Имплантируемые стимуляторы: история, современное состояние, тенденции
РЕФЕРАТ по теме:
ИМПЛАНТИРУЕМЫЕ СТИМУЛЯТОРЫ: ИСТОРИЯ,
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ТЕНДЕНЦИИ
Москва 2011 г.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ИСТОРИЯ
ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ
1.1 История имплантируемых стимуляторов
2.
СОВРЕМЕННЫЕ СТИМУЛЯТОРЫ
.1 Ведущие производители
ЭКС
.2
Особенности современных имплантируемых электрокардиостимуляторов
3.
ТЕНДЕНЦИИ В РАЗВИТИИ ИМПЛАНТИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОКАРДИОСТИМУЛЯТОРОВ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия можно было наблюдать заметный прогресс в развитии
медицины и медицинской электроники, все достижения становились более
доступными. Сейчас они практически незаменимыми.
Одно из достижений двадцатого века - имплантируемые
электрокардиостимуляторы (ЭКС). Сегодня ЭКС один из незаменимых медицинских
приборов, который спасает жизни сотням пациентов с заболеваниями
сердечно-сосудистой системы. Имплантируемые стимуляторы позволяют поддерживать
ритм сердца в повседневной жизни, не прибегая к постоянной помощи врачей.
Развитие
кардиостимуляции <> привело к решению многих проблем, связанных с
нарушением ритма cердца. И сейчас операция по имплантации ЭКС стала
повседневной, а надежность и качество современных аппаратов, сделанных на
основе последних достижений технической мысли, вызывает уверенность как у
врачей, так и у пациентов.
История
стимуляции - это история инициативы и инноваций, зачастую перед лицом критики и
оппозиции. Это уникальная смесь медицины, технологий и маркетинга, которая
превратилась в громадную индустрию и вывела электротерапию из лабораторий в
клинику.
1.
ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ
Впервые
способность импульсов электрического тока вызвать сокращения мышцы заметил
знаменитый итальянец А. Вольта в 1876 году. [1] Позже, только в конце 50-х -
начало 60-х годов двадцатого века учеными и их командами, работающими в
различных уголках света, делаются важные открытия в области электростимуляции.
Затем Российские физиологи Ю. М. Чаговец и Н. Е. Введенский изучили особенности
воздействия электрического импульса на сердце и предположили возможность
использования их для лечения некоторых заболеваний сердца. [1]
В
1927 г. доктор Д. Гимен решил создать электрический аналог синусового узла и
собрал прибор, состоявший из разрядника, вырабатывавшего 60 импульсов в минуту,
и электрода, присоединенного к сердцу страдающего брадикардией пациента,
который лежал у него в клинике. В 1951 г. такой прибор применили американские
кардиохирурги Килледжен и Биглоу. По сути, это и были первые в мире ЭКС. Но
размеры разрядников в это время не позволяли сделать их мобильными, а значит,
пациент был привязан к больничной палате.
Первые
кардиостимуляторы имели не только этот недостаток. В 1952 г. впервые появилось
сообщение об успешном применении электрокардиостимулятора в Соединенных Штатах
Америки. Но ЭКС находился вне тела и вырабатываемый им электрический ток
проводился к телу по проводам (электродам) или иглами. Для этого электроды были
введены в тело через кожу пациента. Как результат открытого контакта между
внутренней частью организма и окружающей средой развивались опасные инфекции
вдоль электродов, ведущих к сердцу, что часто подвергало жизнь пациента риску.
[1] Поэтому возникла задача проведения стимуляции сердца без контакта организма
с внешней средой.
Первый
имплантируемый кардиостимулятор был создан и установлен в 1958 году шведскими
инженером A. Сеннингом и медиком Р. Элмквистом. Эти два человека стали тесно
сотрудничать в 1950 году и разработали фибрилляторы и дефибрилляторы для
операций на открытом сердце. Они понимали, что главной проблемой наружных
кардиостимуляторов было наличие сообщения электродов на сердце с самим
стимулятором снаружи, поэтому стали разрабатывать полностью имплантируемый
кардиостимулятор. [2] Прибор имплантировали 43-летнему инженеру по имени Арни
Ларссон. Стимулятор расположили в верхней части грудной клетки в подключичной
области. Пациент имел полную блокаду сердца и страдал от частых сердечных
приступов, которые требовали проведения реанимационных мероприятий много раз в
день. Его состояние рассматривалось как безнадежное. Риск этой совершенно
неизвестной тогда терапии был огромным.
