Informuojame, jog svetainėje yra naudojami slapukai (angl. cookies)
Sutikdami, paspauskite mygtuką 'Sutinku'.
Sutikimą bet kada galėsite atšaukti ištrindami įrašytus slapukus savo interneto naršyklės nustatymuose.
Tęsdami naršymą svetainėje jūs sutinkate su slapukų naudojimo sąlygomis.

 

 

Straipsnis parengtas pagal D. John Doyle’o esė „The Rise and Fall of the Nuclear Pacemaker“


Įžanga
1953 gruodžio 8-ąją  JAV prezidentas Dwight’as Eisenhower’is paskelbė apie planus perkelti atomines technologijas nemilitaristiniams tikslams savoje “Atoms for Peace” (taikiojo atomo) programoje. Nuo to laiko atomą tyrinėjantys specialistai ėmėsi daugelio krypčių – radiacija slopinti onkologinius darinius, maisto produktų pasterizacijos radiacija, medicinos gaminių sterilizavimo gamma spinduliuote ir kt.
Ne visi taikiojo atomo projektai perspektyvoje pasirodė reikšmingais ar pritaikomais praktikoje. Būta ir visiškai kurioziškų atvejų, tokių kaip atomine energija maitinamas Bulova rankinis laikrodis ar Monsanto Research Corporation planuojamas atominis kavos aparatas. Galbūt labiau gyvenimiški buvo atomine energija varomų lokomotyvų ir lėktuvų planai? Tačiau tuometiniai tyrėjai ir projektuotojai turėjo tokias ribotas patirtis, kad vargiai įsivaizdavo, jog lėktuvo jėgainę tektų taip izoliuoti aukšto tankio (ir didžiulio svorio) medžiagomis nuo žalingo poveikio įgulai ir keleiviams, jog dėl savo svorio toks lėktuvas niekuomet nepakiltų. Ir, neduokdie, toks lėktuvas drbteltų žemėn…
Didžiausia šių projektų nauda buvo ta, jog tyrėjai ir projektuotojai iš klaidų sėmėsi patirčių ir tobulino technologijas būsimiems projektams. Implantuojamas širdies stimuliatorius kaip tik ir yra vienas iš jų.

 

Bendram supratimui apie širdies stimuliaciją
Stimuliatoriais implantuojami pacientams, kurių širdies ritmas dėl įvairių priežasčių yra per retas. Šiuolaikiniai stimuliatoriai turi itin plačias indikacijų ribas, iki širdies nepakankamumo gydymo. Retas širdies ritmas atsiranda dėl įgimtų ar įgytų širdies elektrinės-laidžiosios sistemos sutrikimų. Visi jie vadinami aritmijomis, skirstomi į bradikardijas (per retas ritmas) ar tachikardijas (per dažnas ritmas), nereguliarus ritmas (pvz. prieširdžių virpėjimai) ar visiški širdies sustojimai (asistolijos).

Normaliomis sąlygomis širdis sužadinama nuosavo vedlio, sinusinio mazgo (sinoatrial node), esančio dešiniąjame prieširdyje. Sinusinio mazgo impulsas sklinda abiejų prieširdžių (atrium) audiniais, skatindamas prieširdžius susitraukti ir perpumpuoti kraują į skilvelius (ventriculum). Po to impulsas tarsi užlaikomas zonoje tarp priešidžių ir skilvelių esančiame atrio-ventrikuliniame (AV) mazge, kur impulsas išsišakoja ir sklinda jau skilvelių sienelėmis, verdamas skilvelius susitraukti ir išstumti kraują didžiuoju ir mažuoju apytakos ratais.
 

Pav. 1 Schematinė elektrinės laidžiosios sistemos iliustracija


Kai natyvinė sistema sutrinka, yra implantuojamas širdies stimuliatorius. Elektrodai implantuojami į prieširdį ir/arba skilvelį ir ima valdyti širdies ritmą. Taip jis dirba kelis ar keliolika metų, kol nusėda baterijos – tuomet stimuliatorių tenka keisti (reimplantuoti). Pav. 2 ir 3 iliustruoja, mai atrodo implantuotas stimuliatorius

Pav. 2 Schematinė implantuoto stimuliatoriaus ir elektrodų iliustracija

Pav. 3 Krūtinės rentgenograma, kurioje matyti implantuotas stimulaitorius su elektrodais


Stimuliatoriaus istorija
Širdies stimuliacijos ištakos eina iš eksperimentinės hipotermijos. 1940-ųjų pabaigoje ir 1950-ųjų pradžioje pirmiejį drąsuoliai ėmė eksperimentuoti su viso paciento kūno hipotermija atviros širdies chirurginės operacijos metu – atvėsinus kūną iki žemesnės nei 30ºC temperatūros, kūno metabolizma stampa toks lėtas, kad yra įmanoma ilgesnį laiką be sunkių pasekmių išlaikyti sustabdytą širdį.
Viena sunkiausių problemų būdavo vėl priversti širdį dirbtį kūną atšildant. Kanadiečiui inžinieriui John A. Hopps buvo pavesta šią problemą spręsti. Jis sukūrė pirmąjį lempinį (tranzistoriai dar nebuvo išrasti) išorinį stimuliatorių, naudodamas ir prieširdžio laidą-elektrodą. (Pav. 4). Nors ir veikianti, sistema buvo didelė ir naudojo išoriniį maitinimo šaltinį. Pacientas galėdavo judėti tik tiek, kiek leido maitinimo laido ilgis, o srovės nutrūkimas galėjo lemti letalines išeitis.
 

