Studii Cad Fea Privind Proiectarea Unui Pacemaker

Cuprins

Introducere

Anatomia inimii

Generalități

Configurația externă și configurația internă a inimii

Structura inimii

Sistemul excitoconductor al inimii

Vascularizația și inervația inimii

Pericardul

Structura țesutului miocardic

Proprietățile miocardului

Stimulatorul cardiac (pacemaker)

Generalități

Istoric

Tipuri de pacemaker

Implantarea stimulatorului cardiac

Programarea pacemaker-ului

Alimentarea stimulatorului cardiac

Materiale utilizate pentru realizarea unui pacemaker

Proiectarea unui pacemaker folosind programul Inventor 2014

Simulare FEA – programul Simulation CFD 2015

Concluzii

Bibliografie

1. Introducere

Anatomia inimii

Generalități

Inima (cordul) este organul propulsor al sistemului cardiovascular. Cordul se află în sacul pericardic, împreună cu care se găsește în mediastinul mijlociu. Inima este un organ cavitar, de formă oblică, prezentând o structură fibroasă, dar și o bază, un apex, trei fețe și o margine.

Cordul prezintă patru cavități: două cavități mai mici – atriile (stâng și drept), situate în partea superioară a inimii, spre baza organului; dar și două cavități mai mari – ventriculele (stâng și drept), situate în partea inferioară a inimii, spre vârful organului. Comunicarea dintre atriul și ventriculul corespunzător se realizează printr-un orificiu atrioventricular, stâng respective drept.

Sângele venos al organismului este colectat de atriul drept, cu ajutorul venelor cave, superioară și inferioară, iar ventriculul drept trimite apoi sângele neoxigenat prin plămâni, prin trunchiul pulmonar și arterele pulmonare.

Prin cele patru vene pulmonare, sângele oxigenat se reîntoarce la inimă, în atriul stâng, apoi este pompat mai departe, de ventriculul stâng, în circulația sistemică [1].

Contracția ventriculului se numește sistole și constă în pomparea sângelui spre plămân (ventriculul drept) și spre corp (ventriculul stâng). Pe când, relaxarea acestora se numește diastolă și constă în umplerea ventriculului cu sângele din atrii [3].

Axa longitudinală dintre baza și vârful inimii este oblică de sus în jos, de la dreapta spre stânga și dinspre posterior spre anterior, formând un unghi de aproximativ 45 de grade cu planurile frontal și sagital ale corpului. Poziția oblică a inimii poate fi asociată cu o piramidă deformată, cu baza dispusă anterior și la dreapta, iar apexul dispus anterior și la stânga. Aproximativ o treime din cord este situată la dreapta liniei mediene [1].

Clasic, mărimea cordului este comparată cu mărimea pumnului drept al individului respectiv, dar poate varia în funcție de vârstă, stare fiziologică, eventuala patologie [2].

La adulți, cordul măsoară în medie 12 cm de la bază la apex, 8-9 cm este diametrul transversal și 6 cm este diametrul anteroposterior. În ceea ce privește greutea cordului, aceasta poate varia, la adult, între 325 ± 75 g (bărbat) și 275 ± 75 g (femeie). La tinerii între 17 și 20 de ani, greutatea cordului este apreciată ca fiind 0,45 % din greutatea corpului la bărbat și 0,40 % din greutatea corpului la femeie. Greutatea cordului poate varia în funcție de vârstă, sex și înălțime în cazul adulților; pe când, la adulții tineri greutatea cordului poate depăși sau atinge limita superioară a normalului, iar la vârstnici aceasta poate să atingă sau să coboare sub limita inferioară a normalului. [1]

Configurația externă și configurația internă a inimii

Conform configurației externe, inima prezintă o bază, un apex, o margine dreaptă și trei fețe – sternocostală (anterioară), diafragmatică (inferioară) și pulmonară.

Baza cordului prezintă o formă patrulateră, cu marginile curbate spre exterior, fiind orientate posterior și spre dreapta. Aceast este poziționată în dreptul vertebrelor toracice T4-T8 și separate de acestea de către pericard, vena pulmonară dreaptă, canalul toracic, esofag și aorta descendentă toracică. Baza cordului corespunde atriului stâng și unei mici porțiuni din partea posterioară a atriului drept. Baza cordului formează un unghi cu fața diafragmatică și se continuă, fără vreo delimitare precisă, cu fața sternocostală.

Apexul cardiac este reprezentat de vârfului ventriculului stâng, orientat inferior, anterior și la stânga. Acesta se proiectează în spațiul intercostal V stâng, pe linia medioclaviculară sau puțin central de acesta.

Fața sternocostală este orientată anterior și superior și cuprinde, în raport cu șanțul coronar, o porțiune atrială (situată superior și la dreapta) și o porțiune ventriculară (situată inferior și la stânga) [1]. Porțiunea ventriculară cuprinde, în cea mai mare parte, ventriculul drept și, în mai mică parte, ventriculul stâng, aceștia fiind separați de șanțul interventricular anterior. Prin acest șanț trec vena mare a inimii și artera descendentă anterioară. Ventriculul drept se prelungește superior și la stânga cu o regiune conică numită infundibulul sau conul arterei pulmonare, care se continuă, la rândul ei, cu trunchiul arterei pulmonare. Porțiunea atrială a feței sternocostale este acoperită în cea mai mare parte de emergența aortei și a arterei pulmonare. Atriile sunt separate de ventriculi prin șanțul coronar. În jumătatea dreaptă a șanțului coronar se află artera coronară dreaptă și vena mică a cordului, iar în jumătatea stângă a șanțului se află artera circumflexă și sinusul coronar.

Spre baza inimii, pe fața sternocostală sunt două prelungiri atriale numite auriculul (urechiușa) drept și stâng. Auriculele acoperă limitele anterioare ale șanțului atrioventricular și cuprind originile vaselor mari. Aorta este pozițonată la dreapta și posterior, iar artera pulmonară se află la stânga și anterior. Între cele două auricule se află o concavitate deschisă anterior numită coroana cordului, care cuprinde aorta ascendentă și trunchiul pulmonar.

Fața sternocostală este separate prin pericard, corpul sternului și cartilajele costale III-VI. La acest nivel, între peretele toracic și pericard, se găsesc: ligamentele sterno-pericardice, ramurile mici ale vaselor toracice interne, ganglionii limfatici, țesutul conjunctiv și adipos.

Fața diafragmatică este o zonă orizontală care se spijină pe centrul tendinos al diafragmei. Aceasta este reprezentată în principal de ventricului stâng, limita dintre cei doi ventriculi fiind data de șanțul interventricular posterior, prin care trec artera interventriculară posterioară și vena medie a inimii. Pe fața diafragmatică există un loc în care șanțul coronar se intersectează cu șanțul interventricular posterior numit crux cordis. [2]

Fața pulmonară, situată între fețele sternocostală și diafragmatică, este alcătuită, în cea mai mare parte, de ventriculul stâng; există doar o mică zonă, situată posterior de șanțul coronar, care este formată de atriul stâng. [1] Numele de față pulmonară se datorează raportului intim cu fața mediastinală a plămânului stâng, pe care lasă impresiunea cardiacă. [2]

Marginea dreaptă este sitută între fețele sternocostală și diafragmatică și aparține ventricului drept. Aceasta este orientate inferior și se întinde de la locul de vărsare al venei cave inferioare până la apex.

Șanțurile de pe suprafața cordului sunt:

Șanțul coronar – este dispus între atrii și ventricule. Pe fața sternocostală, acest șanț coboară spre dreapta, separând atriul drept de marginea dreaptă a inimii, pe care o depășește, trecând pe fața diafragmatică. Acesta conține artera coronară dreaptă și vena coronară mică. Partea superioară stângă a șanțului este acoperită complet de trunchiul arterei pulmonare și de aortă. În continuare, se curbează spre stânga, trece de fața pulmonară și se sfârșește pe fața diafragmatică; această zonă conține ramura circumflexă a arterei coronare stângi.

Șanțul interventricular anterior al inimii – este situat pe fața sternocostală, coboară la trunchiul arterei pulmonare, oblic, spre marginea dreaptă, unde determină incizura apexului. Acest șanț cuprinde ramura interventriculară anterioară a arterei coronare stângi și vena mare a cordului.

Șanțul interventricular posterior al inimii – se află pe fața diafragmatică și este situat aproape de marginea dreaptă. Acest șanț continuă șanțul interventricular anterior, conținând ramura interventricularis posterioară a arterei coronare drepte și vena medie a inimii. [1]

Configurația internă a inimii cuprinde structura atriilor (stâng și drept), ventriculelor (stâng și drept), a valvelor inimii – valva pulmonară, valva mitrală, valva aortică, valva atrioventiculară dreaptă sau tricuspidă.

Atriul drept, situat posterolateral, spre dreapta, are un aspect globulos, cu o prelungire anterioară numită auriculul drept. Atriul drept primește atât sângele drenat de sistemul venos, colectat prin venele cave superioară și inferioară, cât și cea mai mare parte a sângelui venos cardiac, colectat de sinusul coronarian. [1] În atriul drept se termină vena cavă superioară, vena cavă inferioară, sinusul coronar, venele anterioare și venele mici ale cordului. [2]

Anterior, atriul drept se află în raport cu zona anterioară a feței mediastinale a plămânului drept, fiind separat de acesta prin pleura și pericard. Lateral, atriul drept se află în raport cu aceeași față mediastinală a plămânului drept, dar anterior de hilul pulmonar, pleura mediastinală, nervul frenic drept, vasele pericardofrenice și pericard.

Atriile sunt comparate cu niște cavități cuboidale. Astfel, atriul drept are șase pereți:

peretele posterior, reprezentat de septul interatrial;

peretele superior, prezintă ostiul venei cave superioare;

peretele inferior, prezintă ostiul venei cave inferioare;

peretele anterior, corespunde părții musculare pectinate a atriului drept;

peretele lateral, drept, corespunde feței mediastinale a plămânului drept și se găsește posterior de șanțul terminal;

peretele medial, orientat și inferior, corespunde ostiului atrioventicular drept.

În ansamblu, configurația internă a atriului drept prezintă două părți principale: posterioară și anterioară.

Partea posterioară a atriului drept cuprinde o mică depresiune cu pereți netezi, numită sinus venos, unde se deschid venele cave și sinusul coronar. În partea superioară și în cea posterioară a sinusului venos se găsește ostiul venei cave superioare. Vena cavă inferioară, mai largă decât cea superioară, se deschide în partea inferioară a atriului drept, în apropierea septului, prin ostiul venei cave inferioare. Pe mrginea nterioară a ostiului se găsește vala venei cave inferioare, o valvă semilunară rudimentară. Sinusul coronar colectează cea mai mare parte a sângelui venos al inimii; deschiderea sa este situate între ostiul venei cave inferioare și orificiul atrioventricular drept, fiind prevăzută cu valva sinusul coronar, care este subțire și acoperă partea inferioară a orificiului. Valva sinusul coronar previne regurgitarea sângeluiîn timpul sistolei atriale; aceasta poate să fie dublă su cribriformă.

Tuberculul intervenos este mic, variabil și este situat pe peretele lateral între ostiile de deschidere ale venelor cave.

Partea anterioară a atriului drept constituie atriul propriu-zis. Atriul și auriculul drept sunt separate de sinusul venos prin crista terminalis, o formațiune musculară în formă de creastă, netedă, aflată între peretele lateral și cel anterior; pornește de la partea superioară a septului și trece anterior de ostiul venei cave superioare. La exterior, corespunde șanțului terminal. În partea superioară, crista terminalis conține nodul sinoatrial. Pereții părții anterioara a atriului drept conțin trabecule musculare și sunt mai groși decât ai sinusului venos. Mușchii pectinați ai atriului drept au aspectul unor benzi musculare paralele, care pornesc din dreptul crestei terminale, perpendicular pe aceasta și au o traiectorie antero-laterală către orificiul atrioventricular. Auriculul dispune în interior de o rețea densă de astfel de mușchi pectinați. Auriculul drept este larg și conține mușchi pectinați, orientați neregulat.

Septul atrial conține o componentă interatrială și una atrioventriculară.

Componenta interatrială alcătuiește peretele posterior al atriului drept și prezintă o depresiune ovală denumită fosă ovală, așezată în partea inferioară, superior și la stânga de ostiul venei cave inferioare. Fosa ovală are o margine musculară aflată antero-inferior denumită limbul fosei ovale și o membrane central fibroasă (valva). Limbul fosei ovale este o margine proeminentă, fiind de fapt marginea inferioară a septului second. La aproximativ două treimi dintre subiecți, foramen ovale (o mică comunicare interatrială) se închide anatomic în primul an de viață, ajungând ca valva fosei ovale să devină permanent atașată de limb. La cealaltă treime, valva se închide functional atunci când presiunea din atriul stâng este superioară celei din atriul drept; aceasta constituie așa-numita foramen ovale patenta, valvular-competentă. Foramen ovale este patent deschisă, la o treime dintre persoanele cu vârsta între 1-29 de ani, la o pătrime dintre persoanele cu vârsta între 30-79 de ani și la o cincime dintre persoanele de peste 80 de ani. Atunci când este deschis, foramen ovale are 5-6 cm în diametrul său cel mai mare.

Componenta atrioventriculară a septului atrial este situată anterior de componenta interatrială și delimitează atriul drept de ventriculul stâng. Această component este în principal musculară, dar cuprinde și o zonă membranoasă antero-posterioară (porțiunea antero-posterioară a septului membranos). La nivelul acesta este prezentă o arie triunghiulară, delimitată de inelul fibros tricuspidian, de marginea antero-medială a ostiului sinusului venos coronarian și de tendonul Todaro, denumită trigonul Koch. Trigonul Koch este un indicator important pentru descoperirea nodului atrioventricular și a fasciculului atrioventricular. Tendonul Todaro este o structură fibroasă subendocardică, care se întinde de la trigonul fibros drept la valva venei cave superior.

Valva atrioventiculară dreaptă sau tricuspidă cuprinde: osiul atrioventicular tricuspid cu inel asociat, cuspidele, mușchii papilari și cordajele tendinoase.

Ostiul tricuspid are circumferința de 11,4 ± 1,1 cm la bărbați și de 10,8 ± 1,3 cm la femei, fiind cel mai larg dintre orificiile atrioventiculare. Forma acestui orificiu poate varia în timpul ciclului cardiac de la ovală, la aproape rotundă sau triunghiulară.

Inelul valvular tricuspidian nu este o formațiune omogenă și cuprinde o porțiune neregulată situate de-a lungul septului membranos, o porțiune tricuspidă a trigonului fibros drept (fila coronaria anterioară și posterioară, două formațiuni conjunctive fibro-elastice înguste și dense) și un țesut conjunctiv, care completează circumferința inelului dintre cele două formațiuni fila coronaria.

Cuspidele valvei tricuspidiene, în număr de trei, sunt numite septală (este cea mai mică), anterioară (este cea mai mare) și posterioară (are inserția în întregime de-a lungul peretelui posterior), corespund cu cele trei margini ale orificiului atrioventicular și ale pereților ventriculului drept. Fiecare dintre acestea este formată dintr-o lamina fibroasă, bogată în colgen și tapetată cu endocard, care la bază se continuă cu țesut conjunctiv, iar la periferie cu fasciculele divergente ale cartilajelor tendinoase. O cuspidă are trei porțiuni: rugoasă (este groasă, opacă și neregulată pe ambele fețe), netedă (este translucidă și are o lamina fibroasă subțire) și bazală (cuprinde 2-3 mm din porțiunea largă de inserție, este vascularizată, groasă și conține mult țesut conjunctiv și celule miocardice atriale).

Cordajele tendinoase sunt niște fascicule de fibre de colagen, care pornesc din mici proeminențe situate pe vârful sau marginile treimii superioare a mușchilor papilari, uneori și de la baza acestora sau de pe pereții ventriculari (inclusiv septul). Inserția acestora se realizează la nivelul cuspidelor, în zona rugosă, în incizuri, în zona bazală sau pe comisuri.

Mușchii papilari, aflați în ventriculul drept, sunt de două feluri: mușchi papilar anterior și mușchi papilar posterior, iar, uneori, se poate găsi și mușchiul papilar septal.

Mușchiul papilar anterior – este cel mai mare dintre mușchii papilari, are baza pe peretele ventricular antero-lateral, se întrepătrunde cu limita dreaptă a trabeculei septo-marginale, iar vârful (poate fi bifid) acestui mușchi cuprinde inserții de origine ale cordajelor tendinoase, care se găsesc pe porțiunile corespondente de pe cuspidele anterioară și posterioară.

Mușchiul papilar posterior – pornește din miocardul ventricolo-septal, inferior de comisura postero-septală; este bifid sau trifid; cordajele tendinoase se găsesc pe cuspidele septală și posterioară, în incizuri, dar și pe comisurile lor.

Mușchiul papilar septal – se poate găsi sub forma unor fibre musculare neregulate, dar se poate și să lipsească din strunctura ventriculului drept.

Ventriculul drept este o cavitate cu formă de piramidă triunghiulară, cu baza corespunzătoare ostiului atrioventricular drept și trei pereți: anterior, posterior (posterolateral) și septal. Ventriculul drept pornește de la ostiului atrioventricular drept, ocupat de valva tricuspidă și ajunge până la dreapta vârfului cordului. Grosimea peretelui ventricular drept variază foarte mult, dar este mai mică decât cea a ventricului stâng, fiind, în medie, de 3-5 cm.

