III Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

МЕХАНИЗМЫ, ПРИЧИНЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ СЕРДЦА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ларина М.С. 1

---

1Курский Государственный Медицинский Университет

Снегирева Л.В. 1

---

1КГМУ, кафедра физики, информатики и математики

Работа в формате PDF

379 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

В современном мире все больше людей страдают болезнями сердца, при наличии многих из которых незаменимым помощником становится электрокардиостимулятор. Данный прибор находит свое применение в случаях, когда у пациента проявляются следующие симптомы:

• головокружение;

• повышение давления;

• головные боли;

• боли в области сердца.

Представленные симптомы указывают на замедление сердечного ритма, т. е. характеризуют собой заболевание брадикардии. Клиническая картина данного заболевания соответствует изменениям центральной гемодинамики, которые развиваются в этом случае. Возраст больного позволяет предположить высокую вероятность развития нарушений ритма сердца. Этиология заболевания может быть важным фактором для решения вопроса о необходимости имплантации электрокардиостимулятора (ЭКС).

Проблема: Многое люди, страдающие заболеваниями сердца, при которых необходима установка электрокардиостимулятора, боятся самой процедуры имплантации прибора и негативных последствий его эксплуатации. Обоснованы ли их страхи?

Гипотеза: Электрокардиостимуляция оказывает положительное влияние на организм человека, подверженного заболеванию

Цель: Изучить влияние электрокардиостимуляции на организм человека

Задачи:

1. Собрать необходимую информацию об электростимуляции сердца

2. Разобраться в устройстве электрокардиостимулятора

3. Выяснить, как имплантация электрокардиостимулятора влияет на здоровье людей, страдающих заболеваниями сердца

4. Исследовать заболевания, при которых человек нуждается в имплантации электрокардиостимулятора

Методы исследования

* Исследовательский метод

* Поисковый метод

Пути исследования

* Поиск информации

* Работа с информацией

* Систематизация материала

* Практическое применение полученных знаний

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Понятие и виды электрокардиостимуляции

Электрокардиостимуляция — один из видов воздействия на организм импульсным электрическим током в целях возбуждения или усиления функций того или иного органа. Первоначально применялась электростимуляция скелетных мышц. В настоящее время производят электростимуляцию сердца, мочевого пузыря и других органов. Различают 2 вида электрокардиостимумяции:

• прямую (электроды крепятся непосредственно на орган);

• опосредован­ную (через соседние ткани или структуры нервной системы).

Электрокардиостимуляция широко применяется при лечении нарушений сердечного ритма. Электрические сигналы от электрокардиостимулятора в форме импульсов подводятся к сердцу специальными проводниками — электродами. Электрические им­пульсы заданной мощности и частоты воздействуют на миокард в зависимости от фазы сердечного цикла, вызывая систолические сокращения желудочков. Можно вызвать как увеличение, так и уменьшение частоты ритма сердечных сокращений.

2.2. Виды ЭКС

Электрокардиостимуляторы (ЭКС) выпускаются серийно. Они делятся на два основных типа:

• экстракорпоральные (наружные);

• интракорпоральные (предназначенные для имплантации в орга­низм человека).

Но также есть и другая классификация электрокардиостимуляторов:

• однокамерные (используется один электрод, размещаемый либо в правом предсердии, либо в правом желудочке (в зависимости от диагноза) с целью детекции собственных потенциалов сердца и его стимуляции);

• двухкамерные (для данных электрокардиостимуляторов обычно требуются два электрода, один из которых размещается в предсердии, а другой в желудочке: двухкамерный электрокардиостимулятор детектирует сердечную активность предсердия и желудочка, определяя потребность в стимуляции; в процессе последовательной (секвенциальной) стимуляции за сокращением предсердий сразу же следует сокращение желудочков, что делает ритм сердца наиболее близким к естественному, т.е. более физиологичным);

• трёхкамерные (применяется для ресинхронизации сердечной деятельности).

2.3. Виды стимуляции электрокардиостимулятора

Различают моно- и биполярную стимуляции.

При монополярной стимуляции активный электрод (катод) контактирует с миокардом, неактивным электродом (анодом) является корпус ЭКС. Площадь активного электрода не превышает (15- 25)10^-6, а площадь корпуса — 0,1 м². Нарушение стимуляции может возникать из-за реакции организма на активный электрод и корпус ЭКС, которая вы­ражается в росте соединительной ткани и уве­личения ее сопротивле­ния прохождению тока.

