ELECTROTERAPIA INIMII

Activitatea inimii este asigurată prin contracţii periodice desfăşurate într-o succesiune spaţio-temporală optimă. Randamentul pompajului poate scădea pronunţat dacă apare o dereglare în comanda nervoasă a muşchilor inimii. Asemenea afecţiuni care nu sunt condiţionate de starea muşchilor, se manifestă prin aritmii cardiace. În terapia aritmiilor se folosesc electroşocuri –pentru defibrilare şi stimularea electrică ritmică cu stimulatoare externe sau implantate (pacemaker).

În mod normal, inima funcţionează după un automatism propriu. Acestei proprietăţi i se adaugă şi excitabilitatea muşchiului cardiac cu un stimul extern, aplicat înaintea momentului depolarizării spontane. După depolarizarea unei fibre de miocard, se instalează pentru un timp un interval refractar, în care fibra nu răspunde la un nou stimul. În fig. 1 s-a reprezentat depolarizarea fibrei musculare, DE, ca urmare a depăşirii pragului de stimulare PS.

Fig. 1 Comportamentul fibrei de miocard. Potenţialul de acţiune PA. Acţiunea mulsculară AM. Perioada refractară

Potenţialul de acţiune, PA, este urmat de un palier al stării depolarizate, de circa 150 ms. Perioada refractară absolută PRA, depăşeşte acest interval ajungând la circa 200 ms. După acest interval, fibra poate fi deplolarizată din nou, dar asaltul de potenţial declanşat este atât de scăzut încât nu se propagă către celulele vecine. Se spune că celula se găseşte într-o „perioadă relativ refractară” – PRR. Este evident că orice stimul care cade în intervalul refractar (PRA +PRR), nu declanşează o contracţie a miocardului.

Dereglările ritmului cardiac sunt cauzate de deranjamentele în formarea stimulului şi propagarea acestuia către muşchii activaţi. Ca fenomen patologic, dereglările ritmului se manifestă în reducerea frecvenţei cardiace – brahicardie, în creşterea anormală a ritmului cardiac – tahicardie şi în abateri neântrerupte faţă de valoarea medie numite aritmii.

Brahicardia poate fi o dereglare produsă de sistemul nervos simpatic, tensiunea renală, unele medicamente în care cazuri se remediază prin tratamente medicamentoase. O altă cauză de

1

brahicardie se datoreşte conducţiei defectoase către nodul atrioventricular. Astfel stimularea nu este comunnicată mai departe şi nodul atrioventricular preia „comanda”cu o frecvenţă sub 60 de pulsaţii pe minut. Acesta este „ritmul AV”. Remedierea acestei dereglări se asigură cu un stimulator artificial conectat intraatrial.

Tahicardia reduce în mod pronunţat intervalele şi volumele. Formele tahicardiei pot fi mai multe. Fibrilaţia atrială nu este în sine gravă, dar poate declanşa tahicardia ventriculară. Remediul este un electroşoc declanşat de complexul QRS, cu o întârziere de 20...80 ms prezentat în fig. 2.

Fig. 2 Durata întârzierii (DI) a impulsului electroşoc (ES) faţă de complexul QRS.Tahicardia paroxistică este deosebit de gravă pentru că de la 180 bătăi pe minut irigaţia

creierului şi a vaselor coronariene nu mai este suficientă. O formă de tahicardie prezintă extrasistolele ventriculare în salve. Aceasta se datorează unei excitabilităţi mărite a miocardului care se depolarizează nu numai la comanda centrului de tact. Sursa de declanşare a extrasistolelor se află undeva în miocard. Pericolul constă în antrenarea dezordonată a musculaturii ventriculare care astfel poate fi surprinsă în perioada refractară de stimulul de tact din care cauză eficienţa contracţiei rezultă mult diminuată. Trecerea extrasistolelor în fibrilaţie anulează funcţiunea hemodinamică şi sângele nu mai circulă.Pentru reanimare se aplică masaje externe (şi interne, pe toracele deschis), inhalaţie de oxigen şi electroşocul extern sau intern asincron, numit defibrilare.

