科学研究 - 【人物】”心脏起搏器之父”——田原淳先生

众所周知，心脏是人体的重要器官之一，它的肌肉反复收缩和放松，将血液泵到全身。心脏分为两腔：上腔称为心房，下腔称为心室。心房和心室也各分为两部分：分别是右心房、左心房、右心室和左心室，其中左心室负责泵送全身的血液。在电流的刺激下心脏的肌肉会兴奋起来，在右心房上方，有一个称为窦房结的组织控制着心跳，在静止状态下，它每分钟有规律地产生50到100个电流刺激。这个组织有一套系统，即使没有来自大脑的刺激，也能以恒定的节奏有规律地保持兴奋。如果有合适的环境，即使取出心脏，心脏也会因为窦房结的刺激而继续跳动。

窦房结产生的电流通过心房传到房室结。电流在心房中以每秒0.5米的速度流动，但在房室结中，电流的速度却慢到每秒0.05米。因为在一百多年前由田原淳首次在世界上阐明了房室结的构造，因此房室结亦被称为”田原结”。

通常情况下房室结是电流由心房至心室的唯一途径。通过房室结的电流到达被称为心室刺激传导系统的一种特殊心肌。电流在这里以每秒5米的速度传到心脏的各个部位，使心脏整体和谐运转。

1910年左右的田原淳（图片：Silverman ME, Grove D, Upshaw CB Jr. Why Does the Heart Beat? The Discovery of the Electrical System of the Heart. Circulation. 2006 Jun 13;113(23):2775-81 PMID 16769927 DOI:10.1161/CIRCULATIONAHA.106.616771）

田原淳本姓“中岛”，于1873年7月5日出生在大分县国东市安歧町，后来过继给在中津市开诊所的姨父田原春塘做养子，遂改名为田原淳。从小他就有很强的好奇心以及求知欲，在养父的推荐下，16岁的他前往东京求学，先后就读于东京英语学校和德意志科学协会学校（Die Schule des Vereins fur deutsche Wissenschaften）。他在23岁的时候考上了旧制第一高等学校（现在的东京大学教养学院、千叶大学医学院·药学院的前身的一所高中），后来以班级第一名的成绩被帝国大学医科大学（现在的东京大学医学院）录取。

1901年从东京大学医学院毕业之后，田原先是在皮肤科进修了一年左右，然后进入内科，师从入泽达吉教授（曾任东京大学教授、东京大学医院院长、同校医学系主任、御用内科主任等职，为日本内科医学的建立做出了贡献）。在积累了一定的临床经验后，田原返回家乡在养父的诊所当上了医生。然而求知欲极强的田原很想去医学之乡德国继续深造。起初养父不赞成他出国留学，但当确信了他的志向后就改变了主意，同意让他去欧洲留学。在当时来说自费出国留学并不是一件容易的事情，据说为了筹措他的留学费用，养父卖掉了祖传的良田。终于在1903年，田原抵达德国开始了一段艰苦的求学之路。

左上图左一人物为1903年的埃因托芬（图片：prabook.com/web/willem.einthoven/1745303 ）

在同一年，荷兰生理学家威廉·埃因托芬（Willem Einthoven）发明了一种早期的心电图与量测装置。该装置的重量将近300公斤，体积庞大到需要两个房间才能容纳下，并且需要5名操作人员。虽然和现在的心电图仪相比，这台设备看起来很落伍，但是其性能很好，做出的心电图和现在的基本一样。当时还没有成熟的心电图解读方法来诊断心脏疾病，因此埃因托芬的发明仅仅被认为是一种生理研究的设备，并没有特别的用途。

田原先是进入柏林大学的夏利特慈善医院参加讲座并积累临床经验。虽然对很多留学生来说，单单是“夏利特校友”的头衔，就能在回国后占据很大的优势。但对于田原来说这些是远远不够的。他想做的不仅仅是获取医学知识和临床经验，更想通过基础研究为医学的进步做出自己的贡献。田原决心要闯出一番新天地，于是他给马尔堡大学的病理解剖学教授阿肖夫（Karl Albert Ludwig Aschoff）写了一封信阐明了自己的想法，并获准进入了该校的病理系。

当时在德国有一种新的理论越来越受到重视，该理论把心肌无力（当时的病名指的是以心力衰竭为主的病症）归结为心肌的炎症。阿肖夫交给田原的第一个研究项目就是验证该理论的真实性。他按照阿肖夫的指示将120份心脏的病理标本先切成小块，然后用石蜡硬化后再切成厚度为2至15微米（1微米是1/1000毫米）的薄片，用于显微镜检查。这些标本的数量非常多，需要非凡的耐心和毅力。他废寝忘食地在显微镜下仔细检查了成千片标本，最终证明了关于心力衰竭原因的新理论以及传统理论都是错误的。

Conduction system of the heart（图片：researchgate.net/figure/Conduction-system-of-the-heart_fig1_331934511 ）