Suprafața anterosuperioară a ventriculului drept formează o mare parte din fața sternocostală și se separă de peretele thoracic prin pericard. În partea superioară și stânga, ventriculul drept are raporturi cu pleura stângă și, pe o mică zonă, cu limita anterioară a plămânului stâng. Partea inferioară a ventriculului drept este plată și are raporturi cu centrul tendinos al diafragmului, dar și cu o mică zonă musculară adiacentă, de care se separă prin pericard.

Ventriculul drept este împărțit în trei zone: un compartiment inițial, de primire sau de recepție a sângelui – denumit inlet, un compartiment trabecular, situat apical și un compartiment distal de evacuare – tractul de ejecție, outlet, conus sau infundibulum. [2]

Compartimentul de recepție (inlet) se întinde de la orificiul tricuspidian până la nivelul mușchilor papilari. Acest compartiment se delimitează de compartimentul trabecular astfel: marginea inferioară a cupei anterioare a tricuspidei, mușchiul papilar anterior și o trabecular musculară proeminentă în partea inferioară a septului interventricular, denumită trabeculă septomarginală. În partea distală, trabecula septomarginală se desparte de sept și ajunge la baza mușchiul papilar anterior, unde devine bandeleta (bandă) moderatoare. Trabecula septomarginală este o bandă musculară curbată și are în grosimea ei ramura dreaptă a fasciculului His. Banda moderatoare are rolul de a omogeniza contracția celor doi ventriculi.

Compartimentul trabecular este situate distal de mușchii papilari. Aici, pereții ventriculari sunt acoperiți de fascicule musculare dispuse în rețea, numite trabecule musculare. Rolul trabeculelor musculare este de a împiedica amestecarea sângelui oxigenat cu cel neoxigenat în cordul tricameral. De asemenea, trabeculele formează o structură de rezitență a inimii ce solidarizează bazele mușchilor papilari cu vârful și pereții cordului. Prezența trabeculelor la nivelul apexului ajută la fixarea sondelor de cardiostimulare. [2]

Compartimentul de ejecție pornește de la marginea inferioară a crestei supraventriculare și ajunge la nivelul valvei pulmonare. Acesta are o formă conică (infundibulum). Zona proximală a acestul compartiment are numeroase trabecule, iar zona distală are pereți netezi și conține, de-a lungul peretelui, trabecule scurte, cărnoase și groase. [1]

În ventriculul drept, sângele are o traiectorie de forma literei “U” și își schimbă direcția cu aproximativ 140 de grade. Iar distanța dintre orificiul de intrare (ostiul atrioventricular drept) și cel de ieșire (ostiul pulmonar) este de circa 2 cm.

Valva pulmonară este poziționată superior de compartimentul de ejecție al ventriculului drept și anterior și puțin la stânga de valva aortică. [1] Valva pulmonară desparte tractul de ejecție al ventriculului drept de trunchiul arterei pulmonare și oprește regurgitarea sângelui în ventricul. [2] Această valvă este formată din trei valvule semilunare: două posterioare, stângă și dreaptă și una anterioară, care se prind cu marginea fixă de un inel valvular. [1, 2] Valvulele sunt un pliu al endocardului, sub care se află lamina fibrosa. Aceasta din urmă este mai dezvolatată în jurul marginilor libere și al marginilor de inserție. Tot aici, fibrele ei se întrepătrund cu ale inelului fibros. Inelul neputându-se contracta, închidere și deschiderea valvei reprezintă un proces pasiv.

Atriul stâng este poziționat pe linia mediană, în partea postero-superioară a inimii. Forma sa este cuboidală și se prelungește în spatele atriului drept, de care este delimitat prin septul interatrial. Auriculul stâng este subțire, lung și mai curbat decât auriculul drept, iar marginile lui au crestături mai adânci. Față de atriul drept, atriul stâng are pereții mai groși și un volum mai mic.

În partea anterioară, atriul stâng este acoperit de aortă și de trunchiul arterei pulmonare, pe când, în partea posterioară a atriului stâng, pe linia mediană, se găsește esofagul în dreapta și aorta descendentă toracică în zona stângă. În raport cu fața superioră a atriului stâng se găsesc artera pulmonară stângă și bronhia principală stângă. Sinusurile aortice (posterior și stâng) se pot găsi în peretele atrial ca torus aorticus, deasupra zonei fibroase dintre valvele aortică și mitrală.

Atriul stâng este alcătuit dintr-un perete exterior și sept. Peretele exterior este de forma unui dom care colectează sângele venelor pulmonare și prezintă un apendice auricular lateral. Cea mai mare parte a bazei anatomice a inimii este formată de partea posterioară a peretelui exterior, unde se deschid cele patru vene pulmonare. De asemenea, atriul stâng alcătuiește peretele anterior al sinusului pericardic oblic.

Auriculul stâng prezintă un traiect anterior și la stânga trunchiului arterei pulmonare și acoperă zona sa proximală de la ieșirea din ventriculul drept. Interiorul auriculului stâng conține numeroși mușchi pectinați mici și câteva funduri de sac.

În interior, atriul stâng prezintă următoarele aspecte: cele patru vene pulmonare se deschid în partea superioară a feței postero-laterale, ostiile acestora (ostia venarum pulmonalium) sunt netede, ovale și nu au valve; mușchii pectinați sunt mai mici și mai puțin numeroși față de cei din atriul drept și se limitează până la auricul; iar, grosimea peretelui atriului stâng este de 1-3 mm.

Valva mitrală sau valva atrioventricular stângă este formată din următoarele compatimente: cuspidele mitrale, cordajele tendinoase, ostiul atrioventricular stâng, inelul ostiului și mușchii papilari.

Ostiul atrioventricular stâng este mai mic decât ostiul tricuspid și se vede cel mai bine dinspre zona atriului stâng.

Planul inelului mitral este axat către apexul ventricular, fiind orientat anterior, la stânga și puțin inferior de acesta. Inelul valvular mitral este alcătuit din diferite elemente conjunctive, care se continuă cu laminele fibroase ale valvulelor. Forma și dimensiunea inelului se modifică în mpmentele revoluției cardiace, astfel acesta poate fi eliptic (sistolă) sau aproape circular (diastolă).

Cuspidele mitrale, anterioară și posterioară, sunt structuri în formă de voal, care se implantează pe toată circumferința orificiului mitral.și pe marginile lor libere sunt prezente incizuri.

Cuspida anterioară are formă semicirculară sau triunghiulară, este mare și incluziunile de pe margini pot fi rare sau absente. Poziția intercavitară a acesteia favorizează împărțirea ventriculului stâng într-un compartiment de recepție și unul de ejectare. Cuspida anterioară are o zonă semilunară rugoasă, pe care se inseră cordajele tendinoase. Între această zonă rugoasă și inelul valvular se găsește o zonă netedă, care nu are inserții tendinoase, deși lamina fibrosa are prelungiri de la cordajele inserate în zona rugoasă. Dimensiunile cuspidei anterioare sunt: 2,6 cm la bărbați și 2,2 cm la femei reprezintă înălțimea medie în zona centrală; 3,6 cm la bărbați și 2,9 cm la femei reprezintă lățimea la bază.

Cuspida posterioară conține două incizuri mici și reprezintă partea valvulară așezată posterior de comisurile antero-laterală și postero-medială. Astfel, zona de inserție pe inelul mitral este mai mare decât la cuspida anterioară, fiind de 5,4 cm la bărbați și de 4,3 cm la femei.

Cordajele tendinoase ramificate împart cuspida posterioară într-o porțiune de forma unui dom, largă, așezată în zona mijlocie și două porțiuni proeminente, la care cordajele tendinoase se aseamănă cu cele din ventriculul drept.

Cordajele complexului mitral sunt de două feluri: cordaje comisurale (intervalvulare) și coedaje valvulare. Multe dintre aceste cordaje se divid în ramuri numai în proximitatea zonei de inserție, după ce trunchiul comun se desprinde din treimea apicală a mușchiului papilar în care își are originea. Tensionarea cordajelor tendinoase se realizează imediat înaintea și în timpul sistolei ventriculare, astfel se previne deplasarea în sus și în jos a cuspidelor în atriul stâng.

Mușchii papilari mitrali se află în treimea mijlocie a axe bază-apex a ventriculului stâng, atât la cordul normal, cât și la cordul dilatat sau hipertrofiat. Există doi mușchi, mușchiul papilar anterior și mușchiul papilar posterior, care pornesc de la trabeculele cărnoase ale pereților antero-lateral și postero-medial, posterior de comisurile mitrale corespunzătoare. Trabeculele cărnoase au rolul de a ancora mușchii papilari și formează punți musculare între cele două grupe de mușchi papilari, fiind implicate în închiderea valvei mitrale.

Ventriculul stâng se întinde de la baza situată în planul șanțului coronar până la apexul cardiac și are o structură în conformitate cu rolul său de pompă de presiune, care trebuie să depășească presiunea sanguină ridicată din aortă. Acesta are forma unei jumătăți de elipsoid, conică sau de piramidă triunghiulară și este mai îngust și mai lung decât ventriculul drept. Acest ventricul are o poziție posterioară și la stânga, formând marginea stângă. Distanțele de la inelul mitral la apex, în cazul diastolei și cea de la apex la inelul aortic, în cazul sistolei, sunt de 7,5 ± 1 cm.

Peretele ventricular are o grosime mai mare la bază și mai mică spre apex, care poate varia de la 0,8 ± 0,1 cm în diastolă, la 1,4 ± 0,2 cm în sistolă. Septul muscular ventricular este mai subțire la zona superioară și mai gros la zona mijlocie. Iar septul membranos poate ajunge mai rar la o grosime mai mare de 1 cm.

Ventriculul stâng, fiind acoperit de sacul pericardic și de pleura mediastală, este în raport la stânga cu fața mediastală a plămânului stâng. O mică zonă din peretele anterior al ventriculului stâng, din vecinătatea șanțului interventricular anterior, este în raport cu peretele toracic anterior. Iar, postero-inferior, pe fața difragmatică inimii, ventriculul stâng este în raport cu fornixul gastric și, mai rar, cu lobul stâng hepatic.

Ventriculul stâng, având aspectul unei piramide triunghiulare, prezintă: o bază corespunzătoare ostiului atrioventricular stâng și valvei mitrale, un vârf care formează vârful inimii și trei pereți – anterior, posterior și septal.

Cavitatea ventriculului stâng este împărțită în două compartimente: unul de recepție a sângelui din atriul stâng și altul de evacuare spre aortă; compartimentarea fiind realizată de o porțiune delimitată de cordajele tendinoase ale mușchiului papilar anterior, peretele septal și cuspida anterioară.

Compartimentul de recepție pornește de la inelul valvei mitrale și ajunge la apex, fiind delimitat de partea antero-laterală și de cea inferioară a peretelui ventricular, de cuspida mitrală anterioară și de zona inferioară a septului ventricular.

Compartimentul de evacuare pornește de la apex și ajunge la inelul valvei aortice. Acest compartiment este delimitat de partea anterioară a septului venticular, de peretele anterior și de cuspida mitrală anterioară.

Peretele septal sau septul interventricular al ventriculului stâng prezintă două zone: musculară și membranoasă. Partea musculară completează conturul circular al ventriculului stâng și este concavă la stânga. Iar partea membranoasă are un aspect oval sau rotund și cuprinde fibrele conjunctive care se continuă cu țesutul de susținere al valvulelor aortică anterioară și posterioară.

În ventriculul stâng, fluxul sanguin își schimbă direcția cu 180 de grade și se realizează în jurul cuspidei anterioare mitrale. [1]

Valva aortică este situată la limita dintre vestibulul aortei și aorta pulmonară. Această valvă împiedică întoarcerea sângelui în ventriculul stâng în timpul diastolei. [2] Deși este mai solidă în ceea ce privește structura, valva aortică seamănă cu valva pulmonară, prezentând un inel fibros, trei valvule semilunare, inserate pe inel și trei dilatații ale peretelui aortic, numite sinusuri aortice, corespunzătoare pentru fiecare dintre cele trei valvule.

Inelul aortic are suprafața și circumferința variabile datorită vârstei și mărimii corpului. [1] Acesta cuprinde o condensare de fibre conjunctive în peretele aortei, unde se introduce marginea fixă a fiecărei valve semilunare. Inelul nu are înfățișarea unui cerc, ci este alcătuit din trei segmente de cerc, concave în partea superioară și reunite la nivelul comisurilor valvulare (tot la nivelul comisurilor valvulare se reunesc și valvele semilunare). [2]

Valvei aortică are o formă de trunchi de con și este poziționată antero-superior și puțin la dreapta față de orificiul mitral. Având o poziție centrală în interiorul inimii, valva aortică și sinusurile sale au raporturi cu toate cavitățile cardiace (atrii și ventricule).

Valvulele semilunare aortice sunt următoarele: două anterioare – valvula semilunară dreaptă și valvula semilunară stângă – și una posterioară – valvula semilunară posterioară. Valvula posterioară este noncoronară, pe când, valvulele anterioare sunt coronare și, astfel, mai pot fi numite și valvulele coronare dreaptă și stângă. Fiecare valvulă are o margine bazală de inserție groasă și alta liberă orizontală, subțire, exceptând porțiunea mijlocie, unde țesutul conjunctiv este sub forma unei formațiuni nodulare. De la nivelul nodulului pornesc fibre radiale de colagen spre marginea de inserție, unde fibrele bazale se întrepătrund cu fibrele inelului aortic. De fiecare parte a nodului există niște formațiuni conjunctive valvulare translucide și, uneori, fenestrate, numite lunule, prezente în structura lamina fibrosa. Celulele endocardului de pe suprafața aortică a valvulelor sunt alungite pe direcția fluxului sanguin.

Sinusurile aortice sunt delimitate de valvele semilunare aortice și de peretele aortic. Acestea sunt clasificate în funcție de originea arterelor coronare și astfel există: un sinus coronarian drept, un sinus coronarian stâng și un sinus posterior noncoronarian. [2] Pentru fiecare sinus, limita superioară a acestuia formează o proeminență pe peretele aortic numită creastă supravalvulară. Sinudul din proximitatea inelului aortic are pereții largi și bogați în fibre de colagen, dar în rest sunt prezente fibre elastice; tot aici pot fi prezente și fibre miocardice [1]. Fiecare sinus aortic se bombează spre exterior și acest lucru ajută la identificarea originii aortei în funție de prezența dilatațiilor sinusale. Totalitatea acestor dilatații alcătuiește bulbul aortei, care este situat deasupra inelului aortic [2].

Structura inimii

Structura generală a inimii este musculară și fibroasă, fiind reprezentată de scheletul fibros și de miocardul atrial și cel ventricular, la care se adaugă epicardul, care este o foiță viscerală a pericardului seros și acoperă inima în exterior și endocardul, care se găsește pe fețele interne ale cavităților cardiace.

Scheletul fibros al cordului cuprinde: inelele fibroase de la nivelul ostiilor atrioventriculare (inelul mitral și inelul tricuspid) și arteriale (inelul aortic și inelul pulmonar), trigoanele fibroase drept și stâng, partea membranoasă a septului interventricular, tendonul Todaro [1, 2].

Scheletul fibros cardiac are o structură complexă, în care se găsește țesut conjunctiv bogat în colagen, cu prelungiri membranoase, fibroareolare și tendinoase. Structura scheletului fibros este așezată aproape coplanar cu șanțul coronar și prezintă raporturi cu orificiile atrioventriculare, aortic și pulmonar. Iar, miocardul atrial și cel ventricular au inserția și originea separate pe inelele fibroase, care reprezintă limita de delimitare dintre cele două musculaturi.

Inelele fibroase atrioventriculare se potrivesc topografic cu planul ventil al cordului și pe acestea se inserează baza cuspidelor atrioventriculare. Inelele mitral și tricuspid sunt orientate spre apexul cardiac și sunt aproape coplanare.

Inelele fibroase arteriale (aortic și pulmonar) sunt unite printr-un fascicul fibros, denumit tendonul conului arterial și se continuă cu tunica medie a arterelor. Inelul aortic este poziționat antero-superior și la dreapta față de orificiul mitral. Iar, inelul pulmonar se află antero-superior și în unghi de 90 de grade față de valva aortică.

Trigonul fibros drept (corpul fibros central al inimii) este situat pe orificiile atrioventriculare și pe cel aortic. Acesta are o formă elipsoidală, este o masă densă, neregulată, care formează o structură puternică și legături funcționale între ostiile mitrale, aortice și tricuspidiene [1]. Trigonul fibros drept, mulând baza sinusului aortic noncoronarian, determină, împreună cu acest sinus, o proeminență a peretelui atriului drept numită torus aorticus. Atunci când trigonul drept este bine structurat, acesta prezintă un corn posterior, care se continuă în treimea posterioară a crestei septului interventricular; de la vârful cornului posterior pleacă în general fibre care ajung în partea posterioară a inelului mitral. Pe când, cornul anterior stâng pătrunde în continuitatea mitro-aortică, iar cornul anterior drept mulează zona superioară a septului membranos și se continuă cu zona posterioară a inelului tricuspid. În apropierea cornul posterior al trigonului fibros drept, subendocardic, pe baza atriului drept, se poate găsi uneori o mică proeminență densă sau cartilaginoasă, cu structură fibroasă, denumită tendonul Todaro.