Electroşocul cardiologic

Electroşocul aplicat pe torax sau direct pe inimă produce o contracţie instantanee a tuturor celulelor şi fibrelor musculare care nu se află tocmai în perioada refractară. Pe această cale apare posibilitatea ca centrul autonom de stimulare să preia din nou controlul activităţii coordonate a inimii.

Electroşocul declanşat într-o anumită fază a ritmului cardiac se numeşte defibrilare asincronă sau cardioversiune. Pe această cale se elimină şi aritmiile atriale. Şocul trebuie aplicat în momentul în care musculatura ventriculară nu este în perioada refractară. Altfel există pericolul declanşării fibrilaţiei ventriculare. Faza periculoasă, când o parte a musculaturii nu este încă repolarizată, se situează pe flancul crescător al undei T (vezi fig. 2). De aceea, se evită intervalul numit vulnerabil (IV) situat între 100 şi 180 ms, de la vârful undei R. Pentru aceasta se construiesc defibrilatoare

2

automate, care declanşează impulsul de electroşoc cu 20 ms după unda R. Dacă defibrilatorul este comandat manual, şocul se aplică după unda T.

Defibrilarea se face în zilele noastre numai monoaltenant (în curent continuu). Energia descărcată în impuls este importantă (până la 400 wattsec). Pacientului i se aplică electrozii externipe torace sau – în caz că intervenţia se impune în timpul unei operaţii pe torace – direct pe cord. Valorile tipice sunt următoarele:

- cu electrozi externi, imaginea impulsului între 60 şi 400 Joule la o tensiune de vârf de 1000...7000 volţi, un curent cu intensitate maximă de 20...60 amperi şi o durată a impulsului de la 1 la 12 milisecunde;

- cu electrozi interni, energia este între 10 şi 60 Jouli la tensiuni cuprinse între 400...1000 volţi, maximum 20 amperi. Forma impulsului optim nu este definită până în prezent. Osciloscopierea şocului electric de 400 Jouli pe o sarcină de 50 ohmi ( corespunde dimensiunilor electrozilor) arată ca în fig. 3.

Fig. 3 Forma impulsuluide defibrilare a). Principiul generării impulsului b)

Impulsul generat provine dintr-un circuit care transferă energia acumulată pe elementul capacitiv C (fig. 3, b) către bustul contactat prin electrozii de suprafaţă mare E 1 şi E2. Energia electrică acumulată:

atinge valoarea de 400 Jouli dacă de exemplu C = 16 F şi U = 7 kV sau C = 90 F şi U = 3kV. Pentru reglarea energiei impulsului, la o capacitate dată, se alege tensiunea de încărcare. Randamentul acţiunii asupra subiectului este scăzut de 20-50 %, restul se disipează în afara corpului. Până în prezent nu există un consens asupra duratei impulsului. Se întâlnesc echipamente care rezolvă descărcarea într-o milisecundă, altele în 7. În orice caz, pentru prelungirea timpului de descărcare Ti, se introduce în serie pe circuit o inductanţă L. Comutatoarele S1 şi S2 sunt acţionate simultan printr-o comandă manuală sau întârziată faţă de unda R cu 20...80 ms (D sincronă).

În cazul defibrilării sincrone, comanda manuală introduce un circuit de aşteptare, corelat cu semnalul ECG (prelevat într-o conexiune standard şi amplificat printr-un amplificator izolat). Unele aritmii produc un semnal ECG deformat dar cu unda R detectabilă. Alteori este necesr ca printr-o stimulare externă, inima sa fie forţată să bată normal, pentru a putea aplica impulsul defibrilator. Acest proces este cunoscut sub denumirea de cardioversiune.

