植入式心脏起搏器介绍与展望

植入式心脏起搏器心脏起搏器是一种植入于体内的电子治疗仪器，通过脉冲发生器发放由电池提供能量的电脉冲，通过导线电极的传导，刺激电极所接触的心肌，使心脏激动和收缩，从而达到治疗由于某些心律失常所致的心脏功能障碍的目的。下面本人将通过植入式心脏起搏器的演变历史，组成和工作原理，临床应用，不足，以及改进措施，来探讨这个医学仪器。演变历史最初，人工心脏起搏器的电池部分装在身体的外部，导线从体外通过静脉到达心脏。它们只能在医院内短期使用。后来，鲁内·埃尔姆奎斯特在1958年制作了一个放在体内起搏器，锌一汞电池埋在皮下。1960年，瑞典医生奥克·森宁为一位病人植入了这种起搏器。电池一直使用了2---3年才更换。在20世纪80年代，起搏器上增加了微处理器。只有在感觉需要起搏器时，病人才启动它。1995年，首例起搏阈值自动夺获型起搏器问世，这一技术开创了起搏器自动化的新时代。其特点为根据佩带者的实际情况制定起搏器在体内工作的各种参数。起搏器大概经历了四个历程，“固律型起搏器”，“按需型起搏器”，“生理性起搏器”，和“自动化起搏器”。固律型起搏器仅仅是一个脉动信号发生器，以固定的速率向病人心室发到脉动刺激，存在着很大的弊端，及当病人的自主心律恢复时，起搏节律与自主心率产生竞争，造成心率混乱，可能引起室颤。按需型起搏器增加了感知功能，比如VVI型起搏器能够感知病人的自主心率，自主心率良好时起搏器脉冲的发出被抑制，自主心率不良时起搏器脉冲及时发放，解决了固律式起搏器的弊端。生理性起搏器在感知和起搏的功能基础上又增加了各种生理性功能。比如DDD双腔起搏器，不仅可按需对心房和心室进行起搏，还具有房室间的传导作用，也被称为双同步全能起搏器。自动化起搏器具有适应功能，如DDDR起搏器，可随时记录搜集病人的心律情况及起搏器工作情况，并进行分析判断，然后自动调整起搏参数，大大减少随访次数。组成及工作原理人工心脏起搏系统主要包括两部分：起搏单元，体外程控系统和电极导线。起搏系统除了上述起搏功能外，尚具有将心脏自身心电活动回传至脉冲发生器的感知功能。起搏单元主要由电源（亦即电池，现在主要使用锂-碘电池）和电子线路，其中还包括了感知单元，控制单元，输出单元，能产生和输出电脉冲。感知单位元的作用是，有选择地放大来自心脏的R波信号，通过窗口比较器，以推动控制单位元是否控制脉冲发送，并限制T波和其他干扰波的放大，以辨别心脏自身的搏动。放大器的工作状态在“饿电流”状态，以低能减耗，延长起搏器的寿命。对感知电流的要求是：双向感知，对正或负的R波信号都能感知；放大倍数800到1000；频宽10到50Hz；微功耗，因为感知电流需要持续的工作，不可能关闭；电路稳定可靠，具有良好的抗干扰能力。控制单元的主要作用是为起搏器提供稳定的反拗期，并控制输出单元的脉冲是否发放。为了防止心电T波以及起搏脉冲后电位的误触发，以保障起搏节律的稳定，一般起搏器均需要具有反拗期（数百ms），反拗期电路通常是由单稳态电路组成。输出单元是一个脉冲发生器，其作用是产生适当强度的电脉冲，刺激心脏产生有效的动作电位，并最终使心肌收缩和心肌搏动。能产生这样的电位波形的最小电能量称为刺激阀值。刺激电能量的大小取决于脉冲幅度和脉冲宽度。刺激脉冲的幅度和宽度需保证在阀值曲线上方才能有效起搏，脉度常选用0.5ms，幅度通常受制于电池电压（锂-碘电池电压仅为2.8伏，通常只能输出脉动2.5伏），为了保证起搏的安全可靠，有时要求有效脉冲幅度提高到5伏左右，通常需由倍压电路实现。电源用来提供起搏器的工作电源，可由电压监视电路监测电池电量，并作出相应的指示。电源要求能量密度大，开路电压高，内阻高，自放电小，放电平稳，电池耗尽前预兆，体积小，密封性好。