Sejarah teknologi implan. Alat pacu jantung

Selama lebih dari setengah abad, literatur fiksi ilmiah telah memberi tahu kita tentang orang-orang di masa depan - orang cyborg. Kita dapat mengatakan bahwa masa depan telah datang - pada tahun 2016, cyborg berjalan di antara kita dan menjalani kehidupan yang terukur. Mereka adalah orang-orang biasa, tetapi dengan alat pacu jantung, implan pendengaran, kaki palsu dan biosensor. Hari ini kita akan berbicara tentang sejarah alat pacu jantung, dari peralatan Lidville yang besar hingga implan miniatur modern.

Penemuan alat pacu jantung pertama -

Mark Lidwill Ahli anestesi Mark Lidwill adalah yang pertama menggunakan metode alat pacu jantung. Pada pertemuan Kongres Australia-Asia pada tahun 1929 di Australia, ia menggambarkan sebuah peralatan listrik yang menggerakkan hati manusia. Perangkat ini menerapkan pelepasan listrik dari berbagai daya dan frekuensi; sebuah elektroda monopolar dimasukkan langsung ke jantung, dan yang lain, acuh tak acuh, diterapkan langsung ke kulit setelah dibasahi dalam larutan garam.

Dokter mengatakan kepada semua orang yang hadir bahwa menggunakan model yang lebih primitif dari peralatan ini pada tahun 1925 dan 1926, ia mencoba untuk menghidupkan kembali bayi yang lahir mati. Salah satunya benar-benar hidup kembali dan benar-benar sehat. Dia mencatat bahwa anak ini tidak menanggapi perawatan lain seperti suntikan adrenalin yang digunakan pada masa itu. Kemudian Lidville memasukkan jarum elektroda terlebih dahulu ke atrium kanan, dan kemudian, ketika stimulasi atrium gagal, ke ventrikel kanan. Alat pacu jantung sepuluh menit berpengaruh, dan ketika Lidville mematikan alat pacu jantung, jantung mulai bekerja.

Pasien dari Dr. Lidville ini dianggap sebagai orang pertama yang berhasil selamat mondar-mandir, dan alat Lidville adalah alat pacu jantung buatan pertama. Menurut rencana dokter, mesin itu dimaksudkan untuk kasus darurat ketika jantung pasien berhenti di bawah anestesi umum selama operasi.

Kemudian, pencipta alat pacu jantung pertama di dunia ini mengakui bahwa alat itu bekerja dengan kesuksesan yang berbeda-beda, tetapi satu dari lima puluh atau seratus nyawa yang diselamatkan adalah kemajuan besar ketika tidak ada harapan untuk menyelamatkan semua orang. Namun, pekerjaan Leadville kemudian tetap tanpa pengawasan dan tidak mengarah pada terobosan dalam kardiologi.

1930-an: Alat Pacu Jantung Buatan Albert Hyman

Selama terapi intrakardiak untuk henti jantung, Albert Hyman dari rumah sakit New York, Beth David mencatat bahwa keberhasilan prosedur ini tidak tergantung pada obat yang digunakan, tetapi disebabkan oleh suntikan jarum ke jantung. Dia sampai pada kesimpulan bahwa ketika jantung berhenti, keseimbangan elektrodinamiknya dapat terganggu oleh suntikan tunggal, yang dapat menyebabkan infark miokard. Beberapa tembakan bisa membuat segalanya lebih baik, tetapi terlalu berbahaya.
Karena rangsangan mekanik bertindak dengan mengubah potensial listrik, Hyman datang dengan gagasan stimulasi langsung miokardium oleh pulsa listrik yang melewati elektroda jarum, dengan stimulasi berulang tanpa risiko. Kemudian Hyman menciptakan alat pacu jantung pada tahun 1932 dengan desain inovatif untuk waktu itu. Ini terdiri dari generator magnetoelectric, yang diperlukan untuk mendapatkan elektroda memasok arus searah. Dua magnet besar berbentuk U memasok fluks magnet yang diperlukan untuk mendorong arus dalam generator. Cacah cakram digunakan untuk mengontrol durasi pulsa listrik yang dipasok ke elektroda. Perangkat portabel semacam itu memiliki berat 7,2 kilogram.

