Grundlæggende hjertestimulering, pacemakerfunktioner og -indstillinger

Tærskel for stimulering

Som tidligere omtalt kan myokardiet blive ophidset af eksterne elektriske stimuli, der driver cellerne til tærsklen. Stimuleringstærsklen er den mindste mængde energi, der kræves for at nå tærsklen og fremkalde et aktionspotentiale. Intensiteten af den elektriske stimulus beskrives af dens amplitude (målt i volt) og varighed (målt i millisekunder). Amplituden og varigheden af pulsen skal optimeres for at sikre depolarisering og samtidig minimere batteriforbruget. Amplituden er normalt under 1,5 V, og pulsens varighed (bredde) er normalt indstillet til 0,5 ms.

Forholdet mellem strøm (I), spænding (V) og modstand (R) beskrives af Ohms lov:

V = I – R

Pacemakere genererer en konstant spænding (V). Den strøm, der leveres af pulsgeneratorer, kan beregnes som følger:

I = V/R

Da spændingen (V) er konstant, og batteriet skal aflades mindst muligt, bruger de fleste pacemakere blyspidser med høj modstand (400 til 1200 Ω). Jo højere modstand i elektrodespidsen, jo mindre strøm bruges der.

Indstillinger i softwaren

Pacemakersoftwaren indeholder forprogrammerede algoritmer og indstillinger, som kan skræddersys til patientens behov. Programmeringen sker via en ekstern enhed, der kommunikerer trådløst med pacemakeren. En lang række indstillinger kan justeres. Disse indstillinger omfatter pacemakerens basisfrekvens (den laveste tilladte hjertefrekvens, som udløser pacemakeren), pacemakerens adfærd ved lav og høj hjertefrekvens, pacemakerens adfærd ved tilstedeværelse og fravær af indre hjerteaktivitet, Moderne pacemakere er fyldt med algoritmer, der optimerer funktionen. For eksempel er der funktioner, der løbende revurderer stimuleringstærsklen for at kalibrere stimuleringer i henhold til myokardiets excitabilitet.

Pacemakerens funktioner

En pacemakers funktioner afhænger af software, hardware og programmering. De simpleste pacemakersystemer består af en pulsgenerator og en ledning, som er placeret enten i højre atrium eller højre ventrikel. Sådanne systemer kaldes enkeltkammersystemer. I dag er de fleste implanterede pacemakere dobbeltkammersystemer, hvilket betyder, at der bruges to ledninger: en i forkammeret og en i hjertekammeret. Dobbeltkammersystemer giver mulighed for sensing og pacing i både atrierne og ventriklerne.

Registrering

Pacemakeren kan registrere den indre hjerteaktivitet og reagere hensigtsmæssigt. Specifikt registrerer pacemakerne indre depolarisationer. Depolariseringer repræsenteres af P-bølgen (atrial afledning) og QRS-komplekset (ventrikulær afledning). T-bølger afspejler repolarisering og bør ikke registreres af pacemakeren.

Sensing bruges til at hæmme eller udløse pacingimpulser. Inhibering af pacing er passende, når der er intrinsisk hjerteaktivitet; tilstedeværelsen af spontan atrial eller ventrikulær aktivitet bør inhibere pacing i kammeret med aktivitet. Registrering af spontan atrieaktivitet (P-bølger) uden efterfølgende ventrikelaktivitet (QRS) bør dog resultere i pacing i ventriklerne.

For at registrere korrekt skal pacemakeren registrere depolariseringsstrømme i nærfeltet (P eller QRS) og ignorere repolariseringsstrømme i nærfeltet (T-bølger) samt strømme i fjernfeltet (dvs. strømme, der genereres af væv, som elektroden ikke er forbundet med). Eksterne signaler fra elektronik (mobiltelefoner, computere osv.) skal også ignoreres. Den atriale elektrode er derfor indstillet til at optage signaler med en amplitude på 1,5 til 5 mV og en frekvens på 80 til 100 Hz. Den ventrikulære afledning registrerer signaler i området 10 til 30 Hz og med en amplitude på 5 til 25 mV. Pacemakeren registrerer ikke depolarisering uden for disse grænser, hvilket kan føre til underregistrering af ægte intrinsisk aktivitet og dermed uhensigtsmæssig pacemakeraktivitet.

Som beskrevet i det foregående kapitel kan afgivelsen af pacingimpulser være bipolær eller unipolær. Sensing kan også være bi- eller unipolær. Generelt er sensing mere nøjagtig med bipolær pacing, fordi begge målepunkter er i hjertet (dvs. begge elektroder er placeret ved afledningsspidsen).

Basisfrekvens

Basisfrekvensen er den laveste hjertefrekvens, som pacemakeren tillader; indre hjerteaktivitet under basisfrekvensen vil udløse pacing. Basisfrekvensen er normalt indstillet til 60 slag/min, hvilket betyder, at pacemakeren kun venter 1000 ms efter hver depolarisering, før den afgiver en puls. Spontane depolarisationer, der opstår inden for 1000 ms, vil hæmme pacemakeren.

