В США создали первый биоразлагаемый кардиостимулятор. В нем нет батареек и проводов

image Имплантируемый электрокардиостимулятор image Российский ЭКС подготовлен к имплантации

Электрокардиостимуля́тор (ЭКС; иску́сственный води́тель ри́тма (ИВР)) — медицинский прибор, предназначенный для воздействия на ритм сердца. Основной задачей кардиостимулятора (водителя ритма) является поддержание или навязывание частоты сердечных сокращений пациенту, у которого сердце бьётся недостаточно часто, или имеется электрофизиологическое разобщение между предсердиями и желудочками (атриовентрикулярная блокада). Также имеются специальные (диагностические) наружные кардиостимуляторы для проведения нагрузочных функциональных проб.

История создания электрокардиостимуляторов

Первый в мире имплантируемый кардиостимулятор фирмы Siemens Elema

Впервые способность импульсов электрического тока вызвать сокращения мышцы заметил итальянец Гальвани. Позднее российские физиологи В. Ю. Чаговец и Н. Е. Введенский изучили особенности воздействия электрического импульса на сердце и предположили возможность использования их для лечения некоторых заболеваний сердца. В 1927 году Альберт Хаймен (A. Hyman) создал первый в мире наружный электрокардиостимулятор и применил его в клинике для лечения больного, страдающего редким пульсом и потерями сознания. Это сочетание известно как синдром Морганьи — Адамса — Стокса (МЭС).

В 1951 году американские кардиохирурги Каллаган и Бигелоу использовали кардиостимулятор для лечения больной после операции, так как у неё развилась полная поперечная блокада сердца с редким ритмом и приступами МЭС. Однако у данного прибора имелся большой недостаток — он находился вне тела пациента, и импульсы к сердцу проводились по проводам через кожу.

В 1958 году шведские ученые (в частности, Руне Элмквист) создали имплантируемый, то есть полностью находящийся под кожей, кардиостимулятор (Siemens-Elema). Первые стимуляторы были недолговечными: их срок службы составлял от 12 до 24 месяцев.

В СССР история кардиостимуляции ведет отсчет 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 (КБТМ) — ведущем предприятии оборонной отрасли, возглавляемом А. Э. Нудельманом — начались первые разработки имплантируемых ЭКС (А. А. Рихтер, В. Е. Бельгов). В декабре 1961 года первый созданный в СССР 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 .

Показания к применению

Литература

  • Кардиостимуляция / О. Л. Бокерия // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
  • Электрокардиостимуляция // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.

Эта страница в последний раз была отредактирована 16 марта 2021 в 10:56.

Сколько лет работает кардиостимулятор в среднем?

Ответить на вопрос о сроки службы – достаточно сложно. Причина этой сложности в том, что у каждого пациента индивидуальный срок службы кардиостимулятора. И он зависит от множества факторов, которые мы и постараемся разобрать в нашей статье. В качестве предисловия и, одновременно, краткого ответа, могу написать, что большинство современных кардиостмуляторов у большинства людей работают 7-10 лет. Давайте постараемся разобраться, от чего же зависит продолжительность работы кардиостимулятора.

Факторы, влияющие на продолжительность срока службы ЭКС.

Заряд батареи кардиостимулятора.

Внутри современного кардиостимулятора находится, по сути, батарейка. А точнее, йодно-литиевый элемент питания. У батареи есть определенная емкость. И, конечно же, именно емкость батареи ЭКС играет самую значительную роль в сроке службы. Раньше, первые кардиостимуляторы работали очень мало. С развитием технологий срок службы кардиостимуляторов постепенно возрастал до той самой цифры, которую я уже озвучил выше: 7-10 лет. В истории развития кардиостимуляции был период, когда Советский Союз промышленно выпустил аппараты, источником энергии в корорых была атомная реакция распада плутония. Эти кардиостимуляторы назывались РЭКС, что значит Радиоактивный кардиостимулятор. Срок службы тех ЭКС был несколько десятков лет, если не дольше. Пациента от радиации плутония защищал свинцовый корпус кардиостимулятора. Но эти кардиостимуляторы не долго присутствовали в практической медицине. Почему они исчезли? То ли потому, что посчитали плутоний вредным, а свинцовый корпус ненадежной защитой от него? То ли от того, что для компаний-производителей кардиостимуляторов не выгодно производить чрезмерно длительно работающие кардиостимуляторы? Этого точно неизвестно. Тем не менее, мы имеем то что имеем: современные кардиостимуляторы со сроком службы 7-10 лет. Заряд батареи кардиостимулятора хирург может посмотреть при сеансе тестирования. Но проблема в том, что программаторы у разных фирм по разному подходят к определению срока службы. Кто то пишет зарад батареи в Вольтах, кто то оставшийся срок службы в годах. В общем, заряд батареи фактор важный, то в плане прогнозирования для пациента и врача – бесполезный. Именно потому что это просто относительная цифра и все.