Поэтому активный электрод покрыть слоем платины или напыляют на него углеродные слои, биоинертные свойства которых предотвапщают рост фиброзной ткани вокруг электрода, обеспечивая устойчивую стимуляцию. При монополярной стимуляции малые размеры активного электрода позволяют добиться большой плотности тока и, следовательно, и энергии для стимуляции миокарда. Незначитель­ная площадь корпуса ЭКС понижает плотность тока, что может препятство­вать стимуляции. Чтобы исключить такую возможность, корпус ЭКС час­тично покрывают силиконовой рези­ной, которая кроме электроизоляци­онных обладает хорошими биоинертными свойствами. Общее же сопротивление тканой между ка­тодом и анодом составляет не более 500 Ом.

При биполярной стимуляции оба электрода — катод и анод — прикреп­ляют к миокарду в бессосудистой зоне. При эндокардиольной стимуляции площадь катода составляет (1,13-3,8)*10^-6м², анода — (12,26 34,54)*10^-6 м². Трудности, связанные с фиксацией биполярных электродов, делают предпочтительным использование монополярной кардиостимуляции. Обычно диаметр контактной части электрод: составляет (1,4-1,8)*10^-3 м, а с учетом выступающих якорьков — 2,4 * 10^-3 м. Для введения таких электродов используют спецнальные проводники. Диаметром электрода определяется выбор вены подходящей для ввода электрода.

В настоящее время созданы электроды, которые могут функци­онировать в организме 10-15 лет, после чего происходит нарушение изоляции или разрыв токоведущего про­водника.

Можно проводить электростимуляцию предсердий, желудочков или обеих камер. Стимуляция может быть:

• принудительной, или асинхронной (на нее не влияет наличие собственного ритма);

• проводиться по требованию (demand).

Стимуляция по требованию означает, что кардиостимулятор воспринимает собственные потенциалы действия сердца пациента. В предустановленных пределах эти потенциалы могут подавлять стимулы устройства, так что периоды ЭКС могут перемежаться собственными сокращениями сердца пациента. Последовательная стимуляция означает, что проводится стимуляция предсердий и желудочков с определенным интервалом, что позволяет синхронизировать их сокращения и оптимизировать сердечный выброс, как при синусовом ритме. Ниже приведен список режимов ЭКС.

Название режима представляет собой аббревиатуру из трех букв:

I - Стимулируемая камера

II – Камера, возбуждение которой регистрируется устройством

III – Ответ на стимуляцию

А - Предсердие

V - Желудочек

D – Две камеры (предсердие и желудочек)

D – Двойной эффект в ответ на стимуляцию (подавление или стимуляция)

I – Подавление стимуляции

0 – Отсутствие влияния на стимуляцию

2.4. Электроды в ЭКС

Важной частью электрокардиостимулятора являются электроды. Электрод для электрокардиостимуляции состоит из токоведу­щего провода. Один конец соединяют с ЭКС, о другой, оканчиваю­щийся специальным контактом, фиксируют на миокарде. Кон­тактную часть электрода прикрепляют непосредственно к изоли­рующему электрод покрытию.

На рис. 1 показаны разнообразные конструкции контак­тов электродов для постоянной эндокардиостимуляции. Их выполняют в виде цилиндров, усеченных конусов с выступающими якорьками и без них.

Рис. 1. Типы контактных головок электродов дли постоянной эндокардиостимуляции

Электрод под контролем рентгенотелевизионной установки вводят в область правого желудочка через вены. Конец электрода с контактной головкой подводят к верхушке сердца в межтрабекулярные щели, тем самым фиксируя его.

Для введения электрода используют крупные периферические вены: подключичную, наружную яремную, внутреннюю или наружную тазовую (рис. 3). ЭКС имплантируют в непосредственной близости от места введения электрода.

Рис. 3. Схематическое изображение доступа (утолщенные линии) к венам для имплантации постоянных электрокардиостимуляторов

В настоящее время в клинической практике почти не используют окардиальные электроды, фиксация которых на эпикардиальной поверхности требует проведения операции с открытым доступом к сердцу. Такие электроды имеют или ввинчивающуюся токоведущую часть (рис. 4, а), или контактную часть, подшиваемую к миокарду (рис. 4, б).

Рис. 4. Схемы фиксации ввинчиваемого самофиксирующего (а) и подшиваемого (б) электродов для постоянной кардиостимуляции

2.5. Показания для установки ЭКС

Электрический кардиостимулятор призван навязывать сердцу правильный синусовый ритм. В каких случаях ставят кардиостимулятор? Для его установки могут существовать как относительные, так и абсолютные показания.

Абсолютными показаниями считаются:

• брадикардия с ярко выраженными клиническими симптомами – головокружениями, синкопальными состояниями, синдромом Морганьи-Адамса-Стокса (МАС);

• эпизоды асистолии, продолжавшиеся более трёх секунд, зафиксированные на ЭКГ;

• если при физической нагрузке фиксируется частота сердечных сокращений ниже 40 в минуту;

• когда стойкая атриовентрикулярная блокада второй или третьей степени сочетается с двухпучковыми или трёхпучковыми блокадами;

• если такая же блокада возникла после инфаркта миокарда и проявляется клинически.

