La historia de la tecnología implantable. Marcapasos

Durante más de medio siglo, la literatura de ciencia ficción nos ha estado contando sobre las personas del futuro: las personas cyborg. Podemos decir que el futuro ya ha llegado: en 2016, los cyborgs caminan entre nosotros y viven una vida medida. Son personas comunes, pero con marcapasos, implantes auditivos, extremidades protésicas y biosensores. Hoy hablaremos sobre la historia de los marcapasos, desde el voluminoso aparato de Lidville hasta los modernos implantes en miniatura.

La invención del primer marcapasos:

Mark Lidwill. El anestesista Mark Lidwill fue el primero en utilizar el método del marcapasos. En una reunión del Congreso Australiano-Asiático en 1929 en Australia, describió un aparato eléctrico que impulsa un corazón humano. Este dispositivo aplicaba descargas eléctricas de diversa potencia y frecuencia; Se insertó un electrodo monopolar directamente en el corazón y se aplicó otro, indiferente, directamente a la piel después de humedecerlo con solución salina.

El médico les dijo a todos los presentes que, utilizando un modelo más primitivo de este equipo en 1925 y 1926, intentó revivir a los bebés nacidos muertos. Uno de ellos realmente cobró vida y estaba completamente sano. Señaló que este niño no respondió a otros tratamientos como las inyecciones de adrenalina que estaban en uso en esos días. Luego, Lidville insertó la aguja del electrodo primero en la aurícula derecha y luego, cuando la estimulación auricular falló, en el ventrículo derecho. Un marcapasos de diez minutos tuvo su efecto, y cuando Lidville apagó el marcapasos, el corazón comenzó a funcionar.

Este paciente del Dr. Lidville se considera la primera persona que sobrevivió con éxito a la estimulación, y el aparato de Lidville es el primer marcapasos artificial. Según el plan del médico, la máquina estaba destinada a casos de emergencia cuando el corazón del paciente se detuvo bajo anestesia general durante la cirugía.

Más tarde, el creador del primer marcapasos del mundo admitió que el dispositivo funciona con un éxito variable, pero una de cada cincuenta o cien vidas salvadas es un gran progreso cuando no hay esperanza de salvar a todos. Sin embargo, el trabajo de Leadville permaneció desatendido y no condujo a un gran avance en cardiología.

1930: marcapasos artificial Albert Hyman

Durante la terapia intracardíaca para el paro cardíaco, Albert Hyman, de un hospital de Nueva York, Beth David señaló que el éxito de este procedimiento no depende de la medicación utilizada, sino que es causada por la inyección de una aguja en el corazón. Llegó a la conclusión de que cuando el corazón se detiene, su equilibrio electrodinámico puede verse afectado por una sola inyección, lo que puede provocar un infarto de miocardio. Unos pocos disparos podrían mejorar las cosas, pero es demasiado peligroso.
Dado que los estímulos mecánicos actuaban cambiando el potencial eléctrico, a Hyman se le ocurrió la idea de la estimulación directa del miocardio mediante impulsos eléctricos que pasaban por los electrodos de la aguja, con estimulación repetida sin ningún riesgo. Entonces Hyman creó en 1932 un marcapasos con un diseño innovador para esa época. Consistía en un generador magnetoeléctrico, que se requería para obtener electrodos de suministro de corriente continua. Dos grandes imanes en forma de U suministraron el flujo magnético necesario para inducir corriente en el generador. Se usó un disco de corte para controlar la duración del pulso eléctrico suministrado a los electrodos. Tal dispositivo portátil pesaba 7,2 kilogramos.

Los investigadores modernos que experimentaron con el marcapasos Hyman llegaron a la conclusión de que no era efectivo debido al bajo voltaje de salida de los pulsos generados, y el propio Hyman reconoció las deficiencias de su marcapasos.