Процент стимуляции.

Другим фактором, который также значительно влияет на продолжительность работы кардиостимулятора является процент стимуляции сердца. Дело в том, что почти все современные ЭКС работают в режиме «по требованию». Что это значит? А значит это, что если сердце вздумает сокращаться самостоятельно, кардиостимулятор это видит и не наносит стимул, то есть не тратит энергию. Если сердце самостоятельно не сократилось, то кардиостимулятор наносит стимул. К примеру если человеку поставили ЭКС, но у него сердце периодически, в 50% времени, работает самостоятельно, то стимулятор будет работать остальные 50% времени. Таким образом процент стимлуляции у данного пациента будет 50%. Батарея у него прослужит дольше, чем у пациента со 100% потребностью в стимуляции. Говоря немного точнее, процент стимуляции – это доля стимулированных сокращений сердца по отношению ко всем сокращениям сердца. Сделаем короткий вывод: чем меньше процент стимуляции сердца, тем дольше проработает кардиостимулятор.

Базовая частота стимуляции.

Порог стимуляции.

Что такое порог стимуляции и как от влияет на срок службы кардиостимулятора. Порог стимуляции – это минимальное количество тока, или минимальное напряжение, которое приводит к сокращению сердца. Всем понятно, что ЭКС посылает в сердце электрические импульсы, которые приводят к его сокращению. Так вот, если импульс будет слишком слабый, то сердце не отреагирует. Минимальный импульс, приводящий к ответу сердца и есть значение порога стимуляции. Как правило порог измеряется в Вольтах. Чем ниже порог стимуляции, тем меньше энергии тратит кардиостимулятор на каждый стимул, тем дольше от проработает. С течением времени порог стимуляции изменяется. Как правило, в первые несколько дней после имплантации от опускается, обычно до значений менее 1 Вольта. В дальнейшем в течение нескольких месяцев от постепенно поднимается до 2 – 3 Вольт, и затем сохраняется неизменным в течение длительного времени. Считается, что небольшие колебания порога возможны, к примеру, при изменении температуры тела человека. В любом случае, чем меньше порог стимуляции, тем дольше срок службы ЭКС.

Импеданс электрода.

Импеданс – это сопротивление. В норме он должен быть в пределах 200-2000 Ом. Чем меньше импеданс, тем быстрее происходит разряд батареи ЭКС. Критическое падения импеданса происходит при нарушении целостности изоляции, когда металлическая жила начитает напрямую контактировать с тканями организма. В этом случае батарея разрядится гораздо быстрее, чем при нормальном значении импеданса.

Что происходит, когда разрядилась батарея ЭКС.

Итак, на очередном плановом тестировании врач сообщил пациенту, что батарея разряжена и ЭКС пора менять. Что это значит? Давайте разберемся. Когда врач проверяет кардиостимулятор с помощью программатора, то компьютер всегда отображает состояние батареи ЭКС. Так вот, тот самый компьютер сигнализирует о том, что ЭКС нужно заменить задолго до полного разряда. Примерно за 3 месяца. Этот период называется временем рекомендуемой замены. Если у пациента наступило время рекомендуемой замены. То не зависимо от того есть ли полная зависимость пациента или нет, пациент оперируется в плановом порядке. В данной ситуации нет никакой спешки. Если пациент добросовестно посещает плановые проверки ЭКС, то именно так и бывает. Другое дело, если пациент по каким-нибудь причинам не посещал плановые проверки. Тогда возможно ситуация, когда пациент попадает к врачу с полностью разряженным и не рабочим ЭКС, или с критическим разрядом батареи. В этом случае, если у пациента свой ритм чрезмерно медленный, то есть если пациент зависим от ЭКС, то операция делается в экстренном порядке, если же пациент не зависим от кардиостимулятора, то замена ЭКС происходит планово.