Рис.1.1.
Первый имплантируемый ЭКС
Первый
стимулятор работал только несколько часов, но второй, имплантированный этому же
пациенту, - намного дольше. Второй стимулятор функционировал хорошо в течение 1
недели до внезапного снижения амплитуды стимуляции, предположительно,
вследствие поломки электрода, чем была вызвана дисфункция устройства.
Генератор
импульсов делал их с амплитудой 2 В и частота импульсов была фиксированная и
составляла 70-80 импульсов в минуту. Всё устройство было полностью сделано
вручную и состояло из никелево-кадмиевых батарей, электрического контура и
разряжающей антенны. Это всё было инкапсулировано в специальную эпоксидную
смолу, которая имела превосходную биосовместимость. Приблизительный диаметр и
толщина составляли 55 мм и 16 мм соответственно.
Первые
устройства имели два электрода. Дистальный конец электрода пришивался к
миокарду и служил для стимуляции сердца. Проксимальный конец крепко соединялся
с контуром генератора импульса. По оценке, электрод должен был выдержать около
100 тысяч сгибов в день.
Р.
Элмквист вскоре перестал создавать стимуляторы, но продолжил своё активное
участие в этой области медицинских технологий. Он умер в 1997 году в возрасте
90 лет. A. Сеннинг оставался очень активным в этой области кардиохирургии. Он
умер в 2000 году в возрасте 84 лет. Арни Ларссону за всё время в целом было
имплантировано 5 систем электродов и 22 генератора импульсов 11 различных
моделей кардиостимуляторов, он скончался 28 декабря 2001 года от
злокачественного новообразования. [2]
Примерно
в то же время, в 1958 году, имплантируемый ЭКС также был создан в США
У.Гритбэтчем и установлен хирургом У.Чардаком. Более двух лет эксперименты
велись на животных. В 1959 году Гритбэтч запатентовал имплантируемый
кардиостимулятор, а Чардак сообщил о первом успешном использовании этого
устройства у человека в 1960 году. Имплантацию произвели в июне 77-летнему мужчине
с блокадой сердца. Чардак сначала имплантировал электрод и, когда порог
стабилизировался, имплантировал сам генератор. Пациент прожил более двух лет и
скончался от другого заболевания.
В
1961 году Гритбэтч и Чардак сообщили о 15 пациентах, которым имплантировали
кардиостимуляторы. Уже позже ими была изобретена специальную литиевую батарею
для стимулятора, которая долго не подвергалась коррозии. Тесное сотрудничество
инженеров, врачей и пациентов стало фундаментальной движущей силой для роста
такой значительной мировой индустрии. С 1960 года по всему миру было
имплантировано более двух миллионов кардиостимуляторов. [2]
Кроме
самого прибора, также совершенствовались и электроды, подводимые к сердцу. 4
апреля 1959 года С.Хантер и Н.Рот имплантировали биполярный электрод из
нержавеющей стали для стимуляции пациента с блокадой сердца. Электрод состоял
из пары стальных проволок, покрытых силиконом. Такой электрод мог работать не
менее 6 лет. [2]
В
середине 60-х годов ХХ века кардиостимуляторы с режимом «по требованию» были
созданы для чтения электрической активности сердца и опеспечивали стимуляцию
только тогда, когда это было необходимо. В 70-е годы дизайн электродов
улучшился: фиксация стала активной и пассивной. Была создана литиевая батарея,
которая заменила ртутную, в результате чего срок службы кардиостимулятора
значительно увеличился. В конце 70-х годов были созданы двухкамерные
кардиостимуляторы для стимуляции и предсердий, и желудочков.
В
начале 80-х годов были созданы электроды со стероидным покрытием. Они вызывали
меньшую воспалительную реакцию в месте имплантации.
В
середине 80-х годов были созданы стимуляторы, реагирующие на частоту сердечных
сокращений. Крохотный сенсор в кардиостимуляторе определял, что тело движется,
и использовал это в качестве оценки физической активности человека. В
результате частота стимуляции менялась в зависимости от интенсивности сигнала с
этого сенсора, тем самым делалась попытка адаптировать частоту сердечных
сокращений к нагрузке на организм.
В
90-е годы появились кардиостимуляторы, управляемые микропроцессором. Они стали
сложными в устройстве, появилась возможность определять и хранить данные о
ритме и частоте сердечных сокращений пациента. Кардиостимулятор подстраивался
автоматически под потребности организма человека при различном уровне
активности.