Después de 1945: el marcapasos John Hopps

Varios años después de la Segunda Guerra Mundial, el interés en los marcapasos artificiales en la práctica cardíaca revivió gracias a los esfuerzos de Callaghan, Bigelow y Hopps de Toronto en Canadá. En el curso de sus estudios de hipotermia general , notaron que con la hipotermia la probabilidad de paro cardíaco es alta.

El control de la frecuencia cardíaca es crucial para la supervivencia durante un período de calentamiento cuando el metabolismo en los tejidos del cuerpo se acelera, y para esto, el ingeniero John Hopps del Consejo Nacional de Investigación de Canadá creó un marcapasos artificial que puede producir los pulsos de ritmo adecuados a través de los electrodos después de toracotomía . El dispositivo pasó con éxito las pruebas en cuatro perros que sufrieron un paro cardíaco debido a la hipotermia.

Después de pruebas exitosas, Hopps se dio cuenta de que un marcapasos de este tipo puede usarse de manera igualmente efectiva para controlar el pulso a la temperatura corporal normal. El dispositivo controló con éxito la frecuencia cardíaca en animales a temperatura normal, pero falló en pruebas en humanos. Los pacientes empeoraron repentinamente debido a una violación del impulso eléctrico desde las aurículas hasta los ventrículos después del infarto de miocardio. Lo más probable es que la razón de la falla radique en el hecho de que el marcapasos era de una sola cámara: solo se estimulaban las aurículas, no los ventrículos.

Marcapasos Zoll y primer uso clínico.

El primer uso clínico de un marcapasos ocurrió en 1952. Esto sucedió durante la admisión de un hombre de 75 años, cuando ingresó en el Hospital Beth-Isreel. Después de dos síncope causados ​​por una fuerte disminución en el gasto cardíaco y la isquemia cerebral debido a arritmias cardíacas, sufrió un bloqueo cardíaco durante dos años. En el hospital, su condición empeoró: continuó experimentando ataques de asistolia ventricular , a pesar de 34 inyecciones intracardiacas de adrenalina durante 4 horas.

El Dr. Paul M. Zoll, MD, aplicó estimulación eléctrica externa a su paciente y estimuló con éxito su corazón durante los siguientes 25 minutos. Desafortunadamente, el paciente desarrolló múltiples inyecciones intracardiacas.el taponamiento cardíaco y la reanimación no ayudaron.

Posteriormente, Zoll pudo establecer con éxito la frecuencia cardíaca de otro hombre de 65 años con ataques similares de asistolia ventricular gracias a un procedimiento de estimulación eléctrica externa de cinco días. Al final del quinto día de terapia, el paciente alcanzó un ritmo idioventricular acelerado de 44 latidos por minuto, y fue dado de alta.



En un artículo publicado en 1952, Zoll describió la reanimación cardíaca utilizando electrodos en el pecho desnudo con pulsos de 2 ms a un voltaje en el rango de 100-150 voltios en el pecho hasta 60 latidos por minuto. Esta descripción clínica inicial desencadenó una evaluación integral del ritmo. Los médicos y el público han reconocido el hecho de que las enfermedades del corazón se pueden vencer con la ayuda de la estimulación. El trabajo de Zoll sirvió de base para futuras investigaciones y desarrollos.

Mediados de la década de 1950: Método Lillehay

A mediados de la década de 1950, cuando los médicos comenzaron a realizar una cirugía a corazón abierto, el bloqueo cardíaco postoperatorio era un problema particularmente grave para los cirujanos cardíacos. La estimulación eléctrica externa no se pudo utilizar para pacientes con esta enfermedad, ya que se necesita una estimulación continua a lo largo del tiempo. El cirujano cardíaco Clarence Walton Lillehei y sus colegas de la Facultad de Medicina de la Universidad de Minnesota han comenzado a desarrollar un sistema más sofisticado. Fueron asistidos por ingenieros de Medtronic , que luego se convirtió en una de las compañías más famosas del mundo en el campo de la creación de tecnologías de marcapasos.

Para 1957, los investigadores descubrieron que al combinar un generador de impulsos con cables de electrodos conectados directamente al corazón del perro, se podía controlar la frecuencia cardíaca. Entonces Lillechai y su equipo presentaron el primer marcapasos de transistores del mundo.

El 30 de enero de 1957, Lillechai usó esta técnica para restaurar el ritmo cardíaco de un niño con un bloqueo cardíaco. Se sometió a cirugía para reparar una comunicación interventricular. El corazón se activó usando pulsos de 2 ms de duración a un voltaje de 1.5 a 4.5 voltios, que es mucho menor que en los experimentos descritos por Zol. Además, el método fue efectivo y bien tolerado por los pacientes.

1958: Oke Senning y Rune Elmqvist - nacimiento de marcapasos implantables

El método de marcapasos desarrollado por Lillechai no pudo mantenerse durante mucho tiempo debido al riesgo de infección, causó molestias al usar un marcapasos y después de unos meses se volvió ineficaz. La única forma de prevenir la infección, para eliminar los cables del cuerpo a través de incisiones en la piel, era el impulso para el desarrollo de marcapasos implantables.

Los primeros intentos fueron realizados por el cirujano Oke Senning y el ingeniero Rune Elmqvist en el Hospital de la Universidad de Carolina en Suecia. El primer marcapasos se implantó el 8 de octubre de 1958 a Arne Larsson, de 43 años, con bloqueo cardíaco completo y síndrome de Morgagni-Adams-Stokes. La operación fue exitosa, pero tres horas después de la implantación, el marcapasos se rompió. Un bloque similar se implantó al día siguiente, pero esto no funcionó. Finalmente, se decidió abandonar el ritmo de este paciente hasta que se desarrollaran análogos más exitosos.

Afortunadamente, los ataques de Morgagni-Adams-Stokes ya no molestaron al paciente durante los siguientes tres años hasta que recibió un segundo implante. Al final, se sometió a 24 intervenciones quirúrgicas y vivió hasta 2001, cuando murió a la edad de 86 años de un tumor maligno no relacionado.

Estos intentos de crear un marcapasos implantable desempeñaron un papel importante en la creación de dispositivos a escala industrial a un precio razonable. El desarrollo en esta área ha sido bien financiado. La primera producción de marcapasos comenzó en 1970.

1970: una actualización de marcapasos implantables



A principios de los años 70, los fabricantes estaban pensando seriamente en utilizar la energía nuclear para impulsar los marcapasos. Los dispositivos utilizaron la energía de descomposición del plutonio-238, que se convirtió en energía eléctrica. A pesar de su vida útil realmente larga de 10 a 20 años y su confiabilidad del 99%, la exposición a la radiación bloqueó todos los beneficios. Los científicos no recomendaron el uso de la energía nuclear para impulsar los marcapasos y, en última instancia, tales dispositivos no recibieron un reconocimiento generalizado.

Durante el crecimiento explosivo de las innovaciones tecnológicas en 1973-1980, los marcapasos que se produjeron en 1970 rápidamente se volvieron obsoletos. Los fabricantes se han centrado en mejorar la fuente de energía utilizada en los marcapasos. La fuente de alimentación es importante porque determina la durabilidad y fiabilidad en combinación con el tipo de batería que se utilizará en el futuro, el peso y el volumen del marcapasos. Después de varios experimentos fallidos con baterías de níquel-cadmio y mercurio-zinc, la batería de litio fue adoptada como una fuente de energía relativamente duradera.

Además de garantizar la larga vida del marcapasos, las baterías de iones de litio han permitido sellar generadores de pulso. Esta fuente de energía se ha desarrollado en los años siguientes como una batería alternativa preferida para marcapasos implantables.

