Grunnleggende pacing, pacemakerfunksjoner og innstillinger

Stimuleringsterskel

Som tidligere omtalt kan myokard bli eksitert av eksterne elektriske stimuli som driver cellene til terskelverdien. Stimuleringsterskelen er den minste energimengden som kreves for å nå terskelen og fremkalle et aksjonspotensial. Intensiteten av den elektriske stimulansen beskrives av amplituden (målt i volt) og varigheten (målt i millisekunder). Amplituden og varigheten av pulsen må optimaliseres for å sikre depolarisering og samtidig minimere batteriforbruket. Amplituden er normalt under 1,5 V, og pulsens varighet (bredde) settes vanligvis til 0,5 ms.

Forholdet mellom strøm (I), spenning (V) og motstand (R) beskrives av Ohms lov:

V = I – R

Pacemakere genererer en konstant spenning (V). Strømmen som leveres av pulsgeneratoren, kan beregnes på følgende måte:

I = V/R

Siden spenningen (V) er konstant og batteriforbruket må minimeres, bruker de fleste pacemakere elektrodespisser med høy motstand (400 til 1200 Ω). Jo høyere motstand i elektrodespissen, desto mindre strøm brukes.

Programvareinnstillinger

Pacemakerens programvare inneholder forhåndsprogrammerte algoritmer og innstillinger, som kan skreddersys til pasientens behov. Programmeringen gjøres via en ekstern enhet som kommuniserer trådløst med pacemakeren. Et bredt spekter av innstillinger kan justeres. Disse innstillingene omfatter pacemakerens basisfrekvens (den laveste tillatte hjertefrekvensen som utløser pacemakeren), pacemakerens oppførsel ved lav og høy hjertefrekvens, pacemakerens oppførsel ved tilstedeværelse og fravær av iboende hjerteaktivitet, Moderne pacemakere er fullpakket med algoritmer som optimaliserer funksjonen. For eksempel finnes det funksjoner som kontinuerlig revurderer stimuleringsterskelen for å kalibrere stimuleringene i henhold til myokardets eksitabilitet.

Pacemakerens funksjoner

Funksjonene til en pacemaker avhenger av programvare, maskinvare og programmering. De enkleste pacemakersystemene består av en pulsgenerator og én ledning, som er plassert enten i høyre forkammer eller høyre hjertekammer. Slike systemer kalles enkeltkammersystemer. I dag er de fleste implanterte pacemakere tokammersystemer, noe som betyr at det brukes to avledninger: én i forkammeret og én i hjertekammeret. Dobbeltkammersystemer gir mulighet for sensing og pacing i både forkamre og hjertekamre.

Sensing

Pacemakeren kan registrere hjertets egenaktivitet og reagere deretter. Pacemakeren registrerer iboende depolarisasjoner. Depolariseringer representeres av P-bølgen (atrieavledning) og QRS-komplekset (ventrikkelavledning). T-bølger gjenspeiler repolarisering og skal ikke registreres av pacemakeren.

Sensing brukes til å hemme eller utløse pacingpulser. Inhibering av pacing er hensiktsmessig når det er iboende hjerteaktivitet; tilstedeværelsen av spontan atrie- eller ventrikkelaktivitet bør inhibere pacing i kammeret med aktivitet. Registrering av spontan atrieaktivitet (P-bølger) uten påfølgende ventrikkelaktivitet (QRS) bør imidlertid føre til pacing i ventriklene.

For å registrere korrekt må pacemakeren detektere depolarisasjonsstrømmer i nærfeltet (P- eller QRS-bølger) og ignorere repolarisasjonsstrømmer i nærfeltet (T-bølger), samt strømmer i fjernfeltet (dvs. strømmer som genereres av vev som elektroden ikke er koblet til). Eksterne signaler fra elektronikk (mobiltelefoner, datamaskiner osv.) må også ignoreres. Den atriale avledningen er derfor innstilt til å registrere signaler med et amplitudeområde på 1,5 til 5 mV og en frekvens på 80 til 100 Hz. Den ventrikulære avledningen registrerer signaler i området 10 til 30 Hz og med en amplitude på 5 til 25 mV. Pacemakeren vil ikke registrere depolarisering utenfor disse grensene, noe som kan føre til underregistrering av sann indre aktivitet og dermed uhensiktsmessig pacemakeraktivitet.

Som beskrevet i forrige kapittel, kan levering av pacingpulser være bipolar eller unipolar. Sensing kan også være bi- eller unipolar. Generelt er sensing mer nøyaktig med bipolar pacing, fordi begge målepunktene befinner seg inne i hjertet (dvs. begge elektrodene er plassert ved avledningens spiss).

Basisfrekvens

Basisfrekvensen er den laveste hjertefrekvensen som pacemakeren tillater; egen hjerteaktivitet under basisfrekvensen vil utløse pacing. Basisfrekvensen er vanligvis satt til 60 slag/min, noe som betyr at pacemakeren venter bare 1000 ms etter hver depolarisering før den avgir en puls. Spontane depolarisasjoner som oppstår innen 1000 ms, vil hemme pacemakeren.

