起搏的基本概念

1、人工心臟起搏器的基本概念阜外心血管病醫(yī)院華 偉,心臟起搏的歷史,1804 年Aldini (Italy) 電刺激死者停跳的心臟，引起跳動(dòng)；1929 年Conld 電脈沖刺激心臟，可 使心臟隨頻率跳動(dòng)；1932 年Hyman / Hyman Machine Artificial pacemaker, 7.2 Kg由于一次大戰(zhàn)，未用于臨床1950 年Zoll 將經(jīng)胸壁起搏應(yīng)用于臨床,體外試驗(yàn)及應(yīng)用階段,Hyman

2、Machine,,永久植入型起搏試驗(yàn)及應(yīng)用階段1958 年全球第一例永久植入型心臟起搏器手術(shù),心臟起搏的歷史,,1967 年 VVI/VVT按需型起搏器問世1972 年 VDD1977 年 DDD 標(biāo)志著進(jìn)入生理性起搏時(shí)代1980 年 第一臺(tái)植入型心臟復(fù)律除顫器1982年 頻率適應(yīng)性技術(shù)應(yīng)用于臨床1997年

3、 自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于臨床1998年 三腔技術(shù)應(yīng)用于臨床(CRT)2003年 起搏器全數(shù)字化技術(shù)開發(fā)成功,,第一臺(tái)植入人體的起搏器,1958年，瑞典，卡羅林卡醫(yī)院，胸外科,,第一位設(shè)計(jì)起搏器 的工程師,Rune Elmqvist(1906-1996),第一位做起搏器植入的醫(yī)生,Ake Senning(1915-2000),,第一位植入起搏器的患者,Arne Lars

4、son(1915-2001),1958年10月8日，IIIAVB karolinska Stockholm，Sweden，VOO1974年1月22日 VVI1989年1月20日 VVIR1996年11月7日 最后一個(gè)VVIR總計(jì)更換20臺(tái)起搏器2001年12月28日 卒于與起搏器無關(guān)的惡性腫瘤,值得信賴的心臟起搏技術(shù),1986年 Monaco Cardiostim 會(huì)議上三人共同受獎(jiǎng),值得我們尊敬和緬懷的先驅(qū),,,第一節(jié) 起搏

5、系統(tǒng)的組成與功能,,正常的心臟傳導(dǎo)系統(tǒng),房室結(jié)傳導(dǎo)沖動(dòng)使心室收縮,竇房結(jié)發(fā)放脈沖使心房收縮;,,,,,,,,,,竇房結(jié)不產(chǎn)生沖動(dòng)竇房結(jié)產(chǎn)生間歇的，不規(guī)則的沖動(dòng)竇房結(jié)頻率適應(yīng)失調(diào)房室傳導(dǎo)阻滯…….,異常心臟傳導(dǎo)組織可能出現(xiàn)…,,,,,心動(dòng)過緩治療方法,藥物治療起搏器,不適于長(zhǎng)期治療,不適宜藥物治療,,,,,,,,,人工心臟起搏系統(tǒng)的組成,脈沖發(fā)生器,電極導(dǎo)線,,陽極,,陰極,,,起搏器，電極導(dǎo)線與人體組織結(jié)合形成一個(gè)完整的回路,

6、起搏系統(tǒng),脈沖發(fā)生器 電極導(dǎo)線,,,,,,,,組成：電池、電路、外殼、連接裝置、傳感器、 微處理器功能：產(chǎn)生并發(fā)放電刺激,電路,,電池,,1、脈沖發(fā)生器,混合電路板正反面觀,鋰碘電池,2、 電極導(dǎo)線,功能分類固定方式,,,,,,,,,電極,,2.1起搏電極導(dǎo)線的功能,導(dǎo)線,心臟,,,,,起搏,起搏,感知,感知,,起搏器,,,,,,,,,植入方式心內(nèi)導(dǎo)線或經(jīng)靜脈導(dǎo)線 (transvenous leads)心肌導(dǎo)線/心外膜導(dǎo)線

7、(epicardial leads),2.2 導(dǎo)線的類型,,,,,,,,,2.3 導(dǎo)線固定方式,被動(dòng)固定 passive fixation叉齒 (tines)卡在心臟的肌小梁間（纖維網(wǎng) trabeculae）,主動(dòng)固定 active fixation螺旋（或螺絲釘 screw-in）延伸到心內(nèi)膜組織,,,,,,,,,2.3導(dǎo)線固定方式,心肌導(dǎo)線和心外膜導(dǎo)線可直接固定于心臟固定裝置包括：刺入心外膜方式 (“st