Самостоятельная проверка срока службы ЭКС.

Кардиостимуляторы используются для стимуляции регулярного сердцебиения, когда естественная электрическая система кардиостимуляции в организме перестает выполнять свою функцию или работает неправильно. На протяжении многих лет для кардиостимуляторов искали наилучшие «батарейки». В 70-х годах до использования литий-ионных батарей для питания кардиостимуляторов в США использовались батарейки, получающие энергию от альфа-распада плутония-238. Альфа-распад сопровождается испусканием тяжелого ядра гелия, которое быстро теряет энергию и тормозится: поэтому тонкий корпус батарейки способен полностью защитить организм человека от альфа-частиц. Обычно альфа-распад сопровождается сильным гамма-излучением, которое как раз и опасно, но Плутоний-238 является потрясающим исключением, испускание гамма-квантов для которого редкость. Добавочная доза излучения от одной такой батарейки в кардиостимуляторе составляет всего 0,1 мЗв в год, при том что обычный человек получает порядка 2,4 мЗв фоновой радиации за год жизни. Как работали эти вечные батарейки? Насколько это опасно для человека? Как видно на фотографии кардиостимулятора (уже без плутония) выше, электроника устройства заключена в эпоксидную смолу. Твердый титановый корпус спроектирован таким образом, чтобы выдерживать любые вероятные события повреждения, включая выстрелы и кремацию. Радиоактивные батарейки имеют огромное время жизни, ведь время полураспада плутония-238 составляет 88 лет, и литий-ионным аккумуляторам остается только завидовать плутонию. Так, в этом году в журнале Int. J. Cardiol. вышла научная статья, описывающая пациента, который в течение 35 лет успешно использовал плутониевый кардиостимулятор, прежде чем решил поменять батарейку. Доза излучения на поверхности кардиостимулятора составляет приблизительно 5-15 мбэр (микробэр, «биологический эквивалент рентгена», единица измерения) в час от испускаемых гамма-лучей и нейтронов. По оценкам, облучение всего тела составляет приблизительно 0,1 бэр в год для пациента и приблизительно 7,5 мбэр в год для его супруги. Для сравнения, 100 мбэр — это фоновое облучение, которое человек в среднем получает за год. Зачастую плутониевые кардиостимуляторы переживали своих владельцев. В 1973 году сотрудник Медицинского центра Ньюарк Бет-Исраэль доктор Виктор Парсоннет установил 20-летней женщине кардиостимулятор фирмы Numec NU-5. На тот момент устройство обошлось пациентке в 23 000 долларов в пересчете на современный курс. Однако в долгосрочной перспективе ядерный кардиостимулятор оказался весьма экономным – любой другой аналогичный прибор за такой срок потребовалось бы сменить от четырех до пяти раз. По данным Парсоннета, NU-5 установили 139 больным. Большинства из них уже нет в живых. Батарейкой в таком кардиостимуляторе, как мы уже сказали, служит радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ), использующий тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов и преобразующий её в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора. По сравнению с ядерным реакциями деления, которые протекают на обычных атомных станциях, РИТЭГ гораздо более компактны. КПД у них небольшое, как и выходная мощность, однако они не требуют обслуживания и работают десятилетиями. Многие спутники, которые мы запускали в холодные глубины космоса, вроде тех же «Вояджеров», уносили с собой РИТЭГ с плутонием-238 — в этом секрет их долговечной работы.

Исследователи из Северо-Западного университета и университета Джорджа Вашингтона разработали первый в мире беспроводной и безбатарейный Электрокардиостимулятор, или искусственный водитель ритма, помогает восстановить нормальную частоту и периодичность сердечных сокращений. Электроды вживляют в сердце и подключают к генератору, который вшивают под кожу.