体外程控器是借助射频电磁场作为媒介，将表征各种参数的代码指令由体外传送给已植入的起搏器，调节其原有的参数设置，如起搏频率，脉冲幅度，脉冲宽度，灵敏度，反拗期等，以满足不同病人，不同治疗的需求。而起搏器遥测是与起搏器对话，以获得起搏器型号，病人参数等不同信息，同时令起搏器内的测量电路和AD转换器对电压，工作电流，心肌抗阻，病人腔内心电图进行实时测量，获取当前实时参数。电极材料通常用铂-铱合金，要求导电性能良好，阻抗足够小，防腐蚀性好，直径小但头端的表面积大。电极头半径为0.7mm，面积为4到6平方毫米。电极是起搏器与心脏之间的连接纽带，电极还要随心脏的跳动每天至少扭转10万次以上，而且电极还要与血液紧密接触，所以电极具有较强的机械强度，在心脏内容易定位。一般电极接触面积尽量减小，有利于降低起搏阀值。工作原理：心脏起搏器通过发放一定形式的电脉冲，刺激心脏，使之激动和收缩，即模拟正常心脏的冲动形成和传导，以治疗由于某些心律失常所致的心脏功能障碍。心脏起搏器通过不同的起搏方式纠正心率和心律的异常，以及左右心室的协调收缩，提高患者的生存质量，减少病死率。脉冲发生器定时发放一定频率的脉冲电流，通过导线和电极传输到电极所接触的心肌（心房或心室），使局部心肌细胞受到外来电刺激而产生兴奋，并通过细胞间的缝隙连接或闰盘连接向周围心肌传导，导致整个心房或心室兴奋并进而产生收缩活动。临床应用人工心脏起搏分为临时和永久两种，它们分别有不同的临床应用。临时心脏起搏的目的通常用于治疗、诊断和预防。1,可用于治疗:阿-斯综合征发作;心律不稳定的患者在安置永久心脏起搏器之前的过渡;心脏直视手术引起的三度房室传导阻滞;药物治疗无效的由心动过缓诱发的尖端扭转型和（或）持续性室性心动过速。2,在诊断方面，作为某些临床诊断及电生理检查的辅助手段，多用于判断：窦房结功能；房室结功能；预激综合征类型；折返性心律失常；抗心律失常药物的效果。3,在预防中的针对这些患者：预期将出现明显心动过缓的高危患者；常见的有急性心肌梗死的某些缓慢心律失常、心脏传导系统功能不全的患者；拟施行大手术及心脏介入性手术、疑有窦房结功能障碍的快速心律失常患者；进行心律转复治疗、原先存在左束支阻滞的患者进行右心导管检查时。永久心脏起搏主要应用于：1，严重的心跳过慢。如三度房室传导阻滞，心跳停三秒以上或心率常低于40次，尤其是出现眼前发黑，突然晕倒的患者，起搏器可以有效的治疗心动过缓。2，心脏再同步化治疗，适用于扩张型心肌病，缺血型心肌病等心脏扩大，心肌收缩无力，伴有室内阻滞等严重心衰的患者，心脏再同步化治疗使心房和心室，心室与心室，心室肌肉之间的收缩，舒张协调有度，可改善患者的心功能，延长寿命。3，预防恶性心律失常，防止心跳骤停。通常，不可逆性、症状性心动过缓是植入永久心脏起搏器的主要指征。应结合患者的具体病情、患者的意愿、经济状况等由负责医师做出是否需要植入永久心脏起搏器的决定。不足之处从上述介绍可以看出，心脏起搏器已经发展了几十年，具有了完备的理论体系和临床经验，并且在医学领域取得了很好的治疗效果和口碑。但是我在查阅一些资料，同时咨询一些相关的医生和病人后发现，现有的心脏起搏器还是存在一些问题，会给使用者带来不便甚至是不适。我大概了总结一下几点不足之处:1，安置起搏器的早期往往起搏阈值不稳定,原因很多，电极位置有关外,病人睡眠不足,饱餐,抗心律失常药物,高血压等因素可能有影响.,2，使用时间过长问题多，大多数病人会出现很多并发症例如静脉血栓，起搏器介导的心跳过速。以及心脏起搏器使用时间长，各种元件材料老化。严重的起搏器依赖患者可能会重新出现黑蒙、眩晕等症状，特别是对中年安装心脏起搏器的病人来说，在安装起搏器两到三年的时间内会出现各种慢性病，给病人自身带来了不小的痛苦和负担。