Trigonul fibros stâng (anterior) mulează exteriorul aortei și baza sinusului coronarian stâng. Acesta poate prezenta un corn anterior drept, îndreptat până la simfiza aortico-pulmonară, un corn anterior stâng, care se continuă cu zona anterioară a inelului mitral și un corn posterior, care pătrunde în continuitatea mitro-aortică [2].

Partea membranoasă a septului interventricular este o porțiune ovală, care pornește de la inelul aortic și ajunge la septul muscular interventricular.

Scheletul fibros al cordului prezintă numeroase roluri, printre care:

menține deschise ostiile atrioventriculare și arteriale, dar și prevene superdistensia acestora;

reprezintă suportul pentru inserția valvelor atrioventriculare și arteriale;

este o zonă de support pentru inserția miocardului ventricular;

este un izolator electric între atrii și ventricule, acestea având o singură legătură electrică – fasciculul His.

Planul ventil al inimii reprezintă un reper pentru delimitarea atriilor de ventricule și cuprinde planul corespunzător inelelor ostiilor atrioventriculare și bazei ventriculilor. Acesta se deplasează în timpul ciclului cardiac; de exemplu, în timpul sistolei, deplasarea planului ventil se realizează către vârful cordului, prin scurtarea fibrelor miocardice. Orificiile atrioventriculare se deplasează o dată cu planul ventil, iar baza cordului rămâne fixă; în acest fel, cavitățile atriilor își măresc volumul; iar presiunea negativă a sângelui crește și determină aspirația sângelui venos în atrii. În timpul diastolei, deplasarea planului ventil se realizează în sens invers, spre poziția inițială, prin forța elastică concentrată de țesutul conjunctiv și prin relaxarea fibrelor miocardice.

Miocardul atrial este separat de miocardul ventricular prin inelele fibroase atrioventriculare și este mai subțire față de cel ventricular.

Musculatura atrială prezintă două straturi: unul superficial, comun pentru ambele atrii și altul profund, propriu pentru fiecare atriu. Fibrele superficiale înconjoară ambele atrii și au o direcție orizontală. Acestea au o structură bine dezvoltată în partea anterioară, străbat baza cordului ca o foiță incompletă, subțire, care se termină în vecinătatea șanțului coronar, pe fața diafragmatică, unde au cea mai mare densitate. Iar câteva dintre aceste fibre intră în septul atrial. În ceea ce privește fibrele profunde, acestea au o formă de ansă (trec peste fiecare atriu și ajung la inelul atrioventricular corespunzător) sau sunt fibre inelare, care înconjoară auriculele și apoi sunt așezate în jurul ostiului venei cave inferioare, fosei ovale și ostiului sinusului coronar. Fibrele profunde alcătuiesc relieful pereților interiori atriali, astfel, la nivelul atriului drept acestea formează crista terminalis, limbul fosei ovale și mușchii pectinați.

Miocardul ventricular are o structură mai comlexă și mai bine dezvoltată decât miocardul atrial. De asemenea, acesta are o grosime mai mare în ventriculul stâng decât în cel drept.

Miocardul ventricular este format din trei straturi – superficial, mijlociu și profund.

Stratul superficial prezintă fibre care aparțin celor doi ventriculi și care își au originea pe scheletul fibros, în deosebi pe trigoanele fibroase; de la acest nivel, fibrele stratului superficial coboară oblic și spiralat spre vârful cordului. Pe când, fibrele de pe fața diafragmatică încrucișează fața sternocostală; iar, fibrele de pe fața sternocostală trec pe fața pulmonară. La nivelul vârfului inimii, fibrele miocardice se răsucesc în sensul acelor de ceasornic și formează vârtejul inimii (vortex cordis), apoi se duc la nivelul mușchilor papilari și al trabeculelor cărnoase. Iar, în final, se duc ascendent spre inelele fibroase, pe care se și inseră.

Stratul mijlociu are grosimea cea mai mare dintre cele trei straturi ale miocardului ventricular și este format din fibre dispuse circular. Fibrele ventriculului drept își au originea în inelul atrioventricular drept, traversează marginea dreaptă a cordului și se finalizează la nivelul șanțului interventricular anterior. Pe când, fibrele ventriculului stâng își au originea la nivelul pe faței sternocostale, străbat fața pulmonară și se opresc pe fața diafragmatică.

Stratul profund al miocardului ventricular prezintă fibre miocardice cu o dispoziție longitudinală.

La nivelul miocardului ventricular, fibrele musculare din straturile profund și mijlociu sunt proprii pentru fiecare ventricul. Totodată, fibrele prezente în structura miocardului ventricular au o dipoziție dublu helicoidală și în timpul contracției produc o mișcare de stoarcere, prin răsucire; acest lucru face ca ventruculul să funcționeze ca o pompă aspiro-respingătoare [1].

Sistemul excitoconductor al inimii

Sistemul excitoconductor al inimii este alcătuit dintr-un ansamblu de celule cu miocitele modificate, de tip embrionar, mai mici, mai bogate în sarcoplasmă, cu miofibrilele dispuse neregulat și care sunt grupate în noduli și fascicule ce generează și conduc stimulul electric în toată masa inimii. Celule musculare cardiace modificate sunt denumite miocite de tip “P” ( de la pacemaker), au o dimensiune mai mică față de miocitele de lucru, sunt celule mononucleate și au miofibrile dispuse neregulat. Pe lângă celulele de tip “P”, din structura sistemul excitoconductor al inimii mai fac parte și celulele de tranziție (au o dimensiune și o viteză de conducere mai mici decât celulele de tip “P”; iar structura lor este una tranzițională între miocitele de lucru și celulele de tip “P”), precum și fibrele Purkinje (dispuse subendocardic).

Fibrele Purkinje sunt formate din celule musculare modificate, mononucleate, cu un diametru mare și cu o viteză de conducere stimulului electric mai mare decât miocardul de lucru.

Celulele de tranziție se află atât în periferia nodulilor, cât și în traseele internodale, realizând astfel intermedierea legăturii dintre celulele de tip “P” și miocardul de lucru.

Sistemul excitoconductor al inimii este organizat în două componente: una condensată (sub formă de noduli) și alta diseminată (sub formă de fascicule și rețele). Astfel, sistemul excitoconductor al inimii cuprinde următoarele structuri: nodul sinoatrial, nodul atrioventricular, fasciculul atrioventricular His, cu ramurile dreaptă și stângă, ambele ramuri continuându-se cu rețeaua Purkinje, fibrele acestei rețele fiind conectate cu miocitele de lucru.

Nodul sinoatrial – nodul sinoatrial Keith-Flack – reprezintă pecemaker-ul inimii, este locul în care se inițiază excitația fiecărui ciclu cardiaca. Acesta are frecvența cea mai mare (60-100/min) și este astfel responsabil de producerea ritmului sinusal. Nodul sinoatrial este localizat în partea superioară a șanțului terminal, la dreapta ostiului venei cave superioare, la joncțiunea dintre cele două părți ale atriului drept, cea din atriul primitiv și cea deviată din sinusul venos embrionar. Forma nodului sinoatrial este alungită, începe de la dreapta ostiului venei cave superioare, are o traiectorie postero-inferioară până în partea superioară a cristei terminalis. [1, 2]

Nodul sinoatrial prezintă o parte inferioară, subendocardică și o parte superioară, subepicardică.

În cazul nodului sinoatrial este foarte importantă prezența arterei nodului sinoatrial, care are o origine varibilă și un calibru destul de mare. Variații ale presiunii sau ale pulsului în artera nodului sinoatrial duc la modificarea frecvenței cardice pentru o scurtă durată.

Inervația nodului sinoatrial este asigurată de fibrele nervoase adrenergice și colinergine. În vecinătatea nodului există câteva celule ganglionre parasimpatice care alcătuiesc al doilea neuron al fibrelor parasimpatice vagale în direcția lor spre inimă.

Din punct de vedere histologic, nodul sinoatrial este format din celule miocardice specializate, conținute de o stromă de țesut conjunctiv. Miocitele din nodul sinoatrial sunt celule cardiace primitive, fusiforme sau ramificate, subțiri și pot fi de trei feluri: miocite nodale sau celule P, miocite tranziționale și miocite Purkinje.

Celulele Purkinje conduc rapid impulsul electric, care este transmis miocardului atrial contractil, prin unde de depolarizare concentrate, cu o viteză de aproximativ 1 m/s și, apoi, ajunge la nodul atrioventricular.

Nodul atrioventricular – Aschoff-Tawara – reprezintă o structură subendocardică a atriului drept, înconjurată de tendonul Todaro (cunoscut și sub denumirea de trigonul Koch). Acest nod prezintă o formă ovală și este alungit anteroposterior (are 7-8 mm în lungine, 3 mm în înălțime și 1 mm transversal). Nodul atrioventricular prezintă raporturi directe cu trigonul fibros drept. Partea atrială a nodului atrioventricular este convexă, iar cea stângă, concavă, este mărginită de baza inelului mitral.

Inervația simpatică, dar și cea parasimpatică au o influență mare asupra funției nodului atrioventricular; acest lucru este dat de prezența unor numeroși ganglioni parasimpatici în apropierea acestui nod.

Nodul atrioventricular, ca și nodul sinusal, este format din celule musculare specializate, așezate într-o stromă conjunctivă. Pe extremittea distală a acestui nod, celulele sunt dispuse ca niște fascicule paralele, care formează fasciculul atrioventricular His. Astfel, ultrastructural, nodul atrioventricular conține următoarele tipuri de celule: celule tranziționale, câteva celule miocardice, dispuse proximal și periferic, celule nodale P, situate în centru și celule Purkinje, dispuse distal.

Miocitele tranziționale, fiind în număr mare în structura nodului atrioventricular, au o conducere lentă și sunt responsabile pentru întârzierea impulsului electric prezent în acest nod (viteza impulsului se reduce cu circa 0,2 m/s); astfel, se asigură o întârziere minimă, care este necesară pentru departajare și succesiunea sistolelor atrială și ventriculară.

Atunci când activitatea nodului sinoatrial este afectată, funcția acestuia este preluată de nodul atrioventricular, care astfel înregistrază un ritm nodal la nivelul inimii.

Fasciculul atrioventricular His este alcătuit din prelungirile miocitelor care converg către zona antero-inferioară a nodului atrioventricular. Acest fascicul este înconjurat de țesut conjuctiv fin, bine vascularizat și are, în secțiune, o formă ovală, triunghiulară (atunci când intră în trigonul fibros drept; la nivelul trigonul fibros drept, fasciculul atrioventricular His are raporturi cu inelele valvelor mitrală, tricuspidiană și aortică) sau patrulateră.

Fasciculul atrioventricular His se divide în două ramuri, dreaptă și stângă, în dreptul joncțiunii părții membranoase cu cea musculară la nivelul septului interventricular.

Ramura dreaptă are o traiectorie de-a lungul septului interventricular și al trabeculei septomarginale (numită și bandă moderatoare) și ajunge la baza mușchiului papilar anterior drept. [1] Tot aceasta mai formează partea dreaptă a rețelei Purkinje, care ajunge la miocitele de lucru. [2]

Ramura stângă străbate septul interventricular prin dreptul fostului orificiu interventricular embrionar și se dispune ca niște fibre subendocardice de-a lungul feței ventriculare stângi a septului. Această ramură se împarte în două sau trei fascicule care se îndreaptă spre vârful ventriculului stâng și mușchii papilari. Totodată, aceste fascicule formează partea stângă a rețelei Purkinje, care ajunge la miocitele de lucru. [1, 2]

Fasciculul atrioventricular His reprezintă singura cale normală de conducere a impulsului electric între atrii și ventricule. Ramurile principale ale acestui fascicul sunt izolate electric de miocardul din jur cu ajutorul unui înveliș de țesut conjunctiv. Iar contactele funcționale realizate între celulele Purkinje și miocardul ventricular sunt prezente doar în zona terminală a fasciculelor, subendocardică. Mai mult, pentru că rețeaua Purkinje este subendocardică, excitația ventriculului se propagă de la endocard către epicard. [1]

Vascularizația și inervația inimii

Inima este vascularizată de arterele coronare și de venele coronare.

Vascularizația arterială a inimii este dată de arterele coronare, dreaptă ți stângă, care își au originea în aorta descendentă, la nivelul sinusurilor aortice drept și stâng.

Artera coronară dreaptă irigă: suprafața ventriculului drept, o zonă variabilă a feței diafragmatice din ventriculul stâng, septul interventricular în treimea postero-inferioară, dar și sistemul excitoconductor, atriul drept și o parte din atriul stâng.

Artera coronară stângă irigă: cea mai mare parte a ventriculului stâng, o zonă îngustă din ventriculul drept, două treimi anterioare din septul interventricular, dar și o mare zonă din atriul stâng. [1]

Arterele coronare se continuă cu o rețea arteriolo-capilară și au o mare variabilitate în structura inimii, așa cum este redată în tabelul 1.5.

Tabelul 1.5. Vascularizația arterială cordului [2]

În ceea ce privește sistemul venos al inimii, acesta este format din: sinusul coronar, vena mare a inimii, vena medie a inimii, vena marginii stângi, vena posterioară a ventriculului stâng, vena oblică a atriului stâng, venele cardiace mici și venele cardiace anterioare.

Sinusul coronar reprezintă cea mai mare venă a cordului și se situează în jumătatea stângă a șanțului coronar, subepicardic, pe fața diafragmatică, superior de artera circumflexă.

Vena mare a inimii pornește din apex, urcă în șanțul interventricular anterior, trece peste ramurile din coronara stângă, intră în jumătatea stângă a șanțului coronar și ajunge la extremitatea stângă a sinusului coronar.

Vena medie a inimii se află în șanțul interventricular posterior, iar în apropierea inimii se poate anastomoza (lega) cu vena mare și ajunge până la sinusul coronar, în apropierea crux cordis.

Vena mică a inimii este situată în zona dreaptă a șanțului coronar, înconjoară marginea dreaptă a inimii, ajunge pe fața diafragmatică și se termină la nivelul sinusului coronar.

Vena oblică a atriului stâng își are originea pe fața posterioară a atriului stâng, în apropierea vărsării venelor pulmonare stângi și se termină în sinusul coronar.

Vena posterioară a ventriculului stâng reprezintă cea mai mare venă de pe fața diafragmatică a ventriculului stâng și se termină în sinusul coronar.

Venele anterioare drenează sângele venos de pe fața sternocostală a ventriculului drept și se termină în vena mică a cordului sau în atriul drept, prin orificii denumite foramine.

Venele mici sunt numeroase și se formează la nivelul grosimii miocardului și se deschid în toate cavitățile cordului, fiind prezente majoritar în ventriculul drept și atriul drept, prin orificii denumite foraminule. [2]

Sistemul limfatic al inimii este organizat într-o rețele subendocardice, miocardice și epicardice, iar limfaticele cordului drenează către suprafața epicardică spre două trunchiuri coronare mari: trunchiul colector stâng și trunchiul colector drept. Trunchiul colector stâng drenează limfa din ventriculul stâng al cordului și din jumătatea peretelui anterior al ventriculului drept. Acest trunchi colector se formează din unirea a două sau trei vase mai importante: un vas colector (aduce limfa de la peretele ventriculului) și un alt vas ce vine din șanțul interventricular anterior. Trunchiul colector drept își are originea pe fața diafragmatică a cordului, apoi merge paralel cu ramura interventriculară posterioară de pe fața diafragmatică a ventriculului drept, ajunge la partea anterioară dreaptă a șanțului coronar, trece printre aortă și trunchiul arterei pulmonare; acest trunchi colectează limfa din peretele inferior și din jumătatea dreaptă a peretelui anterior al ventriculului drept, dar și din atriul stâng. [1]

Inervația inimii este de natură extrinsecă și este asigurată de sistemele vegetative simpatic și parasimpatic. Această inervație este senzitivă și motorie, iar structurile efectoare deservite vegetativ sunt: miocardul ventricular și cel atrial, musculatura arterelor coronare și nodulii sistemului excitoconductor.

Inervația parasimpatică este realizată cu ajutorul ramurilor cardiace cervicale (1-2 ramuri) și a celor toracale (3-4 ramuri) pentru cei doi nervi vagi. Traseul ramurilor vagale drepte se finalizează în partea superficială a plexului cardiac, iar cel al ramurilor vagale stângi ajunge în partea profundă a plexului cardiac. Acțiunea parasimpatică este cardiomoderatoare.

Inervația simpatică este realizată cu ajutorul nervilor cardiaci cervicali – superiori, mijlocii și inferiori, dar și prin cei 3-4 nervi cardiaci toracici. [2]

Pericardul

Peretele cordului este alcătuit din trei straturi: endocardul – reprezintă peretele intern, este format din țesut endoterial, miocardul – are grosimea cea mai mare și este reprezentat de mușchiul cardiac striat – și pericardul – membrana externă care învelește cordul. [3]

Pericardul are aspectul unui sac format din două straturi, care înconjoară inima și vasele mari. Forma acestuia este de trunchi de con cu baza în jos, la diafragmă și cu vârful în sus, în zona vaselor mari. [2] Pericardul este format din pericardul fibros (la exterior) și din pericardul seros (la interior).