Peneliti modern yang bereksperimen dengan alat pacu jantung Hyman sampai pada kesimpulan bahwa itu tidak efektif karena tegangan output rendah dari pulsa yang dihasilkan, dan Hyman sendiri mengenali kekurangan alat pacu jantungnya.

Setelah 1945: alat pacu jantung John Hopps

Beberapa tahun setelah Perang Dunia II, minat pada alat pacu jantung buatan dalam praktik jantung dihidupkan kembali berkat upaya Callaghan, Bigelow dan Hopps dari Toronto di Kanada. Dalam perjalanan studi mereka tentang hipotermia umum , mereka memperhatikan bahwa dengan hipotermia kemungkinan serangan jantung tinggi.

Kontrol detak jantung sangat penting untuk bertahan hidup selama periode pemanasan ketika metabolisme dalam jaringan tubuh dipercepat, dan untuk ini, insinyur John Hopps dari National Research Council of Canada menciptakan alat pacu jantung buatan yang dapat menghasilkan denyut ritme yang tepat melalui elektroda setelah dari torakotomi . Perangkat berhasil melewati tes pada empat anjing yang menderita serangan jantung karena hipotermia.

Setelah tes yang sukses, Hopps menyadari bahwa alat pacu jantung semacam itu dapat digunakan secara sama efektif untuk mengontrol denyut nadi pada suhu tubuh normal. Perangkat berhasil mengendalikan detak jantung pada hewan pada suhu normal, tetapi gagal dalam tes pada manusia. Pasien tiba-tiba memburuk karena pelanggaran impuls listrik dari atrium ke ventrikel setelah infark miokard. Kemungkinan besar, alasan kegagalannya terletak pada kenyataan bahwa alat pacu jantung adalah bilik tunggal: hanya atrium yang dirangsang, bukan ventrikel.

Alat pacu jantung Zoll dan penggunaan klinis pertama

Penggunaan klinis alat pacu jantung pertama kali terjadi pada tahun 1952. Ini terjadi selama pengakuan seorang pria berusia 75 tahun, ketika ia dirawat di Rumah Sakit Beth-Isreel. Setelah dua sinkop yang disebabkan oleh penurunan tajam curah jantung dan iskemia serebral akibat aritmia jantung, ia menderita penyumbatan jantung selama dua tahun. Di rumah sakit, kondisinya semakin memburuk - ia terus mengalami serangan asistol ventrikel , meskipun ada 34 suntikan adrenalin intrakardiak selama 4 jam.

Paul M. Zoll, MD, menerapkan stimulasi listrik eksternal pada pasiennya dan berhasil merangsang jantungnya selama 25 menit berikutnya. Sayangnya, pasien mengalami beberapa suntikan intrakardiak.tamponade jantung dan resusitasi tidak membantu.

Selanjutnya, Zoll berhasil menentukan denyut jantung pria 65 tahun lainnya dengan serangan asistol ventrikel yang sama berkat prosedur stimulasi listrik eksternal lima hari. Pada akhir hari kelima terapi, pasien mencapai ritme percepatan idioventrikular 44 denyut per menit, dan ia dipulangkan.



Dalam sebuah makalah yang diterbitkan pada tahun 1952, Zoll menggambarkan resusitasi jantung menggunakan elektroda di dada telanjang dengan impuls 2 ms pada tegangan di kisaran 100-150 volt di dada hingga 60 denyut per menit. Deskripsi klinis awal ini memicu penilaian mondar-mandir yang komprehensif. Dokter dan masyarakat telah mengakui fakta bahwa penyakit jantung dapat dikalahkan dengan bantuan mondar-mandir. Pekerjaan Zoll berfungsi sebagai dasar untuk penelitian dan pengembangan di masa depan.

Pertengahan 1950-an: Metode Lillehay

Pada pertengahan 1950-an, ketika dokter pertama mulai melakukan operasi jantung terbuka, blok jantung pasca operasi adalah masalah yang sangat serius bagi ahli bedah jantung. Stimulasi listrik eksternal tidak dapat digunakan untuk pasien dengan penyakit ini, karena stimulasi terus menerus dari waktu ke waktu diperlukan. Dokter bedah jantung Clarence Walton Lillehei dan rekan-rekannya di Fakultas Kedokteran Universitas Minnesota telah mulai mengembangkan sistem yang lebih canggih. Mereka dibantu oleh para insinyur dari Medtronic , yang kemudian menjadi salah satu perusahaan paling terkenal di dunia dalam bidang menciptakan teknologi alat pacu jantung.