В
2000-е годы была изобретена двухжелудочковая стимуляция при сердечной
недостаточности. Дополнительный специальный электрод вводился к поверхности
левого желудочка. Правый желудочек и левый желудочек стимулировались одновременно.
Автоматизм
устройств сделал необходимость посещения врача для контрольного осмотра более
редкой и более короткой. Кардиостимуляторы могут также передавать данные через
телефонную сеть и через интернет. [2]
В
России история кардиостимуляции ведет отсчет также с 1960 года, когда академик
А. Н. Бакулев обратился к ведущим конструкторам страны с предложением о
разработке медицинских аппаратов. И тогда в Конструкторском Бюро точного
машиностроения - ведущем предприятии оборонной отрасли, возглавляемом А. Э.
Нудельманом - начались первые разработки имплантируемых ЭКС (А. А. Рихтер, В.
Е. Бельгов ). В декабре 1961 года первый Российский стимулятор, ЭКС-2
(«Москит»), был имплантирован академиком А. Н. Бакулевым больной с полной
атриовентрикулярной блокадой. ЭКС-2 был на вооружении врачей более 15 лет, спас
жизнь тысячам больных и зарекомендовал себя как один из наиболее надежных и
миниатюрных стимуляторов того периода в мире. Более чем за тридцатипятилетний
срок в подразделении КБ, возглавляемом В. Е. Бельговым, создано более 30
моделей имплантируемых ЭКС. Особое место в ряду созданных приборов занимает
ЭКС-445 (рисунок 1.2), предназначенный для проведения операции
кардиомиопластики, впервые предложенной и освоенной в России, проводимой у
больных с тяжелой сердечной недостаточностью при противопоказании к пересадке
сердца.[1]
Рис.1.2.ЭКС-445
2.
СОВРЕМЕННЫЕ СТИМУЛЯТОРЫ
В
настоящее время существует не так много ведущих производителей имплантируемых
электрокардистимуляторов, как в нашей стране, так и за рубежом. Наиболее
крупными иностранными производителями являются такие компании, как «BIOTRONIK» (Германия) (рисунок 2.1), «MEDTRONIC» (США) (рисунок 2.2) и
«VITATRON» (Нидерланды) (рисунок 2.3), которые были основаны в начале 60-х
годов двадцатого века. Российские производители - это «КАРДИОЭЛЕКТРОНИКА» (г.
Климовск) (рисунок 2.4), «Ижевский механический завод» (рисунок 2.5),
«ЭЛЕСТИМ-КАРДИО» (существует с 1997 года) (рисунок 2.6) и др. Российские
предприятия также производят выпуск имплантируемых ЭКС с 60-х годов прошлого
столетия.
Рис.2.1.Имплантируемый
ЭКС фирмы «BIOTRONIK»
Рис.2.2.Имплантируемый
ЭКС фирмы «MEDTRONIC»
Рис.2.3.Имплантируемый
ЭКС фирмы «VITATRON»
Рис.2.4.Имплантируемый
ЭКС предприятия «КАРДИОЭЛЕКТРОНИКА»
Рис.2.5.Имплантируемый
ЭКС предприятия «Ижевский механический завод»
Рис.2.6.Имплантируемый
ЭКС фирмы «ЭЛЕСТИМ-КАРДИО»
2.2
Особенности современных имплантируемых электрокардиостимуляторов
Имплантация
ЭКС показана при следующих заболеваниях:
синдром
слабости синусового узла;
антриовентрикулярные
блокады различной степени;
различные
аритмии и т. д.
Имплантируемые
кардиостимуляторы могут быть однокамерными и двухкамерными.
Однокамерные
стимуляторы предназначены для стимуляции одной камеры сердца - либо только
правого предсердия, либо правого желудочка. На данный момент это самый простой
тип электрокардиостимуляторов. Типичная ситуация, при которой имплантируется
однокамерный кардиостимулятор - синдром слабости синусового узла при
сохраненной функции проводящих путей.