Udløsning

Pacemakeren kan også trigge, hvilket betyder, at den pacer i ventriklen som reaktion på indre atrieaktivitet. Når pacemakeren registrerer indre atrieaktivitet, stimulerer den ventriklen efter en tidsforsinkelse for at efterligne den fysiologiske forsinkelse i AV-knuden. Triggering gør det muligt for ventriklerne at følge atrieaktiviteten, hvilket er ønskeligt.

Triggering kan blive uhensigtsmæssig i følgende situationer:

• Under supraventrikulær takyarytmi (f.eks. atrieflimren): Pacemakeren kan overføre arytmien til ventriklerne, hvilket er meget uhensigtsmæssigt.
• Hvis depolariseringen fra ventrikulær stimulering forplanter sig tilbage til atrierne, kan atriefornemmelse udløse en ny ventrikulær stimulering. Denne cyklus kan gentage sig selv og forårsage en endeløs takyarytmi.

For at forhindre uhensigtsmæssig udløsning har pacemakeren tre beskyttelsesmekanismer:

1. PVARP: Atriefornemmelsen er slukket (refraktær) fra begyndelsen af QRS-komplekset til en periode efter, at QRS er afsluttet. Denne refraktære periode, som er illustreret i figur 1, kaldes PVARP (Post-Ventricular Atrial Refractory Period). Hvis den ventrikulære impuls bevæger sig tilbage til atrierne under PVARP, vil atrieelektroden ignorere impulsen. Atrieelektroden ignorerer faktisk alle impulser i atrierne (f.eks. impulser fra en atrieflimren) under PVARP. Sidst, men ikke mindst, forhindrer dette også atrieelektroden i at registrere og reagere på ventrikulære depolarisationer.
2. Maksimal hastighed: Pacemakeren kan indstilles til en maksimal triggergrænse. Uanset atrieaktiviteten vil pacemakeren ikke pace med en frekvens over denne grænse.
3. Tilstandskontakt: Nogle pacemakere har en mode switch-funktion, der gør det muligt at slukke for udløsningen under en supraventrikulær takyarytmi.

Pacing-tilstand

Pacingtilstand angives med en forkortelse, der består af 3 til 5 bogstaver. Disse bogstaver beskriver i kronologisk rækkefølge følgende:

1. Det kammer, der paces: O (udeladt), A (atrium), V (ventrikel) eller D (dobbelt, atrier og ventrikler)
2. Detkammer, derregistreres: O (udeladt), A (atrium), V (ventrikel) eller D (dobbelt, atrier og ventrikler)
3. Reaktion på registrerede hændelser: O (udeladt), I (hæmmet), T (udløst) eller D (dobbelt, hæmmet og udløst).
4. Reaktion på hastighed: O (udeladt, ingen) eller R (rate responsive)
5. Multisite-pacing (pacing flere steder i samme kammer): O (udeladt), A (atrium), V (ventrikel) eller D (dobbelt, atrier og ventrikler)

Hvis pacemakeren ikke er frekvensresponsiv, kan det fjerde bogstav udelades. Dette gælder også for det femte bogstav (multisite-pacing).

Et eksempel: En DDDR-pacemaker:

D = Dobbeltpacing (pacing i atrierne og ventriklerne).
D = Dobbelt sensing (sensing i atrierne og ventriklerne).
D = Dobbelt respons (kan både hæmmes og udløses).
R = Rate responsive (pacingfrekvensen kan tilpasses til fysisk aktivitet).

I klinisk praksis er DDD, VVI og AAI de mest almindelige, med eller uden hastighedsresponsivitet.

Asynkron pacing

En pacemaker med AOO-indstilling stimulerer i atriet, men har ingen sensing og dermed ingen respons på sensing. En sådan pacemaker stimulerer med en hurtig frekvens, uanset hjertets egenaktivitet. Det kaldes asynkron pacing, fordi den ikke er synkroniseret med den indre hjerteaktivitet. På samme måde giver VOO asynkron pacing i ventriklen, og DOO giver asynkron pacing i atrierne og ventriklerne.

Asynkron pacing bruges sjældent, men det kan være nyttigt, når der ikke er tilstrækkelig intrinsisk hjerteaktivitet, men omfattende forstyrrelser (som ellers ville hæmme pacing). Så er asynkron pacing velegnet, fordi den stimulerer med en hurtig hastighed og ignorerer signalerne fra omgivelserne. Asynkron pacing sætter også ind, når batteriet er afladet, eller når et pacemakermagnet placeres på dåsen (bemærk, at effekten af et pacemakermagnet kan variere afhængigt af producenten).

Almindelige enkeltkammersystemer

Pacemakeren med AAI har en elektrode i højre atrium. Elektroden bruges til pacing og sensing, og pacemakeren hæmmes, når der registreres spontan atrieaktivitet (P-bølge). Hvis atrieaktiviteten er langsommere end pacemakerens basishastighed, vil pacemakeren pace.

En VVI-pacemaker stimulerer og registrerer i kammeret, og hvis den registrerer spontan ventrikelaktivitet (R-bølge), stimulerer den ikke. Hvis ventrikelfrekvensen er langsommere end basisfrekvensen, vil pacemakeren pace.

System med to kamre

Det mest almindelige to-kammersystem er DDD, som indebærer pacing i atrierne og ventriklerne, sensing i atrierne og ventriklerne og evnen til at blive hæmmet eller udløst. Denne pacemaker stimulerer atrierne og ventriklerne, hvis den intrinsiske hjertefrekvens er under pacemakerens grundfrekvens. Hvis den spontane hjertefrekvens er hurtigere end pacemakerens grundfrekvens, hæmmes pacemakeren. Hvis den spontane atriefrekvens er under pacemakerens basisfrekvens, vil pacemakeren pace i atriet. Derefter afventer den aktivitet i hjertekammeret, og hvis den ikke registrerer ventrikulær depolarisering inden for et vist tidsrum (se AV-forsinkelse nedenfor), vil den også stimulere i kammeret. Hvis atriefrekvensen overstiger pacemakerens basisfrekvens, men ventrikelfrekvensen ikke gør det, hæmmes atriepacingen, men ventrikelpacingen udløses.

DDI-pacemakeren tilbyder pacing og sensing i atrierne og ventriklerne og kan også hæmmes, hvis der opstår spontan aktivitet. Atrieaktivitet vil ikke udløse ventrikulær pacing. Pacemakeren vil dog pacemakere i ventriklen, hvis den ikke registrerer en ventrikulær impuls inden for et bestemt tidsrum efter atrial pacing.

Valget af pacemaker afhænger af den underliggende sygdom. Følgende flowdiagram anbefales af European Association for Cardiology, og det er i overensstemmelse med retningslinjerne fra American Heart Association og American College for Cardiology.

Tilbehørsfunktioner

Håndtering af AV-forsinkelse

Pacemakere, der pacer både atrierne og ventriklerne, er programmeret til at efterligne den naturlige forsinkelse i AV-knuden. Denne programmerede forsinkelse (AV-forsinkelse) kan justeres, og moderne pacemakere giver også mulighed for frekvensjusteret AV-forsinkelse; AV-forsinkelsen er kortere ved høje hjertefrekvenser og vice versa. Dette forbedrer hæmodynamikken.

Respons på puls

Hjertefrekvensen skal øges under træning for at øge hjertets minutvolumen. Hvis pacemakeren udløses i ventriklen, vil den naturlige stigning i atriefrekvensen under træning resultere i en tilsvarende stigning i ventrikelfrekvensen. Det kræver dog, at pacemakeren har denne pacingtilstand, og at atriets rytme er sinusrytme. Det er naturligvis ikke altid tilfældet, og derfor er nogle pacemakere udstyret med en sensor, der registrerer fysisk aktivitet. Sensoren kan bestå af et accelerometer eller en piezoelektrisk krystal, som begge registrerer bevægelser. Når sensoren registrerer fysisk aktivitet, øger den ventrikelfrekvensen tilsvarende.

Hysterese

Formålet med hysterese er at minimere behovet for pacing. Hysterese betyder, at pacemakeren accepterer, at hjertefrekvensen falder til en bestemt frekvens under basisfrekvensen, men når den lavere frekvens er nået, pacer pacemakeren med basisfrekvensen. Denne pacing fortsætter i et stykke tid, hvorefter pacemakeren sætter pacingen på pause for at vurdere, om den indre aktivitet (over hysteresegrænsen) er genoprettet.

Skift af tilstand

En pacemaker kan, baseret på forprogrammerede algoritmer, ændre sine indstillinger. For eksempel kan en DDD skifte til DDI, hvis der er atrieflimren. Pacemakeren foretager løbende analyser af atrieaktiviteten for at vurdere, om den skal ændre indstillingerne.

Magnetisk effekt

Hvis man placerer en magnet på pulsgeneratoren, vil det påvirke dens funktioner. Effekten varierer afhængigt af typen af pacemaker. Generelt skifter de fleste pacemakere dog til asynkron pacing (VOO eller AOO eller DOO). Figur 3 illustrerer effekten af at placere en magnet på forskellige pacemakere.

Biventrikulær pacing: CRT

En biventrikulær pacemaker stimulerer i begge ventrikler. Denne pacingform er velegnet i situationer med udtalte ledningsforstyrrelser, der viser sig som alvorlig QRS-forlængelse. Sådanne ledningsforstyrrelser resulterer i desynkronisering af ventrikulær aktivitet, hvilket gør de ventrikulære sammentrækninger mindre effektive med negative effekter på hæmodynamikken og den samlede overlevelse ved hjertesvigt.

I biventrikulære pacemakere placeres den ekstra ledning i sinus coronarius, hvorfra den stimulerer venstre ventrikel (figur 5). Udtrykket kardial resynkroniseringsterapi (CRT) er synonymt med biventrikulær pacing. CRT reducerer symptomer på hjertesvigt og forlænger overlevelsen.

Det er også muligt at udstyre en CRT med en defibrillator (CRT-D), hvilket er hensigtsmæssigt hos personer med høj risiko for ventrikulære arytmier.