Pada tahun 1957, para peneliti menemukan bahwa dengan menggabungkan generator pulsa dengan kabel elektroda yang terpasang langsung ke jantung anjing, detak jantung dapat dikendalikan. Jadi Lillechai dan timnya memperkenalkan alat pacu jantung transistor pertama di dunia.

Pada 30 Januari 1957, Lillechai menggunakan teknik ini untuk mengembalikan irama jantung seorang anak dengan penyumbatan jantung. Ia menjalani operasi untuk memperbaiki defek septum ventrikel. Jantung diaktifkan menggunakan pulsa berdurasi 2 ms pada tegangan 1,5 hingga 4,5 volt, yang jauh lebih sedikit daripada dalam percobaan yang dijelaskan oleh Zol. Selain itu, metode ini efektif dan ditoleransi dengan baik oleh pasien.

1958: Oke Senning dan Rune Elmqvist - kelahiran alat pacu jantung implan

Metode alat pacu jantung yang dikembangkan oleh Lillechai tidak dapat dipertahankan untuk waktu yang lama karena risiko infeksi, menyebabkan ketidaknyamanan saat mengenakan alat pacu jantung, dan setelah beberapa bulan menjadi tidak efektif. Satu-satunya cara untuk mencegah infeksi - untuk menghilangkan kabel dari tubuh melalui sayatan kulit - adalah dorongan untuk pengembangan alat pacu jantung implan.

Upaya pertama dilakukan oleh ahli bedah Oke Senning dan insinyur Rune Elmqvist di Rumah Sakit Universitas Carolina di Swedia. Alat pacu jantung pertama diimplantasikan pada 8 Oktober 1958, kepada Arne Larsson yang berusia 43 tahun dengan blok jantung lengkap dan sindrom Morgagni-Adams-Stokes. Operasi itu berhasil, tetapi tiga jam setelah implantasi, alat pacu jantung rusak. Blok serupa ditanamkan pada hari berikutnya, tetapi ini tidak berhasil. Akhirnya, diputuskan untuk meninggalkan langkah untuk pasien ini sampai analog yang lebih sukses dikembangkan.

Untungnya, serangan Morgagni-Adams-Stokes tidak lagi mengganggu pasien selama tiga tahun berikutnya sampai ia menerima implan kedua. Pada akhirnya, ia menjalani 24 intervensi bedah dan hidup sampai tahun 2001, ketika ia meninggal pada usia 86 karena tumor ganas yang tidak berhubungan.

Upaya-upaya untuk menciptakan alat pacu jantung implan ini memainkan peran penting dalam pembuatan perangkat pada skala industri dengan harga yang wajar. Pembangunan di bidang ini telah didanai dengan baik. Produksi pertama alat pacu jantung dimulai pada tahun 1970.

1970: peningkatan menjadi alat pacu jantung implan



Pada awal tahun 70-an, produsen serius berpikir tentang menggunakan energi nuklir untuk menyalakan alat pacu jantung. Perangkat menggunakan energi peluruhan plutonium-238, yang diubah menjadi energi listrik. Meskipun masa kerjanya sangat lama, 10 hingga 20 tahun dan keandalannya 99%, paparan radiasi menghalangi semua manfaatnya. Para ilmuwan tidak merekomendasikan penggunaan energi nuklir untuk menyalakan alat pacu jantung, dan pada akhirnya alat seperti itu tidak mendapat pengakuan luas.

Selama pertumbuhan pesat inovasi teknologi pada tahun 1973-1980, alat pacu jantung yang diproduksi pada tahun 1970 dengan cepat menjadi usang. Produsen telah berfokus pada peningkatan sumber daya yang digunakan dalam alat pacu jantung. Catu daya ini penting karena menentukan daya tahan dan keandalan dalam kombinasi dengan jenis baterai yang akan digunakan di masa depan, berat dan volume alat pacu jantung. Setelah beberapa percobaan yang gagal dengan baterai nikel-kadmium dan merkuri-seng, baterai lithium diadopsi sebagai sumber daya yang relatif tahan lama.

Selain memastikan umur panjang alat pacu jantung, baterai lithium-ion memungkinkan untuk menyegel generator pulsa. Sumber daya ini telah berkembang selama bertahun-tahun sebagai baterai alternatif pilihan untuk alat pacu jantung implan.