8、ab-in” or fish hook)擰入心肌方式 (screw-in)縫合方式 (sutured),3.起搏系統(tǒng)分類,傳導(dǎo)路徑：起搏心腔:,單極系統(tǒng)，雙極系統(tǒng),單腔系統(tǒng)，雙腔系統(tǒng),,,,,,,,,,從頂端電極（陰極）流動(dòng)刺激心臟通過體液和組織返回到脈沖發(fā)生器（陽極）,,,單極起搏系統(tǒng)Unipolar Lead System,陰極,陽極,,-,+,單極起搏系統(tǒng)有一根只有一個(gè)電極的導(dǎo)線位于心臟內(nèi)，在這個(gè)系統(tǒng)中，脈沖：,,,,

9、,,,,,,陽極,,,,,,,通過導(dǎo)線末端的頂端電極流動(dòng)刺激心臟返回導(dǎo)線頂端近側(cè)的環(huán)形電極,,,雙極起搏系統(tǒng)(bipolar system),,,陰極,有一根有兩個(gè)電極的導(dǎo)線位于心臟內(nèi)，在這個(gè)系統(tǒng)中，脈沖：,,,,,,,,,,,,,,,單極導(dǎo)線 unipolar lead,單極導(dǎo)線比雙極導(dǎo)線的直徑小 (measured in French)單極導(dǎo)線在心電圖上的脈沖信號(hào)較大,不易發(fā)生過感知 可程控為單極 不易產(chǎn)

10、生肌肉和神經(jīng)刺激,雙極導(dǎo)線 bipolar lead,,,,,,,,,,,,,,,單腔系統(tǒng) Single Chamber,,,起搏導(dǎo)線植入心房或心室，根據(jù)需要起搏或感知的心腔而定植入一根導(dǎo)線單心腔的起搏和感知,,,,,,,,,,,,,,,,識(shí)別起搏節(jié)律,AAI / 60,,,,,,,,,,,,,,,,,識(shí)別起搏節(jié)律,VVI / 60,,,,,,,,,,,,,,,,,心房和心室都植入導(dǎo)線,雙腔系統(tǒng)有兩根導(dǎo)線：,,,,,,,,,,,,

11、,,,,,識(shí)別起搏節(jié)律,DDD / 60 / 120,,,,,,,,,,,,,,,,,識(shí)別起搏節(jié)律,DDD / 60 / 120,,,,,,,,,,,,,,,,,識(shí)別起搏節(jié)律,DDD / 60 / 120,,,,,,,,,,,,,,,,,識(shí)別起搏節(jié)律,DDD / 60 / 120,,,,,,,,,,,,,,,,,,,刺激心臟使它除極(depolarize)感知心臟自身活動(dòng) (intrinsic activities)對(duì)增加的新陳代謝

12、需求作出反應(yīng)，提供頻率適應(yīng)性起搏(rate responsive)提供由起搏器存儲(chǔ)起來的診斷信息（Diagnostic）,絕大多數(shù)起搏器具有四個(gè)功能：,,第二節(jié) 電學(xué)概念,,,,,,,,,,,,,,,電壓 (voltage - V)電流 (current - I)阻抗 (resistance - R),,,,每種電路都具有下列特征：,,V,R,I,,e-,,,,,,,,,,,,,,,歐姆定律 (Ohm’s Law),I 和R

13、成反比例- 如果V不變，R 增大，電 流減少。- 如果V不變，想電流增加，R要減少，。,是起搏的基本原理，它描述了電壓、電流和電阻三者之間的關(guān)系,,x,＝,,第三節(jié) 刺激 Stimulation,,,,,,,,,,,,,,,刺激過程,,,,,,,,,,,,,,2 相,1 相,3 相,4 相,,跨膜電位（毫伏）,,,,,0 相,閾值,,,,,,,,,,,,,,,,刺激閾值 (stimulation threshold),心臟不

14、應(yīng)期(refractory period)之外連續(xù)奪獲 (captured)心臟所需的最小的能量,VVI / 60,奪獲,無奪獲,,,,,,,,,,,,,,,,,脈沖:振幅 Amplitude 脈寬 Pulse Width,兩個(gè)用來保證奪獲的設(shè)置：,,,,,,,,,,,,,,,1 振幅(Amplitude)- 是由起搏器發(fā)送到心臟的電壓總量,振幅反映脈沖的強(qiáng)度或高度 ：脈沖的振幅必須足夠大使心肌除極（即：奪獲心臟）脈沖的

