Visoka škola za informacione I komunikacione tehnologije

MEDICINSKA INSTRUMENTACIJAELEKTRIČNA STIMULACIJA SRCA

Mentor: Student:

Danica Mamula Tartalja Bojana Beljić 155/09 MI

sadržaj

Anatomija i fiziologija srca

EKG

Poremećaji rada srca

Elektrostimulacija srca

Istorija razvoja uređaja

Savremeni elektrostimulatori i budućnost

ANATOMIJA SRCA

• Težine 300 g smešteno u grudnom košu

• Podeljeno na levo (arterijsko) i desno (vensko) srce

• Sastoji se od pretkomore i komore

• Krv se dovodi i odvodi u srce preko donje i gornje šuplje vene, plućnih vena

• Komora i pretkomora odvojene su srčanim zaliscima

ANATOMIJA SRCA

FIZIOLOGIJA RADA SRCA

• Ritmičkim kontrakcijama tera krv kroz žile sistematskog i plućnog krvotoka

• Sistematski krvotok opskrbljuje krvlju celokupan organizam čime omogućava izmenu tečnosti i materija, dok se u plućnom krvotoku omogućava izmena gaosa preko pluća.

• Konstantnu cirkulaciju krvotoka, srce ostvaruje kontrakcijom svoje muskulature

• Podstucah se javlja u SA-čvoru (sinusno-atrijski čvor) u obliku akcijskog potencijala koji se širi sve do AV-čvora (atrioventrikuparni čvor), izazivajući pri tome kontrakciju muskulature, koja se širi srčanim mišićem

FIZIOLOGIJA RADA SRCA

ELEKTROKARDIOGRAM (EKG)

• P- val

(atrijska depolarizacija)

• QRS kompleks

(ventrikularna depolarizacija)

• T- val

(ventrikularna repolarizacija)

POREMEĆAJ RADA SRCA

• Bradikardija (usporeni srčani ritam)

• Tahikardija (ubrzani srčani ritam)

• Ventrikularna fibrilacija

• Akcioni potencijal širi se iz SA- čvora do AV- čvora, a zatim dolazi do daljnjeg brzog širenja impulsa na miokard preko Hissom snopa i Purkinjeovih niti.

• Kod SA-bloka, AV- čvor preuzima ulogu stvaranja akcionih potencijala

• Kod AV- bloka impulsi se stvaraju u samom Hissovu snopu sa znatno nižom frekvencijom od 15 do 40 u minuti, što ima za posledicu nedovoljno snabdevanje organizma krvlju. U tom slučaju primjenjuje se elektrostimulator srca

ELEKTRONSKA STIMULACIJA SRCA

• Cilj stimulacije srčanog mišića je uspostavljanje pravilnog ritma, pa se zbog toga stimulator

naziva pacemaker (davač ritma)

• Potrebni kada se srce samo ne stimuliše ispravno (postoje aritmije)

• Ukoliko je srčani mišić očuvan, ali je iz nekog razloga poremećen mehanizam aktivacije, može

se artificijelno pobuditi ili inhibirati mišić i na taj način omogućiti potpuno normalan život.

PACEMAKER

• Električni stimulator za indukovanje kontrakcije srca

– Vrlo mala stimulaciona struja

– Vrlo mali faktor ispune stimulacionih impulsa

• Električni impulsi se mogu dovoditi na različite lokacije

– Na površinu srca (epicardium)

– U srčani mišić (myocardium)

– Unutar srčane šupljine (endocardium)

ELEKTRIČNE KARAKTERISTIKE STIMULACIJE SRČANOG MIŠIĆA

• Potencijali na srcu su do 25 mV, sa trajanjemod oko 10 ms.

• Kapacitivnost srčanog mišića je oko C=1µF/cm2.

• Pobudna struja treba da je manja od 1 mA, a da pri tom gustina struje treba da bude manja

od J = 0.1 mA/cm2.

• Impedansa tkivo - elektroda je 0.5 do 1 kΩ.

