Elektryczne wspomaganie serca

Bicie serca towarzyszy nam od ok. 21. dnia od chwili poczęcia i trwa aż do śmierci. Ważące zaledwie 20 g serce noworodka jest już w pełni funkcjonalne – jeśli wszystko działa prawidłowo, w ciągu całego życia wykona mniej więcej 2,5 mld uderzeń i przepompuje ponad 230 tys. m³ krwi (ok. 3800 cystern kolejowych!), zanim się na dobre zatrzyma. Podobnie jak u wszystkich ssaków składa się ono z dwóch komór oraz położonych nad nimi dwóch przedsionków. Komory oddziela pełna przegroda, natomiast w przegrodach pomiędzy komorami a przedsionkami znajdują się zastawki: po prawej stronie – zastawka trójdzielna, po lewej – mitralna. Dodatkowo w każdej z komór znajduje się po jednej zastawce półksiężycowatej – zastawka aorty oraz zastawka pnia płucnego. Z czysto mechanicznego punktu widzenia serce to po prostu pompa mająca rozprowadzać krew po całym układzie krwionośnym. Tylko tyle i aż tyle. Gdy się jednak przyjrzymy działaniu tego narządu, musimy uznać, że jest to jeden z najdoskonalszych produktów ewolucji. Dotychczas pomimo wielu prób nie udało się stworzyć w pełni autonomicznego sztucznego serca i prawdopodobnie nieprędko się to stanie.

Wszystkie mięśnie szkieletowe należą do grupy mięśni poprzecznie prążkowanych. Serce jest zbudowane z bardzo podobnych mięśni, z jedną bardzo istotną różnicą: ich praca w dużym stopniu nie podlega naszej woli. Mówiąc inaczej – serce pracuje w swoim rytmie. Co więcej, praca tkanki mięśnia sercowego jest zerojedynkowa, a więc zewnętrzny impuls powoduje jednoczesne napięcie wszystkich włókien. Ale aby te mięśnie pracowały, muszą do nich dotrzeć impulsy elektryczne. Powstają one w węźle zatokowo-przedsionkowym, skąd rozchodzą się do kolejnych skupisk komórek przewodzących, co w rezultacie powoduje kurczenie się i rozkurczanie konkretnych partii mięśni serca.

Jednak ta cała maszyneria nie zawsze pracuje tak, jak powinna. Zdarza się, że impulsy stają się zbyt słabe albo są generowane chaotycznie, co skutkuje arytmią i nieprawidłowym pompowaniem krwi. Sytuacja ta zagraża zdrowiu, a nawet życiu. W takich przypadkach trzeba sercu pomóc. I tu do głosu dochodzi technika.

Stymulator (rozrusznik) serca

Urządzenie, którego zadaniem jest wysyłanie regularnych impulsów pobudzających mięsień sercowy do działania, nosi nazwę stymulatora serca, choć często spotykamy też nazwę popularną – rozrusznik. Pierwsze konstrukcje tego typu powstały w latach 50. XX w., ale dość długo testowano je wyłącznie na zwierzętach. Dopiero w 1958 r. szwedzcy lekarze pod kierunkiem Åkego Senninga zdecydowali się wszczepić stymulator 43-letniemu pacjentowi, Arnemu Larssonowi. Był to niesamowity sukces – Larsson żył jeszcze drugie tyle, przechodząc łącznie 26 operacji wszczepienia kolejnych stymulatorów. Urządzenie praktycznie nie ograniczało jego aktywności. Co ciekawe, przeżył zarówno twórcę stymulatora, jak też kardiochirurga, który wykonał pionierską operację.