В случаях абсолютного показания к установке кардиостимулятора операция может производиться как планово, после обследований и подготовки, так и экстренно. При абсолютных показаниях противопоказания к установке кардиостимуляторов не учитываются.Относительные показания для кардиостимулятора, имплантируемого на постоянной основе следующие:

• если на любом анатомическом участке возникает атриовентрикулярная блокада третьей степени с ЧСС при нагрузке свыше 40 ударов, не проявляющаяся клинически;

• наличие атриовентрикулярной блокады второго типа и второй степени без клинических проявлений;

• синкопальные состояния пациентов на фоне двух- и трёхпучковых блокад, не сопровождающихся желудочковыми тахикардиями или поперечной блокадой, при этом не удаётся установить иных причин синкопальных состояний.

Если у пациента существуют только относительные показания для того чтобы была проведена операция по установке кардиостимулятора сердца, решение об его имплантации принимается индивидуально, при этом учитывается возраст пациента, физическая активность, сопутствующие заболевания и прочие факторы.

2.6. Имплантация ЭКС

Операция вшивания (имплантации) стимулятора представляется простой, поскольку мало травмирует ткани. Она выполняется под местной анестезией в операционной, оснащенной рентгеновским аппаратом. Под ключицей пунктируется (прокалывается) вена, в нее вводится специальная пластмассовая трубка (интродьюсер), через которую в верхнюю полую вену вводится электрод. Под контролем рентгена он направляется в правое предсердие и фиксируется к его стенке, или же проводится в верхушку правого желудочка. Самой сложной процедурой является установка и закрепление кончика электрода в предсердии или желудочке так, чтобы получить хороший контакт. Обычно хирург делает несколько проб, все время измеряя порог возбудимости, т.е. наименьшую величину импульса (в вольтах), на которые сердце отвечает сокращением, видимым по ЭКГ. Задача состоит в том, чтобы найти наиболее чувствительное место и в то же время получить хорошую графику ЭКГ, регистрируемую с устанавливаемых электродов. После того, как цель достигнута, делают небольшой "карман" под кожей, а если человек худой, то "карман" делается под мышцей. В него укладывается стимулятор и ткани над ним зашиваются. Разумеется, операция требует строгой стерильности и тщательной остановки кровотечения, чтобы избежать скопления крови под кожей и нагноения. Сам стимулятор и электроды поставляются в стерильном виде. В общей сложности все эти манипуляции занимают до двух часов времени.

Рис. 5. Электрокардиостимулятор в теле человека

2.7. Ограничения при наличии ЭКС

Жизнь с кардиостимулятором имеет ограничения, касающиеся физической активности и электромагнитных факторов, которые могут мешать прибору корректно работать. Перед любым обследованием или курсом лечения необходимо предупреждать врачей про наличие ЭКС.

Жизнь с кардиостимулятором сердца накладывает на человека следующие ограничения:

• проходить МРТ;

• заниматься травмоопасным спортом;

• подниматься на высоковольтные ЛЭП;

• приближаться к трансформаторным будкам;

• класть в нагрудный карман мобильный телефон;

• долго находиться поблизости от металлодетекторов;

• проходить без предварительной настройки ЭКС ударно-волновую литотрипсию или делать во время хирургической операции электрокоагуляцию тканей.

Офисное оборудование и рабочая техника не создают помех работе ЭКС, если оно соответствует требованиям электрической безопасности. Все оборудование должно быть в исправном состоянии и нужным образом заземлено.Это оборудование составляют:1. Компьютеры, электрические пишущие машинки;2. Копировальные и факсимильные машины;3. Оборудование столярных мастерских (электрорубанок, электродрель и т.п.);4. Слесарное оборудование.

1. Электрические приборы. Хотя ЭКС оснащены защитой от помех других электрических приборов, однако следует всё же избегать сильных электрических полей. Разрешено пользование практически всеми бытовыми приборами: телевизором, радиоприёмником, холодильником, магнитофоном, СВЧ-печью, компьютером, электробритвой, феном, стиральной машиной. Чтобы не возникли помехи, не следует приближаться местом имплантации ЭКС ближе, чем на 10 см к электроприбору, прислоняться к передней стенке «микроволновки» (да и вообще её сторониться) или экрану работающего телевизора. Стоит держаться подальше от сварочного оборудования, электрических сталеплавильных печей, высоковольтных ЛЭП. Нежелательно проходить через контролирующие турникеты в магазинах, аэропортах, музеях. На этот случай при выписке из больницы пациенту выдаётся паспорт прибора и карта владельца, которые следует предъявить при досмотре, после чего он может быть заменён личным досмотром. КС не боится также большинства оргтехники. Желательно выработать привычку браться за вилки приборов и другие источники напряжения рукой, дальше находящейся от кардиостимулятора.