В
отличие от первых кардиостимуляторов, которые постоянно стимулировали сердечную
мышцу, современные ЭКС могут работать в различных режимах, причем их количество
колеблется от 5 до 20 режимов. Режимы задаются в зависимости от количества стимулируемых
камер сердца (одна или две), также от того, от какой части сердца отводятся
потенциалы спонтанной электрической активности. Большинство режимов
подразумевают синхронную стимуляцию - то есть такую, при которой ЭКС
отключается при самостоятельной работе сердца и переходит в режим ожидания,
пока не произойдет сбоя в ритме. Также современные приборы позволяют задавать
различную частоту стимуляции - от 30 до 150 импульсов в минуту, в то время как
первые стимуляторы имели жестко заданную частоту (70 - 80 имп/мин.), и
различную амплитуду стимулирующих импульсов - от 0.6 до 6.3 В.
Нередко
есть функция частотной адаптации - особой функции искусственного водителя
ритма, благодаря которой происходит изменение частоты стимуляции в ответ на
физическую нагрузку, как это должно происходить в здоровом организме. В покое
или во время сна кардиостимулятор поддерживает низкую частоту сердечного ритма,
во время бодрствования частота стимуляции увеличивается, а при выполнении
физических нагрузок происходит еще более значительный прирост частоты сердечных
сокращений. Имплантация таких устройств существенным образом улучшает
переносимость физических нагрузок и качество жизни. В зависимости от
потребностей организма и особенностей жизнедеятельности (физической активности,
рода профессиональных и повседневных занятий) можно адаптировать программу
кардиостимулятора под индивидуальные потребности каждого человека. [3]
Кроме
того, выпускаемые ЭКС множество дополнительных функций, предназначенных для
удобного наблюдения за состоянием пациента, например:
передача
данных о ритме сердца за какой-либо промежуток времени лечащему врачу на
специальный интернет сайт посредством сотовой связи;
хранение
данных в самом приборе для последующего анализа;
количество
переключений различных режимов и т.д.
Также
важная составная часть ЭКС - электроды, подводимые к камерам сердца.
Имплантируемые электроды-провода представляют собой относительно сложные
медико-технические устройства. Важную роль играют буквально все их составные
конструктивные части: токопроводящая жила (моно- или многожильная спираль),
изоляционное покрытие (силиконовая или кремнийорганическая резина, уретан,
полиуретан), разъем для стыковки электрода с кардиостимулятором, полярность
(моно-, би-, многополярные), длина, диаметр и др. Однако, наибольший интерес
представляет внутрисердечная контактная часть электрода. Именно она стала
определяющей в названии всего провода-электрода, например цилиндрический,
вкручиваемый, сферический и т.д. В контактной части электрода сосредоточены фиксационные
элементы, обеспечивающие его механическую стабильность, и контактная головка,
определяющая необходимые электростимуляционные параметры, а также длительность
и надежность стимуляции сердца.
В
нашей стране успешно применяется целый ряд электродов. Для желудочковой
стимуляции используют конусообразные (ПЭМК-1), грибковидные (ЭКТГЖ-1),
стекло-углеродные (ПЭПУ), многогранные (ПЭГФ-1) и некоторые другие электроды.
Для
налаживания предсердной стимуляции практическое использование получили
J-образные электроды с многогранной контактной головкой (ПЭГФ-2), вкручиваемые
с втягиваемым штопором (ПЭЭФ), серповидные с моножильной (ЭКППР-2) или с
многожильной проводящей спиралью и с синтетической оплеткой (ПЭМК-2).
Электроды, выпускаемые за рубежом, по существу мало отличаются от
отечественных; все большее применение находят биполярные электроды, которые
предпочтительны при двухкамерной стимуляции, а также при имплантации ЭКС с
автоматически изменяемой частотой импульсов. [4]
Существует
два вида электродов: с пассивной и активной фиксацией. Электроды с пассивной
фиксацией крепятся в камерах сердца с помощью специальных усиков (рисунок 2.7),
а электроды с активной фиксацией крепятся при помощи специального
приспособления на кончике, напоминающего штопор для бутылок (рисунок 2.8).