Oczywiście współczesne urządzenia są zupełnie inne niż te stworzone ponad 60 lat temu, choć ogólna zasada działania pozostała taka sama. W przypadku tych dawnych tylko elektrody i przewody doprowadzające znajdowały się w organizmie pacjenta, a sam stymulator łącznie z bateriami był noszony na zewnątrz. Rewolucją stało się wynalezienie wydajnych baterii litowych, co pozwoliło na zdecydowane zmniejszenie rozrusznika, a co za tym idzie – umieszczanie go razem z zasilaniem pod skórą pacjenta. Zmieniła się też sama idea stymulacji. Pierwsze wszczepiane urządzenia pobudzały do kurczenia się tylko komory serca, a sam rytm stymulatora pozostawał stały niezależnie od tego, jakie czynności wykonywał pacjent. Było to sporym problemem, ponieważ rozrusznik działał momentami niejako na przekór naturalnej aktywności elektrycznej serca. Ewolucja technologiczna sprawiła, że aktualne stymulatory można określić mianem fizjologicznych. Mówiąc językiem popularnym, urządzenie cały czas monitoruje rytm serca (działa podobnie do aparatu EKG) i w przypadku, gdy jest to potrzebne, wspomaga je elektrycznie. Dziś najczęściej stosuje się stymulatory z funkcją adaptacji częstości (ang. rate responsive). Dostosowują się one do naturalnego rytmu życia człowieka. Dzięki specjalnemu czujnikowi, zbliżonemu budową do akcelerometru, który stosuje się np. w smartfonach, w nocy pobudzanie jest łagodniejsze i wolniejsze, natomiast podczas zwiększonego wysiłku (szybki marsz, wchodzenie po schodach) częstotliwość się zwiększa. Oprócz funkcji terapeutycznej współczesne stymulatory mogą pełnić też funkcje diagnostyczne. Dane dotyczące aktywności elektrycznej serca zapisywane są w urządzeniu i w trakcie wizyty kontrolnej mogą być odczytywane przez kardiologa w celu sprawdzenia prawidłowości działania czy też modyfikacji układu pobudzania elektrycznego.

Jako ciekawostkę można dodać, że na świecie nadal żyje kilka osób ze stymulatorem atomowym. Na początku lat 70. XX w. amerykańska firma Medtronic we współpracy z francuskim Alcatelem stworzyła urządzenie zasilane promieniotwórczym plutonem. Prąd elektryczny generowany był dzięki termostosowi (zespołowi termopar) wykorzystującemu naturalne ciepło wydzielane w sposób ciągły przez pluton. Kilka modeli produkowano na świecie przez jakieś 10 lat, po czym zaprzestano ich wytwarzania, ponieważ na rynku pojawiły się efektywne baterie litowe. Stymulatory atomowe wszczepiano głównie młodym ludziom, ponieważ ich czas działania w założeniu mógł wynosić ponad 100 lat. Łącznie działających urządzeń tego typu powstało ponad 100. Dziś stymulatory zasilane pierwiastkami promieniotwórczymi to już historia. Gdy osoba wyposażona w takie urządzenie umiera, zostaje ono usunięte z ciała i odesłane do amerykańskiego laboratorium atomowego w Los Alamos, gdzie odzyskuje się z niego radioaktywny pluton.

Na świecie żyje ponad milion osób z wszczepionym stymulatorem serca. Szacuje się, że w ciągu kilku lat liczba ta wzrośnie o co najmniej kilkaset tysięcy.

Operacja wszczepienia stymulatora

Jeszcze w latach 70. i 80. XX w. wszczepienie rozrusznika serca oznaczało mocno inwazyjną operację kardiochirurgiczną, wymagającą m.in. otwarcia klatki piersiowej. Oczywiście odbywała się ona w pełnym znieczuleniu. Dziś jest to właściwie zabieg wykonywany przez kardiologów w znieczuleniu miejscowym. Polega na nacięciu skóry w okolicy podobojczykowej, a następnie wprowadzeniu przez żyłę (przy pomocy odpowiedniego prowadnika) elektrody do serca. Końcówkę elektrody lokuje się w okolicy prawego przedsionka. Kolejnym etapem jest test działania elektrody za pomocą zewnętrznego stymulatora, po czym elektroda jest mocowana szwami, aby się nie przesunęła. Następnie przygotowuje się podskórną kieszonkę, w której umieszczany jest sam stymulator. Potem pozostaje już tylko założenie szwów. Standardowo zabieg trwa ok. godziny. Pacjent pozostaje na oddziale zwykle dwa dni. W tym czasie lekarze obserwują, jak znosi on obecność stymulatora oraz ewentualnie regulują pracę urządzenia. Jeśli wszystko jest w porządku, pacjent zostaje wypisany do domu, ale oczywiście musi pozostawać pod kontrolą kardiologiczną (zwykle 1–2 wizyty rocznie). Specjalna rehabilitacja nie jest wymagana, praktycznie od razu można wrócić do normalnej aktywności.