Pericardul fibros este localizat în mediastinul mijlociu și are rol de protecție mecanică și de fixare a inimii. Acest tip de pericard are o structură formată din fibre elastice și fibre de colagen, care-i oferă acestuia rezistență la forțele de tracțiune și de presiune aflate în exteriorul sau în interiorul lui. Pericardul fibros este aproape inextensibil și apără inima de supraîncălcările bruște.

Pericardul seros reprezintă un strat mezotelial, subțire, care căptușește fața internă a pericardului fibros și acoperă exteriorul inimii. Acesta este format din două foițe: una parietală și alta viscerală. Foița viscerală (enpicardul) acoperă inima și vasele mari, pe urmă se reflectă alcătuind foița parietală pericardul fibros la interior. Joncțiunea foițelor viscerală și parietală, aflată de-a lungul vaselor mari, alcătuiește partea reflectată a pericardului, care delimitează sinusul oblic și sinusul transvenos. Între foițele viscerale și parietale există un spațiu virtual numit cavitate pericardică, care conține un lichid ce permite foițelor acestea să alunece, fără fricțiune, una față de cealaltă.

Pericardul seros este alcătuit, în special, din fibre de colagen și în mică proporție din fibre elastice.

Vascularizația pericardului este dată de arterele care au originea în arterele toracică internă, musculofrenică și de aorta descendentă toracică, dar și de venele din sistemul azygos. Iar inervația pericardului este asigurată de ramuri ale nervilor din lanțurile simpatice toracice și de ramuri din nervii vagi. [1]

Structura țesutului miocardic

Miocitul este unitatea celulară responsabilă pentru realizarea funcției contractile a inimii. Acesta are formă cilindrică și dimensiuni ale diametrului și lungimii de 10/20 µm în atriu și de 20/100 µm în ventricul.

Miocitele sunt interconectate printr-o matrice extracelulară alcătuită în principal din fibre de colagen și discuri intercelulare.

Principalele structuri ale miocitului sunt:

Sarcolema – este membrana celulară a miocitului, care apare în interiorul celulei sub forma tubulilor T; aceasta conține principalii receptori și canalele ionice care au rol în depolarizarea și repolarizarea fibrelor miocardice;

Nucleul miocitar – conține întregul tezaur genetic al celulei și este situat central, iar uneori poate fi multiplu;

Miofibrilele – reprezintă structuri intracelulare centractile care sunt alcătuite din lanțuri de actină, miozină și troponine;

Mitocondriile – sunt organite intracelulare, care se ocupă cu furnizarea energiei necesare contracției miocardice prin procesul de fosforilare activă;

Reticulul sarcoplasmatic – prezintă o rețea alcătuită din tubuli de reticul endoplasmatic neted și ribozomi, care are rol în homeostazia intramiocitară a calciului;

Sarcoplasma – alcătuiește conținutul intrasarcoplasmatic de apă, ioni, substanșe nutritive, organite, metaboliți. [2]

Unitatea funcțională și contractilă a miocitului este sarcomerul, iar structurile principale sunt miofibrilele. Acesta este delimitat de benzile Z transversale, de care sunt conectate miofilamentele subțiri. [2]

Miofibrilele sunt constituite din miofilamente aliniate în serie: groase – de miozină și subțiri – de actină. [3] Miofilamentele de miozină au o poziție centrală în sarcomer și sunt legate de benzile Z prin filamente de titină. Moleculele de miozină sunt formate din două lanțuri grele alfa împletite, fiecare terminându-se cu un cap globulos ce conține un situs de legare la ATP [2] (dex: ATP reprezintă denumirea prescurtată a acidului adenozintrifosforic, compus cu rol de acumulator energetic, prezent în toate celulele, reprezentând principala sursă de energie necesară contracției musculare, secrețiilor glandulare, transportului activ și proceselor de biosinteză).

Proprietățile miocardului

Miocardul prezintă cinci proprietăți și anume:

Excitabilitatea (funcția batmotropă)

Excitabilitatea reprezintă proprietatea mușchiului cardiac de a răspunde printr-o depolarizare (potențial de acțiune) la un stimul electric.

Potențialul de acțiune reprezintă rezultatul unor modificări secvențiale bine coordinate în cadrul conducției ionice și a activității canalelor sarcolemale.

În repaus, diferența dintre potențialul intrasarcolemal și cel extrasarcolemal (potențialul transsarcolemal) este de -80 mV până la -90 mV.

Există cinci faze ale potențialului de acțiune:

Faza 0 – faza de depolarizare rapidă – este caracterizată de creșterea bruscă a conducției canalelor rapide de sodiu (Na⁺) voltaj-dependente, care se activează, în urma excitației, la atingerea valorii de -55 mV a potențialului transsarcolemal. Iar în final apare o depolarizarea rapidă la valorea de +30 mV a potențialului transsarcolemal;

Faza 1 – faza de depolarizare rapidă – este faza în care potențialului transsarcolemal revine în jurul valorii de 0 mV și se realizaeză prin închiderea canalelor rapide de Na⁺, influxul ionilor de clor (Cl⁻) prin canalele voltaj-dependente și efluxul ionilor de potasiu (K⁺) prin activarea canalelor tranzitorii de potasiu (IKte);

Faza 2 – faza de platou – în această fază se menține un nivel constant transmembranar de 0 mV pentru 100 msec și apare datorită echilibrului dintre influxul ionilor de calciu (Ca⁺⁺) prin canalele lente de calciu (de tip L) și efluxul ionilor de potasiu prin canalele rectificatoare „anormale” de potasiu (IK1);

Faza 3 – faza de repolarizare rapidă – este faza în care se revine la potențialul transmembranar de repaus (de -80 mV până la -90 mV), prin inactivarea canalelor lente de calciu și prin efluxul de potasiu (prin canalul rectificator „întârziat” de potasiu (IK), dar și prin Ikte și IK1);

Faza 4 – faza de repaus – se menține potențialul de repaus prin activarea pompei de sodiu. Iar echilibrul electrochimic este dat de pompa de schimb activă de Na⁺/Ca⁺⁺ și de efluxul de potasiu prin canalele rectificatoare IK1. Aceste canale au rolul de a menține constant echilibrul electric transmembranar în diastolă în celulele ventriculare, atriale și cele ale sistemului His-Purkinje.

Contractilitatea (funcția inotropă)

Contractilitata, fiind funcția principală a mușchiului cardiac, reprezintă capacitatea acestuia de a se contracta, dar și de a efectua lucru mecanic.

Principalul mecanism care să la baza declanșării contractilității inimii îl reprezintă cuplarea excitație-contracție, care produce contracția sistemelor de miofilamente și scurtarea sarcomerului, folosind un consum energetic prin hihroliza ATP.

Cuplarea excitație-contracție reprezintă consecința modificărilor ionice produse de depolarizare (potențialul de acțiune) în cadrul complexului tropo-actino-miozinic. Rolul principal în acest proces îl are homeostazia miocitară a calciului: în faza a doua a potențialului de acțiune, prin canalele lente de calciu (canale de tip L) de la nivelul tubulilor T (aflați în vecinătatea unor structuri ale reticulului sarcoplasmatic), se formează un influx discret de ioni de calciu. Cantitatea mică ioni de calciu produce, prin activarea receptorilor de eliberarea de calciu (de rianodină) de la nivelul cisternelor de reticul sarcoplasmatic,un proces numit eliberarea de calciu indusă de calciu.

Contracția mușchiului cardiac se încheie atunci când începe să scadă concentrația calciului sarcoplasmatic, lucru care se realizaeză inișial prin activarea canalelor lente de calciu din tubulii T și a celor rianodinice din cisternele de reticul sarcoplasmatic.

Relaxarea (funcția lusitropă)

Această funcție cardiacă constă în relaxarea ventriculului stâng printr-un mecanism bine coordonat, care utilizează un consum energetic și care permite umplerea ventriculului la presiuni normale și reluarea ciclului cardiac.

Relaxarea miocardică se realizeaza prin desfacerea progresivă a punților actino-miozinice, care este secundară scăderii calciului citosolic prin două mecanisme: recaptarea calciului la nivelul reticulului sarcoplasmatic și pomparea calciului în spațiul extracelular.

Automatismul și ritmicitatea (funcția cronotropă)

Automatismul reprezintă capacitatea celulelor cardiace specializate de a genera spontan impulsuri.

Automatismul cardiac are ca mecanism general incapacitatea anumitor celule de a menține un potențial electric transmembranar constant în timpul diastolei. Acest lucru de datorează: absenței canalelor rectificatoare de potasiu IK1 de la celulele din nodul sinoatrial și cele din nodul atrioventricular; dar și prezenței canalelor If („funny-channels”) din celulele sinoatriale, atrioventriculare și cele ale sistemului His-Purkinje.

Ritmicitatea (funcția cronotropă) constă în capacitatea celulelor cardiace specializate de a genera ritmic impulsuri.

Nodul sinusal reprezintă principalul pacemaker al cordului și are o frecvență de 60-80 impulsuri/min. Pe când, celelalte structuri miocardice, care au proprietăți de automatism, sunt pacemakere „lente”; de exemplu, nodul atrioventricular prezintă 40-60 impulsuri/min, iar sistemul His-Purkinje are 20-40 impulsuri/min.

Conductibilitatea (funcția dromotropă)

Conductibilitatea reprezintă capacitatea de propagare a potențialului de acțiune de la nivelul pacemakerului principal (nodul sinoatrial) spre celulele miocardice contractile (atriale și ventriculare), prin depolarizarea și contracția acestora.

Impulsul generat de nodul sinoatrial se propagă în toate direcțiile miocardului atrial, cu o viteză de circa 1 m/s, producând contracția atrială. La nodul atrioventricular, viteza de conducere scade până la < 0,1 m/s, ducând la o întârziere de 8-12 ms. În timpul acestei întârzieri se desfășoară sistola atrială înainte de debutul sistolei ventriculare, asigurându-se umplerea completă a ventriculului. Dinspre nodul atrioventricular, potențialul de acțiune este condus cu viteze mari, de 1-2 m/s, prin rețeaua His-Purkinje la celulele subendocardice și apoi spre cele endocardice. [2]

Stimulatorul cardiac (pacemaker)

3.1. Generalități

Stimulatorul cardiac (sau pacemaker-ul) reprezintă un dispozitiv eletronic care produce impulsuri electrice, transmise prin electrozii situați în peretele mușchiului cardiac (în endocard), care au o anumită intensitate necesară în reglarea bătăilor inimii. [5] [6] Pacemaker-ul sau stimulatorul cardiac este utilizat pentru menținerea unui ritm cardiac normal, atunci când pacemaker-ul natural nu este destul de rapid sau când există disfuncții în sistemul de conducere a impulsurilor electrice la nivelul inimii. [7]

Pacemaker-ul este alcătuit dintr-un generator de puls și un sistem de fire (sonde) de stimulare.

Generatorul de puls conține: componente electrice – responsabile pentru generarea impulsului (prin circuitele de ieșire – output) la momemtul potrivit (prin circuitele de sincronizare și de control), bazându-se pe componentele de detectare (prin circuitele de detectare), o sursă de alimentare (baterie), elemente de telemetrie pentru testarea și programarea pacemaker-ului și o memorie (ROM sau RAM) pentru stocarea datelor în scopul diagnosticării. [8]

Pentru alimentarea generatorului de puls s-au folosit mai multe tipuri de baterii de-a lungul anilor; în prezent, bateriile din litiu/iod sunt cele mai utilizate. Noile tipuri de pacemaker utilizează baterii din litiu-oxid de argint-vanadiu. [9]

Impulsurile electrice sunt transmise la inimă cu ajutorul sondelor de stimulare, care sunt atașate de generatorul de impulsuri printr-un bloc conector. [8] Sondele de stimulare prezintă un electrod și dispozitivul de fixare, un conductor (firul) și o izolație. Dispozitivul de fixare poate să fie activ sau pasiv. Capul pentru fixarea pasivă este poziționat în endocard și prezintă câteva (de obicei patru) cârlige (sau ancore), care asigură o stabilitate mai bună a sondei în peretele atrial sau ventricular drept. Iar, fixarea activă utilizază un mic șurub, activ din punct de vedere electric. [9] În vârful dispozitivului de fixare se găsește un electrod, care vine în contact direct cu endocardul inimii. [8]

Firele (sondele) de stimulare sunt conductori electrici, acoperiți de o izolație și transmit impulsurile eletrice de la generatorul de puls către inimă (aceasta este funcția de stimulare – pacing), dar și de la inimă spre generatorul de puls (aceasta reprezintă funcția de detectare – sensing). Sondele de stimulare pot fi plasate și în exteriorul inimii (în epicard); aceste tipuri de sonde sunt cusute de cord sau fixate cu un mic șurub. [10]

Generatorul de puls mai conține și un oscilator care stabilește rata de pulsare pe care o emite pacemaker-ul. Acest oscilator generează impulsul electric necesar pentru reglarea ritmului cardiac și îl transmite spre inimă cu ajutorul sondelor de stimulare și electrozilor din vârful acestora.

O altă componentă importantă în construcția pacemaker-ului este carcasa acestuia. Aceasta asigură protejarea generatorul de puls și a componentelor acestuia (bateria, componentele electrice și electronice) de mediu țesutului uman. Carcasa pacemaker-ul trebuie să fie confecționată dintr-un material biocompatibil, care să reziste în mediul coroziv prezent în corpul uman. De asemenea, carcasa trebuie să fie ermetică, pentru a nu exista posibilitatea pătrunderii lichidelor din corpul uman în generatorul de puls; în acest sens, au fost dezvoltate tehnici speciale de sudare care utilizează fasciculul de electroni sau laser-ul, fără a deteriora circuitul electronic sau sursa de alimentare a pacemaker-ului. [5]

În ceea ce privește dimensiunea unui pacemaker implantabil, aceasta variază în funcție de producător; dar, în general un pacemaker poate avea următoarele dimensiuni: carcasa are lungime în jur de 40-50 mm, lățimea în jur de 40 mm și grosimea de 6-8 mm; iar, sondele de stimulare au în jur de 50-60 de cm. De cele mai multe ori bateria ocupă jumătate din dimensiunea carcasei pacemaker-ului. Iar greutatea unui pacemaker implantabil este de 20-25 g. [8]

Există două modele mai noi de pacemaker implantabil care nu au sonde de stimulare și au dimensiunea și greutatea mai reduse. Unul dintre aceste dispositive se numește Nanostim™, a apărut în 2012, fiind realizat de St. Jude Medical (SUA) și este primul pacemaker implantabil fără sonde de stimulare. Pacemaker-ul Nanostim™ are 41,4 mm în lungime și o greutate de 2 g. Un alt model nou de pacemaker implantabil este Micra™, produs de Medtronic (SUA) și apărut în 2013. Pacemaker-ul Micra™ este cel mai mic de pe piață, având lungime de 25,9 mm și greutatea de 2 g. [11]

Inițial, stimulatoarele cardiace aveau numai un circuit de stimulare la frecvență fixă, asincron. Dar, odată cu apariția stimulatoarelor cardiace cu senzori amplasați în atriu și/sau în ventricul, a fost posibilă efectuarea nuei stimulări variate, declanșate atrial și/sau ventricular după diagnosticul pacientului. În același timp, s-au redus și complicațiile induse de stimularea asincronă.

Introducerea microprocesoarelor, cu mai multe sute sau mii de tranzistori, care măresc eficacitatea stimulării, flexibilitatea sistemului, oferă o concordanță mai bună cu necesitățile bolnavului, dar posibilități de programare exterioare și de autocontrol al dispozitivului mai bune (există senzori de determinare a ph-ului sanguin, a presiunii CO₂ în sângele venos).

Frecvențele de stimulare a pacemaker-ului pot fi relative numeroase și programabile.

Declanșarea stimulului electric are loc după un interval de scăpare reprezentat de intervalul de timp dintre o undă P sau un complex QRS, spontan captat de sensor și primul complex atrial sau ventricular produs de pacemaker, care îl urmează. Intervalul dintre cei doi stimuli emiși de pacemaker se numește intervalul automatic și este programabil la aparatele moderne, la anumite frecvențe. Mai mult, intervalul automatic se programează astfel încât să fie mai mic decât de intervalul de scăpare; acest lucru favorizează manifestarea mai ușoară a ritmului spontan. Astfel, frecvențele de stimulare poi fi modificate, prin programare, astfel încât intervenția electrostimulării să se facă între anumite limite ale rimului spontan: una inferioară, care este limitată de intervalul de scăpare al dispozitivului și alta superioară, la care generatorul de puls urmărește o frecvență spontană atrială în raport de 1: 1. Atunci când frecvența spontană depășește limita superioară, dispozitivul poate să genereaze un ritm ventricular în raport 2 : 1 cu cel spontan.

Debitul de curent al pacemaker-ului este reprezentat de produsul T×I×D, în care T reprezintă tensiunea curentului (măsurată în volți; V), I este intensitatea (măsurată în miliamperi; mA) și D este durata stimulului (măsurată în milisecunde; ms). Tehnicile actuale de programare permit ca debitul de curent să fie crescut sau redus după nevoie și nivelul acestuia să fie stabilit optim pentru o stimulare eficientă și un consum minim; iar pragul de stimulare minim poate să fie apreciat ușor la fiecare control periodic al pacientului.