3

Stimulatorul cardiac (Pacemaker). În situaţiile de alterare ireversibilă mai pronunţată a mecanismului de funcţionare autonomă a inimii, se poate recurge la stimularea artificială ritmică şi continuă a acesteia. Operaţia de stimulare prin electrozi externi presupune nivele mari ale curentului, avâd ca urmare inevitabil senzaţii dureroase. De aceea, în asemenea situaţii se folosesc electrozi introduşi direct în inim, care nu produc efecte secundare dureroase dar ridică probleme prin iritarea şi fenomenele de respingere la nivelul străpungerii pielii, greu de compensat. Pentru situaţiile în care stimularea este necesară pe timp îndelungat s-a găsit o rezolvare prin implantarea întregului echipament sub piele, în regiunea abdominală sau sublaviculară. Echipate cu baterii speciale, asemenea stimulatoare funcţionează neintrerupt mai mult de un an. Operaţia chirugicală este banală şi la momentul necesar, se înlocuieşte aparatul cu altul având surse proaspete. Tehnologia realizării stimulatorului şi o perioadă de verificare înainte de montar, pe o sarcină artificială, asigură funcţionarea îndelungată fără riscul defectării. Cu toate acestea, periodic, se fac investigaţii prin conexiuni exterioare asupra parametrilor funcţionali şi a stării stimulatorului, mai ales a bateriilor.

Purtate în exterior sau implantate, stimulatoarele cu electrozi introduşi în inimă sunt principial de două tipuri: cu frecvenţă fixă şi cu declanşarea controlată de procesele din inima stimulată. Stimulatoarele din ultima categorie sunt controlate de activitatea ventriculară prin sincronizarea cu complexul QRS sau prin inhibarea de unda QRS (de tip DEMAND). În sfârşit controlul dat de activitatea atrială defineşte tipul de stimulator comandat atrial.

Stimulatorul cu frecvenţă fixă sau asincron, este un generator autoblocat care produce circa 60 de impulsuri pe minut de circa 10 volţi amplitudine şi cu durata de câteva milisecunde.

Stimulatorul controlat ventricular se recomandă în brahicardia sinoatrială, întârzierea sau lipsa propagării atrioventriculare. Se cunosc două tipuri de asemenea stimulatoare. Unul este stimulatorul sincronizat pe unda R debitând impulsuri către miocard. Circuitele stimulatorului fiind în contact cu peretele interior al ventricolului, controlează neîntrerupt activitatea electrică a acestuia. Dacă în decursul unui interval determinat se sesizează depolarizarea naturală a inimii, stimulatorul se asociază şi descarcă prin electrod un impuls cu o foarte mică întârziere (sincron). Evident acest impuls nu are consecinţe deoarece apare la începutul perioadei refractare. Dacă însă depolarizarea naturală întârzie faţă de ultima contracţie ventriculară, stimulatorul descarcă un impuls de curent în punctul de contactare a ţesutului cu electrodul. Timpul de aşteptare între două impulsuri este un parametru al stimulatorului. După cum rezultă, stimulatorul este în esenţă un multivibrator de frecvenţă fixă, care se poate declanşa în avans, datorită unui impuls de comandă (trigger).

Stimulatorul inhibat de unda QRS, sau stimulatorul „santinelă” (Demand Pacemaker) se deosebeşte de tipul precedent prin aceea că, la apariţia depolarizării ventriculare naturale nu se descarcă instantaneu ci anulează impulsul, intrând în acelaşi timp într-un nou interval de aşteptare. Dacă în decursul acestuia inima nu contractă autonom, stimulatorul furnizează un impuls care declanşează depolarizarea ventriculară. Vezi fig. 4 a) şi c).

Stimulatorul controlat atrial (fig. 4 b) readuce funcţionarea inimii cât mai aproape de regimul normal, cu premiza de a dispune de o bună funcţionare a nodului sinoatrial. Un electrod contractează peretele atrial şi preia semnalul generat de activitatea atrială. După o întârziere în timp egală cu propagarea normală prin nodul atrioventricular între muşchii ventriculari (circa 150 ms) stimulatorul trimite un impuls printr-un al doilea electrod introdus în ventricol. În felul acesta stimulatorul construieşte o punte artificială peste segmentele care nu propagă stimulul propriu. Electrodul pentru detecţia atrială şi electrodul de stimulare se găsesc pe acelaşi catete, distanţate astfel încât să atingă suprafeţele celor două cavităţi.