阿肖夫交给田原的下一个研究目标是确定 “希氏束（上图③atrioventricular bundle）”的作用，它位于心房和心室之间，因此也被称为 “房室束”。在当时人们尚不清楚其作用，阿肖夫推测希氏束可能是将心房搏动的刺激传递给心室，也有可能与心脏恶化有关。对此田原也是同样的看法，所以决定探究希氏束的作用。

田原又按着上面的方法开始制作心脏的组织样本。终于在1905年发现心脏有一条叫做刺激传导系统的通路，通过这条通路可以传递电流，使心脏正常跳动，而希氏束就是这条通路的一部分。此外，他还发现在希氏束的顶端有一节细小的心肌纤维交织而成的结状区域。该结状区域被称为房室结（上图④atrioventricular node），通过稍微改变心房和心室的收缩时间，在控制心脏血流的方面发挥着重要作用。

但要找出希氏束向下延伸的位置，就像靠一根蛛丝在深邃的丛林中游走一样困难。就在田原怀疑是不是无法识别希氏束的尖端时，突然冒出了一个念头：“浦金野纤维”（Purkinje fibers）。浦金野纤维是捷克生理学家浦金野（J. E. Purkinje）在1839年，通过研究羊的心脏发现了心室内的纤维组织。当时关于浦金野纤维的作用有近30种理论，但都没有定论。

田原推测希氏束的尖端分为右束支和左束支，而左束支又与浦金野纤维相连，并将刺激传递给心室。他找来浦金野研究过的同一种羊作为研究对象，很快就证实了希氏束和浦金野纤维是相通的。田原的这个发现标志着他圆满完成了对刺激-传导系统的研究。

1911年改进后的心电图仪。（图片：《Christoph Zywietz, A Brief History of Electrocardiography - Progress through Technology; S. L. Barron, The development of the electrocardiograph in Great Britain, British Medical Journal 1:720, 25 March 1950》）

田原的研究成果为心电图的分析铺平了道路。心电图描绘的是电刺激在心脏中的传递，通过明确传导刺激系统，也就是电流刺激的途径，就清楚了心电图的哪个部分对应心脏的哪个部位。这就意味着根据心电图的异常部分来确定心脏的哪个部位出现了问题。心电图仪的发明者埃因托芬在1908年撰写一篇论文《论进一步的心电图》，为心电图提供了理论支持。后来在剑桥科学仪器公司的帮助下，于1911年改进了埃因托芬之前发明的心电图仪，瘦身成为上图中的台式仪器。之后很快便广泛用于临床，为无数患者带来了福音。

eine anatomisch-histologische Studie über das Atrioventrikularbündel und die Purkinjeschen Fäden（图片：archive.org/details/b21467729/page/n5/mode/2up ）

在1906年，田原用德文撰写的论文《哺乳动物心脏的刺激-传导系统》以装订书籍的形式被出版了。此书厚达200页，充分体现了他广泛的研究成果。据说，正是因为田原一心想报答养父的深情厚意，所以在短短三年多的时间里废寝忘食的工作，完成了对心脏刺激和传导系统的世界级研究。当阿肖夫了解到田原想把留学成果带回家乡，送给在诊所等他回来的养父时，同意单独以他的名字发表该论文。

在田原的论文发表后不久，阿肖夫还将论文寄给了同为医生的自己的父亲。他在信中写道：“这个复活节，我送您一本刚出版的书，这是和我一起工作了两年半的田原博士写的关于心脏的书。在这本书中，您可以看到这位日本学生的极度勤奋。这本书也是我卑微的感谢，感谢您对我孜孜不倦的教诲和熏陶。我希望能以学术成果来表达对您的感激之情。”

在德国完成学业后，田原于1906年6月踏上归途，并于同年8月抵达日本。原先他打算回到中津继承家业，但是被邀请进入京都帝国大学福冈医科大学（现在的九州大学）执教，他于同年12月被聘为第一讲座助教授，并在1908年7月被聘为病理学第二讲座教授。

1919年在大学授课的田原教授。（图片：commons.wikimedia.org/wiki/File:Tawara-Sunao-Lecture.jpg ）

田原在1914年因“哺乳动物心脏的刺激-传导系统”的研究获得了“日本学士院奖”。十年后，发明心电图仪的埃因托芬获得了1924年的诺贝尔生理学或医学奖，其获奖原因之一就是通过田原的研究成果，发现了心电图可以显示心脏内电刺激的流动情况，波形的干扰可以用来诊断心脏出现异常的位置。由此心电图被赋予了医学意义，心脏医学也获得了重大飞跃。

直至1933年为止，田原一直活跃在教学一线，期间曾任该校医学院院长、大学附属温泉研究所所长。退休后的他回到中津市，据说他在晚年生活中最大的乐趣就是在田间劳作。他经常对孙儿说：“孩子，人总得找点值得期待的事情做。”