«>кардиостимулятор из биоразлагаемых материалов. Устройство весит менее половины грамма и может использоваться у пациентов, которым нужна временная стимуляция после травмы или операции на сердце.

  • В основе разработки — система, аналогичная той, которая применяется в беспроводных зарядках для смартфонов. Радиочастотная энергия от внешнего устройства отправляется на приемник внутри кардиостимулятора, где преобразуется в электрический ток, который регулирует работу сердца.
  • Использование биосовместимого кардиостимулятора исключает необходимость повторного хирургического вмешательства. Устройство помогает восстановить нормальный сердечный ритм, а потом растворяется и выводится организмом. Процесс занимает около пяти-семи недель.
  • Сейчас после операций на открытом сердце хирурги устанавливают временный водитель ритма с электродами и проводами, который после завершения этапа реабилитации удаляют хирургическим путем.
  • Исследователи уже испытали устройство на животных. У крыс кардиостимулятор работал в течение четырех дней. Через две недели, согласно данным сканирования, он начал растворяться. Через семь недель на снимках его уже не было видно.
  • В будущем ученые планируют модифицировать устройство, чтобы его можно было доставлять к сердцу через вену на ноге или руке.

Современные разработки кардиостимуляторов

Со времен первой установки кардиостимулятора, проведенной в 1958 году, устройства стали значительно меньше, а их срок службы вырос. Однако периодически приборам все же требуется замена батареек, а провода могут изнашиваться. Это ведет к новым хирургическим вмешательствам.

Кроме того, при использовании классического водителя ритма встречаются осложнения, в том числе инфицирование зоны имплантации, смещение устройства, повреждение тканей, кровотечение и тромбоз. За последние 5 лет было создано несколько моделей, которые должны сделать работу устройства максимально комфортной и эффективной для пациентов.

  • В 2015 году израильские ученые предложили использовать для контроля ритма светочувствительный белок. С помощью вируса они ввели в клетки сердца подопытным крысам водорослевый белок ChR2, реагирующий на синий свет. В ответ на импульс он открывает в мембране ионные каналы. Эксперимент показал, что с помощью вспышек света можно настраивать частоту сердечных сокращений. Однако чтобы использовать ChR2 с человеческим сердцем, необходимо решить проблему с проникновением света через ткани тела.
  • В 2017 году исследователи из Израиля и Канады разработали биологический кардиостимулятор, использовав клетки, которые функционально схожи с естественными клетками, стимулирующими работу сердца. Их вырастили из стволовых клеток эмбриона. В ходе эксперимента пересаженные клетки-кардиостимуляторы восстанавливали сердечный ритм у шести из семи крыс.
  • В 2019 году американские инженеры разработали генератор, способный вырабатывать электричество благодаря сокращениям сердечной мышцы. Ток в этом случае передается расположенному рядом кардиостимулятору. Разработчики считают, что в будущем такое устройство позволит создать полностью автономный кардиостимулятор, не требующий замены аккумулятора.

Статистика и практика использования кардиостимуляторов

Не менее 3 млн людей по всему миру живут с кардиостимуляторами, около 600 тыс. устройств устанавливаются пациентам каждый год. Только в Великобритании в 2018–2019 годах были имплантированы 32 902 прибора, поддерживающих стабильную работу сердца. С кардиостимуляторами живут многие звезды кино, спортсмены и политики. Поводом для установки прибора могут быть кардиомиопатии, брадикардия, блокада сердца и сердечная недостаточность.