Deoarece pacemaker-ele inițiale erau asincrone, cu o frecvență fixă de stimulare, acest lucru conducea la complicații majore precum: ritmuri competitive și riscul de fibrilațăe ventriculară indusă de stimulul căzut în perioada vulnerabilă. Dar, introducerea pacemaker-ului cu senzorul “demand” a redus cu mult riscul acestor complicații și a făcut electrostimularea (pacing-ul) să fie mult mai maleabilă ți mai apropiată de nevoile pacientului.

La aparatele moderne există posibilitatea programării calității senzorului “demand”, pentru o semnalare corectă a impulsurilor atriale și/sau ventriculare spontane, în funcție de durata, frecvența și amplitudinea acestora. De asemenea, acest senzor să excludă elementele parazite (zgomotele), care apar atunci când acesta are o sensibilitate prea mare, pentru că pot să provoace pauze lungi de stimulare, prin inhibarea generatorului de puls. Dispozitivele care au posibilitatea reglării sensibilității senzorului “demand”, pentru o detectare optimă, permit evitarea unor complicații, care duc la malfuncții ale pacemaker-elor. [4]

3.2. Istoric

Deși încă din anul 1774 au existat unele încercări practice de terapie electrică a opririlor cordului, electrostimularea a fost introdusă în domeniul terapeutic doar în urma progresului fizicii și a electricității.

În anul 1873 au fost publicate lucrări care vizau prima încercare în clinică a electropuncturii cardiace și a electrostimulării.

Lucrările lui Chanveau (1899), Floresco (1905), Marmorstein (1927) au stabilit terminologia și modalitățile de electrostimulare endocavitară, în condiții de laborator, deți echipamentul utilizat era complicat și greoi, fiind practic inaplicabil în clinică. [4]

Prima aplicare a unui pacemaker îmbunătățit a fost realizată de Albert S. Hyman, în anul 1930. Hyman era student la medicină când a realizat acest aparat, în laboratorul de fiziologie al lui Cannon, la Harvard, în Anglia. Aparatul realizat de Hyman, numit „Hyman Otor”, era portabil și utiliza un generator manual, cu manivelă, cuplat la un dispozitiv de întrerupere a curentului. Acest aparat producea un curent electric, condus printr-un ac lung, cu rol de electrod, spre auriculul drept al inimii. Astfel, inima era stimulată ritmic până când începea să funcționeze normal. Deși unii contemporani s-au opus la acea vreme, folosirea aparatului realizat de Hyman în patruzeci și trei de cazuri a dus la o rată de succes remarcabilă pentru acea epocă – 33 %, adică paisprezece cazuri reușite din totalul patruzeci și trei. [4, 12]

Ulterior, un grup de cercetători de la Institutul Banting din Toronto (Bigelow, Callaghan și Hopps) au arătat că stimularea directă a atriilor poate împiedica oprirea cardiacă în cursul intervențiilor chirurgicale.

Însă pasul hotărâtor în evoluția pacemaker-ului a fost făcut de Paul M. Zoll, în 1950, care a demonstrat că electrostimularea externă poate fi eficace, cu capturi eficiente, pe cordul de câine. Ulterior, în 1952 au fost reanimați doi bolnavi prin această metodă. [4] Deși a fost un avans tehnologic important, pacemaker-ul extern realizat de Zoll s-a dovedit a fi impracticabil pe termen lung. Motivul acestui lucru a fost faptul că dispozitivul necesita un curent înalt de stimulare, care cauza iritații ale pielii și un discomfort semnificativ, necesitând chiar sedarea pacientului. [12]

Adevărata implantare s-a produs, însă, pe opt octombrie 1958, când suedezii Rune Elmqvist (realizatorul dispozitivului și inginer la firma Elema Schonander) și chirurgul Ake Senning au implantat pentru prima dată un electrostimulator pus în legătură cu inima printr-un electrod, adevăratul precursor al pacemaker-elor moderne. Pacientul, Arne Larsson, în vârstă de patruzeci și doi de ani, prezenta sincope Stock-Adams, a suferit o implantare în regiunea abdominală, cu electrodul suturat la miocard. [4] Pentru că pacemaker-ul utiliza o baterie din nichel-cadmiu, care necesita o reîncărcare transcutanată frecventă, primul pacemaker implantat a rezistat doar trei ore și a doua zi a fost implantat un altul. Ulterior, au survenit numeroase complicații, pacientul necesitând încă douăzeci și unu de intervenții de-a lungul vieții lui. Cu ajutorul acestui tip de pacemaker, pacientul a mai trait treizeci de ani. [4, 12]

De la acea dată istorică, evoluția pacemaker-elor implantabile a fost permanent ascendentă: s-au introdus electrostimulatoare cu electrod endocavitar, s-a perfecționat durata de viață a bateriilor, au apărut numeroase sisteme dotate cu senzori, în ultimul timp reprogramabile, precum și alte aspecte. Dar, în același timp, au apărut și diverse patologii, legate de interferența pacemaker-ului cu țesutul uman, dificultăți apărute în mecanismului electronic, la sondele de stimulare și la pacient. [4]

În anul 1956, Wilson Greatbatch, un inginer electrician care preda la Universitatea din Buffalo, New York, lucra la un oscilator care să ajute la înregistrarea tahicardiilor. Astfel, acesta a reușit să asambleze un pacemaker implantabil cu un oscilator care înregistrează bătăile inimii. Ulterior, în anul 1960, doctorul William Chardack a reuși să implanteze primul pacemaker realizat de Greatbatch unui pacient în vârstă de șaptezeci și șapte de ani. Acest pacemaker avea ca sursă de alimentare o baterie din mercur-zinc, care era ambalată într-o rășină epoxy și cauciuc siliconat. [12, 13]

La mijlocul anilor 1960, au fost dezvoltate sondele de stimulare ale pacemaker-elor: firele epicardiale au fost înlocuite de cele transvenoase. Astfel, pacemaker-ul putea fi implantat fără o toracotomie (dex: deschidere pe cale chirurgicală a cavității toracice pentru a aborda organele care se află aici – plămâni, inimă, etc.) și fără o anestezie generală. De asemenea, s-a introdus și senzorul “demand”, care dectecta activitatea cardiacă și oferea electrostimulare atunci când aceasta avea nevoie.

În anii ʼ70, s-a îmbunătățit design-ul sondelor de stimulare prin folosirea ancorelor (cârligelor), pentru fixarea pasivă și a șuruburilor, pentru fixarea activă. Mai mult, bateria din mercur-oxid de zinc a fost înlocuită de cea din litiu-iod, care este folosită și în ziua de azi; s-a introdus carcasa din titan pentru protejarea generatorului de puls al pacemaker-ul; s-au dezvoltat pacemaker-ele bicamecale, care îndeplineau atât funcția de pacing, cât și cea de sensing pentru două cavități ale inimii, atriu și ventricul.

Ulterior, în anii ʼ80, au apărut sondele de stimulare cu corticosteroizi, care au redus rata de inflamare produsă de vârful sondei în cavitatea inimii; s-a îmbunătățit rata de stimulare a pacemaker-ului cu ajutorul unui senzor poziționat în generatorul de puls.

Introducerea microprocesorului în tehnologia pacemaker-ului, în anii ʼ90, a făcut posibilă detectarea și stocarea datelor utilizând anumiți altgoritmi. Mai mult, rata de stimulare a pacemaker-ului s-a putut modifica în funcție de necesitățile fiecărui pacient.

Apoi s-a dezvoltat pacemaker-ul cu stimulare biventriculară, în 2000, care sincroniza stimularea ventriculului drept cu cea a ventriculului stâng. [13]

3.3. Tipuri de pacemaker

Pacemaker-ele unicamerale și bicamerale

În funcție de cavitatea inimii (atriu sau ventricul) pe care o stimulează electric, pacemaker-ele pot fi: unicamerale sau bicamerale.

Pacemaker-ul unicameral prezintă o singură sondă de stimulare (cu un singur electrod negativ, poziționat în vârful sondei, care vine în contact cu inima), care se poziționează în atriul drept sau în ventriculul drept. Pe când, pacemaker-ul bicameral, are două sonde de stimulare: una care ajunge în atriul drept și o alta în ventriculul drept. Sondele de stimulare bicamerală prezintă doi electrozi: unul negativ, situat în vârful sondei și altul pozitiv, așezat la câțiva centrimetrii de vârf, care are forma unui inel. Mai mult, noua tehnologie de stimulare biventriculară permite utilizarea a unei a treia sonde de stimulare, care se poziționează în ventriculul stâng. Această stimulare care utilizează trei sonde se mai este cunoscută și sub numele de terapie de resincronizare cardiacă. [5, 10]

Conform Societății Americane de Cardiologie, fiecare pacemaker este caracterizat de un cod format din cinci litere, prezentat în tabelul 3.3.1.

Tabelul 3.3.1. Codificarea modului de electrostimulare după recomandarea „Intersociety Commission for Hear Disease” [4]

Unde: V – ventricul; A – atriu; T – triggered (declanșat); I – inhibat (inhibited); P – programabil; M – multiprogramabil; C – cu posibilități de comunicare; D – dublă; R – rate adaptive (frecvență cardiaacă adaptabilă); B – episodic; N – competiție la frecvență normală (underdrive pacing); O- niciuna; S – scanning; E – extern.

În pracică, este suficient un cod de trei litere utilizat pentru înțelegerea mecanismului dispozitivului ales, mai ales în cazul pacemaker-elor implantabile.

Primele trei litere din cod indică cavitatea stimulată a inimii, repectiv camera cu senzor și modul de răspuns. De exemplu, codul VVI indică un pacemaker ca are o stimulare ventriculară, cu senzor în ventriculul drept, inhibat cu semnalele ventriculare (complexe QRS fiziologice) detectate de senzor.

Pentru că în timp au apărut și alte calități ale pacemaker-ului, au fost adăugate încă două litere: una se referă la existența unor funcții programabile (P, M, C) și alta reprezintă utilizarea dispozitivului în terapia competitivă a unor tahiaritmii (B, N, S, E).

Tabelul 3.3.2. Tipuri de pacemaker

Pacemaker-ele unicamerale au ca mod de electrosimulare codurile: AOO, VOO, AAI, VVI și VVT.

Modul VOO – Pacemaker-ul programat în modul VOO generează un stimul, la nivelul ventriculului drept, care nu are nicio legătură cu ritmul intrinsec (spontan) al inimii. Acest mod este numit asincron sau cu frecvență fixă și este folosit doar în scopul testării pacemaker-ului, aplicând un magnet asupra locului în care este implantat acesta. Totuși, există parmanent un risc de fibrilație ventriculară prin căderea stimulului asincron în perioada ventriculară vulnerabilă (fenomenul R sau T); această fibrilație ventriculară poate induce ischemie miocardică, infarct, tulburări electrolitice. [4, 6]

Modul AOO – acest mod se aseamănă cu cel VOO, doar că electrostimularea are loc la nivelul atriului drept și are o frecvență fixă. [6]

Modul VVI – pacemaker-ul VVI este prevăzut cu un circuit suplimentar, care are un senzor ce detectează activitatea electrică spontană la nivelul ventriculului drept. Declanșarea activității spontane se efectuează doar după o pauză care atinge sau depășește intervalul de scăpare caracteristic dispozitivului și se face la o frecvență prestabilită. [4]

Modul AAI – pacemaker-ul AAI se aseamănă cu cel VVI, doar că senzorul detectează activitatea electrică spontană de la nivelul atriului drept și necesită o sensibilitate mai mare, pentru că electrocardiograma atriului este mai mică față de cea a ventriculului. [4, 6]

Modul VVT – pacemaker-ul VVT conține un senzor care conduce declanșarea (T – “triggered ”) unui stimul în perioada refractară a complexelor QRS spontane, apărute pe electrodiagrama (ECG) pacientului. În această perioadă, stimulul electric este ineficace și pe ECG apar complexe QRS sau unde P spontane, urmate de spike-ul pacemaker-ului. Acest mod nu se mai utilizează în ziua de azi. [4, 6]

Pacemaker-ele bicamerale au ca mod de electrosimulare codurile: VDD, DDD, DVI, DDI.

Modul VDD – Pacemaker-ul original cu sincronizare atrială a fost sistemul VAT. Apoi a fost adăugată și stimulare ventriculară (VAT + VVI = VDD). Pacemaker-ul VDD detectează activitatea spontan a atriului drept și a ventriculului drept. La detectarea unei unde P, se declanșează un stimul electric, cu o întârziere corespunzătoare unui interval PR prestabilit. Complexele spontane QRS sunt detectate și prezența lor inhibă generatorul, prevenind competiția dintre ritmul intrisec (al inimii) și cel stimulat (dat de pacemaker) [4, 6].

Modul DVI – Pacemaker-ul DVI nu are senzor atrial și stimulul se formează la frecvențe prestabilite, fără a se ține seama de activitatea electrică atrială. Astfel, există posibilitatea unor ritmuri de competiție atriale, printre care fibrilația arterială este cea mai frecventă. Iar la frecvențe atriale înalte (tahicardii atriale) sincronismul atrial se piede. Există două tipuri de pacemaker DVI: pacemaker commited (angajat) – în care stimulul atrial este urmat constant de cel ventricular după un interval atrio-ventricular programat – și pacemaker uncommited (neangajat) – care poate detecta intervalul atrio-ventricular, dar există posibilitatea ca stimulul atrial să fie detectat eronat cu inhibarea neașteptată a celui ventricular (așa-zisul „crosstalk”). Modul DVI se utilizează destul de rar. [4]

Modul DDD – Pacemaker-ul DDD, numit și tipul atrio-ventrivular universal, este cel mai complex dintre dispozitivele actuale, ambele camere ale inimii sunt dotate cu senzori și cu electrozi de stimulare. Acest tip de pacemaker poate fi utilizat în mai multe cazuri, precum: bradicardie atrială, bradicardie sinusală, în stimularea ventriculară ca răspuns la detectarea unei activități atriale normale. Totuși, modul DDD prezintă unele probleme legate de sensibilitatea detectării (de la detectarea insuficientă, la detectarea excesivă – „oversensing”), de durata de viață a bateriei (consum crescut de curent) și de posibilitatea inducerii unor tahicardii mediate de stimulator. [4]

Modul DDI – este asemănător cu modul DDD, doar că nu conține „tracking”, adică unda P nu este urmată de complexul QRS.[6]

Tabelul 3.3.3. Indicațiile și contraindicațiile diferitelor tipuri de pacemaker [4]

Detectarea („sensing”)

Pacemaker-ul detectează („sensing”) diferența de potențial dintre dintre doi electrozi (anod și catod) utilizați la stimulare. Un sistem bipolar de stimulare detectează diferența de potențial dintre cei doi electrozi ai săi, poziționați în cord și necesită înregistrarea unei electrograme bipolare pentru a determina caracteristicile semnalului disponibil pentru detectare. Electrograma bipolară finală depinde toate electrogramele înregistrate între cele două locuri și timpul de parcurgere a depolarizării între cei doi electrozi. Electrograma bipolară poate să fie înregistrată ușor, atunci când are loc implantarea, cu un electrocardiograf, prin conectarea vârfului și proximitatea electrodului din sonda de stimulare la partea dreaptă sau stângă liberă a electrodului și firului (sondei) de înregistrare.

Pentru un sistem unipolar (un electrod în cord și altul în carcasa pacemaker-ului), electrograma unipolară din vârful electrodului arată voltajul disponibil pentru detectare. Electrograma unipolară poate să fie înregistrată ușor prin conectarea firului unipolar V al ECG-ului din vârful electrodului cu ceilalți electrozi ai electrocardiografului de pe părțile felului uzual. Amplitudinea electrocardiogramei trebuie să depășească sensibilitatea pacemaker-ului pentru o detectare corectă. Semnalul ventricular măsoară, de obicei, 6-15 mV, o scală care depășește sensibilitatea ventriculară programată normal la valoarea de 2-3 mV. Ocazional, pacemaker-ul detectează complexul supraventricular QRS, dar nu detectează câteva extrasistole ventriculare, deoarece electrocardiograma lor nu este mai mică. Semnalul atrial este mic și trebuie, ideal, să depășească 2 mV.

Un semnal cu o pantă progresivă (rată mică de creștere) este mult mai dificil de detectat față de un semnal cu pantă abruptă (rată mare de creștere). Dacă amplitudinea semnalului este destul de mare, rata de creștere o să fie întotdeauna suficient de mare și nu este necesară măsurarea ei. Determinarea ratei este utilă atunci când semnalul este lent sau când marginile sunt lente (3-5 mV în ventricul). Pe termen lung, amplitudinea semnalului se diminuează la jumătate, dar rata de creștere se diminuează și mai mult. Aceste schimbări nu au importanță clinică pentru detectare, exceptând cazul semnalelor mici.

Circuitul de detectare conține un filtru cu bandă de trecere care transmite unele frecvențe electrice mai ușor decât altele. Filtrul pacemaker-ului este proiectat să colecteze toate semnalele de interes și să le atenueze pe cele nedorite, precum unda T sau interferența externă. Un filtru tipic cu bandă de trecere favorizează trecerea semnalelor cu o frecvență de 20-80 Hz, în scopul detectării unei game largi de complexe QRS și atenuării semnalelor din afara acestei game.