Utløsning

Pacemakeren kan også trigges, noe som betyr at den pacer i ventrikkelen som respons på intrinsisk atrieaktivitet. Når pacemakeren registrerer atrial aktivitet, stimulerer den ventrikkelen etter en tidsforsinkelse for å etterligne den fysiologiske forsinkelsen i AV-knuten. Triggering gjør det mulig for ventriklene å følge atrieaktiviteten, noe som er ønskelig.

Triggering kan bli uhensiktsmessig i følgende situasjoner:

• Under supraventrikulær takyarytmi (f.eks. atrieflimmer): Pacemakeren kan overføre arytmien til ventriklene, noe som er svært uhensiktsmessig.
• Hvis depolariseringen fra ventrikulær pacing forplanter seg tilbake til atriene, kan atrieavlesning utløse en ny ventrikulær stimulering. Denne syklusen kan gjenta seg og forårsake en endeløs takyarytmi.

For å forhindre uhensiktsmessig trigging har pacemakeren tre beskyttelsesmekanismer:

1. PVARP: Atriell sensing er av (refraktær) fra begynnelsen av QRS-komplekset til en periode etter at QRS er fullført. Denne refraktærperioden, som er illustrert i figur 1, kalles PVARP (Post-Ventricular Atrial Refractory Period). Hvis den ventrikulære impulsen beveger seg tilbake inn i atriene under PVARP, vil atrieelektroden ignorere impulsen. Atrieelektroden ignorerer faktisk alle impulser i atriene (f.eks. impulser fra atrieflimmer) under PVARP. Sist, men ikke minst, forhindrer dette også at den atrielle elektroden registrerer, og reagerer på, ventrikulære depolarisasjoner.
2. Maks. hastighet: Pacemakeren kan stilles inn til en maksimal triggergrense. Uavhengig av atrieaktiviteten vil pacemakeren ikke slå med en frekvens over denne frekvensen.
3. Modusbryter: Noen pacemakere har en modusbryterfunksjon som gjør det mulig å slå av utløsningen under en supraventrikulær takyarytmi.

Pacing-modus

Pacing-modus angis med en forkortelse som består av 3 til 5 bokstaver. Disse bokstavene beskriver, i kronologisk rekkefølge, følgende:

1. Kammeret som paces: O (utelatt), A (atrium), V (ventrikkel) eller D (dobbelt, atrier og ventrikler)
2. Kammeret som registreres: O (utelatt), A (atrium ), V (ventrikkel) eller D (dobbelt, atrier og ventrikler)
3. Respons på registrerte hendelser: O (utelatt), I (hemmet), T (utløst) eller D (dobbelt, hemmet og utløst).
4. Hastighetssensitivitet: O (utelatt, ingen) eller R (frekvensresponsiv)
5. Multisite-pacing (pacing på flere steder i samme kammer: O (utelatt), A (atrium), V (ventrikkel) eller D (dual, atrier og ventrikler)

Hvis pacemakeren ikke er frekvensresponsiv, kan den fjerde bokstaven utelates. Dette gjelder også den femte bokstaven (multisite-pacing).

Eksempel: En DDDR-pacemaker:

D = Dobbel pacing (pacing i atriene og ventriklene).
D = Dual sensing (sensing i atriene og ventriklene).
D = Dual respons (kan både hemmes og utløses).
R = Rate responsive (pacingfrekvensen kan tilpasses til fysisk aktivitet).

I klinisk praksis er DDD, VVI og AAI vanligst, med eller uten frekvensrespons.

Asynkron pacing

En pacemaker med AOO-innstilling stimulerer i forkammeret, men har ingen sensing og dermed ingen respons på sensing. En slik pacemaker stimulerer med en fast frekvens, uavhengig av hjertets egenaktivitet. Dette kalles asynkron pacing fordi den ikke er synkronisert med hjertets egenaktivitet. På samme måte gir VOO asynkron pacing i ventrikkelen, og DOO gir asynkron pacing i atriene og ventriklene.

Asynkron pacing brukes sjelden, men kan være nyttig når det ikke er tilstrekkelig egenaktivitet i hjertet, men omfattende forstyrrelser (som ellers ville ha hemmet pacing). Da er asynkron pacing egnet fordi den stimulerer med en fast frekvens og ignorerer signalene fra omgivelsene. Asynkron pacing setter også inn når batteriet tømmes, eller når en pacemakermagnet plasseres på boksen (merk at effekten av en pacemakermagnet kan variere fra produsent til produsent).

Vanlige enkeltkammersystemer

Pacemaker med AAI har én elektrode i høyre atrium. Elektroden brukes til pacing og sensing, og pacemakeren hemmes når spontan atrieaktivitet (P-bølge) registreres. Hvis atrieaktiviteten er langsommere enn pacemakerens grunnfrekvens, vil pacemakeren pace.

En VVI-pacemaker stimulerer og registrerer i kammeret, og hvis den registrerer spontan ventrikkelaktivitet (R-bølge), stimulerer den ikke. Hvis ventrikkelfrekvensen er lavere enn basisfrekvensen, vil pacemakeren pace.