Hopps’o stimuliatoriaus reprodukcija.
Priekinė sienelė padaryta skaidri, idant matytųsi elektriniai komponentai


Progresuojant širdies chirurgijai reikėjo tobulesnių stimuliatorių. Minesotos universiteto kardiochirurgo profesoriaus Dr. C. Walton Lillehei prašymu, 1957-aisiais inžinierius Earl E. Bakken sukūrė pirmą pasaulyje tranzistorinį, baterijomis maitinamą stimuliatorių. Nors ir neimplantuojamas, stimuliatorius pacientui suteikė beprecedentines mobilumo galimybes ir išsprendė įrenginio maitinimo klausimą. Bakken’as taip pat įkūrė Medtronic Inc. kompaniją, dabartinę širdies stimuliatorių ir kitų medicininių įrenginių technologijų lyderę.
 

Originalus Bakken’o tranzistorinis stimuliatorius

Originalus Bakken’o stimuliatoriaus elektroninės schemos eskizas

 

Sekantis žingsnis buvo sukurti visiškai implantuojamą stimuliatorių. Pirmąjį stimuliatorių 1958-ais žmogui implantavo švedų komanda, panaudodama nikelio-kadmio įkraunamas baterijas, kurioms įkrauti buvo panaudota indukcinė ritė.
Remiantis Medtronic duomenimis, nuo to laiko pasaulyje yra implantuota virš 2 milijonų stimuliatorių. Tuo tarpu ankstyvuoju stimuliatorių plitimo laikotarpiu pagrindine problema buvo baterijų ilgaamžiškumas, tesiekdavęs vos vienerius metus gyvavimo laiko. Taigi radioaktyvių izotopų panaudojimas kaip energijos šaltinis, su 20-ies ir daugiau tarnavimo metų galimybe tapo širdis ir protus pavergiančiu iššūkiu fizikams ir inžinieriams.

Pirmasis atominis stimuliatorius buvo implantuotas 1970-aisiais.

Atominis virsmas
Po reikšmingų mokslinės visuomenės atominių technologijų sprendimų 1950-ais ir 1960-ais buvo natūralu nukreipti pastangas atominio stimuliatorius sukūrimui. 1960-ais Los Alamos mokslinėje laboratorijoje imta siekti šio tikslo. Laboratorija turėjo neginčijamos patirties šioje srityje – ji buvo įkurta Antrojo pasaulinio karo metais ir vykdė itin slaptą “Manheteno projektu” vadintą programą atominei bombai sukurti.
Įdėjos esmė buvo sukurti ir įdiegti į prietaisą “atomine”, “branduoline” ar “radioizotopine baterija” vadinamą maitinimo šaltinį – sistemą, naudojančią atominės spinduliuotės daleliį energiją tiesiogiai (ar netiesiogiai – per šiluminę apykaitą) generuojant elektros srovę.

Medtronic Model 9000 implantuojamas atominis stimuliatorius.

Šaltinis: dnp.nscl.msu.edu/images/Applications11.gif

 

Remiantis Parsonnet et al., 14-kos metų periodu nuo 1973 iki 1987 viso 155 atominiai stimuliatoriai buvo implantuoti 132-ems pacientams Newark Beth Israel Medicinos Centre. Ši patirtis nepatvirtino prielaidos, jog stimuliatoriaus skleidžiama spinduliuotė gali sukelti vėžinių susirgimų. Remiantis tyrimą atlikusiais autoriais, daugiausia mirčių būtą dėl kardiogeninių priežasčių (68%). Autorių nuomone, atominiai stimuliatoria pasirodė kaip sugūs ir patikimi, o aukšta gaminio kaina yra atperkama jo ilgaamžiškumu ir reimplantacijų išvengimu.

Studijos metu buvo eksplantuoti 48 atominiai stimuliatoriai: dėl elektronikos gedimų (15vnt), stimuliacijos tipo keitimo (12vnt), aukšto stimuliacijos slenlsčio (8vnt), laido-elektrodo ar jungties problemų (5vnt), ir tik ąvnt dėl maitinimo šaltinio problemos. Turėkime omenyje, jog šiuolaikinių stimuliatorių nebereikėtų ekplantuoti dėl režimo keitimo – tai daroma distanciniu būdu.
Tačiau… Nors studijos autoriai ir rekomenduoja atominę energiją kaip saugią ir ilgaamžišką alternatyvą, per pastaruosius metus itin pažengė ličio jonų baterijos, kurios stipriai atpigino pačius prietaisus ir nebe labai nusileidžia atomui savo ilgaamžiškumu.
O kur dar atatinkamo saugumo reikalaujančios tokių stimuliatorių gamybos, tarnsportavimo, saugojimo sąlygos, atidirbusių atominių stimuliatorių surinkimas ir utilizavimas…

Visa tai sąlygojo tai, kad paskutinis atominis stimuliatorius buvo implantuotas 1988-aisiais, galbūt jo varoma širdis tebeplaka iki šiol, tuo užbaigdama garbingą ir įdomų širdies stimuliatorių raidos etapą.