3，起搏器是一个高精密度的仪器，受很多因素影响；如在高压线下、较强的电磁场内、发动机上都会对起搏器发生大的影响，使其频率发放不正常而影响起搏功能。例如病人不接触移动电话、也不应接受核磁共振检查。因为移动电话或核磁共振所产生的磁波，可使心脏起搏器的金属导线过热，从而损伤心脏或使心跳过快，甚至危及病人的生命。更有安装心脏起搏器的患者，在使用家用电器时，感觉到头晕、眼花、心悸。我们本来就生活在一个充满电磁场的世界，病人或多或少都要与一些电子仪器打交道，这样起搏器的使用无疑是给病人的生活增添了诸多不便。而且如果病人不慎处于较强的磁场中，后果也是很严重的。,4，起搏器不能与硬物碰撞，否则会损坏起搏器而失去正常功能，造成险情出现。如有病人，装起搏器后在上班路上不小心跌倒，正好起搏器碰在石头上，病人立即出现严重心律失常，经立即更换起搏器后，方转危为安。然而在日常生活中，与硬物接触碰撞是时常会发生的事，只是轻重不同而已，起搏器的这个不足无疑使病人的生活过于拘束，且存在诸多不便和安全隐患。,5，心脏起搏器可能会提高患者染上睡眠呼吸暂停综合症的几率。美国心脏协会最新研究发现，三分之二装有心脏起搏器的人均患有睡眠呼吸暂停综合症。而且睡眠呼吸暂停综合症患者出现心脏病发作和中风等心血管病症的风险高于普通人。很多病人在依赖心脏起搏器后会出现呼吸困难，睡眠质量较差等现象，虽然目前医学界正在研究该现象，但其中的隐患不得不引起我们的注意。,6，心脏安装后病人需定期到医院检查。心脏起搏器安装后病人需定期复查心电图，以了解起搏器的起搏功能、感知功能和带动功能；拍胸片以明确起搏电极位置是否正常，及时检查起搏电源情况，以便适时更换电源。病人一旦出现头晕、胸闷、黑朦、乏力等症状应立还需到医院检查，以确定有无起搏器功能障碍的发生。尤其是在安装心脏起搏器的早期，病人还需要每天自测脉搏，保证每天在同一种身体状态下，如每天清晨醒来时或静坐15分钟后监测脉搏。可以说，病人在安装了心脏起搏器后生活在无形中受到了很大的束缚，病人不得不付出很多的精力和时间去维护起搏器，稍有不慎就会出现较严重的后果，病人的生活质量也受到了影响，而且长期在这种谨慎压抑的生活中，不利于病人的病情恢复，甚至可能因为病人情绪上的原因导致并发症出现。改进措施上述总结的不足之处引发了我的思考，针对一些问题我想谈一谈自己的想法并提出一些改进。1，将如今流行的云存储技术应用于起搏器中。在起搏器控制元内放置一个微型计算机，计算机与起搏器的感知元，电源等仪器紧密联系，通过计算机可及时反馈病人的各种生理信息以及各个元件的工作状况，并处理得到数据。计算机将数据储存于一个云端，医院可通过云端的数据及时地了解病人的术后情况和元件的使用状况，在必要时可及时呼叫用户进行维护或进一步的治疗。这样用户就不用经常奔波于医院和家之间，生活更自由。2，增加起搏器的自我调节和适应能力。在起搏器的外部再安装一个高灵敏感应元件，用于监测病人的心脏跳动和运作情况，并及时将信息反馈给起搏器，可增加起搏器抗心动过速的功能，使其成为既能治疗心动过缓又能治疗心动过快的纠律器。3，增加一个备用电源，并减少减少元件的耗电功率。在起搏器内的电源旁可增加一个较小的备用电源，当主电源没有电时，备用电源启动，给病人争取一定的时间，使其能够有更宽裕的时间去医院进行检查，并更换主电源。元件可采用更低能耗的材料，提高起搏器的受用时间。4，起搏器应该更微型化。可将当今先进的纳米技术应用于起搏器中，推动元件的微小化，使起搏器更微小，尽量做到小而精。这样能减少起搏器的副作用，减少心脏的负担，同时也大大降低了病人患慢性疾病的几率。我相信随着科学技术的不断发展，起搏器一定会发展得更加完备，更好地为大多数心脏病患者服务，减轻病人的痛苦。