科學研究 - 【人物】」心臟節律點之父」——田原淳先生

衆所周知，心臟是人體的重要器官之一，它的肌肉反復收縮和放鬆，將血液泵到全身。心臟分爲兩腔：上腔稱爲心房，下腔稱爲心室。心房和心室也各分爲兩部分：分別是右心房、左心房、右心室和左心室，其中左心室負責泵送全身的血液。在電流的刺激下心臟的肌肉會興奮起來，在右心房上方，有一個稱爲竇房結的組織控制着心跳，在靜止狀態下，它每分鐘有規律地產生50到100個電流刺激。這個組織有一套系統，即使沒有來自大腦的刺激，也能以恆定的節奏有規律地保持興奮。如果有合適的環境，即使取出心臟，心臟也會因爲竇房結的刺激而繼續操作短程飛行。

竇房結產生的電流透過心房傳到房室結。電流在心房中以每秒0.5米的速度流動，但在房室結中，電流的速度卻慢到每秒0.05米。因爲在一百多年前由田原淳首次在世界上闡明瞭房室結的構造，因此房室結亦被稱爲」田原結」。

通常情況下房室結是電流由心房至心室的唯一途徑。透過房室結的電流到達被稱爲心室刺激傳導系統的一種特殊心肌。電流在這裏以每秒5米的速度傳到心臟的各個部位，使心臟整體和諧運轉。

1910年左右的田原淳（圖片：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「中島」，於1873年7月5日出生在大分縣國東市安歧町，後來過繼給在中津市開診所的姨父田原春塘做養子，遂改名爲田原淳。從小他就有很強的好奇心以及求知慾，在養父的推薦下，16歲的他前往東京求學，先後就讀於東京英語學校和德意志科學協會學校（Die Schule des Vereins fur deutsche Wissenschaften）。他在23歲的時候考上了舊制第一高等學校（現在的東京大學教養學院、千葉大學醫學院·藥學院的前身的一所高中），後來以班級第一名的成績被帝國大學醫科大學（現在的東京大學醫學院）錄取。

1901年從東京大學醫學院畢業之後，田原先是在皮膚科進修了一年左右，然後進入内科，師從入澤達吉教授（曾任東京大學教授、東京大學醫院院長、同校醫學系主任、御用内科主任等職，爲日本内科醫學的建立做出了貢獻）。在積累了一定的臨牀經驗後，田原返回家鄉在養父的診所當上了醫學家。然而求知慾極強的田原很想去醫學之鄉德國繼續操作深造。起初養父不贊成他出國留學，但當確信了他的志向後就改變了主意，同意讓他去歐洲留學。在當時來說自費出國留學並不是一件容易的事情，據說爲了籌措他的留學費用，養父賣掉了祖傳的良田。終於在1903年，田原抵達德國開始了一段艱苦的求學之路。

左上圖左一人物爲1903年的埃因託芬（圖片：prabook.com/web/willem.einthoven/1745303 ）

在同一年，荷蘭生理學家威廉·埃因託芬（Willem Einthoven）發明了一種早期的心電圖與量測裝置。該裝置的重量將近300公斤，體積龐大到需要兩個房間才能容納下，並且需要5名操作人員。雖然和現在的心電圖儀相比，這臺設備看起來很落伍，但是其性能很好，做出的心電圖和現在的基本一樣。當時還沒有成熟的心電圖解讀方法來診斷心臟疾病，因此埃因託芬的發明僅僅被認爲是一種生理研究的設備，並沒有特別的用途。

田原先是進入柏林大學的夏利特慈善醫院參加講座並積累臨牀經驗。雖然對很多留學生來說，單單是「夏利特校友」的頭銜，就能在回國後佔據很大的優勢。但對於田原來說這些是遠遠不夠的。他想做的不僅僅是獲取醫學知識和臨牀經驗，更想透過基礎研究爲醫學的進步做出自己的貢獻。田原決心要闖出一番新天地，於是他給馬爾堡大學的病理解剖學教授阿肖夫（Karl Albert Ludwig Aschoff）寫了一封信闡明瞭自己的想法，並獲准進入了該校的病理系。

當時在德國有一種新的理論越來越受到重視，該理論把心肌無力（當時的病名指的是以心力耗竭爲主的病症）歸結爲心肌的發炎。阿肖夫交給田原的第一個研究專案就是驗證該理論的真實性。他按照阿肖夫的指示將120份心臟的病理標本先切成小塊，然後用石蠟硬化後再切成厚度爲2至15微米（1微米是1/1000毫米）的薄片，用於顯微鏡檢查。這些標本的數量非常多，需要非凡的耐心和毅力。他廢寢忘食地在顯微鏡下仔細檢查了成千片標本，最終證明了關於心力耗竭終極因數的新理論以及傳統理論都是錯誤的。