15、振幅必須足夠大以提供適當(dāng)?shù)钠鸩踩秶?,,,,,,,,,,2 脈寬 (pulse width) -是起搏脈沖的時(shí)間（持續(xù)時(shí)間）,脈寬以毫秒 (ms) 為單位脈寬必須足夠長(zhǎng)使除極擴(kuò)步到周圍的組織,5 V,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

16、0.5 ms,0.25 ms,1.0 ms,,,,,,,,,,,,,,,3 強(qiáng)度 - 時(shí)間曲線圖 (strength duration curve),強(qiáng)度 - 時(shí)間曲線圖畫出了振幅和脈寬的關(guān)系曲線或曲線以上的值將導(dǎo)致奪獲,時(shí)間脈寬 (ms),,,刺激電壓（伏）,,,0.5,1.0,1.5,,奪獲,,,,,,,,基強(qiáng)度,時(shí)值,,,,,,,,,,,,,,,,強(qiáng)度 - 時(shí)間曲線圖的臨床用途,程控必須留出適當(dāng)?shù)陌踩秶鸩到y(tǒng)有急性期

17、和慢性期閾值的每日波動(dòng),奪獲,,0.5,1.0,1.5,,時(shí)間脈寬 (ms),,,,,,,.50,1.0,1.5,2.0,.25,刺激閾值（伏）,電壓：2：1,脈寬：3：1,,,,,為什么程控時(shí)選擇 固定脈寬，改變電壓值？- 為什么MDT設(shè)置脈寬出廠值為0.4ms？,強(qiáng)度 - 時(shí)間曲線圖的完整理解,,,,,,,,,,,,,,,病人安全是首要的，第二個(gè)重要目標(biāo)是延長(zhǎng)電池的壽命,延長(zhǎng)電池使用壽命的最佳方法是在保證適當(dāng)安全范圍的同時(shí)降

18、低電壓振幅值比起搏器電池的容量大時(shí)需要一個(gè)電壓增倍器，從而縮短了電池的使用壽命,,,,,,,,,,,,,,,,,導(dǎo)線阻抗 (lead resistance)振幅和脈寬設(shè)置 (amplitude and pulse width)起搏事件與自身事件的百分比 (pacing and intrinsic events ratio)頻率適應(yīng)模式設(shè)為 ON (shorten life),影響電池使用壽命的因素包括：,,,,,,,,,,,,,

19、,,電極設(shè)計(jì)也可能影響刺激閾值,導(dǎo)線成熟過程,,,,,,,,,,,,,,,導(dǎo)線成熟過程,在導(dǎo)線植入后，電極的周圍形成纖維“包裹”,,,,,,,,,,,,,,,激素緩釋電極,激素緩釋(steroid eluting) 電極減輕了炎癥反應(yīng)，急性期閾值不升高，慢性期閾值較低,多孔，鍍鉑的頂端用于類固醇淘析,含類固醇的硅樹脂橡膠插頭,叉齒用于固定,,,,導(dǎo)線成熟過程,類固醇對(duì)刺激閾值的影響,脈寬 = 0.5 msec,,,,,,,0,,,3

20、,,,6,,,,,,,,,,第四節(jié) 感知 Sensing,,,,,,,,,,,,,,,感知 (sensing),感知是起搏器感知到心臟自身的除極活動(dòng)起搏器通過測(cè)量陽極和陰極之間的心肌細(xì)胞的電位變化來感知心臟除極活動(dòng),,,,,,,,,,,,,,,心腔內(nèi)電圖(intracardiac electrogram)記錄從心內(nèi)膜里面獲取的波形,當(dāng)除極波直接從電極下通過時(shí)在心腔內(nèi)電圖上會(huì)發(fā)生本位曲折心腔內(nèi)電圖的兩個(gè)特征是：信號(hào)振幅斜率 (

21、Slew rate),,,,,,,,,,,,,,,,起搏器必須能夠感知心臟自身節(jié)律并對(duì)其作出反應(yīng),精確的感知能夠使起搏器判斷心臟自身是否搏動(dòng)起搏器通常設(shè)置為只有在心臟不能產(chǎn)生自身搏動(dòng)時(shí)才以起搏脈沖刺激,,,,,,,,,,,,,,感知靈敏度,,,,,,,振幅 (mV),時(shí)間,5.0,2.5,1.25,,5 mV,2 mV,1mV,,,,,,,Amplitude (mV),Time,5.0,2.5,1.25,,感知靈敏度過低，數(shù)值過高