Circuitos programables e integrados

Los primeros intentos en la dirección de la programabilidad, es decir, las modificaciones del estimulador implantado para trabajar de manera no invasiva, se realizaron en 1931. La Compañía General Electric fabricó un marcapasos cuya frecuencia del pulso fue cambiada por un interruptor magnético biestable. El paciente puede elegir entre 70 latidos por minuto en reposo o 100 latidos por minuto durante la actividad física, cambiando el interruptor con un imán externo. Después de eso, los intentos de programar un marcapasos no se hicieron hasta 1972, cuando Medtronic introdujo un dispositivo programable con engranajes unidos a pequeños imanes de barra dentro de un generador de pulso implantable.

En 1973, la compañía introdujo otro marcapasos, donde la velocidad se puede cambiar mediante señales de radiofrecuencia transmitidas a través del programador. Poco después, la programabilidad se convirtió en una propiedad integral de los marcapasos implantables.

Además, el circuito híbrido usa menos energía de la batería porque solo lo usa cuando realiza acciones como abrir o cerrar el interruptor. El esquema híbrido también permitió a los fabricantes reducir sus generadores y garantizar la fiabilidad y la longevidad de los marcapasos.

1980: marcapasos bicamerales

En este momento, casi todos confiaban en los marcapasos para los circuitos integrados híbridos y las baterías de litio que controlarían de manera confiable los latidos del corazón durante al menos 8 años. Desde 1983, algunos fabricantes de marcapasos en los Estados Unidos han comenzado a competir en el nuevo campo tecnológico de marcapasos de doble cámara. A diferencia de los marcapasos de una cámara, las dos cámaras estimulan simultáneamente dos zonas: ventrículos y aurículas.

Los fabricantes y los médicos afirmaron que los marcapasos de doble cámara proporcionan una mejor coordinación entre las contracciones auriculares y ventriculares y una emulación más estrecha con un latido cardíaco natural y dan un efecto fisiológico notable. A pesar de todas las ventajas, fue difícil para los médicos descubrir nuevos dispositivos y acostumbrarse a nuevos indicadores: frecuencia cardíaca, amplitud y duración. Los marcapasos de dos cámaras eran más caros que los marcapasos de una cámara, que en 1989 aún poseían el 75% del mercado de marcapasos en los Estados Unidos.

Década de 1990: auge en la implantación de marcapasos

El número exacto de operaciones de implantación de marcapasos en esta década es difícil de nombrar: solo en 1997, el rango varía de 192 mil a 317 mil implantes. El rápido crecimiento se debe a varias razones. En primer lugar, entre 1990 y 1999, aumentó el número de personas mayores con alto riesgo de arritmias cardíacas. En segundo lugar, los cardiólogos aprendieron a determinar de manera rápida y precisa los primeros síntomas de bradicardia y ECG y pudieron programar una operación a tiempo. Y finalmente, un nuevo método invasivo de ablación por catéter de radiofrecuencia ha aumentado ligeramente el número de implantes. Durante este período, los médicos percibieron claramente el marcapasos como un dispositivo necesario para el tratamiento de la enfermedad cardíaca.

Presente

Hoy, un marcapasos es un dispositivo electrónico complejo que consta de tres componentes principales: una carcasa de titanio, un circuito electrónico y una batería de iones de litio, que durará de 5 a 10 años. La tecnología moderna le permite crear marcapasos del tamaño de un reloj para hombres.
La implantación de un marcapasos se realiza en varias etapas. Primero, el cirujano cardíaco hace una incisión y resalta una de las venas o arterias; con mayor frecuencia es la vena lateral del brazo o la arteria subclavia. Luego, uno o más electrodos se insertan a través de la vena en el corazón y se verifica la ubicación correcta de los electrodos utilizando la unidad externa del complejo de hardware y software. Finalmente, el dispositivo en sí se instala en una bolsa subcutánea, se conecta a los electrodos y luego se sutura la incisión.

Source: https://habr.com/ru/post/es400047/