Рис.2.7.Электроды
с пассивной фиксацией
Рис.2.8.Электроды
с активной фиксацией
Если
раньше параметры вживленного стимулятора изменять было нельзя (если возникала
такая необходимость), то в настоящее время есть специальные перепрограммируемые
ЭКС, параметры которых можно менять уже после имплантации. Изменение параметров
производят с помощью специальной аппаратуры, позволяющей воздействовать на
имплантированный ЭКС дистанционно (неинвазивным способом) при помощи
специального устройства - программатора (рисунок 2.9)
имплантируемый стимулятор сердечный медицинский
Рис.2.9.Программатор для изменения параметров ЭКС
Функции перепрограммируемых ЭКС за последние годы непрерывно усложняются:
если первые их модели обеспечивали лишь изменение частоты стимуляции, то за
последние годы созданы аппараты, у которых можно изменять в широких пределах
практически все основные параметры: частоту, продолжительность и амплитуду
стимулов, чувствительность к биопотенциалам сердца, рефрактерный период,
гистерезис. В таких кардиостимуляторах предусмотрена возможность оценки
хронического порога электрического возбуждения миокарда, а также спонтанного
ритма сердца. Используя эти аппараты, можно изменять режимы стимуляции, что
особенно важно при применении двухкамерной стимуляции. [4]
Размеры и вес имплантируемых ЭКС невелики: вес колеблется от 20 до 30
грамм, габаритные размеры от 4 до 5 см по ширине и длине, толщина от 6 до 10
мм. Номинальный срок службы такого кардиостимулятора - до 10 лет, питание
осуществляется от литиевой батареи.
Имплантация ЭКС в настоящее время является достаточно простой операцией,
которую зачастую проводят при местном наркозе. Операция проводится в
специализированном кардиохирургическом стационаре. Длительность операции
составляет 20 - 30 минут. Электрокардиостимулятор имплантируется в большинстве случаев
в левую подключичную область, как правило, под большую грудную мышцу. Электроды
проводятся через прокол в подключичной вене к камерам сердца, и после проверки
параметров, фиксируются к окружающим тканям. Практически на второй день после
операции больной, в том случае если операция прошла без осложнений, может быть
выписан. [1]
3. ТЕНДЕНЦИИ В РАЗВИТИИ ИМПЛАНТИРУЕМЫХ
ЭЛЕКТРОКАРДИОСТИМУЛЯТОРОВ
Внедрение принципов программирования стимуляции сердца обусловило в свою
очередь необходимость получения обратной информации от имплантированного
кардиостимулятора как для точного контроля задаваемых параметров, так и для
оценки определенных электрофизиологических особенностей сердца больного.
Функциональные возможности современных кардиостимуляторов, имеющих диалоговую
связь с врачом, позволяют сравнить такие аппараты с портативной
электрофизиологической лабораторией: помимо своего основного лечебного
назначения - обеспечения необходимой частоты сердечного ритма, они могут
тестировать сердце по выбранной программе, накапливать и передавать получаемую
информацию. Создаются также имплантируемые кардиостимуляторы с устройством,
работающим по принципу монитора Холтера, обеспечивающим получение необходимых
сведений как для оценки работы кардиостимулятора, так и для характеристики
возбудимости и проводимости сердца.
Последние достижения в области электронной техники и технологии послужили
основой для разработки принципиально новых имплантируемых аппаратов:
антитахикардических кардиостимуляторов, а также комбинированных устройств, в
которых объединяются функции кардиовертера, дефибриллятора и программируемого
кардиостимулятора, являющихся весьма перспективными для предотвращения
внезапной сердечной смерти. [4]
Дальнейшее развитие технологий может позволить создавать кардиостимуляторы
со сроком службы свыше десяти лет. Продолжительность жизни с имплантируемым
прибором также увеличивается.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Имплантируемый электрокардиостимулятор - прекрасное изобретение, которое
спасает жизнь большому количеству людей, хотя он и не может устранить причину
нарушения ритма сердца, также как и предотвратить естественные возрастные
изменения, которые происходят в сердце и кровеносной системе каждого человека.
При соблюдении определенных несложных правил жизнь с кардиостимулятором вполне
возможна и не приносит неудобств, так как устройство кардиостимулятора за
долгие годы дошло практически до совершенства.
Явный недостаток современных электрокардиостимуляторов, как и других
важных медицинских приборов - это их высокая стоимость, вследствие чего многие
больные не могут приобрести стимулятор.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. elestim-cardio.ru
<http://www.elestim-cardio.ru> - сайт фирмы «ЭЛЕСТИМ-КАРДИО» (разработка
и продажа электрокардиостимуляторов).
. astra-cardio.ru -
сайт Федерального центра сердечно-сосудистой хирургии (г.Астрахань).
. biotok.ru - сайт
лаборатории медицинской электроники "Биоток" (производителей
оборудования для диагностики и лечения нарушений ритма сердца).
. cardioimplant.ru - сайт
публикаций об электростимуляции.
. medportal.ru -
медицинский портал.