• Katodna elektrostimulacija

PACEMAKER: STIMULACIONE ELEKTRODE

• Monopolarni i bipolarni pacemaker-i

– Monopolarni:

• Jedna elektroda u kontaktu sa srcem

• Negativni impulsi se dovode na elektrodu

• Velika neutralna elektrodase postavlja bilo gde u telu kako bi se formirala zatvorena

strujna kontura

– Bipolarni:

• Dve elektrode u kontaktu sa srcem

• Stimulaciona struja protiče kroz srce između te dve elektrode

• Stimulacioni parametri (napon/struja, trajanje) su značajni za oba tipa

• Površina elektroda oko S = 10 mm2

• Značajne karakteristike elektroda

– Mehanička izdržljivost

– Material nesme:

• Rastvarati u tkivu

• Iritirati tkivo

• Učestvovati u elektrolitičkim reakcijama usled stimulacije

• Biološki reagovati

– Dobro spajanje sa provodnicima

• Upotrebljavani materijali

– Platina, legure platine i zlata, ostale specijalizovane legure

Internacionalna komisija za srčana obolenja (Inter-Society Comission for Heart Disease - ICHD) je izvršila klasifikaciju srčanih stimulatora.

Obeležavanje pripadnosti pojedinoj klasi je na osnovu tri slovna znaka koja ukazuju na karakteristike stimulatora.

Prvo slovo (pacing) se odnosi na davanje ritma, drugo (sensing) nanačin dobijanja povratne informacije, i treće (activity) na aktivnost koju realizuje stimulator.

"Pacing" i "sensing" mogu da bude u području atrjiuma (A), ventrikule (V), i u atrijumu i ventrikuli tj. dualni (D), a sensing možeda bude i izostavljen (0). "Activity" može da bude 0 – nema aktivnosti, T - okidajuća, I – kočeća, i dualna (D-T ili/i D-I) Sada se koristi i četvrto slovo R – rate response (ako postoji)

VRSTE ELEKTROSTIMULATORA

• Elektrostimulator nepromenjivog ritma (više se ne koristi)

• Elektrostimulator na zahtev inhibirajućeg tipa

• Sinhroni elektrostimulator

ISTORIJSKI RAZVOJ UREĐAJA

• 1958. godine Rune Elmqvist, inženjer elektrotehnike, u firmi Elma Schonander (Siemens-Elema), izradio je prvi ugradni elektrostimulator srca.

• Prvi pacijent kojem je ugrađen pacemaker bio je Arne Larsson (doživeo je duboku starost 86 godina, iako mu je u 44 godine od prve implantacije 25 puta implantiran novi model pacemakera)

SAVREMENI RAZVOJ URAĐAJA

• Prvi ugradni pacemakeri radili su samo nekoliko sati zbog nesavršene tehnološke izvedbe, te kratkotrajnosti baterija koje su bile malog kapaciteta

• Seymour Furman predlaže juvođenje elektrodnog katetera u srce kroz venu

• Wilson Greatbatch projektovao je i napravio tranzistorski pacemaker sa baterijama koje nisu trebale ponovno punjenje svakih nekoliko dana

• 1960. kirurzi William Chardack i Andrew Gage implantirali su takav pacemaker. Takav pacemaker počeo se serijski proizvoditi i bio je zaštićen patentom.

• Razvojem elektroničkih sklopova, povećanjem kapaciteta baterija, usavršavanjem mikroprocesora, smanjuju se dimenzije i masa, te poboljšava rad pacemakera

• U pedeset godina od prve implantacije pacemakera,u više od 4 miliona ljudi ugrađen je pacemaker

SAVREMENI ELEKTROSTIMULATORI

• Programabilni elektrostimulatori srca koji omogućuju promenu bitnih parametara stimulacije srca

• Elektrostimulatori srca kod kojih postoji mogućnost telemetrije

• Elektrostimulatori srca sa odzivom na fizičku aktivnost (imaju mogućnost da se njihova frekvencija impulsa menja u skladu sa radom koji obavlja bolesnik)

BUDUĆNOST ELEKTROSTIMULATORA

• Buduća poboljšanja usmerena su na poboljšanja hidrauličke fizičke aktivnosti.

• Također radi se na poboljšanom komunikacionom prenosu između pacijenata i lekara radi lakšeg praćenja stanja, i tačnijih dijagnostičkih podataka

• Radi se i na rešavanju problema elektromagnetskog uticaja na elektrostimulatore, što stvara probleme osobama u blizini radio frekvencija, a posebno zbog nemogućnosti korištenja MRI-a.

• Najnovija istraživanja rade na otkrivanju bio pacemakera, koji je delom električni, delom biološki. Radi se na uzgoju veštačkih organa potpunobiološki, što bi u skoroj budućnosti moglo potpuno istisnutikonvencionalnu upotrebu pesmejkera, te podstaći potpunu revoluciju u lečenju bolesti.

Literature