2. Мобильный телефон. Длительные разговоры по нему нежелательны, а держать трубку нужно в 30 см и более от КС. При разговоре трубку держать у уха с противоположной стороны от места имплантации. Нельзя носить трубку в нагрудном кармане или на шее.

3. Спорт. Запрещено заниматься контактными и травматическими видами спорта, то есть командными игровыми видами, боевыми искусствами, поскольку любой удар в брюшную полость или грудь может повредить прибор. По этой же причине не рекомендуется стрельба из ружья. С кардиостимулятором можно вернуться к пешим прогулкам, плаванию и таким физическим упражнениям, которые допускают постоянный контроль самочувствия и позволяют соблюдать правила безопасности.

Стоит знать, что осложнения после установки кардиостимулятора встречаются не более чем в 3-5% случаев, поэтому бояться этой операции не стоит.

Осложнения при электрокардиостимуляции могут быть:

• oпосредствованными;

• непосредственными

Первые связаны с пункцией и катетеризацией вены, описанными выше. Кроме того, при длительном нахождении электрода в просвете вены возникают тромбофлебит, нагноение в области пункции, сепсис. К непосредственным осложнениям относится возникновение конкурирующего ритма, когда собственная частота сокращений сердца приближается к ритму кардиостимулятора или превышает его. Это может привести к развитию фибрилляции желудочков, так как импульс кардиостимулятора может совпадать с рефрактерной фазой после спонтанного сокращения сердца, а собственный ритм - с рефлекторной фазой после сокращения, связанного с импульсом кардиостимулятора. Выявить эти нарушения сердечного ритма можно с помощью постоянного кардиомониторного контроля. В таких случаях целесообразно повысить частоту кардиостимулятора или перевести его в режим работы "по требованию" - "demand". Этим характеристикам работы отвечает электрокардиостимулятор ЭКС-15-3. Не менее частое осложнение временной электрокардиостимуляции - нарушение контакта электрода с эндокардом. При этом приходится вначале повышать силу тока, а в дальнейшем снова менять положение электрода до тесного его соприкосновения с эндокардом. Для профилактики внезапного прекращения кровообращения в связи е нарушением передачи импульса с электрода на эндокард (прежде всего у больных со стойкой предсердно-желудочковой блокадой) рекомендуется в первые сутки внутренний стилет электрода не удалять. Затем его подтягивают ежедневно на 1,5-2 мм под контролем ответных желудочковых комплексов на ЭКГ.

Выделяют ранние и отдалённые осложнения.

Ранние послеоперационные осложнения:

• нарушение герметичности плевральной полости (пневмоторакс);

• тромбоэмболия;

• кровотечения;

• нарушение изоляции, смещение, перелом электрода;

• инфицирование области операционной раны.

Отдалённые осложнения:

• синдром ЭКС – одышка, головокружение, снижение АД, эпизодические потери сознания;

• вызванная ЭКС тахикардия;

• преждевременные сбои в работе ЭКС.

Внедряющая кардиостимулятор операция должна проводиться опытным хирургом под рентгенологическим контролем, что позволяет не допустить большинства осложнений, возникающих на ранней стадии. А в дальнейшем пациент должен проходить регулярные обследования и состоять на диспансерном учёте.

1. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе всего вышеизложенного можно сделать вывод, что электрокардиостимуляция в целом оказывает положительное влияние на людей с заболеваниями сердца, но только в том случае, если для установки электрокардиостимулятора есть показания.

Людям, у которых есть показания для имплантации ЭКС, не стоит переживать по этому поводу, т.к. установка электрокардиостимулятора проводится достаточно легко и быстро, а риск возникновения осложнений крайне низок (3-5%), однако следует соблюдать правила обращения с ЭКС, чтобы увеличить срок эксплуатации прибора и снизить возможность его поломки.

5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бегун, П.И. Биомеханическое моделирование объектов протезирования: учебное пособие для вузов / П.И. Бегун. – Политехника, 2011 – С. 413-415.

2. Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU http://elibrary.ru/

3. Онлайн журнал о сердечно-сосудистой системе человека «Береги сердце» http://beregi-serdce.com/lechenie/ustanovka-kardiostimulyatora.html

4. Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика: учеб.по физике для студентов мед. вузов / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. – 5-изд., стер.- М.:Дрофа, 2004, 2008, 2010 – 559 с.:ил.-(высш.образование). Гриф МО РФ