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恶性室性心律失常的治疗埋藏式心脏复律除颤器的技术进展

2022-07-29
来源:求医网
编者按1980年美国巴尔的摩霍普斯金医院为一例心脏性猝死幸存者埋置了第一台埋藏式心脏复律除颤器(ICD)。近20年来,除颤器的技术有了很大的发展,其临床价值日益显现。据有关机构估算截至1995年底全球埋置ICD已超过10万台,每年新埋置的约有2万台。近年来该项技术在国内发展也十分迅速,1997年埋藏ICD的台数约为既往总数的10倍。为使恶性室性心律失常患者获得有效的治疗,特组织此专家笔谈,期望能对临床有所裨益。1969年秋Mirowski抱着发展能自动进行除颤的埋藏式自动除颤器(Automatic implantable defibrillator,AID)的美好愿望从以色列来到美国,在巴尔的摩的西柰医院开始了他不懈的努力。1972年匹茨堡的Medrad公司参与并共同进行工程技术的研究。70年代末在美国航天空间署(NASA)的资助下又进行了严格而独立的可靠性试验,最终于1979年7月获准进行有限的临床试用。1980年2月4日第一台AID埋置于人体,其后的四个月内共计埋置了37台,感知和转复都十分成功。美国FDA于1980年10月批准应用。在其后的10年,AID又从单纯的除颤发展到既能除颤又能对室性心动过速进行自动转复的AICD(Automatic implantable cardioverter defibrillator)。迄今,AICD不仅经历了多种改进、发展并加入了治疗心动过缓的后援性(Backup)起搏,使之成为一个全能的抗不同类型心律失常的工作站。不仅如此还能将机内存储的各种心电信号和机器本身工作状态的信息传送出来,堪称体内的“情报站”。

追溯历史,大约可分四个阶段。①第一代AID:只能自动识别、自动除颤。采用心内(导线)/心外(网罩)或在心外安置两个片状(Patch)电极进行经心肌放电,输出能量为25~30 J,识别心室颤动(VF)的方式系根据概率密度函数(PDF)确立,无同步放电功能。AID尽管在识别VF与转复方面成功率为100%,但当这些存活者兼有频率为250 bpm以下的室性心动过速(VT)时则难以对其进行识别和治疗。为了全方位地对VT作出响应不久就发展了既对心率又对PDF分析的第二代AID。②第二代AID:采用一根插入右室的特别双极导线,利用端点电极从右室心尖心内膜获取心率信息,又利用加大面积的近端电极(12 cm2)对心外膜网罩电极进行PDF感知、分析和放电。实现了对VF/VT的治疗。能同步放电,放电能量仍为25~30 J。另外在技术上亦有不少改进,如对电池的改进、增加声音提示、可用磁铁使AID关闭和启开等。从1982年4月启用到1985年10月获FDA批准销售为止共埋置了687台。统计表明恶性室性心律失常患者的年死亡率从30%~66%下降至1.6%,而其中猝死的主要原因为进行性心力衰竭。③第三代AICD(即埋藏式心脏复律除颤器,ICD):主要在工艺上与可靠性方面进行了改进。以混合型集成电路替代数百个分立元件和复杂的多层印刷电路板,采用新型的高能密度的储能电容减小脉冲发生器的体积和延长再形成(Reformation)充电时间。对电路模块按军用标准进行四重(机械强度、抗冲击震动、抗电击、冷热冲击)检验。于1986年初获FDA的批准入市。代表性产品为Inter公司的AID-C及后来由CPI公司重新命名的VENTAK 1500。④第四代AICD(称ICD):主要在功能上增加后援起搏;对VT的治疗先采用抗心律失常的电刺激(如Burst、PES、Over-drive等),在无效的情况下再行低能量电击(1~3 J),再无效时逐步增加电击能量直至34 J;对VT/VF的判别单纯采用心率准则并包含了突然发作、持续存在与心率超标三要素一起进行判别。此外,在机器自检功能与程控功能、遥测/存储功能上也大为加强并采用单导线进行腔内双极除颤,构成现在应用的如Jewel+ VENTAK 1740一类的ICD。

虽然ICD与起搏器同属于用电刺激治疗心律失常,也都是用导线电极治疗,但从工程技术上讲它们是完全不同的。①输出能量方式不同:ICD采用两个串联的高压大容量电容(800 V,120 μF)储能,用直流升压变压方式(DC-DC)对其充电,然后在6 ms内将电能释放,其电流强度超过起搏器千倍,能量更逾百万倍。在电路和设计上完全不同。②感知方式不同:在ICD中导线获得的心电信号是一组周期不等、幅值不同的不规则脉冲,与起搏器获得恒幅V波不一样。并且ICD必须用可随时间变化的增益来毫不遗漏地检测除极信号,否则造成漏判或误判都将给病人带来巨大损失。③导线不同:ICD的导线电极不仅要有足够大的面积(10 cm2以上) 而且其放电电场要设计得能最大限度地包含心室肌。导电性能也要良好(应能流通10 A电流),内外导丝之间绝缘性要好(>1 500 V耐压)。④电池不同:ICD应用低内阻的锂-银氧化矾电池,要求充电时间在15~30 s内能流出1~2 A的电流。至于其他如程控功能,识别(VT/VF、窦性心动过速/折返)功能,控制(各种抗心动过速起搏、电击能量)功能,遥测和存储功能都大大超过起搏器。

ICD的两大主要性能一是充电、放电,二是正确判别VT/VF。其实充放电电路与照相机闪光灯无本质上的差别。而识别电路设计要保证能在VF发生时不失时机地放电。在外电与肌电干扰时不会误放电,对VT要能避开易损期作同步放电。早期曾根据VF时心室内血压无脉动成分这一特征使用了压力传感器和弯曲传感器。可是它却将心室停搏当作VF而误放电。然后改用PDF,当VF时一组相距甚远的电极间感受到的是“连续随机”波动的心电信号,酷似体表记录的VF波形,等电位线消失。反映到PDF上为中值处高峰缺如,中值两侧数值升高,据此可有效地进行判别。但当VT的心室率不快(<155 bpm)且QRS波群不宽、等电位线尚存时则就不能判别为VT。因此最后又摒弃了PDF的判法而改用心率判 据。另一原因是由于导线的使用,从心内膜取出的心电信号已不是以往从片状、网状电极上获取的那种连续而随机的波形。即使是VF发作,导线电极所取得的仍然与常规电生理检查时记录到的那种尖锐脉冲波(V波)相似,只不过间期不太规则,幅度有高有低而已。因为等电位线依然存在。这样PDF判法就显得无能为力而只能让位于心率检测了。目前的做法是计测每次心搏的间期,折算出瞬时心率,然后按心率以多个区间进行划分,抉择出VT或VF。这无疑是十分正确的。然而如导线所接触的心肌已丧失电活性(如心肌梗死)或由于阻滞弧的作用未参与快速折返,那么心率的判别也会遇到麻烦。这在ICD埋置术中与随访中都是应注意的。