляции на животных, проведенные Карлом Дж. Виггерсом (Carl J. Wiggers), профессором физиологии этого же университета. Именно Виггерс обеспечил методологическую базу первой успешной клинической дефибрилляции [Wiggers C.J., Wegria R. Ventricular fibrillation due to single localized induction in condenser shock supplied during the vulnerable phase of ventricular systole. Am. J. Physiol. 1939; 128: 500].

Интересно отметить, что одновременно с Виггерсом в США интенсивные исследования в области дефибрилляции велись в СССР Н.Л. Гурвичем. Советские разработки в области электрической реанимации были инициированы академиком Л.С. Штерн, которая была ученицей Жана-Луи Прево в Женевском университете и продолжила работу своего учителя по возвращении на Родину. Она поручила эти исследования своему аспиранту Н.Л. Гурвичу, посвятившему этим чрезвычайно плодотворным исследованиям всю свою жизнь. Хотя Гурвич и отстал на несколько лет с клиническим применением дефибрилляции от американцев, именно он предложил в 1939 г. форму импульса, которая в дальнейшем получила широкое применение во всем мире, в отличие от дефибрилляции Виггерса, которая не получила широкого распространения, несмотря на начальный успех в клинике [Gurvich N.L., Yuniev G.S. Restoration of regular rhythm in the mammalian fibrillating heart. Byulletin Eхper. Biol. & Med. 1939; 8: 55-58.].

В 1950 г. Джон Хопс, канадский инженер-электрик и член Национального исследовательского совета, совместно с двумя врачами, профессором Торонтского университета Уилфредом Бигелоу (Wilfred Bigelow) и его учеником Джоном К. Каллэгеном (John C. Callaghan), доказал, что координированное сокращение миокардиоцитов может быть стимулировано электрическим импульсом, переданным в синоатриальный узел. Разработанный этой исследовательской группой пейсмекер был длиной 30 см и работал на лампах, его питание осуществлялось от бытовой электрической сети с частотой 60 Гц [Bigelow W.G., Callaghan J.C., Hopps J.A. "General hypothermia for experimental intracardiac surgery." Ann Surg 1950; 1132: 531-539].