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

阿肖夫交給田原的下一個研究目標是確定「希氏束（上圖③atrioventricular bundle）」的作用，它位於心房和心室之間，因此也被稱爲「房室束」。在當時人們尚不清楚其作用，阿肖夫推測希氏束可能是將心房搏動的刺激傳遞給心室，也有可能與心臟惡化有關。對此田原也是同樣的看法，所以決定探究希氏束的作用。

田原又按着上面的方法開始製作心臟的組織樣本。終於在1905年發現心臟有一條叫做刺激傳導系統的通路，透過這條通路可以傳遞電流，使心臟正常短程飛行，而希氏束就是這條通路的一部分。此外，他還發現在希氏束的頂端有一節細小的心肌纖維混色而成的結狀區域。該結狀區域被稱爲房室結（上圖④atrioventricular node），透過稍微改變心房和心室的收縮時間，在控制心臟血流的方面發揮着重要作用。

但要找出希氏束向下延伸的位置，就像靠一根蛛絲在深邃的叢林中游走一樣困難。就在田原懷疑是不是無法識別希氏束的尖端時，突然冒出了一個念頭：「浦金野纖維」（Purkinje fibers）。浦金野纖維是捷克生理學家浦金野（J. E. Purkinje）在1839年，透過研究羊的心臟發現了心室内的纖維結構。當時關於浦金野纖維的作用有近30種理論，但都沒有定論。

田原推測希氏束的尖端分爲右束支和左束支，而左束支又與浦金野纖維相連，並將刺激傳遞給心室。他找來浦金野研究過的同一種羊作爲研究物件，很快就證實了希氏束和浦金野纖維是相通的。田原的這個發現標誌着他圓滿完成了對刺激-傳導系統的研究。

1911年改進後的心電圖儀。（圖片：《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》）

田原的研究成果爲心電圖的分析鋪平了道路。心電圖描繪的是電刺激在心臟中的傳遞，透過明確傳導刺激系統，也就是電流刺激的途徑，就清楚了心電圖的哪個部分對應心臟的哪個部位。這就意味着根據心電圖的異常部分來確定心臟的哪個部位出現了問題。心電圖儀的發明者埃因託芬在1908年撰寫一篇論文《論進一步的心電圖》，爲心電圖提供了理論支援。後來在劍橋科學儀器公司的幫助下，於1911年改進了埃因託芬之前發明的心電圖儀，瘦身成爲上圖中的臺式儀器。之後很快便廣泛用於臨牀，爲無數患者帶來了福音。

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

在1906年，田原用德文撰寫的論文《哺乳動物心臟的刺激-傳導系統》以裝訂書籍的形式被出版了。此書厚達200頁，充分體現了他廣泛的研究成果。據說，正是因爲田原一心想報答養父的深情厚意，所以在短短三年多的時間裏廢寢忘食的工作，完成了對心臟刺激和傳導系統的世界級研究。當阿肖夫瞭解到田原想把留學成果帶回家鄉，送給在診所等他回來的養父時，同意單獨以他的名字發表該論文。

在田原的論文發表後不久，阿肖夫還將論文寄給了同爲醫學家的自己的父親。他在信中寫道：「這個復活節，我送您一本剛出版的書，這是和我一起工作了兩年半的田原博士寫的關於心臟的書。在這本書中，您可以看到這位日本學生的極度勤奮。這本書也是我卑微的感謝，感謝您對我孜孜不倦的教誨和燻陶器。我希望能以學術成果來表達對您的感激之情。」

在德國完成學業後，田原於1906年6月踏上歸途，並於同年8月抵達日本。原先他打算回到中津繼承家業，但是被邀請進入京都帝國大學福岡醫科大學（現在的九州大學）執教，他於同年12月被聘爲第一講座助教授，並在1908年7月被聘爲病理學第二講座教授。

1919年在大學授課的田原教授。（圖片：commons.wikimedia.org/wiki/File:Tawara-Sunao-Lecture.jpg ）

田原在1914年因「哺乳動物心臟的刺激-傳導系統」的研究獲得了「日本學士院獎」。十年後，發明心電圖儀的埃因託芬獲得了1924年的諾貝爾生理學或醫學獎，其獲獎終極因數之一就是透過田原的研究成果，發現了心電圖可以顯示心臟内電刺激的流動情況，波形的干擾可以用來診斷心臟出現異常的位置。由此心電圖被賦予了醫學意義，心臟醫學也獲得了重大飛躍。

直至1933年爲止，田原一直活躍在教學一線，期間曾任該校醫學院院長、大學附屬熱泉研究所所長。退休後的他回到中津市，據說他在晚年生活中最大的樂趣就是在田間勞作。他經常對孫兒說：「孩子，人總得找點值得期待的事情做。」