Sensibilitatea

Programarea sensibilității este importantă deoarece un electrod ideal de detectare nu există. Sensibilitatea reprezintă o măsurare a diferenței de potențial minim necesară între terminalele pacemaker-ului, pentru ca acestea să poată suprima semnalul de ieșire. Cu cât valoarea numerică a sensibilității este mai mare, cu atât pacemaker-ul devine mai puțin precis. Astfel, o setare la 6 mV poate doar să detecteze un semnalul de 6 mV sau mai mult, dar nu poate să detecteze alte semnale mai mici de această valoare. Pe de altă parte, sensibilitate de 1mV permite detectarea tuturor semnalelor de 1 mV sau mai mari. Pragul de detectare este determinată prin programarea ratei de stimulare să fie mai mică decât rata intrinsic, în timp ce sensibilitatea este redusă treptat până când se înregistrează un eșec în detectare. Pragul de detectare este cea mai mare valoare numerică posibilă a sensibilității, asociată cu o detectare precisă. Ca o regulă, sensibilitatea ar trebui programată la o valoare numerică de cel puțin jumătate din valoarea pragului de detectare; de exemplu, la un prag de detectare de 8 mV se poate programa o sensibilitate de 4 mV. Trecerea de la detectarea insuficientă la detectarea excesivă, proces numit “oversensing”, necesită o descreștere a sensibilității. Cei mai mulți programatori permit o asistare complet automată a amplitudinii semnalului în timpul setării. Aceste măsurători sunt luate de la amplificatorul de puls și reprezintă amplitudinea semnalului după ce a fost procesat.

Pentru o mai bună programare a sensibilității trebuie să se testeze întotdeauna captura detectării, în special cea de la detectarea atrială, la o respirație adâncă, pentru a se putea demasca fluctuațiile semnificante ale semnalului cu respirația.

O amplitudine absolută a semnalului măsurat de electrogramă este doar o aproximare a semnalului utilizat pentru detectare (“sensing”). Acest lucru se datorează circuitelor de detectare de la nivelul filtrelor și de procesul de detectare.

Polaritate: stimularea și detectarea unipolară versus cea bipolară

Noua tehnologie a sondelor de stimulare și design-ul acestora, a eliminat avantajul precedent al sondelor unipolare. În practică, performanța pe termen lung a sistemelor unipolar și bipolar este asemănătoare. Sondele bipolare, având o calitate mai bună a raportului semnat-zgomot (au o protecție mai bună împotriva interferențelor străine), permit utilizarea unei sensibilități mari. O sensibilitate mare este utilă pentru detecția de la nivelul atrial, necasară pentru pacemaker-ele bicamerale care au capacitatea de a detecta tahiaritmiile supraventriculare. Această detectare permite o schimbare în modul de stimulare automat pentru a stimularea ventriculare rapidă. Sondele bipolare sunt asociate cu un “crosstalk” (fenomen prin care stimulul atrial este detectat eronat cu inhibarea neașteptată a celui ventricular) mai mic pentru pacemaker-ele bicamerale. Deasemenea, sondele bipolare sunt mai puțin precise decât cele unipolare, la anumite interferențe externe. Configurația multor pacemakere este programabilă pentru ambele moduri, unipolar și bipolar, pentru a se putea corecta unele problem date de aceste dispozitive. La unele dispozitive, atunci când circuitul detectează o impedanță (rezistență) mare, cauzată de o defectare a unuia dintre electrozi, pacemaker-ul poate să se schimbe automat din modul bipolar de stimulare în cel unipolar, folosind electrodul rămas intact.

Pentru un pacemaker, vârful electrodului este întotdeauna catodul, pentru că pragul de stimulare al catodului este mic. Într-un sistem bipolar de stimulare, partea proximală (inelul) a electrodului este anodul, în timp ce, la sistemul unipolar, capul catodului este anodul. [6]

Pacemaker-ul extern (temporar)

Încă de la apariția ei de la începutul anilor ʼ50, electrostimularea cardiacă externă a revoluționat tratamentul al bradiaritmiilor profunde. Acest tip de stimulare oferă capacitatea de a crește artificial bătăile inimii fie până ce bradicardia dispare sau este corectată, fie până este implantat un pacemaker permanent. [10]

Prima electrostimularea cardiacă externă eficace clinic a fost cea dezvoltată de Paul Zoll în 1952, prin folosirea unui curent aplicat prin doi electrozi ce erau atașați de stratul hipodermic al toracelui, în cazul a doi pacienți ce prezentau un impas ventricular. Deși această tehnică a fost destul de incomodă, s-a dovedit a fi eficientă timp de douăzeci și cinci de minute pentru unul dintre pacienți și cinci zile pentru celălalt. [15]

În 1958, cercetătorii Furman și Robinso, au descries prima electrostimulare temporară pe cale transvenoasă. În prezent, toate căile de electrostimulare externă existente, transcutanată, endocardială, epicardială și transesofagiană/gastrică, permit o corectare rapidă a integrității circulatori pentru pacienții care prezintă bătăi inadecvate ale inimii. Toate aceste tehnici folosesc un generator de puls extern, care trimite impulsuri electrice prin unul sau mai mulți electrozi ce pot fi îndepărtați rapid din zona de stimulare. [10, 15]

Indicațiile pentru electrostimularea cardiacă temporală pot fi încadrate în două categorii: urgente (asociate în general cu infarctul miocardic) sau opționale. [15]

În managementul bradicardiei, electrostimularea temporală este adaptată pentru tratamentul de urgență al tahiaritmiilor. Tot pentru tratamentul de urgență al pacienților, electrostimularea temporală este folosită pentru tratarea bradiaritmiilor și la stimularea profilactică a pacienților, suspecți de anumite complicații, înainte de intervenții chirurgicale sau de alte proceduri. [10]

Indicațiile pentru electrostimularea temporală a pacienților pot fi următoarele:

În tratamentul de urgență al unor aritmii;

Tratamentul de așteptare sau de profilaxie a amenințării unor urgențe: în unitatea coronariană, în efectuarea cateterizării, în chirurgia cardiovasculară. Dar și în alte situații precum:

în situația de risc de bradicardie la testarea medicamentelor pentru tratamentul tahicardiilor,

în cazuri de supradozaj digitalic, cu tulburări de conducere și bradicardie;

înainte de tratamentul antitahicardie survenită pe fondul de BAV (bloc atrio-ventricular) și BF (bifascicular).

Tratamentul aritmiilor în insuficiența electrostimulării permanente;

Controlul postoperator al ritmului și debitului cardiac, după intervenții chirurgicale cardiovasculare;

Diagnosticul disfuncției cardiace, prin: precizarea ritmului de fond, studiul funcției nodului sinusal, studiul funcției fasciculului His, analiza aritmiilor, testarea la efort a anghinei pectorale;

Testarea efectului de „pacing”, selectarea frecvenței și modului de „pasing” (stimulare);

În cercetări, utilizând electrostimularea cardiacă.

În electrostimularea cardiacă temporară, se pot distinge trei grupe de indicații pentru o astgel de tehnică:

supraveghere și profilaxie (cateterism, în chirurgia cardiovasculară), când este necesară o individualizare atentă a fiecărui caz;

indicații diagnostice (precizarea ritmului de fond în cazuri echivoce, hisiografie, analiza aritmiilor);

indicații legate de tulburări de conducere instalate sau în curs de instalare și unele studii ale electrostimulării. [4]

În ceea ce privește disfuncțiile cardiace care pot duce utilizarea unui pacemaker temporar, acestea pot fi:

Bradiaritmii asociate cu infarctul miocardic (asistole, bloc atrio-ventricular complet, bloc atrio-ventricular de gradul II, bradicardia sinusală, bloc de ramură dreaptă, bloc de ramură stângă, bloc bifascicular cu bloc atrio-ventricular de gradul I );

Bradiaritmii care nu sunt asociate cu infarctul miocardic (asistole, bloc atrio-ventricular complet, bloc atrio-ventricular de gradul II, supradozaj cu medicamente);

Bradiaritmii care necesită un pacemaker temporar bicameral (bradiaritmiile enumerate mai sus, atunci când sunt asociate cu o insuficiență cardiacă acută, cu șocul cardiogenic și cu edemul pulmonar, în special atunci când stimularea ventriculară nu reușește să asigure îmbunătățirea funcției circulatorii);

Tahiaritmii: tahicardie atrială, flutter atrial, tahicardie nodală atrioventriculară reintrată, tahicardie oscilantă atrioventriculară, tahicardie ventriculară monomorfă;

Stimulare profilactică temporară pentru operații/proceduri;

Bradiaritmii care necesită stimulare temporară pentru pacienții cu anestezie generală (bloc atrio-ventricular de gradul II sau de gradul III (complet), bloc bifascicular cu bloc atrio-ventricular de gradul I, bloc de ramură stângă);

Proceduri ce pot induce bradicardie: înlocuirea opțională a generatorul de puls pentru pacemaker-ul permanent, chirurgie cardiacă, proceduri neurochirurgicale, simpatectomie toracică, chirurgia carotidei, angioplastie coronariană dreaptă. [10]

Generatorul extern al pacemaker-ului temporar pemite reglarea capacității de stimulare (tensiune și/sau curent; a lărgimii pulsului), a frecvenței stimulării, a modului de stimulare, dar și a sensibilității la activitatea intrinsecă. Generatorele bicamerale permit o mai mare flexibilitate în modul de detectare („pacing”) și oferă o ajustare a întârzierii atrio-ventriculare și a perioadei refractare. Generatoarele sunt suficient de mici încât să îi permită pacientului să le deplaseze sau să le pună lângă pat. Cel puțin în fiecare zi trebuie să fie verificată bateria generatorului, dar și așezarea generatorului, pentru ca acesta să nu cadă și să nu exercite o tracțiune asupra sondei de stimulare.

Unele generatoare pot să ofere o rată mare de stimulare (de obicei de trei ori rata de stimulare superioară normală), pentru a permite terminarea stimulării tahiaritmiilor. Activarea acestei funcții este de obicei blocată de o cheie sau necesită un capac glisant pentru a fi scoasă.

Noile generatoare temporare digitale sunt de obicei blocate după verificare și reglare, pentru a preveni modificările accidentale asupra programării.

Cele mai multe stimulatoare temporare transvenoase presupun o stimulare a apexului ventriculului drept. Acest lucru este asociat cu efecte dăunătoare asupra funcției cardiace și, asociat cu o scădere a sincroniei atrio-ventriculare, poate duce la reducerea debitului cardiac în comparație cu ritmul sinusal normal la o rată similară. Acest fenomen a fost demonstrat de Murphy și colegul său în anul 1992, când s-a arătat că stimularea temporară ventriculară la 80 bătăi/minut nu a fost mai bună decât bradicardia spontană, având în vedere că stimularea bicamerală (DDD) a rezultat o îmbunătățire a debitului cardiac, a presiunii sângelui și o scădere a presiunii pulmonare și a presiuni din atriul drept. Acest lucru sugerează că majoritatea pacemaker-elor temporare ar trebui să fie sincronizate atrio-ventricular în prezența unei activități normale a nodului sinusal; dar, contrar acestui fapt, procedura complexă asociată cu stimularea transvenoasă bicamerală temporară, a rezultat o utilizare tot mai frecventă a stimulării ventriculare în programarea temporară. Mai mult, sicronia atrio-ventriculară poate să fie o valoare particulară în optimizarea performanței cardiace și reducerea fibrilației atriale, în perioada chirurgicală postcardiacă a pacientului; tot în această perioadă, trebuie să monitorizeze atent performanța electrică a sondelor epicardice arteriale, pentru că, de obicei, după patru sau cinci zile caracteristicile de detectare („sensing”) se pot deteriora. [15]

Pacemaker-ul intern (permanent)

Pacemaker-ul intern (permanent) este utilizat atunci când pacientul are nevoie de o electrostimulare pe termen lung, datorită disfuncțiilor ce apar în permanență în cadrul sistemului de conducere al inimii. [17]

Așa cum s-a descris anterior, pacemaker-ul permanent sau implantabil este alcătuit dintr-un generator de puls și sonde de stimulare, care au în vârf electrozi. Iar, electrostimularea pacienților poate să fie unicamerală (când este stimulat electric atriul sau ventriculul drept) sau bicamerală (unde sunt stimulate electric un atriu și un ventriculul). Însă, există o tehnologie mai nouă care utilizează trei sonde de stimulare, numită terapie de resincronizare cardiacă. Această tehnică permite electrostimularea ventruculului drept, a atriului drept și a atriului stâng [5, 10].

Mai multe aspect despre componentele și caracteristicile electrostimulării permanente sunt descries în cadrul acestui capitol, la punctul 3.1. Generalități.

Stimulatoare cardiace sunt implantate în urma unui infarct miocardic, dar și pentru atenuarea simptomelor și/sau pentru a preveni mortalitatea sau morbiditatea, rezultată din prezența bradicardiei. Bradicardia poate duce la tulburări ale nodului sinusal, ale nodului atrio-ventricular, a sistemului His-Purkinje sau la o combinație a acestora. Boala de nod sinusal și cea de nod atrio-ventricular nu pot fi tratate de-a lungul vieții, dar pot cauza diverse simptome.

Simptomele bradicardiei rezultă în general din diminuarea debitului cardiac. Aceste simptome pot fi imprecise și includ oboseala, scăderea rezistențeia la efort, dispneea de efort, stare de confuzie, amețeală, insuficiență cardiacă congestivă, presincope sau sincope. Alte simptome, precum pulsația gâtului, pot fi legate de desincronismul atrio-ventricular, rezultat din contracțiile atriale, puternice și intermitente, exercitate asupra valvei tricuspide. Monitorizarea cardiac ambulatorie a pacienților este mereu de ajutor în depistarea acestor simptome, care sunt associate cu o bradicardie simptomatică [10].

Indicațiile utilizării pacemaker-elor permanente pot fi clasificate în funcție de:

Disfuncția de nod sinusal – care prezintă bloc sino-atrial, bradicardie sinusală simptomatică și fibrilație atrială simptomatică, cu ritm ventricular lent;

Blocul atrio-ventricular dobândit – prezintă: blocul atrio-ventricular III, stabil, cu sincope Adams-Stokes, fibrilație ventriculară intermitentă, asistolă intermitentă, insuficiență cardiacă congestive, insuficiență circulatory cerebrală; blocul atrio-ventricular III, intermitent, cu sincope Adams-Stokes, asistolă intermitentă și fibrilație ventriculară intermitentă; blocul atrio-ventricular II; blocurile fasciculare simptomatice sau evolutive, bifasciculare sau trifasciculare;

Blocul atrio-ventricular III congenital;

Indicații nelegate de tulburări de conducere – sincopă sinocarotidiană;

Indicații de electrostimulare în terapia unor aritmii supraventriculare (reprezentate de tahicardia atrială, tahicardia joncțională și flutter-ul atrial), dar și a unor aritmii ventriculare (reprezentate de tahicardii ventriculare intermitente și fibrilații ventriculare intermitente).

În ceea ce privește hemodinamica pacienților purtători de pacemaker, schimbările produse de pacemaker sunt evidente în comparație cu datele performanței cardiace de dinaintea implantării. Astfel, în blocul atrio-ventricular complet, apare o scădere a debitului cardiac de până la 30-35 %, prin mai multe fenomene: bradicardia excesivă, absența sau asincronismul contracției atriale, debitul bătaie crescut la nivelul maxim (de până la 200 ml/bătaie) și insuficiență cardiacă. Implantarea unui pacemaker rezolvă o mare parte dintre aceste deficiențe. De exemplu, pacemaker-ul implantabil asincron, ameliorează unii indici ai hemodinamicii prin reglarea ritmului cardiac la valori acceptabile. Dar, pacemaker-ele “demand” produc cele mai bune ameliorări ale indicilor hemodinamicii și, mai ales, cel de tipul DDD, care prezintă o creștere a debitului cardiac dată atât prin reglarea ritmului, cât și prin contracția atrială.

Succesul utilizării pacemaker-ului implantabil în tratarea pacienților depinde de mai mulți factori care țin de vârsta bolnavilor, prezența insuficienței cardiace, riscul de complicații ale implantării stimulatorului și dee lipsa de ameliorare a simptomelor după implantare [4].

Pacemaker-ul sincronizat

La început, pacemaker-ele dispuneau numai de un circuit de stimulare la frecvență fixă, asincron, care putea să ducă la complicații majore precum: ritmuri competitive și riscul de fibrilație ventriculară indusă de stimulul căzut în perioada vulnerabilă. [4] Simulul electric al acestui tip de pacemaker apare o rată uniformă de stimulare, indiferent de ce se întâmplă în inimă sau în restul corpului, care poate varia între 60-180 de bătăi/minut. Dar, pe măsură ce tot mai mulți pacienți necesită o frecvență de stimulare intermitentă, pentru că pot să își stabilească fiziologic ritmul cardiac între periodale blocului, a fost nevoie de introducerea unui pacemaker sincronizat.

Există două feluri de pacemakere sincronizate: pacemaker-ul “demand” și pacemaker-ul sincronizat atrial.

