一百年前的人用什么奇葩设备测心电 _小知识

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用各种奇怪方式追寻电的真相的科学家们：路易吉·伽伐尼（Luigi Galvani）、亚历山德罗·伏打（Alessandro Volta）和卡洛·马泰乌奇（Carlo Matteucci）

撰文 | 李莘莘
责编 | 惠家明

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在现代社会，我们要想检查心脏健康，最方便的办法之一就是做心电图。而在现代心电仪没有发明之前，人们为了测量心电信号可是用尽了各种 “奇葩” 设备。从青蛙腿到玩具小火车，再到用金属丝捅进心脏，科学家们的想象力总是一次又一次地突破人类认知边界。

01 一蛙两吃：又当电源又当电流计的青蛙腿

人类发明心电仪的前提是要先认识到 “心脏带电” 。可光是论证生物体带电这回事，就耗费了科学家们半个多世纪的口舌之争。

1786年，意大利科学家路易吉·伽伐尼（Luigi Galvani）发现，真空环境中的青蛙腿在被导体小棍触碰时会抽动。由此，伽伐尼提出了 “生物电” 的概念。简单地说，就是生物体内存在着电。

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“电蛙腿” 第一人，路易吉·伽伐尼（Luigi Galvani ， 1737-1798），图源：Wikipedia

然而，伽伐尼的理论受到了意大利科学家亚历山德罗·伏打（Alessandro Volta）的质疑。伏打认为，造成青蛙腿抽动的电流来自于触碰青蛙腿的导体小棍。在试图证伪生物电的过程中，伏打还顺手发明了电池，也就是伏打堆——把一块锌板和一块铜板分别浸泡在盐水中，两种不同导体间电压差产成了电流。伏打希望以此说明，造成青蛙腿抽动的电流来自金属而非生物体自身。

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发明电池第一人，亚历山德罗·伏打（Alessandro Volta ， 1745-1827）。图源：Wikipedia

虽然伏打发明的电池具有跨时代的意义，但是他对于生物电的批驳却是错的。除了伽伐尼自己，后续还有不少科学家用实验证明了生物电的存在，其中一位是卡洛·马泰乌奇（Carlo Matteucci）——看名字就知道这还是位意大利科学家。在一次实验中，马泰乌奇想用电流计测量青蛙腿产生的生物电强度，值得一提的是，此时是1843年，距离伽伐尼去世差不多50年，电流计（galvanometer）正是以伽伐尼命名的。但是，使用电流计难免需要接入金属导体。这样的话，金属和蛙腿之间也会因电压差而产生电流，那么电流计的读数可能就不完全是生物电。

马泰乌奇的神来之笔来了，既然 “伏打堆” 可以串联多个金属单元，那我也可以堆一个“青蛙堆” 。于是，马泰乌奇把多个青蛙腿串联在了一起，并且证明了电流计读数会随着蛙腿数量而增加。由于整套装置的金属导线是不变的，电流计读数每次增加的部分则是百分百的生物电了。

生物电的争议虽然尘埃落定，而青蛙腿和心电的渊源还不止于此。1846年，马泰乌奇的下一个神来之笔来了，他把一条青蛙腿封在试管里面制成了简单的电流计，然后把这个电流计直接捅到了青蛙自己的心脏上。结果表明，青蛙心脏每一次跳动会造成试管里的青蛙腿抽动。换句话说，青蛙用自己腿证明了自己的心脏存在电流。这个颇有 “煮豆燃豆萁” 意味的实验开启了科学家们对心电信号的追寻。

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卡洛·马泰乌奇（Carlo Matteucci ， 1811-1868）（上左）和他的青蛙腿电流计（上右）和他的青蛙腿电池组（下）。图源：Wikipedia

02 小火车+毛细静电计=史上第一张实时心电图

显然，用青蛙腿测量生物电不是个长远之计。人们迫切需要更加精准的设备来观测心电信号。

1872年，法国物理学家李普曼（Gabriel Lippmann）发明了毛细静电计，这种电流计的核心是一个高度会随着电流变化的水银柱，其精度和灵敏度就不是青蛙腿能够相提并论的了。1887年，英国生理学家奧古斯都·沃勒（Augustus Desiré Waller）采用了这种毛细静电计，首次绘出了人的心电图。