Co prawda dzisiejsze stymulatory są nieźle zabezpieczone przed zewnętrznymi polami elektromagnetycznymi, jednak pacjent musi pamiętać o pewnych bardzo istotnych ograniczeniach. Nie powinien przebywać w miejscach, gdzie powstaje silne pole magnetyczne – takich jak urządzenia do rezonansu magnetycznego. Niewskazane jest przebywanie w bliskości działających spawarek elektrycznych i innych urządzeń tego typu. Ważne też, aby pamiętać, że osoba ze wszczepionym stymulatorem nie może się poddawać zabiegom diatermii – mogą one nieodwracalnie uszkodzić urządzenie. Nie należy obawiać się jednak przechodzenia przez bramki na lotniskach, używania telefonów komórkowych czy kuchenek mikrofalowych. Ostrożności wymaga jednak korzystanie z popularnych dziś płyt indukcyjnych – tu warto zachować odległość min. 50 cm pomiędzy płytą a rozrusznikiem.

Sam stymulator skonstruowano tak, by działał bardzo długo. Jedynym elementem, który stopniowo się zużywa, jest bateria. Dlatego też należy kontrolować poziom jej naładowania i w razie czego dokonać wymiany. Ten prosty zabieg trwa zwykle ok. 30 minut. Kiedyś wymiana odbywała się nawet co 2 lata, ale dzisiejsze baterie litowe wytrzymują nawet 15 lat. Obecnie pacjent nie musi nawet udawać się do kliniki, aby sprawdzić stan baterii – robi się to zdalnie, telefonicznie lub przez internet.

Kardiowersja i defibrylacja

Chyba każdy z czytelników miał okazję widzieć na filmach sytuację, w której lekarz próbuje uruchomić serce za pomocą urządzenia z dwiema dużymi elektrodami (żargonowo zwanymi łyżkami). Fachowo takie działanie nazywa się kardiowersją elektryczną. Stosuje się ją u pacjentów z zaburzeniami rytmu serca i jednoczesną tachykardią (czyli znacznie przyspieszoną akcją serca). Solidny impuls elektryczny (o energii nawet do 360 J) powoduje, że czynność elektryczna serca zostaje wyrównana i zaczyna ono pracować miarowo. Można powiedzieć, że jest to swoisty reset elektryczny serca, ale wykonywany pod kontrolą urządzenia do EKG, które wyznacza moment „strzału”. Dokładnie takiego samego urządzenia używa się do defibrylacji serca. To działanie także polega na podaniu krótkotrwałego impulsu, ale wykonuje się je w sytuacjach nagłych, np. zasłabnięcia na ulicy. Profesjonalne defibrylatory posiadają praktycznie wszystkie karetki specjalistyczne. Oczywiście są one też we wszystkich szpitalach, a ostatnio coraz częściej w miejscach publicznych (patrz ramka).

Chciałbym jeszcze wrócić do dramatycznych filmowych obrazów pokazujących ratowanie ludzi za pomocą defibrylatora. Bardzo często w celu podniesienia napięcia pokazuje się obraz z monitora EKG, na którym widać płaską linię, po wyładowaniu zamieniającą się w normalny rytm serca. Każdy lekarz czy ratownik medyczny zapewne od razu się uśmiechnie, bo tego typu sytuacja jest zwyczajnie niemożliwa. Pozioma linia w EKG sygnalizuje asystolię, czyli zupełny brak aktywności elektrycznej serca. W takiej sytuacji zewnętrzne pobudzenie mięśnia sercowego defibrylatorem nic nie da. Oczywiście nie oznacza to, że asystolia oznacza nieuchronną śmierć. Ratownik podejmuje wtedy podstawową resuscytację krążeniowo-oddechową, wykonując naprzemiennie 30 uciśnięć klatki piersiowej oraz dwa oddechy. Uciśnięcia powinny być wykonywane w rytmie 100–120 na minutę. Aby wczuć się w rytm, można sobie nucić różne melodie, np. „Stayin’ Alive” grupy Bee Gees (przy okazji – bardzo pasujący tytuł), „I will survive” Glorii Gaynor czy „It’s my life” grupy Bon Jovi. Jeśli nie uda się tą metodą przywrócić akcji serca, stosuje się dodatkowo środki farmakologiczne, przede wszystkim adrenalinę, ale o tym decyduje personel medyczny.