  • Игрок сборной Дании по футболу Кристиан Эриксен потерял сознание прямо во время матча Евро-2020 с командой Финляндии. Позже оказалось, что у спортсмена случилась остановка сердца. Ему установили кардиовертер-дефибриллятор, который служит для устранения угрожающих жизни аритмий и предотвращения остановки сердца. Однако это не лишает его возможности продолжить спортивную карьеру. В 2019-м аналогичное устройство из-за миокардита имплантировали защитнику «Аякса» и сборной Нидерландов Дэйли Блинду. После операции он вернулся на поле.
  • Сэру Элтону Джону вживили кардиостимулятор еще в 1999 году. В своей автобиографии он рассказал, что из-за сердечной недостаточности пропустил свадьбу Дэвида и Виктории Бекхэм — ему потребовалась срочная операция. «В больнице я пробыл всего одну ночь и чувствовал себя прекрасно. Жить с кардиостимулятором мне по душе: энергии только прибавилось», — написал музыкант.
  • В 2006 году кардиостимулятор установили бывшему главе правительства Италии Сильвио Берлускони, чтобы устранить нарушения сердечного ритма. В 2016 году в миланском госпитале San Raffaele была успешно проведена плановая операция по замене прибора.
  • С кардиостимуляторами живут также звезда сериала «Американская семейка» Джули Боуэн, телеведущий и натуралист сэр Дэвид Аттенборо и гитарист Guns N’ Roses Сол Хадсон.

imageКардиостимулятор является своеобразным помощником сердца. Он представляет собой электрический прибор небольшого размера, который устанавливается под кожу в области грудной клетки. Данный прибор создает особые электрические импульсы, при помощи которых нормализуется регулярность сердечных сокращений. Вес его составляет всего 50г, поэтому пациент практически не ощущает инородное тело в своем организме. Внутри прибора располагается микросхема с аккумулятором.

Вообще кардиостимулятор рассчитан на бесперебойную работу до 10 лет. Последние новейшие устройства могут работать от 12 до 15 лет. Материалы, из которых изготовлен прибор, абсолютно безопасны для человеческого организма, не вызывают аллергических реакций, а также не деформируются во время движения. Для установки такого устройства необходимы особые показания работы сердечной мышцы и решение принимает только квалифицированный врач. Процесс имплантации прибора в организм производится хирургическим путем под местной анестезией и занимает от 1 до 2 часов.

Показания к имплантации

Основным показателем к имплантации устройства, стимулирующего работу сердца, являются разновидности аритмий, при которых частота сердечных сокращений значительно ниже нормы. Это создает значительную угрозу для возникновения острой сердечной недостаточности, которая может привести к смертельному исходу.

Опасность заключается в том, что такая ситуация может настигнуть больного внезапно. В связи с этим очень важно проводить профилактические мероприятия возникновения осложнений и восстановления нормального сердечного ритма.

Явные показания для проведения операции по установке прибора:

  • хорошо выраженная брадикардия, характеризующаяся головокружением, обмороками;
  • при проведении ЭКГ зафиксированы периоды остановки работы сердца длительностью 3 секунды;
  • нарушенный сердечный ритм после перенесенного инфаркта;
  • брадикардия, характеризующаяся частотой сердечного ритма менее 60 ударов в минуту.

Важно отметить, что противопоказаний к проведению операции практически не существует. Однако в каждом индивидуальном случае доктор сам определяет нужен и данный прибор или нет.

Проведение операции

Процесс проведения операции занимает от получаса до 2 часов и проводится под местной анестезией.

Сама операция не имеет никаких сложностей и состоит из следующих этапов:

  • выбор подходящего места для имплантации и обезболивание;
  • введение электродов в область сердца;
  • установление и фиксирование устройства;
  • выбор нужной программы и зашивание раны.

Современный кардиостимулятор имеет очень маленькие размеры и заметить его можно только у худых пациентов. Все аппараты проходят тщательную проверку, поэтому пациент может не беспокоиться по поводу надежности прибора. Также исключается возможность внезапной остановки работы устройства.

Жизнь после установки прибора

imageПослеоперационное восстановление обычно происходит быстро и уже спустя неделю пациент приступает к своей обычной трудовой жизни. В первые недели не рекомендуется поднимать тяжести, так как есть риск расхождения швов. Обычная бытовая работа по дому не повредит, однако все же не стоит перенапрягать работу сердца.

Спустя месяц разрешается физическая нагрузка в виде ходьбы. По истечении трех месяцев после операции рекомендуется контроль врача. Кардиолог оценит общее самочувствие больного и работу сердца. Если не возникает болевых симптомов, врачебный контроль необходимо проходит один раз в год. Большинство больных возвращаются к своей привычной жизни практически без ограничений.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовила
Врач терапевт высшей категории
Написано статей
164
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий