Grunnleggende pacing, pacemakerfunksjoner og innstillinger

Stimuleringsterskel

Som tidligere omtalt kan myokard bli depolarisert (eksitert) av eksterne elektriske stimuli som driver cellemembranpotensialet til terskelverdien. Stimuleringsterskelen (pacing threshold) er den minste energimengden som kreves for å nå denne terskelen og fremkalle et propagernede aksjonspotensial («capture»). Intensiteten av den elektriske stimulansen beskrives av amplituden (målt i volt) og varigheten (pulsbredden, målt i millisekunder). Forholdet mellom disse illustreres i styrke-varighet-kurven (strength-duration curve). Amplituden og varigheten av pulsen må optimaliseres for å sikre depolarisering og samtidig minimere batteriforbruket. For å ivareta pasientsikkerheten programmeres vanligvis en sikkerhetsmargin, ofte ved å sette spenningen til det dobbelte av terskelverdien (2:1-margin).

Amplituden er normalt under 1,5 V ved moderne steroid-eluerende elektroder, og pulsens varighet (bredde) settes vanligvis til 0,4–0,5 ms. Kronaksi er den minste pulsbredden som kreves for å stimulere myokard ved en amplitude som er dobbelt så stor som rheobase (den laveste spenningen som kan gi capture ved uendelig lang pulsbredde). Dette er det mest energieffektive punktet for stimulering.

Forholdet mellom strøm (I), spenning (V) og motstand (R, impedans) 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 (impedans), typisk 400 til 1200 Ω. Jo høyere motstand i elektrodespissen, desto mindre strøm trekkes fra batteriet for hver impuls, noe som forlenger levetiden.

Programvareinnstillinger og automatikk

Pacemakerens programvare inneholder avanserte, forhåndsprogrammerte algoritmer og innstillinger som kan skreddersys til pasientens hemodynamiske behov. Programmeringen gjøres via en ekstern programmerer som kommuniserer trådløst (RF eller induktiv telemetri) med pacemakeren. Et bredt spekter av innstillinger kan justeres, inkludert basisfrekvens, refraktærperioder og respons på arytmier.

Moderne pacemakere er utstyrt med funksjoner for automatisk terskelmåling (Auto-Capture). Disse funksjonene revurderer kontinuerlig stimuleringsterskelen («beat-to-beat» eller periodisk) og justerer utgangseffekten automatisk like over terskelverdi. Dette sikrer capture samtidig som batterilevetiden maksimeres. I tillegg er fjernovervåking (Remote Monitoring) nå standard for oppfølging, hvor pacemakeren sender tekniske og kliniske data (som batteristatus, ledningsintegritet og arytmiepisoder) automatisk til sykehuset via en hjemmemonitor.

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 elektroder: én i forkammeret (høyre atrium) og én i hjertekammeret (høyre ventrikkel). Dobbeltkammersystemer gir mulighet for sensing og pacing i både forkamre og hjertekamre for å opprettholde AV-synkroni.

En nyere utvikling er elektrodefrie pacemakere («leadless pacemakers»), som implanteres direkte i høyre ventrikkel via vena femoralis. Disse fungerer primært som enkeltkammersystemer (VVI/VVIR), selv om nyere modeller kan detektere atriell mekanisk aktivitet for å gi en viss grad av AV-synkroni (VDD-modus).

Sensing (Deteksjon)

Sensing er pacemakerens evne til å «se» og tolke hjertets interne elektriske signaler. Pacemakeren registrerer iboende (intrinsic) depolarisasjoner. Atriale depolariseringer representeres av P-bølgen, og ventrikulære depolariseringer av QRS-komplekset (R-bølgen). T-bølger gjenspeiler repolarisering og skal ikke registreres av pacemakeren, da dette kan føre til feilaktig hemming av pacing.

Sensing brukes til å hemme (inhibere) eller utløse (trigge) pacingpulser:

• Inhibering: Når pacemakeren ser en egenrytme (f.eks. en spontan R-bølge), nullstilles tidtelleren, og en planlagt pacingimpuls holdes tilbake for å unngå konkurranse med hjertets egenrytme.
• Triggering: Registrering av spontan atrieaktivitet (P-bølger) i et tokammersystem vil starte en tidtaker (AV-intervallet). Hvis ingen spontan QRS kommer innen utløpet av dette intervallet, vil pacemakeren trigge (avgi) en ventrikkelstimulering.

For å registrere korrekt må pacemakeren detektere depolarisasjonsstrømmer i nærfeltet (lokalt ved elektrodespissen) og ignorere signaler fra fjernfeltet (far-field signals), for eksempel atriale signaler sett av ventrikkelelektroden eller muskelstøy.

Det finnes to hovedtyper av sensing-feil:

1. Undersensing: Pacemakeren ser ikke hjertets egne slag (R- eller P-bølger er for små). Dette kan føre til at pacemakeren pacer asynkront, potensielt på toppen av en T-bølge (R-på-T-fenomen), noe som kan indusere ventrikkelflimmer.
2. Oversensing: Pacemakeren tolker elektrisk støy (f.eks. fra skjelettmuskulatur/myopotensialer eller elektromagnetisk interferens) som hjerteslag. Dette fører til uønsket hemming av pacing, noe som kan gi pauser og synkope hos pacemakeravhengige pasienter.

Den atriale avledningen er typisk innstilt med en følsomhet på 0,5 til 4 mV (bipolar), mens ventrikkelavledningen ofte settes til 2 til 8 mV. Bipolar sensing (måling mellom elektrodespiss og en ring noen mm bak spissen) er langt mer motstandsdyktig mot støy (myopotensialer og elektromagnetisk interferens) enn unipolar sensing (måling mellom spiss og pacemakerboksen), og er standard i moderne systemer.

Basisfrekvens

Basisfrekvensen (Lower Rate Limit) 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 1000 ms etter hver hendelse (pacet eller senset) før den avgir en puls. Mange pacemakere har også en nattfrekvens/søvnfunksjon, hvor basisfrekvensen senkes (f.eks. til 50 slag/min) om natten for å tillate en mer fysiologisk døgnrytme.

Triggering og respons på høye frekvenser

Pacemakeren kan også trigges, noe som betyr at den pacer i ventrikkelen som respons på intrinsisk atrieaktivitet (Atriestyrt ventrikkelpacing). Når pacemakeren registrerer atrial aktivitet, starter den en nedtelling (AV-intervallet) for å etterligne den fysiologiske forsinkelsen i AV-knuten. Triggering sikrer at ventriklene følger atrieaktiviteten, noe som gir optimal fylling av ventriklene og opprettholder AV-synkroni ved fysisk aktivitet («tracking»).

Triggering kan bli uhensiktsmessig i følgende situasjoner:

• Under supraventrikulær takyarytmi (f.eks. atrieflimmer): Hvis pacemakeren følger raske atriale impulser 1:1, vil den overføre arytmien til ventriklene og skape en kunstig ventrikkeltakykardi.
• Pacemaker-mediert takykardi (PMT): Hvis en ventrikulær depolarisering (f.eks. et ventrikulært ekstraslag) leder retrograd (bakover) via AV-knuten til atriene, kan atrieelektroden registrere dette som en P-bølge. Dette trigger en ny ventrikkelstimulering, som igjen leder retrograd, og skaper en endeløs sirkel («loop») med rask pacing.

For å forhindre uhensiktsmessig trigging og håndtere høye atriefrekvenser, har pacemakeren flere beskyttelsesmekanismer:

1. PVARP (Post-Ventricular Atrial Refractory Period): En programmerbar periode etter en ventrikkelhendelse hvor atrieelektroden er «blind» (refraktær). Dette forhindrer sensing av retrograde P-bølger og dermed PMT.
2. Maksimal tracking rate (MTR): Den øvre grensen for hvor raskt pacemakeren tillates å pace ventrikkelen 1:1 som respons på atrieaktivitet. Hvis atriefrekvensen overstiger MTR, vil pacemakeren begynne å blokkere impulser, ofte i et Wenckebach-mønster (gradvis forlengelse av AV-intervallet til et slag faller bort), for å hindre brå frekvensfall.
3. Mode Switch (Modusbytte): Ved vedvarende høye atriefrekvenser som overstiger en deteksjonsgrense (f.eks. ved atrieflimmer), kobler pacemakeren automatisk ut tracking-funksjonen. Den bytter midlertidig modus fra f.eks. DDD til DDI(R) eller VVI(R). Ventrikkelpacingen blir da uavhengig av atriefrekvensen, og pasienten unngår rask ventrikkelaksjon drevet av flimmeret.