4

Fig. 4. Stimularea controlată a inimii.1 – Stimulator controlat atrial, E – Stimulator controlat ventricular. EA – electrodul atrial, EV – electrodul ventricular. AF – amplificatorfiltru, PIP – circuite de prelucrare, întârziere şi protejare. G – generator de impulsuri. B) desfăşurarea în varianta 1. c) desfăşurarea în varianta R. Electrodul de detecţie captează unda P, caracteristică depolarizării atriale. Astfel se declanşează circuitul de întârziere cu durata egală cu intervalul PQ normal. La sfârşitul intervalului se produce impulsul stimulator. Dacă unda P care urmează întârzie cu mai mult de o secundă, stimulatorul trece la acţiune de la sine.

Stimulatoarele descrise sunt protejate faţă de diferitele artefacte posibile. Astfel, ele sunt echipate cu filtrare şi circuite de protecţie faţă de curenţii de defibrilare, faţă de tensiunile induse de câmpurile externe tranzitorii sau periodice, faţă de comenzile nedorite provenind din extrasistole. O grijă deosebită se acordă pentru asigurarea unei perioade refractare artificiale a miocardului.

Conducţia curentului de stimulare prin inimă se face unipolar sau bipolar. Stimularea unipolară asigură întoarcerea curentului prin conducţia corpului către un electrod indiferent, constituit de suprafaţa metalică a cutiei stimulatorului implementat. Dacă stimulatorul este extern, electrodul indiferent se introduce sub piele. Pentru stimularea bipolară cateterul poartă doi electrozi. Electrodul introdus în inimă este condus sub obsrvaţie radiologică de-a lungul venei jugulare prin atriul drept şî valvă (Tricuspidalis) la baza ventricolului drept unde prin aşezare asigură contactul stabil cu peretele interior. Electrodul este de tip endocardial.

Un alt mod de contactare este cel epicardial, adică cu electrodul fixat pe suprafaţa exterioară a inimii. În sfârşit, contactul electric se poate asigura prin ancorarea electrodului direct în muşchi, adică miocardial.

Electrodul epicardial sau electrodul miocardial se introduce prin toracele deschis (toracotomie) şi pericard, pe inima stângă – unde se fixează.

După implantarea electrodului, nivelul impulsurilor se reglează în acord cu cerinţele individuale ale pacientului, pe baza unor determinări efectuate cu un stimulator etalonat comandat din exterior, numit analizor al pragului de stimulare.

Stimulatorul furnizează impulsuri cu intensitatea şi frecvenţa reglabile.Urmărind cu tehnica ECG funcţionarea inimii, se determină caracteristicile impulsului cu efecte sigure. Stimulatorul implantabil se reglează în funcţie de datele obţinute.

5

Pentru stimularea activităţii miocardului impulsurile trebuie reglate în raport cu conexiunea adoptată. Pentru stimularea de urgenţă sau de scurtă durată electrozii se aplică extern sau prin esofag. (Vezi fig. 5 a şi d). Electrodul aplicat pe epicard în conexiune unipolară (fig. 5 b şi c) sau bioplară (fig. 5 e) se fixează printr-o intervenţie chirurgicală prin toracele deschis. Impulsul dreptunghiular folosit are durata de câteva ms.

Fig. 5 Diferite moduri de aplicare a electrozilor şi valorile pragurilor în cazul impulsului dreptunghiulat de câteva milisecunde.

Pentru realizarea stimulatoarelor cardiace au fost elaborate mijloace speciale. Componente şi dispozitive cu fiabilitate ridicată de dimensiuni reduse, microcircuite şi în primul râd surse de alimentare cu viaţă de funcţionare îndelungată. Circuitele electronice folosite pentru obţinerea impulsurilor au fost concepute cu un consum minim de energie în alimentare. De exemplu, un circuit simplu astabil, capabil să stimuleze inima la o frecvenţă fixă dată este reprezentat în fig. 6. Alimentat de la o sursă de 6 V, montajul furnizează impulsuri de circa 2 ms, cu amplitudinea de peste 5 V. Frecvenţa de repetiţie este de fixă, de circa 70 imp/min. Regimul de comutaţie face ca cele două tranzistoare complementare T1 şi T2 să treacă în starea de conducţie numai pe durata scurtă a impulsului. Astfel consumul rezultă foarte redus.

