植入式人工心臟起搏器的應用及原理

1.引言

　　正常情況下，人體心臟右心房的竇房結能自動地、有節(jié)律地發(fā)出電脈沖，通過心肌神經(jīng)傳導系統(tǒng)向心臟各部位發(fā)出指令，使心肌收縮，心臟跳動，向全身泵送血液。若心肌神經(jīng)傳導系統(tǒng)發(fā)生障礙或者竇房結、房竇結不能有規(guī)律地發(fā)出電脈沖、下傳電脈沖，心臟就會出現(xiàn)心律失常，甚至停跳，危及患者生命。人工心臟起搏器可以對患病的心臟根據(jù)需要根據(jù)需要給予直接電刺激，人為地使心跳正常起來。人工心臟起搏器在形式上可分為體外臨時起搏型和植入式(或稱永久性或埋藏式)兩種，前者供急救性臨時起搏，后者供長期性起搏治療。本文主要討論的是植入式人工心臟起搏器，即一般意義上的心臟起搏器。

　　2.人工心臟起搏器的原理和構造

　　人工心臟起搏器是一種很精巧的、可靠程度很高的電脈沖刺激器，是應用一定型式的起搏脈沖發(fā)生器，與特制的導線(即：起搏導管電極)連接，和起搏電極發(fā)送電脈沖刺激心臟，使激動不能或傳導不好的心臟應激而起搏的醫(yī)療電子儀器。

　　人工心臟起搏器主要由以下兩個部分組成：

　　(1)起搏導管電極：它一方面將起搏器的輸出信號引向心肌進行起搏，另一方面將感知到心臟自身搏動的信號(腔內(nèi)心電圖ICG)反饋給起搏器以控制起搏脈沖的發(fā)放。它是心內(nèi)膜電極，目前已由早期的單極發(fā)展到雙極，甚至多極。作為長期起搏的導管電極必須是用生物相容性好、韌性好、抗老化、耐腐蝕的材料制成。電極導線通常采用愛爾近合金(Elgiloy)或用鎳D鉻D鈷D鉬合金絲繞成螺旋管。導線的外層絕緣材料都選用高純硅橡膠或醫(yī)用聚氨酯[3]。電極頭的材料以表面活化各向同性低溫熱解碳或鉑為優(yōu)。

　　(2)起搏脈沖發(fā)生器：它由起搏電路、電池和金屬外殼組成。起搏器的能源需是體積小、容量大、緩慢釋放能量、密封性能好及性能可靠的電池，目前國內(nèi)外植入式起搏器普遍使用鋰D碘電池，使起搏器的連續(xù)使用壽命達到了10年以上。由于金屬鈦生物相容性好，毫無銹蝕，故目前起搏器外殼都采用鈦材料拉伸成型，體型各部以較大的圓弧連接，采用激光焊接進行封裝[1]。從20世紀80年代起起搏電路開始普遍采用集成電路來制造起搏器的主體電路;并將CMOS ASIC起搏芯片與電阻、電容、干簧管等電子元件一起安裝在陶瓷基片上構成混合型(Hybrid)厚膜集成電路作為起搏電路的標準部件[3]。

　　3.人工心臟起搏器的適應癥

　　(1)高度或完全性房室傳導阻滯伴有阿-斯綜合征或暈厥發(fā)作者。無癥狀、心率50次/分或QRS寬大畸形且心室停搏>2秒為相對適應癥。

　　(2)完全性或不完全性三束支和雙束支阻滯伴有間歇或陣發(fā)性完全性房室傳導阻滯，或心室率4O次/分者;雙束支阻滯伴有阿-斯綜合征或暈厥發(fā)作者;交替出現(xiàn)的完全性左右束支阻滯，希氏束圖證實H-V延長者。