Tokammersystem

Det vanligste tokammersystemet er DDD, som innebærer pacing i forkamrene og hjertekamrene, sensing i forkamrene og hjertekamrene, og muligheten til å bli hemmet eller trigget. Denne pacemakeren stimulerer i forkamrene og hjertekamrene hvis den iboende hjertefrekvensen er under pacemakerens grunnfrekvens. Hvis den spontane hjertefrekvensen er raskere enn pacemakerens grunnfrekvens, hemmes pacemakeren. Hvis den spontane atriefrekvensen er lavere enn pacemakerens grunnfrekvens, vil pacemakeren pace i atriet. Deretter avventer den aktivitet i ventrikkelen, og hvis den ikke registrerer ventrikulær depolarisering innen en viss tid (se AV-forsinkelse nedenfor), vil den også stimulere i kammeret. Hvis atriefrekvensen overstiger pacemakerens basisfrekvens, men ventrikkelfrekvensen ikke gjør det, hemmes atriepacingen, mens ventrikkelpacingen utløses.

DDI-pacemakeren tilbyr pacing og sensing i atriene og ventriklene, og kan også hemmes hvis det oppstår spontan aktivitet. Atrieaktivitet vil ikke utløse ventrikulær pacing. Pacemakeren vil imidlertid pacemakere i ventrikkelen hvis den ikke registrerer en ventrikkelimpuls innen en viss tidsperiode etter atriepacing.

Valget av pacemaker avhenger av den underliggende sykdommen. Følgende flytskjema er anbefalt av European Association for Cardiology, og det er i tråd med retningslinjene fra American Heart Association og American College for Cardiology.

Tilleggsfunksjoner

Håndtering av AV-forsinkelse

Pacemakere som pacer både atriene og ventriklene, er programmert til å etterligne den naturlige forsinkelsen i AV-knuten. Denne programmerte forsinkelsen (AV-forsinkelse) kan justeres, og moderne pacemakere gir også mulighet for frekvensjustert AV-forsinkelse; AV-forsinkelsen er kortere ved høye hjertefrekvenser og vice versa. Dette forbedrer hemodynamikken.

Frekvensrespons

Hjertefrekvensen må øke under trening for å øke hjertets minuttvolum. Hvis pacemakeren utløses i ventrikkelen, vil den naturlige økningen i atriefrekvensen under trening føre til en tilsvarende økning i ventrikkelfrekvensen. Dette forutsetter imidlertid at pacemakeren har denne stimuleringsmodusen, og at atriumrytmen er sinusrytme. Dette er selvsagt ikke alltid tilfelle, og derfor er noen pacemakere utstyrt med en sensor som registrerer fysisk aktivitet. Sensoren kan bestå av et akselerometer eller en piezoelektrisk krystall, som begge registrerer bevegelser. Når sensoren registrerer fysisk aktivitet, øker den ventrikkelfrekvensen tilsvarende.

Hysterese

Hensikten med hysterese er å minimere behovet for pacing. Hysterese innebærer at pacemakeren aksepterer at hjertefrekvensen synker til en viss frekvens under basisfrekvensen, men når den lavere frekvensen nås, pacer pacemakeren med basisfrekvensen. Denne stimuleringen fortsetter i en periode, før pacemakeren setter stimuleringen på pause for å evaluere om den iboende aktiviteten (over hysteresegrensen) har gjenopprettet seg.

Modusbytte

En pacemaker kan, basert på forhåndsprogrammerte algoritmer, endre innstillingene sine. For eksempel kan en DDD gå over til DDI hvis det oppstår atrieflimmer. Pacemakeren foretar kontinuerlige analyser av atrieaktiviteten for å vurdere om den trenger å endre innstillingene.

Magneteffekt

Hvis du plasserer en magnet på pulsgeneratoren, vil det påvirke dens funksjoner. Effekten varierer avhengig av type pacemaker. Generelt vil imidlertid de fleste pacemakere gå over til asynkron pacing (VOO eller AOO, eller DOO). Figur 3 illustrerer effekten av å plassere en magnet på ulike pacemakere.

Biventrikulær pacing: CRT

En biventrikulær pacemaker stimulerer i begge ventriklene. Denne pacemakermetoden er egnet i situasjoner med uttalte ledningsforstyrrelser, som viser seg som alvorlig QRS-forlengelse. Slike ledningsforstyrrelser fører til desynkronisering av ventrikkelaktiviteten, noe som gjør ventrikkelkontraksjonene mindre effektive, med negative effekter på hemodynamikken og den generelle overlevelsen ved hjertesvikt.

I biventrikulære pacemakere plasseres den ekstra avledningen i sinus coronarius, hvorfra den stimulerer venstre ventrikkel (figur 5). Begrepet kardial resynkroniseringsterapi (CRT) er synonymt med biventrikulær pacing. CRT reduserer symptomer på hjertesvikt og forlenger overlevelsen.

Det er også mulig å utstyre en CRT med en defibrillator (CRT-D), noe som er hensiktsmessig hos personer med høy risiko for ventrikulære arytmier.