Fig. 6 Generator simplu de impulsuri stimulatoare asincrone

6

În fig. 7 se indică schema bloc a stiulatorului corelat cu ritmul propriu al inimii. Realizat în conexiune unipolară endocardială, electrodul de măsură E asigură atât prelevarea biopotenţialului ventricular cât şi aplicarea impulsului de stimulare. În conformitate cu notaţiile din fig. 7, circuitele din blocul PD asigură protejarea intrării în cazul unor semnale parazite mari, cum ar fi electroşocul defibrilator.

Fig. 7 Schema bloc a stimulatorului controlat de unda RÎn acelaşi timp circuitul separă calea biosemnalului colectat faţă de circuitul de ieşire a

stimulatorului. Biosemnalul BS şi în primul rând complexul QRS se aplică pe filtrul activ cu câştig supraunitar AF. În continuare se află detectorul undei de depolarizare ventriculară, D, care identifică panta şi durata acestei faze a biopotenţialului.Efectele parazite (artefactele) sunt eliminate de filtrul de zgomot FZ. Se creiază astfelpe poarta I un impuls declanşator. Asigurarea pe perioada refractară este dată de circuitul monostabil de ms. Poarta P validează comanda I numai după cel puţin ms faţă de impulsul precedent. Dacă această condiţie este îndeplinită, comanda se transferă în circuitele CES, de formare a impulsului de stimulare. Aici apar două posibilităţi:

1) dacă stimulatorul este sincron iar impulsul de comandă I soseşte după răstimpul (cu aproximativ 0,43 secunde întârziere), stimulatorul se asociază cu unda R naturală, cu un declaj de 5-10 ms întârziere. În cazul că apariţia undei naturale R întârzie peste 0,86 secunde (corespunde la 70 bătăi pe mint) circuitul emite un impuls propriu de stimulare.

2) Dacă stimulatorul este de tipul inhibat, impulsul I transmis de poarta P după intevalul 0,33-0,43 secunde (în afara perioadei refractare), readuce generatorul CES în starea iniţială fără emisia unui impuls de ieşire. În caz că impulsul I nu apare în 0,86 secunde faţă de declanşarea precedentă, stimulatorul emite către electrodul E un impuls propriu. Durata între două impulsuri succesive se poate regla de obicei între 0,86 s (70 bătăi/min) şi 0,6 s (100bătăi/min).

Siguranţa de funcţionare şi durabilitatea surselor e alimentare sunt probleme de maximăimportanţă în cazul stimulatoarelor implantabile. Bateriile cu mercur şi oxid de zinc de tip Mallory sunt cel mai des folosite. Ele pot asigura funcţionarea stimulatorului circa 3 ani. O celulă furnizează o tensiune iniţială de 1,35 V. Într-un stimulator se încorporează 4...6 celule. Astfel, tensiunea la începutul impulsului rezultă cu circa 0,2 V mai mică decât tensiunea de alimentare, adică de la caz la caz, între 5,2 şi 7,9 V. Intensitatea curentului depinde bineînţeles de impedanţă circuitului prin electrozi. Sarcina artificială pentru testarea acumulatoaerlor se ia de 500 ohmi. Se mai fabrică baterii cu litiu-iod şi în ultimul timp cu izotopi radioactiv Pu238Sc.

Funcţia de excitabilitate a miocardului cu un electrod unioplar endocardial este o caracteristică a fiecărui individ, dar nu se abate decât ca excepţie din intervalul min-Max din fig. 8 a. Pentru menajarea sursei de alimentare este oportun să se intervină asupra parametrilor impulsului de stimulare S (din aceeaşi figură) micşorând amplitudinea sau durata acestuia . După cum s-a arătat, amplitudinea depinde de numărul celulelor încorporate. De aceea, reglajul se face prin schimbarea

7

duratei impulsurilor. În fig. 8 (b) se poate urmări valoarea medie a curentului debitat de către sursa de alimentare, în microamper, ca funcţie de durata impulsului, în ms. Există pacienţi la care durata poate fi redusă substanţia faţă de valoarea nominală de 1,7 ms. Stimulatoarele moderne se pot regla după o testare a pacientului prin electrodul endocardial introdus pentru prelungirea duratei de funcţionare.

Fig. 8 Caracteristica de stimulare în coneziune unipolară endocardială a) şi impulsul tipic de stimulare S. Curentul mediu debitat e sursa de alimentare în funcţie de durata impulsurilor b).

Desigur alegerea unei durate scurte măreşte riscul unui regim de stimulare ineficient, în cazul căderii unei celule a sursei. Micşorarea amplitudinii impulsului de tensiune prin degradarea unei celule este de 1,35 V, la care se adaugă căderea de tensiune pe celula inactivă de încă 0,45 V, adică în total 1,8 V. Din această cauză, stimulatoarele cu durata redusă în impuls au fost concepute să nu lucreze cu un factor de umplere fix. Micşorarea tensiunii în impuls atrage după sine creşterea duratei . Dacă tensiunea scade de exemplu de la 5,2 la 3,6 V, durata impulsului creşte automat de la 0,3 la 1,1 ms. În acelaşi timp se măreşte intervalul dintre impulsuri, adică scade frecvenţa stimulării. Se defineşte astfel un mijloc de urmărire din exterior a stării surselor de alimentare.Dacă frecvenţa stabilită prin tehnica ECG scade cu 10% faţă de valoarea reglată la implantare, se impune înlocuirea stimulatorului, bateriile fiind epuizate.

Pentru ca efectul de stimulare să nu se blocheze datorită modificării pragului de excitabilitate prin electrodul endocardial – mai ales în primele săptămâni după implantare – stimulatorul poate fi echipat cu un circuit de control automat prezentat în fig. 9.

În regim normal, stimulatorul unipolar lucrează inhibat de unda R, intervenind cu un stimul numai dacă frecvenţa cardiacă scade sub 70 ătăi /min. Impulsurile au amplitudinea de 5,2 V şi durata de 1 ms. Epuizarea unei celule de alimentare micşorează frecvenţa cu 8...12 impulsuri/min.

8

Fig. 9. Stimulator ventricular inhibat, cu circuit de control al pragului de excitabilitate.În schema bloc a, găsim circuitele de protecţie CP pe borna electrodului E. Dacă se

recepţionează unda R, aceasta se amplifică selectiv prin AF. Perioada refractară este protejată prin circuitul de întârziere de 330 ms. Filtrul de zgomot transferă impulsul şi inhibă generatorul de impulsuri GI, conectat şi la circuitul de control al tensiunii bateriei, CTB. Depăşirea intervalului maxim de aşteptare, declanşează un impuls de stimulare, pe calea „1” şi circuitul de ieşire CP.

Stimulatorul trece în regimul de control al pragului de excitabilitate (funcţia Vario) dacă peste locul implantării se pune un magnet permanent special, releul Reed comută în poziţia „2”. Prin aceasta generatorul trece pe un regim cu frecvenţa constantă de 100 impulsuri /min, iar amplitudinea - iniţial de 5,2 V, scade progresiv cu 0,35 V după fiecare impuls. În acest fel, valoarea zero se atinge după fiecare impuls. În acest fel valoarea zero se atinge după 16 impulsuri succesive (fig. 9 b), după care ciclul este reluat. Conectând pacientul la un ECG, se determină numărul de impulsuri după care efectul stimulării încetează (fig. 9 c). Ultimul stimul, exprimă valoarea de prag al excitabilităţii. Dacă de exemplu n = 7,

Up = 5,3 – (n-1) x 0,35 = 3,1 V

Tensiunea de 2,1 V reprezintă marginea de siguranţă (supratensiunea) în funcţionarea stimulatorului.

9