Miniaturowy stymulator/defibrylator

Od pewnego czasu oprócz typowych stymulatorów serca wszczepiane są znacznie bardziej skomplikowane urządzenia, w tym m.in. połączenie rozrusznika z defibrylatorem, znane pod skrótem ICD (Implantable Cardioverter Defibrillator – wszczepialny kardiowerter/defibrylator) albo S-ICD (Subcutaneous ICD – podskórny ICD). Rozwój techniki medycznej pozwolił na zdecydowane zmniejszenie tego urządzenia. Pomimo niewielkich rozmiarów spełnia ono dziś wiele skomplikowanych funkcji. Przede wszystkim analizuje w sposób ciągły pracę serca, wykrywając słabnięcie przewodzenia elektrycznego w sercu, co skutkuje włączeniem funkcji stymulatora. Z kolei w sytuacji arytmii do głosu dochodzi defibrylator, który impulsem elektrycznym przywraca tzw. rytm zatokowy. Impuls elektryczny nie pochodzi wprost z baterii, jest on wynikiem rozładowania miniaturowego kondensatora, wcześniej naładowanego do napięcia ok. 750 V. Oczywiście w przypadku systemów wszczepialnych energia impulsu jest kilkakrotnie mniejsza niż w przypadku defibrylatorów zewnętrznych i wynosi 40–80 J.

***

AED – defibrylator automatyczny

Defibrylację powinien przeprowadzać wyszkolony personel medyczny. Ale czasami szybkość działania jest kluczowa. Dlatego stworzono urządzenie automatyczne, które w zasadzie może być obsługiwane przez każdego. Bada ono aktywność elektryczną serca, a następnie wykonuje odpowiednio zaprogramowaną defibrylację. Jedyną czynnością, którą musi wykonać osoba ratująca, jest odpowiednie ułożenie pacjenta, rozpięcie odzieży i uruchomienie urządzenia. Następne kroki podaje instrukcja głosowa. Automat decyduje o przystąpieniu do defibrylacji, jak też o energii impulsu. Urządzenia AED stają się coraz popularniejsze – są dostępne w wielu firmach, ale spotkamy je też na ulicach miast. Nie bójmy się z nich korzystać, można ocalić komuś życie.

***

Recykling

Wszczepialne stymulatory oraz kardiowertery pracują nieprzerwanie przez kilka lat. I tu pojawia się problem techniczno-etyczny: co należy zrobić w przypadku śmierci pacjenta? W większości krajów stwierdzenie śmierci mózgowej upoważnia do wyłączenia urządzenia. Jeśli ciało ma zostać skremowane, stymulator należy usunąć. W przypadku pogrzebu tradycyjnego nie jest to oczywiście konieczne. Ponieważ koszt wszczepialnego stymulatora to ok. 5 tys. dol., a w przypadku stymulatora/kardiowertera to nawet 20 tys. dol., od jakiegoś czasu całkiem popularny stał się ich recykling. Urządzenie odkaża się, testuje, sprawdza baterie. Tak przygotowane wysyła się głównie do krajów, których mieszkańcy nie mogą sobie pozwolić na sfinansowanie zakupu nowego. W wielu państwach pacjenci ze stymulatorem mogą podpisać kartę jego donacji, podobnie jak dzieje się w przypadku organów do przeszczepu.

***

Paszport i opaska

Każdy pacjent z wszczepionym stymulatorem lub kardiowerterem, wychodząc z kliniki, jest wyposażony nie tylko w dokumentację, ale też w specjalny paszport zawierający istotne informacje dotyczące konkretnego urządzenia. Podobne dane znajdują się w dostępnej z dowolnego miejsca na świecie bazie internetowej. Dzięki temu w przypadku problemów kardiolog będzie w stanie zaradzić potencjalnym problemom, nawet jeśli znajdziemy się daleko od lekarza prowadzącego. Taki paszport trzeba koniecznie mieć w przypadku podróży samolotem, ponieważ urządzenie może powodować alarm na bramkach lotniskowych.

Warto też, aby pacjent nosił na nadgarstku specjalną bransoletkę informującą o wszczepionym rozruszniku/kardiowerterze. Tego typu informacja staje się bardzo istotna w sytuacji, gdy osoba z takim urządzeniem traci przytomność i wymaga defibrylacji gdzieś na ulicy. Taka opaska powinna była łatwa do zauważenia, z napisami w języku polskim i angielskim (albo języku docelowego kraju).