Pacemaker-ul “demand” conține un circuit de sincronizare, setat la o rată de stimulare de 60-80 de bătăi/minut, un circuit de ieșire, electrozi și un ciclu de reacție. [5] Introducerea electrostimulării cu senzor „demand” a redus cu mult riscul complicațiilor date de pacemaker-ul asincron și a făcut stimularea adaptată la nevoile fiziolofice ale pacientului. [4] Pe când, pacemaker-ul sincronizat atrial este proiectat să înlocuiască blocajul sistemul de conducere al inimii și are un circuit mai complicat.

De cele mai multe ori, pacemaker-ul sincronizat atrial nu funcționează la o rată fixă de stimulare, în caz de pierdere a stimulului atrial și de aceea este combinat cu senzorul “demand”. [5]

Pacemaker-ul “rate-adaptive” (cu frecvență cardiacă adaptabilă)

Deși pacemaker-ele sincronizate au o frecvență de stimulare intermitentă, valabilă pentru variațiile date de bătăile inimii și de debitul cardiac, aceste dispozitive nu pot reproduce funcțiile cardiace ale fiecărui pacient în parte. De exemplu, necesitățile corpului uman în timpul unor situații stresante, precum exercițiile fizice, nu pot fi întâlnite pe deplin la acest tip de pacemaker. Pentru a corecta acest lucru, au fost introduce pacemaker-ele “rate-adaptive”, cu o frecvență de stimulare cardiac adaptabilă.

Pacemaker-ele “rate-adaptive” conțin senzori care transformă parametrii fiziologici ai pacientului într-un semnal electric, care reprezintă un stimul pentru circuitul de comandă. La fel ca și senzorul “demand”, circuitul de comandă poate să determine momentul în care este nevoie de un stimul artificial și ține pacemaker-ul într-o stare de repaus, atunci când sistemul natural de stimulare al pacientului este funcâional.

Senzorul special al pacemaker-ului “rate-adaptive” poate fi poziționat în generatorul de puls sau undeva în apropierea acestuia (caz în care senzorul trebuie conectat la pacemaker printr-un sistem de fire), într-un alt loc din corp.

De asemenea pot fi folosite multe variabile fiziolozice pentru controlul pacemaker-ului “rate-adaptive”, precum:

temperatura sângelui din ventriculul drept – data de un senzor numit termistor;

stimulul ECG la intervalul undei T – dat de electrozii ECG;

zona undei R de pe ECG – data de electrozii ECG;

pH-ul sângelui – dat de electrodul electrochimic de pH;

rata de schimbare a presiunii în ventriculul drept (dp/dt) – dat de un senzor semiconductor de forță-etalon a presiunii;

saturația oxigenului din sângele venos – data de un oximetru optic;

modificările de volum intracardiac – pletismografia de impedanță electrică;

rata și/sau volumul respirator – date de pletismografia toracică de impedanță electrică;

vibrația corpului – data de accelerometru. [5]

3.4. Implantarea unui pacemaker

3.4.1. Implantarea unui pacemaker temporar

Stimularea temporară cardiacă se poate realiza prin mai multe tehnici și anume, pe cale: transvenoasă (endocardial), epicardială, transcutanată (externă) și transesofagiană/gastrică.

Stimularea temporară transvenoasă (endocardială)

Există multe argumente pro și contra căilor de acces la venele majore (jugulara internă și externă, subclaviculara, brahiala, femurala); fiecare fiind asociate cu probleme legate de stabilitatea sondelor de stimulare, infecții, hemoragii, pneumotorace, de disconfortul pacientului. Întrucât stimularea transvenoasă temporară se efectuează în situații acute/urgențe, de un personal calificat, calea de acces venos se face în funcție de experiența individuală. Un alt aspect legat de acest lucru poate fi durata de timp în care se anticipează că sonda temporară trebuie stea în locul stimulat. În cazul stimulării prin vena femurală, aceasta oferă cea mai puțin stabilă poziție a sondei și limitează mobilitatea pacientului mai mult decât în celelalte cazuri. Ghidurile actuale, oferite de Societatea Britanică de Cardiologie, recomană, drept cea mai convenabilă cale de acces, pentru operatorii neexperimentați, jugulara internă dreaptă. Pe de altă parte, căile femurală, brahială sau jugulară externă reprezintă cele mai bune alegeri în cazul primirii pacienților sau când este nevoie de un tratament trombolitic. De asemenea, în general, este mai bine să se evite calea subclaviculeră stângă dacă poate fi necesară stimularea permanentă.

Poziționarea firelor de stimulare temporară necesită o combinație satisfăcătoare de date anatomice și electrice. Diferitele abordări venoase necesită, de asemenea, tehnici diferite; probabil, cea mai importantă diferență va fi rezultatul de aproximare a atriului drept, din jos (abordare femurală) sau din sus (toate celelalte căi).

Procedura stimulării transvenoase temporare necesită instrumente adecvate, un mediu steril, personal calificat și un echipament performant de flouroscopie. [15]

Echipamentul necesar pentru inserarea unui pacemaker temporar, pe cale transvenoasă, cuprinde: teacă de introducere, un cateter de stimulare și un generator extern de stimulare. De asemenea, trebuie să fie disponibil și un electrocardiograf sau un monitor cardiac.

Generatorul extern de stimulare este folosit pentru conducerea unui curent electric (măsurat în mA) prin cateterul de stimulare. Mai mult, acesta conține componente de detectarea a capacității electrice și cardiace, care, de obicei, sunt prezentate ca butoane pe fața generatorului. Generatorul prezintă un cadran gradat pentru controlul capacității (acesta determină în principal abilitatea pacemaker-ului de a „capta” inima), de la 0,1 la 20 mA, dar și un cadran de control al ratei, care dă frecvența de stimulare. Generatorul are, de asemenea, un control al sensibilității care stabilește un prag, pe baza amplitudinii undei R native, necesar pentru a suprima stimulator cardiac în caz de ardere. [16]

În ceea ce privește accesul venos, acesta se realizează cu un cateter de stimulare, de obicei bipolar, cu diametrul de la 3 până la 5 French și cu lungimea de 100 cm. Iar, poziția cateterului în venă se poate estima cu ajutorul unor linii marcate la intervale de 10 cm pe suprafața acestuia.

Cateterele pot fi flexibile, semirigide sau rigide. Cateterele rigide pot provoca perforații cardiace și, de aceea, operatorul le folosește numai asistat de un fluoroscop. În situații de urgență, cel mai des folosit cateter este cel semirigid, care poate sau nu să aibă în vârf un balon. Dar, în cazul pacienților cu stop cardiac, umflarea balobului nu aduce niciun beneficiu, întrucât nu există posibilă de înaintare a balonului umflat, prin curgerea sângelui, până la partea dreaptă a inimii. Balonul conține aproximativ 1,5 cm³ și, înainte de a fi inserat, trebuie să fie testat pentru scurgeri de aer. Iar, la capătul terminal al cateterului se află doi electrozi, dintre care unul este negativ și este poziționat distal.

Teaca de introducere, numită și introducător, este folosită pentru accesul venos central, permițând trecerea cateterului de stimulare prin venă și trebuie să fie de cel puțin două ori mai mare decât cateterul. Unele introducătoare pot conține un orificiu adițional, pentru administrarea unor medicamente sau lichide intravenoase.

Tehnica de inserare. După ce se alege accesul venos și teaca de introduce este poziționată, pacemaker-ul transvenos poate fi inserat cu ajutorul electrocardiografului sau „orbește”. Cei mai mulți doctori preferă tecnica „orbește” pentru că este mai rapidă și mai puțin complexă. Pentru a putea începe această tehnică, mai întâi se conectează electrodul cateterului direct la generatorul de stimulare. Apoi, cateterul este introdus în accesul venos, iar generatorul este pornit. Dacă pacientul are pulsație, balonul poate fi umflat o dată ce a trecut de teaca de introducere, la aproximativ 20 de cm de pe reperul cateterului; în caz contrar, cateterul poate fi deplasat cu balonul în jos. Generatorul de stimulare este setat la o capacitate egală cu curentul maxim, la o rată de stimulare de 60-80 de bătăi/minut și la un nivel cel mai scăzut al sensibilității (total insers acelor de ceas sau asincron). Pe măsură ce cateterul avansează, ecranul electrocardiografului (ECG), cuplat la pacient, arată, de obicei, impulsul electric al pacemaker-ului, reprezentat de spike-uri. Când cateterul intră în ventriculul drept și ia contact cu peretele endocardului, forma blocului de ramură stângă (complex QRS mare) poate fi văzută după fiecare spike al pacemaker-ului, indicțnd capura. Dacă balonul era în sus, atunci putea fi dezumflat și cateterul era fixat. Deși inserția „pe orbește” a pacemaker-ului transvenos se poate face destul de rapid, operatoul nu primește, de fapt, nicio reacție din partea cateterului, pe măsură ce acesta avansează; acest lucru reprezintă principalul dezavantaj al tehnicii. [16]

Stimularea transvenoasă temporară a ventriculară. Sonda de stimulare trebuie să avanseze spre atriul drept și apoi să trecă prin valva tricuspidă. Mai departe, sonda de stimulare se implantează în zona apexului ventricular drept. Dacă această tehnică este dificilă, o alternativă poate fi crearea unei bucle în atriul drept prin punctarea vârfului sondei cu marginea cardiacă dreaptă și, pe urmă, se prolapsează bucla prin valvă prin rotirea sondei. Apoi, vârful sondei poate să ajungă în apex.

Stimularea transvenoasă temporară atrială. Pentru acest tip de stimularea temporară se utilizează sonde de stimulare curbate în formă „J”, pentru a se permite poziționarea în apendicele atriului drept. Această abordare necesită accesul sondei de stimulare printr-o venă superioară până la atiu, iar poziționarea sondei este asistată de ecran de fluoroscopie (dex: floroscopul prezintă un ecran fluorescent care transformă radiațiile invizibile în radiații vizibile), așezat lateral de pacient. Vârful sondei de stimulare trebuie să fie punctat într-o formă de „J” puțin deschis, înainte de ai se aplica o ușoară tracțiune.

În urma poziționării a uneia sau mai multe sonde de stimulare, firele trebuie să fie securizate la nivelul pielii, pentru a se prevenii dislocarea prin mișcare sau tracțiune. Majoritatea electrozilor pentru stimularea transvenoasă temporară au un aspect neted, cu profil izodiametric, fără niciun mecanism de fixare; acest lucru ajută la o extracție ușoară a sondei, dar poate produce dislocarea acesteia. Noile sonde de stimulare temporară prezintă o fixare activă, cu un șurub de fixare, de diamentru mic, care îmbunătățește stabilitatea sondei. [15]

Complicațiile stimulării transvenoase temporare pot fi: acute și subacute (infecții). Complicațiile acute sunt rezultate din accesul venos (pneumotorace, hemotorace și puncție arterială accidentală), din plasarea inițială a sondei de stimulare (episoade temporare sau susținute de aritmii ventriculare, perforații și tamponade cardiace, stimulare diafragmatică) și apărute în urma plasării sondei de stimulare (reprezentate de eșecul brusc de captură – oversensing (detectare exagerată), mișcarea sondei și dislocarea conectorilor). [10]

Stimularea temporară epicardială

Stimularea temporară epicardială este utilizată după o procedură chirurgicală la nivelul cordului, deoarece necesită un acces direct la suprafața exterioară a miocardului. Electrozii acestei stimulări sunt plasați profilactic la finalul procedurii chirurgicale.

Stimularea temporară epicardială folosește electrozi cu fire subțiri, plasați în epicard, apoi ies prin piele și sunt conectați la cutia de stimulare. Acești electrozi pot fi îndepărtați printr-o tracțiune ușoară, atunci când nu mai sunt necesari. Performanța electrică a acestor electrozi se deteriorează destul de rapid în timp, iar capacitatea de încrederea a funcției de detectare/stimulare este pierdută în termen de 5-10 zile, mai ales când stimularea este folosită în atriu. [10, 15]

Stimularea temporară transcutanată (externă)

Stimularea transcutanată reprezintă primul tip de stimulare temporară, care a fost dezoltată de Zoll în anul 1952, dar a avut nevoie de unele ajustări pentru a fi acceptată clinic și pentru a fi mai ușor de aplicat.

Electrozii stimulării transcutanate sunt poziționați de obicei într-o configurașie antero-posterioară, dar dacă acest nu se reușește, aceștia pot fi poziționați și într-o configurație antero-laterală. Aceasta din urmă este utilă atunci când există posibilitatea folosirii unei defibrilări externe sau atunci când electrozii sunt plasați în timpul unui stop cardiac. [15]

Această tehnică poate să fie dureroasă pentru pacient și de aceea este necesară sedarea în timpul stimulării. Însă, contrar acestui lucru, tehnica s-a dovedit a fi eficientă în 78-94 % dintre pacienți, pentru o perioadă de până la paisprezece ore. [10]

Stimularea temporară transesofagiană/gastrică

Calea de stimulare esofagiană sau gastro-esofagiană este utilizată pentru stimularea ventriculară de urgență, este mai bine tolerată decât stimularea externă (transcutanată) și pacientul este conștient.

Există o rată de succes de 90 % pentru o stimulare ventriculară în care se utilizează un electrod flexibil, poziționat în fundul stomacului și pentru stimularea prin diafragmă.

Stimularea atrială transesofagiană se realizează prin plasarea electrodului în mijlocul sau mai jos de esofag și, astfel, se obține o captură atrială. Această metodă este folosită rar în setarea acută, întrucât stabilitatea electrozilor este greu de realizat și nu există nicio protective împotriva interferențelor produse de conducția atrio-ventriculară. [15]

Implantarea unui pacemaker permanent

Toate pacemaker-ele sunt implantate transvenos, sub anestezie locală, folosindu-se fie vena cefalică, fie puncția percutanată a venei subclaviculare. În timpul implantării, traseul sondelor de stimulare spre partea dreaptă a inimii poate fi vizualizat cu ajutorul unei imagini cu raze X (fluoroscopie).

Buzunărașul în care se poziționează carcasa pacemaker-ului este realizat, printr-o incizie, în dreptul musculaturii pectorale mari, sub clavică.

Atunci când nu există un acces venos, se utilizează stimularea epicardului, iar implantarea pacemaker-ului se face printr-o intervenție la nivelul toracelui.

Deși pacemaker-ele sunt fiabile, acestea sunt predispuse unor serii de complicații, grupate în două mari categorii:

complicații care nu țin de partea electrică a pacemaker-ului – care includ complicațiile acute din momentul implantării și complicații date de amplasarea sondei de stimulare și de formațiunea “buzunărașului”;

complicații electrice și aritmii.

Astfel, complicațiile non-electrice se pot grupa în funcție de:

Accesul venos – pneumotorace, emfizemia subcutanată, hemotorace, embolie de aer, afecțiuni ale plexului brahial, afecțiuni ale ductului toracic, traumatismul arterei subclaviculare, perforarea aortei dată de sonda atrială, afecțiuni al arterei mamare interne, hematomul;

“Buzunărașul” pacemaker-ului – infecție, hematom, eroziune, migrarea pacemaker-ului, sindromul “Twiddler”, stimularea mușchiului pectoral, durere cronică;

Intravascular – tromboza venoasă, perforarea sau disecția sinusului coronar, endocardita cu vegetații, perforație cardiacă, tamponare cardiacă, insuficiență tricuspidică, frecarea pericardului, simdromul postpericardiotomie;

Problemele sondelor – deplasare, malpoziție în sistemul venei coronare, perforația ventriculului drept sau a septului interventricular, stimulare diafragmatică, stimularea mușchiului intercostal în timpul perforației, sindromul postpericardiotomie cu sau fără perforarea sondei, ruptura intracardiacă sondei în timpul încercării de scoatere a sondei vechi sau rupte.

Malpoziția sondelor de stimulare poate să apară timpul amplasării transvenoase a acestora. La pacienții care prezintă defect de septal, sonda pentru ventriculul drept poate să fie avansată accidental în ventriculul stâng.

Dizlocarea sondelor de stimulare apare, de obicei, în primele zile după implantare, dar și la trei luni după implantarea inițială. Dizlocarea sondei din ventriculul drept apare în 1 % din cazuri, pe când, dislocare sondei atriale este mai frecventă. Această dizlocare poate să fie indusă de o poziționare inițială greșită a sondei, de o fixare slabă sau de mișcări excesive de braț-umăr după operație. Efectele acestui fenomen sunt pierderea capturii și detecrarea slabă (“undersensing”).

Deteriorarea sondelor poate să apără în timpul implantării, când se poate întrerupe izolația acestora în anumite locuri, din cauza instrumentelor sau prin tăiere accidentală.

Complicațiile electrice datorate implantării unui pacemaker pot fi:

complicații legate de generatorul de puls – pentru ca pacemaker-ul să funcționeze în parametri normali, trebuie să existe o bună conectare între generator și sondele de stimulare; în caz contrar, pacemaker-ul prezintă o detectare exagerată (“oversensing”) a semnalului, o stimulare intermitentă sau eșecul acesteia, precum și creșterea ratei de stimulare și a impedanței sondelor;

anomalii ce implică stimulii pacemaker-ului – pierderea capturii, datorată interferenței electrodului cu țesutul (poate duce la sindromul Twiddler, ischemie, infarct miocardic), fracturarea, scurtcircuitul sau întreruperea izolației electrodului, programarea greșită a pacemaker-ului;

lipsa stimulilor pacemaker-ului – situații: inhibiția totală a pacemaker-ului atunci când rata stimulării intrinsece este mai rapidă decât rata stimulării pacemaker-ului; apariția histerezisului, cu funcționarea normală a stimulatorului; probleme legate de sondele de stimulare; interferență electromagnetică extremă; saturația amplificatorului ECG [6].