Pacing-modus (NBG-koden)

Pacing-modus angis med en internasjonal standardkode (NBG-koden) som består av 3 til 5 bokstaver. Disse bokstavene beskriver funksjonaliteten:

1. Kammeret som paces: O (ingen), A (atrium), V (ventrikkel) eller D (dual: både atrium og ventrikkel).
2. Kammeret som registreres (senses): O (ingen), A (atrium), V (ventrikkel) eller D (dual).
3. Respons på registrerte hendelser: O (ingen), I (inhibert/hemmet), T (trigget/utløst) eller D (dual: både inhibert og trigget).
4. Frekvensrespons: O (ingen) eller R (Rate responsive/frekvensadaptiv).
5. Multisite-pacing: Brukes sjelden i daglig klinikk, men angir pacing på flere steder (f.eks. biventrikulær pacing/CRT).

Eksempel: En DDDR-pacemaker:

D = Pacer i både atrium og ventrikkel.
D = Senser i både atrium og ventrikkel.
D = Kan både inhibere (ved egenrytme) og trigge (ventrikkelpacing etter P-bølge).
R = Frekvensrespons (øker pulsen ved fysisk aktivitet).

I klinisk praksis er DDD(R), VVI(R) og AAI(R) de vanligste modusene.

Asynkron pacing

En pacemaker med AOO-, VOO- eller DOO-innstilling stimulerer med en fast frekvens uavhengig av hjertets egenaktivitet. Bokstaven ‘O’ i andre posisjon indikerer at sensing er slått av. Dette kalles asynkron pacing. Siden sensing er deaktivert, er det en risiko for at pacemakeren stimulerer i den sårbare fasen av repolariseringen (på T-bølgen), noe som teoretisk kan indusere ventrikkelflimmer, selv om risikoen er lav ved lav puls.

Asynkron pacing brukes primært i kontrollerte situasjoner:

• Under kirurgi hvor man bruker diatermi (strømkniv). Diatermi genererer elektrisk støy som pacemakeren kan feiltolke som hjerteslag (oversensing), noe som ville ført til farlig hemming av pacing hos avhengige pasienter. Ved å sette pacemakeren til VOO/DOO (ofte ved å legge på en magnet), sikrer man stabil pacing.
• Når batteriet er nesten tomt (EOL – End of Life), kan enkelte pacemakere gå over til en enkel VVI- eller VOO-modus.

Vanlige enkeltkammersystemer

Pacemaker med AAI har én elektrode i høyre atrium. Den pacer atriet hvis frekvensen er lav, og inhiberes ved egen P-bølge. Dette er en fysiologisk god modus for pasienter med syk sinusknute, men som har intakt AV-ledning. Siden det er en risiko for at pasienter med syk sinusknute utvikler AV-blokk over tid, implanteres likevel ofte to ledninger, men programmeres til en modus som minimerer ventrikkelpacing (se under).

En VVI-pacemaker har én elektrode i høyre ventrikkel. Den sikrer mot bradykardi, men gir ingen AV-synkroni (atria og ventrikler slår uavhengig av hverandre). Dette kan føre til «pacemakersyndrom», hvor atriene kontraherer mot lukkede AV-klaffer, noe som gir halsvenestuvning og hypotensjon. VVI brukes derfor mest hos pasienter med permanent atrieflimmer hvor atriell synkroni uansett er tapt.

Tokammersystem

Det vanligste systemet er DDD. Denne pacemakeren opprettholder AV-synkroni ved å pace atriet hvis sinusknuten er langsom, og pace ventrikkelen etter en forsinkelse hvis AV-overledningen er langsom eller blokkert.

Minimering av ventrikkelpacing: Selv om DDD-modus er bra for synkroni, har studier (som DAVID-studien) vist at unødvendig pacing i høyre ventrikkel (RV-pacing) kan være skadelig fordi det skaper dyssynkroni i ventrikkelkontraksjonen og øker risikoen for atrieflimmer og hjertesvikt. Moderne pacemakere har derfor algoritmer (f.eks. MVP, RythmIQ, SafeR) som prioriterer egen overledning. De fungerer i praksis som AAI-pacemakere med overvåking, og bytter kun til ventrikkelpacing hvis AV-overledningen svikter (AV-blokk). Dette er i tråd med gjeldende ESC-retningslinjer som anbefaler å minimere RV-pacing.

DDI-modus: Tilbyr pacing og sensing i begge kamre, men atriell sensing trigger ikke ventrikkelpacing. DDI brukes ofte som «mode switch»-modus ved atrieflimmer for å unngå rask ventrikkelpacing.

Valget av pacemaker avhenger av den underliggende sykdommen (syk sinusknute vs. AV-blokk) og forekomst av atrieflimmer. Følgende flytskjema er basert på ESC-retningslinjer (2021) for pacing.

Tilleggsfunksjoner

Håndtering av AV-forsinkelse

Den programmerte forsinkelsen (AV-forsinkelse) kan justeres. Moderne pacemakere har dynamisk AV-forsinkelse; AV-forsinkelsen forkortes automatisk ved økende hjertefrekvenser (f.eks. under trening) for å etterligne fysiologien og optimalisere fyllingstiden i diastolen. Dette forbedrer hemodynamikken betydelig.

Frekvensrespons (Rate Response)

Ved kronotrop inkompetanse klarer ikke sinusknuten å øke frekvensen adekvat under belastning. En sensor i pacemakeren må da overta styringen. De vanligste sensorene er:

• Akselerometer: Registrerer kroppsbevegelser og vibrasjoner. Reagerer raskt på løping/gang, men ikke på isometrisk arbeid (som vektløfting) eller mentalt stress.
• Minuttvolum-sensor (MV) / Impedans-sensor: Måler endringer i thorax-impedans som korrelerer med respirasjonsrate og dybde.
• CLS (Closed Loop Stimulation): Måler impedansendringer i myokard under kontraksjon, som reflekterer det autonome nervesystemets tonus (inotropi). Dette gir en svært fysiologisk respons også ved mentalt stress.

Hysterese

Hysterese brukes for å fremme egenrytme. Hvis basisfrekvensen er 60, kan hysteresen tillate at frekvensen faller til f.eks. 50 før pacemakeren griper inn. Men når den først starter å pace, pacer den med 60 slag/min (basisfrekvensen). Etter en viss tid vil den senke frekvensen igjen («søke») for å se om egenrytmen har kommet tilbake.

Magneteffekt

Hvis du plasserer en kraftig magnet på pulsgeneratoren, lukkes en «reed switch» inni enheten. Dette tvinger pacemakeren over i asynkron modus (vanligvis DOO eller VOO) med en fast frekvens (magnetfrekvensen). Magnetfrekvensen varierer mellom produsenter (ofte 85–100 slag/min ved fullt batteri), men viktigst er at den endres når batterispenningen faller. Magnetpålegging er derfor en enkel klinisk metode for å sjekke om batteriet nærmer seg utskifting (ERI/RRT – Elective Replacement Indicator).

Fysiologisk pacing og CRT

Tradisjonell pacing i høyre ventrikkels apex gir et bredt QRS-kompleks (venstre grenblokk-mønster) fordi aktiveringen sprer seg langsomt gjennom myokard i stedet for ledningssystemet. Hos sårbare pasienter kan dette føre til pacesvikt. Det er derfor utviklet metoder for å pace mer fysiologisk.

Ledningssystem-pacing (Conduction System Pacing)

De siste årene har stimulering direkte av hjertets ledningssystem fått stor oppmerksomhet. Dette inkluderer His-bunt-pacing (HBP) og Venstre gren-område-pacing (LBBAP). Ved å plassere elektroden nøyaktig i His-bunten eller dypt i septum mot venstre gren, kan man oppnå et smalt QRS-kompleks som ligner normal ledning. Dette bevarer venstre ventrikkels synkroni bedre enn tradisjonell pacing.

Biventrikulær pacing: CRT

En biventrikulær pacemaker stimulerer i begge ventriklene for å resynkronisere kontraksjonen. Dette er indisert hos pasienter med symptomatisk hjertesvikt (EF ≤ 35 %) og ledningsforstyrrelser, spesielt venstre grenblokk (LBBB) med QRS-bredde > 130–150 ms.

I CRT-systemer plasseres en ekstra elektrode (venstre ventrikkel-elektrode) via sinus coronarius ut i en sidegren på venstre ventrikkel (figur 5). Begrepet kardial resynkroniseringsterapi (CRT) innebærer at høyre og venstre ventrikkel stimuleres samtidig (eller med liten forsinkelse) for å motvirke den dyssynkronien som LBBB forårsaker. CRT reduserer symptomer, sykehusinnleggelser og mortalitet betydelig hos selekterte pasienter.

Det er også mulig å kombinere CRT med en implanterbar defibrillator (CRT-D), noe som ofte gjøres hos pasienter med iskemisk kardiomyopati og høy risiko for plutselig død.