22、,5 mV,2 mV,1mV,,,,,,,,Amplitude (mV),Time,5.0,2.5,1.25,,感知靈敏度過高，數(shù)值過低,,5 mV,2 mV,1mV,,,,,,,Amplitude (mV),Time,5.0,2.5,1.25,,感知靈敏度正常，數(shù)值合適,,,,,,,,,,,,,,,可影響感知的因素有：,導(dǎo)線的極性（單極或雙極）導(dǎo)線的完整性絕緣破裂金屬絲斷裂電磁干擾,,,,,,,,,,,,,,,,單極感知,能產(chǎn)

23、生大的電位差，因?yàn)椋?陰極和陽極之間的距離比雙極系統(tǒng)的大,_,,,,,,,,,,,,,,,,,,雙極感知,產(chǎn)生較小的電位差因?yàn)闃O間的距離短心臟以外的電信號(hào)如肌電位被感知的可能性很小,,,,,,,,,,,,,,,金屬絲斷裂,絕緣破裂可引起感知不良或過感知,當(dāng)內(nèi)外導(dǎo)體連續(xù)接觸時(shí)會(huì)發(fā)生感知不良自身搏動(dòng)的信號(hào)在感知放大器處被減弱并且振幅不再符合設(shè)定的感知值當(dāng)內(nèi)外導(dǎo)體間歇接觸時(shí)會(huì)發(fā)生過感知信號(hào)被誤認(rèn)為 P 波或 R 波,第六節(jié) 頻

24、率適應(yīng)性起搏 Rate Responsive Pacing,,,,,,,,,,,,,,,頻率自適應(yīng),頻率適應(yīng)性（也稱頻率調(diào)節(jié) rate adaptive）起搏器當(dāng)竇房結(jié)不能提供適當(dāng)?shù)念l率時(shí)，給病人提供改變心率的能力。頻率適應(yīng)性起搏適用于：患變時(shí)性功能不良的病人（在活動(dòng)時(shí)心率不能達(dá)到適當(dāng)?shù)乃交驖M足其他新陳代謝的要求）患慢性心房顫動(dòng)并且心室率緩慢的病人,,,,,,,,,,,,,,,頻率適應(yīng)性起搏,心輸出量 (cardiac out

25、put CO) 由每搏輸出量 (stroke volume SV) 和心率 (heart rate HR) 聯(lián)合決定SV x HR = CO心輸出量的變化取決于 HR 和 SV 對(duì)新陳代謝要求作出反應(yīng)的能力,,,,,,,,,,,,,,,頻率適應(yīng)性起搏,心臟每搏輸出量的儲(chǔ)備可使心輸出量增加達(dá) 50%心率儲(chǔ)量能適應(yīng)新陳代謝的要求將總的心輸出量增加到三倍,,,,,,,,,,,,,,,頻率適應(yīng)性起搏,當(dāng)氧合血液需求增加時(shí)，起搏器保證心率加

26、快以提供更多的心輸出量,調(diào)節(jié)心率以適應(yīng)活動(dòng),正常心率,頻率適應(yīng)性起搏,固定頻率起搏,每日活動(dòng),,,,,,,,,,,,,,,有許多頻率適應(yīng)傳感器,市場(chǎng)上常見的單傳感器有：體動(dòng)傳感器 (body motion)，檢測(cè)身體活動(dòng)并根據(jù)活動(dòng)的程度增加頻率，如壓電晶體，加速度計(jì)（accelerometer）分鐘通氣量傳感器 (minute ventilation)，通過經(jīng)胸阻抗讀數(shù)測(cè)量呼吸頻率和潮氣量的變化QT間期傳感器雙傳感器：

27、 體動(dòng)傳感器與分鐘通氣量傳感器,1958年第一臺(tái)永久型起搏器置入人體1967 年VVI 按需型起搏器問世1972 年VDD1977 年DDD 標(biāo)志著進(jìn)入生理性起搏時(shí)代1978 年cmos 電路調(diào)整程控 1981 年 全球第一臺(tái)采用Microprocessor 技術(shù)的起搏器 1982 年全球第一臺(tái)頻率應(yīng)答起搏器 1997 年自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于臨床2003 年全球第一臺(tái)全數(shù)字式起搏器2006 年