　　(3)二度Ⅱ型房室傳導阻滯伴阿一斯綜合征或暈厥發(fā)作者。持續(xù)二度Ⅱ型房室傳導阻滯、心室率5O次/分而無癥狀為相對適應癥。

　　(4)病態(tài)竇房結綜合征有如下表現(xiàn)者：嚴重竇性心動過緩，心室率45次/分，嚴重影響器官供血，出現(xiàn)心衰、心絞痛、頭暈、黑;心動過緩、竇性靜止或竇房阻滯，R-R間期>2秒伴有暈厥或阿-斯綜合征發(fā)作;心動過緩-心動過速綜合征伴有暈厥或阿-斯綜合征發(fā)作。

　　(5)用抗心動過速起搏器或自動復律除顫器、異位快速心律失常藥物治療無效者。

　　(6)反復發(fā)作的頸動脈竇性昏厥和心室停跳者。

　　4.人工心臟起搏器的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀

　　人工心臟起搏器在臨床上的廣泛應用，使過去藥物治療無效的嚴重心律失?；颊叩玫骄戎?，大大降低了心血管疾病的死亡率，是近代生物醫(yī)學工程對人類的一項重大貢獻。

　　1932年美國的胸外科醫(yī)生Hyman發(fā)明了第一臺由發(fā)條驅(qū)動的電脈沖發(fā)生器，借助兩支導針穿刺心房可使停跳的心臟復跳，他命名為人工心臟起搏器(Artificial Pacemaker)，從而開創(chuàng)了用人工心臟起搏器治療心律失常的偉大時代。

　　起搏器真正用于臨床是在1952年。美國醫(yī)生Zoll用體外起搏器，經(jīng)過胸腔刺激心臟進行人工起搏，搶救了兩名瀕臨死亡的心臟傳導阻滯病人，從而推動了起搏器在臨床的應用和發(fā)展。1958年瑞典Elmgrist，1960年美國Greatbatch分別發(fā)明和臨床應用了植入式心臟起搏器。從此起搏器進入了植入式人工心臟起搏器的時代，朝著長壽命、高可靠性、輕量化、小型化和功能完善的方向發(fā)展。

　　早期的起搏器是固有頻率型(或非同步型)，只能搶救和治療永久性房室傳導阻滯、病態(tài)竇房結綜合征等病癥，對間歇性心動過緩不適用，不能與患者自身心律同步，會發(fā)生競爭心律而導致更嚴重的心律失常。為此，20世紀60年代中期先后出現(xiàn)了同步型起搏器，其中房同步觸發(fā)型(VAT型)起搏器是專門用于房室傳導阻滯，而心室按需型(VVI)是目前國內(nèi)外最常用的心臟起搏器。為了使心臟起搏器與心臟自身的起搏功能相接近[1][3]，70年代又相繼出現(xiàn)了更符合房室順序起搏的雙腔起搏器(DVI)，和能治療各種心動過緩的全能型起搏器(DDD)。至此，起搏器的基本治療功能已開發(fā)完全。

　　到了20世紀80年代，起搏器除了輕量化、小型化的改進外，還出現(xiàn)了程控和遙測的功能，利用體外程控器(Programmer)可對植入體內(nèi)的起搏器進行起搏模式、頻率、幅度、脈寬、感知靈敏度、不應期、ADV延遲等參數(shù)的程控調(diào)節(jié);還可對起搏器的工作狀態(tài)進行監(jiān)測，將工作參數(shù)、電池消耗、心肌阻抗、病人資料乃至心腔內(nèi)心電圖，由起搏器發(fā)送至體外程控器中的遙測接收器進行顯示[3]。90年代，起搏器又在抗心動過速和發(fā)展更適應人體活動生理變化方面取得了進展，出現(xiàn)了抗心動過速起搏和頻率自適應起搏器(DDDR)，使人工心臟起搏器成為對付致命性心律失常的有效武器。隨著科學技術的發(fā)展，目前已出現(xiàn)了性能更高的雙心室/雙心房同步三腔起搏器，以及具有除顫功能的起搏器。