3.5. Programarea pacemaker-ului

Detectarea (“sensing”) și stimularea (“pacing”)

Cantitatea de curent electric emisă de un pacemaker este reglabilă. Cantitatea minimă de energie necesară pentru stimularea inimii se poate determina prin reducerea energiei de ieșire până când impulsul stimulării nu mai provoacă depolarizarea atriului sau a ventriculului; aceasta poate fi vazută ca o undă P sau ca un complex QRS în urma artefactelor impulsului. Energia minimă necesară pentru stimulare se numește prag de stimulare. Capaciatatea pacemaker-ului este setată suficient peste acest prag, pentru a se asigura o marjă de siguranță pentru captura stimulării.

Detectarea este un proces mai complicat. Pentru a nu se stimula inima neadecvat, pacemaker-ul trecuie să fie capabil să detecteze depolarizările locale. Sensibilitatea unui pacemaker reprezintă pragul de detectare, prin care se receptează activitatea electrică intrinsecă, dată de cavitatea inimii și, apoi este transmisă la generatorul de puls [10].

Rata de răspuns

Pacemaker-ele actuale pot fi programate, în mai multe moduri, pentru a varia rata de stimulare a răspunsului la nivelul de activitate al inimii pacienților, cu ajutorul unor senzori speciali. Rata de răspuns a pacemaker-elor este influențată de mișcarea pacientului, de respirație și de schimbările undei T [10]. Cei mai frecvenți senzori sunt:

Activitatea fizică ("mișcarea") – detectează cantitatea și viteza de mișcare a corpului;

Volumul minut – detectează creșteri ale activității respiratorii și le folosește ca un indicator de activitate fizică crescută;

Intervalului QT – scade în timpul exercițiilor fizice, din cauza eliberării de catecolamine.

Multe dispozitive au o combinație de doi sau mai mulți senzori, care permit o verificare încrucișată pentru a se asigura că orice modificare a ratei de stimulare este potrivită [18].

Perioada refractară

Pacemaker-ele au perioade refractare pentru fiecare canal și pot fi programate. În timpul periodei refractare sunt ignorate evenimentele detectate. Cea mai importantă perioadă refrantară are loc în stimularea bicamerală și se numește perioadă refractară atrială post-ventriculară (PVARP); aceasta este perioada de după o detectare ventriculară sau de după o stimulare, când canalul atrial este refractar. Efectul periodei refractare în stimularea bicamerală constă în faptul că unda P, care cade imediat după complexul QRS, nu mai este detectată de modul de urmărire al dispozitivului; adică unda P nu va fi urmată de un eveniment de stimulare ventriculară.

O funcție importantă a perioadei refractare atriale post-ventriculare este aceea de a împiedica apariția tahicardiei mediate de pacemaker. Tahicardia mediată de pacemaker începe atunci când un puls ventricular, detectat sau stimulat, este transmis în sens invers, din ventriculul spre atriu, prin sistemul His-Purkinje și prin nodulul atrio-ventricular, rezultând activarea atrială. Fără un pacemaker, unda P rezultată nu va fi condusă înapoi la ventriculul, deoarece nodul atrio-ventricular și sistemul His-Purkinje sunt refractare, doar după ce au fost activate retrograd. Totuși, dacă pacientul are implantat un pacemaker bicameral, setat în modul de urmărire, acesta poate să detecteze unda P rezultată și să o urmeze, prin furnizarea unui impulsul ventricular după o întârziere adecvată; astfel, se creează ciclu nesfârșit al perioadei refractare. Activitatea electrică este transmisă de la ventriculul la atriu prin sistemul His-Purkinje și prin nodul atrio-ventricular,dar și de la atriu la ventricul cu ajutorul pacemaker-ului (figura).

Ritmul tahicardiei mediate de pacemaker este dat de limita superioară a ratei a acestui dispozitiv (care aparține ciclului de sincronizare al pacemaker-ului), deoarece pacemaker-ul nu urmărește pulsul dat de atriu mai repede decât această rată. Prezența perioadei refractare atriale post-ventriculare împiedică apariția tahicardiei mediate de pacemaker. Dacă ritmul atrial este transmis retrograd, dinspre ventricul, pe baza perioadei refractare atriale post-ventriculare, pacemaker-ul nu îl mai urmărește și acesta nu va fi transmis înapoi la ventricul, prin stimularea ventriculară.

De asemenea, perioada refractară atrială post-ventriculară îi permite pacemaker-ului să răspundă la ritmul rapid al atriului într-un mod fiziologic (comportamentul ratei superioare de stimulare). Astfel, această perioadă refractară imită partial fiziologia normal a sistemului de conducere intrinsecă [10].

Programarea de bază a pacemaker-ului (ciclul de sincronizare) cuprinde următoarele modul de stimulare:

Limita ratei inferioare – aceasta este frecvența cardiacă minimă pe care pacemaker-ul o permite. Dacă rata intrinsecă relevantă a cavității cardiac (atriu sau ventricul) este mai mare decât valoarea ratei inferioare, pacemaker-ul înregistrază impulsul și inhibă stimularea. În cazul în care rata scade sub această valoare, dispozitivul crește ritmul. Programarea ratei inferioare de stimulare este influențată de mai mulți factori, printer care vârsta, starea generală a pacientului și indicația pentru stimulare. Rata inferioară este de multe ori un compromis, prin care se reduce timpul în care se realizează stimularea, pentru ca bateria să aibă o durată de viață mai mare.

Histerezis – acesta poate crește durata de viață a bateriei, permițând ritmului propriu al pacientului să funcționare până la rata de histerezis programată (de exemplu, 50 de bătăi pe minut), înainte ca dispozitivul să înceapă stimularea până la rata inferioară (de exemplu, 60 de bătăi pe minut). Acest lucru reduce timpul petrecut la realizarea ritmului de stimulare, în care pacientul prezintă scăderi tranzitorii ale frecvenței cardiace.

Limita ratei superioare – este de două tipuri: rata superioară a senzorului și rata superioară de urmărire. Pentru a avea o rată superioară la nivelul senzorului, trebuie să fie activat senzorul cu rată de râspuns (așa cum sunt pacemaker-ele cu modul VVI-R sau DDD-R. Iar, pentru a vea o rată superioară de urmărire, pacemaker-ul trebuie stat în modul de declanșare (de exemplu modurile DDD sau VAT) sau de urmărire [10].

Intevalul (sau întârzierea) atrio-ventricular – este un parametru programabil doar pentru stimulatoarele cardiace bicamerale și reprezintă intervalul de timp cuprins între un impuls atrial stimulat sau detectat și generarea unui stimul ventricular de către pacemaker [18]. Acest interval poate fi de două feluri: interval atrio-ventricular de detectare și interval atrio-ventricular de stimulare. Interval atrio-ventricular de detectare reprezintă timpul dintre impulsul de stimulare atrială și impulsul de stimulare ventriculară. Acest interval este specific pacemaker-elor bicamerale, precum cele programate în modurile DDD, DDI și DOO. Pe când, intervalul atrio-ventricular de stimulare este timpul dintre detectarea de la nivelul atriului și impulsul de stimulare al ventriculului. Acest tip de interval se poate aplica doar la pacemaker-ele cu moduri de stimulare care cuprind stimularea atriului, detectarea de la nivelul ventriculului și declanșarea răspunsului dat de dispozitiv; de exemplu, acest interval se poate aplica la pacemaker-ele DDD și VAT.

Modul de comutare (“switching”) – acest mod reprezintă o schimbare automată din modul de declanșare (“triggered”). Această caracteristică a fost concepută pentru a rezolva problema de răspuns a pacemaker-ului setat în modul de declanșare pentru tahiaritmiile atriale, precum fibrilația atrială. Aceste aritmii atriale rapide duc la rate de stimulare ventriculară mai mari pentru modul de declanșare. Urmărirea ventriculară a unor rate atriale rapide este prezentă în timpul efortului fizic; dar, dacă aceste rate atriale rapide sunt determinate de o aritmie, nu este dotiră o urmărire ventriculară la o limită superioară. Atunci când un pacemaker prezintă o capacitate de comutare și este programat la modul DDD, detectează o rată atrială foarte rapidă și trece automat la modul de neurmărire. În practică, pacemaker-ul utilizează un prag al ratei atriale a distinge tahicardia sinusală, dată de aritmiile atriale, cum ar fi: flutter-ul atrial, care poate avea o rată de atrială de 300 bpm, dar și fibrilația atrială, care este chiar mai repedă. Atunci când rata atrială scade sub rata programată, pentru modul de comutare, pacemaker-ul revine la modul de urmărire [10].

3.6. Alimentarea pacemaker-ului

Bateriile folosite în pacemaker-ele implantabile reprezintă o provocare pentru dezvoltarea și producerea lor, în condiții de siguranță și fiabilitate ridicate. De asemenea, bateriile trebuie să aibă o durată de viață cât mai mare pentru a se evita înlocuirile frecvente ale acestora. Progresele tehnologice pentru sondele de stimulare și pentru electrozi au redus necesarul de energie cu două ordine de mărime. Avansul microelectronic a redus brusc scurgerile de curent intern, concomitent cu scăderea dimensiunilor și creșterea funcționalității, fiabilității și longevității stimulatoarelor cardiace. Un stimulator cardiac utilizează jumătate din puterea bateriei pentru stimularea cardiacă și cealaltă jumătate pentru întreținerea sarcinilor precum monitorizarea și detecția.

Primele stimulatoare cardiace implantate utilizau baterii reîncărcabile de nichel-cadmiu, dar, mai târziu, au fost descoperite bateriile de zinc-mercur care durau peste 2 ani. Bateria de litiu-iod inventată și utilizată de către Wilson Greatbatch și echipa sa în 1972 a avut un impact important în evoluția stimulatoarelor cardiace. Această baterie durează 8-10 ani și, astăzi, reprezintă sursa de alimentare pentru mulți producători de pacemakere.

Caracteristicile bateriei unui pacemaker includ anumiți parametrii precum: voltajul, ciclul de funționare, temperatura, termenul de valabilitate, durata de viață, siguranță și fiabilitate, rezistența internă, energie specifică (watt-ore/kg), puterea specifică (watt/kg). Un design bun al bateriei este un compromis între diverșii parametri de performanță și îndeplinirea cerințelor specifice de aplicare. Factori de selecție a tehnologiei unei baterii de pacemaker sunt: voltajul minim și maxim, curentul de descarcare inițial, mediu și maxim, operațiile continue sau intermitente (dimensiunea și durata curentul impulsului), valabilitate și durata de viață, energia specifică și puterea specifică, impactul și buna performanță într-o varietate de condiții (temperaturi, cicluri de funcționare etc.). Design-ul bateriei stimulatoarelor cardiace ridică probleme speciale în dezvoltarea materialelor biocompatibile, coroziune și sigilare, fiabilitate și epuizarea duratei de viață a bateriei. [8]

Materiale utilizate pentru realizarea unui pacemaker

Materialele folosite pentru construirea stimulatoarelor cardiace trebuie să fie farmacologic inerte, netoxice, sterilizabile și capabile să funcționeze în condițiile mediului corpului uman. Diferitele părți ale stimulatorului, inclusiv carcasa, microelectronica și cablurile, toate sunt realizate din materiale biocompatibile.

De obicei, carcasa este realizată din titan sau dintr-un aliaj de titan. Sondele de stimulare sunt, de asemenea, realizate dintr-un aliaj metalic, dar sunt izolate cu un polimer, cum ar fi poliuretanul. Doar vârful sondei nu este izolat. Circuitul este, de obicei, realizat din semiconductori de siliciu modificați.

Tipul principal de baterie utilizată la stimulatoarele cardiace este o celulă de litiu/iod. O metodă utilizată de producători pentru a face aceste baterii presupune în primul rând amestecarea iodul cu un polimer, cum ar fi poli-2-vinilpiridina (PVP). Ele sunt încălzite împreună, formând un complex topit. Acest lichid este apoi turnat într-o celulă în formă de semilună, o celulă preformată care conține alte componente ale bateriei, inclusiv anodul de litiu (sarcină pozitivă) și un ecran catodic colector. Amestecul de iod/polimer se solidifică la răcire, pentru a forma catodul. După ce catodul este format, bateria este închisă ermetic pentru a preveni pătrunderea umezelii.

Cablurile (sondele) sunt de obicei compuse dintr-un aliaj metalic (de platină). Firul este realizat printr-un procedeu de extrudare în care metalul este încălzit până când este topit, apoi este împins printr-o deschidere cu dimensiuni corespunzătoare. Se taie, apoi este împachetat cu multe alte fire și se tratează cu un izolator polimeric, cum ar fi poliuretanul. Un capăt al cablurilor are un vârf special, iar celălalt este echipat cu un conector (din poliuretan) care se montează la stimulatorul cardiac.

Electrozii pot fi confectionați din diverse materiale (platină, platină- iridiu, carbon, zinc, tantal) și prezintă durabilitate mecanică, o bună interfață cu sondele și impiedică dizolvarea electrozilor în țesutul miocardului, iritarea țesutului sau apariția unor reacții electrolitice ca urmare a stimulării. [9]

Proiectarea unui pacemaker folosind programul Inventor 2014

5.1. Aspecte generale despre programul Inventor 2014

5.2. Proiectarea unui pacemaker în Inventor

Simulare FEA- programul Simulation CFD 2015

6.1. Noțiuni generale despre programul Simulation CFD 2015

6.2. Simularea curgerii sângelui în venă, atunci când este introdus cateterul

Concluzii

Bibliografie

[1] Maria Dorobanțu și colaboratori, Compendiu de boli cardiovasculare, vol. I, ediția a III- a, Editura Universitară “Carol Davila”, București, 2010;

[2] Carmen Ginghină și colaboratori, Mic tratat de cardiologie, Editura Academiei Române, București, 2010;

[3] Carmen Bunu, ”Sistemul cardiovascular – Cursul 1. Noțiuni generale”, Universitatea de Medicină și Farmacie “Victor Babeș” Timișoara, Disciplina de Fiziologie;

[4] Ioan Axente Guțiu, “Tulburări de conducere ale inimii. Fiziopatologie, clinică, tratament”, Editura Tehnică, București, 1994;

[5] John W. Clark Jr., Michael R. Neuman, Walter H. Olson, Robert A. Peura, Frank P. Primiano Jr., Melvin P. Siedband, John G. Webster, Lawrence A. Wheeler, Medical Instrumentation. Application and Design, Fourt edition, Editura John Wiley & Sons, SUA, 2010;

[6] S. Serge Barold, Roland X. Stroobandt, Alfons F. Sinnaeve, Cardiac Pacemakers and Resynchronization Step-by-Step: An illustrated guide, Second Edition, Editura Willey-Blackwell, Singapore, 2010;

[7] Neil A. Campbell, “Biology: Concepts and Connections”, Vol. 5, Pearson/ Benjamin Cummings, San Francisco, 2006;

[8] Venkateswara Sarma Mallela, V. Ilankumaran, N. Srinivasa Rao, “Trends in Cardiac Pacemaker Batteries”, 2004;

[9] David L. Hayes, Samuel J. Asirvatham, Paul A. Friedman,” Cardiac Pacing, Defibrillation and Resynchronization: A Clinical Approach”, Third Edition, Editura Willey-Blackwell, UK, 2013;

[10] Anthony W. C. Chow, Alfred E. Buxton, “Implantable Cardiac Pacemakers and Defibrillators: All You Wanted to Know”, Blackwell Publishing, USA, 2006;

[11] Johannes Sperzel, Haran Burri, Daniel Gras, Fleur V.Y. Tjong, Reinoud E. Knops, Gerhard Hindricks, Clemens Steinwender, Pascal Defaye, ” State of the art of leadless pacing”, 2015;

[12] Hiroko Beck, William E. Boden, Sushmitha Patibandla, Dmitriy Kireyev, Vipul Gupta, Franklin Campagna, Michael E. Cain, Joseph E. Marine, “50th Anniversary of the First Successful Permanent Pacemaker Implantation in the United States: Historical Review and Future Directions”, 2010;

[13] Oscar Aquilina, “A brief history of cardiac pacing”, 2006;

[14] M. C. Reade, “Temporary epicardial pacing after cardiac surgery: a practical review; Part 2: Selection of epicardial pacing modes and troubleshooting”, 2007;

[15] Michael D Gammage, “Temporary cardiac pacing”, 2000;

[16] Richard A. Harrigan, Theodore C. Chan, Steven Moonblatt, Gary M. Vilke, Jacob W. Ufberg, “Temporary transvenous pacemaker placement in the emergency department”, 2006;

[17] Joseph Loscalzo, Anthony S. Fauci, Eugene Braunwald, Dennis L. Kasper, Stephen L. Hauser, Dan L. Longo, J. Larry Jameson, Harrison’s Cardiovascular Medicine, Editura McGraw-Hill Medical, New York, 2010;

[18] Andrew P Asherson, Mark J Mason, “Bradycardia and permanent pacemakers”, 2006;

[19]

[20]

[21]