Sirkuit Terprogram dan Terpadu

Upaya pertama ke arah programabilitas, yaitu modifikasi stimulator yang ditanamkan untuk bekerja non-invasif, dilakukan kembali pada tahun 1931. General Electric Company memproduksi alat pacu jantung yang denyut nadinya diubah oleh sakelar magnetik yang dapat ditangkal. Pasien dapat memilih antara 70 denyut per menit saat istirahat atau 100 denyut per menit selama aktivitas fisik, mengubah sakelar dengan magnet eksternal. Setelah itu, upaya untuk memprogram alat pacu jantung tidak dilakukan sampai tahun 1972, ketika Medtronic memperkenalkan perangkat yang dapat diprogram dengan roda gigi yang terpasang pada magnet batang kecil di dalam generator pulsa yang dapat dipasang.

Pada tahun 1973, perusahaan memperkenalkan alat pacu jantung lain, di mana kecepatannya dapat diubah oleh sinyal frekuensi radio yang dikirimkan melalui pemrogram. Segera setelah itu, kemampuan pemrograman menjadi bagian integral dari alat pacu jantung yang dapat ditanam.

Selain itu, sirkuit hybrid menggunakan daya baterai lebih sedikit karena hanya menggunakannya saat melakukan tindakan seperti membuka atau menutup sakelar. Skema hibrida juga memungkinkan produsen mengurangi generatornya dan memastikan keandalan dan umur panjang alat pacu jantung.

1980-an: alat pacu jantung dua kamar

Pada saat ini, hampir semua orang mengandalkan alat pacu jantung untuk sirkuit terintegrasi hybrid dan baterai lithium yang akan andal mengendalikan detak jantung selama minimal 8 tahun. Sejak 1983, beberapa produsen alat pacu jantung di Amerika Serikat telah mulai bersaing di arena teknologi alat pacu jantung dua kamar baru. Tidak seperti alat pacu jantung bilik tunggal, dua bilik merangsang secara simultan dua zona: ventrikel dan atria.

Produsen dan dokter mengklaim bahwa alat pacu jantung dua kamar memberikan koordinasi yang lebih baik antara kontraksi atrium dan ventrikel dan persaingan yang lebih dekat dengan detak jantung alami dan memberikan efek fisiologis yang nyata. Terlepas dari semua kelebihannya, sulit bagi dokter untuk mencari tahu perangkat baru dan terbiasa dengan indikator baru: denyut jantung, amplitudo, dan durasi. Alat pacu jantung dua kamar lebih mahal daripada alat pacu jantung satu kamar, yang pada tahun 1989 masih memiliki 75% dari pasar alat pacu jantung di Amerika Serikat.

1990-an: booming implantasi alat pacu jantung

Jumlah pasti operasi implantasi alat pacu jantung dalam dekade ini sulit disebutkan: pada tahun 1997 saja, kisarannya bervariasi dari 192 ribu hingga 317 ribu implan. Pertumbuhan kekerasan disebabkan oleh beberapa alasan. Pertama, antara 1990-1999, jumlah orang tua dengan risiko tinggi aritmia jantung meningkat. Kedua, ahli jantung belajar untuk dengan cepat dan akurat menentukan gejala pertama bradikardia dan EKG dan dapat menjadwalkan operasi tepat waktu. Dan akhirnya, metode invasif baru dari ablasi kateter radiofrekuensi telah sedikit meningkatkan jumlah implan. Selama periode ini, dokter dengan jelas menganggap alat pacu jantung sebagai alat yang diperlukan untuk pengobatan penyakit jantung.

Hadir

Saat ini, alat pacu jantung adalah perangkat elektronik kompleks yang terdiri dari tiga komponen utama: cangkang titanium, sirkuit elektronik, dan baterai lithium-ion, yang akan bertahan 5 hingga 10 tahun. Teknologi modern memungkinkan Anda membuat alat pacu jantung seukuran jam tangan pria.
Implantasi alat pacu jantung berlangsung dalam beberapa tahap. Pertama, ahli bedah jantung membuat sayatan dan menyoroti salah satu vena atau arteri - paling sering itu adalah vena lateral lengan atau arteri subklavia. Kemudian, satu atau lebih elektroda dimasukkan melalui vena ke jantung dan lokasi yang benar dari elektroda diperiksa menggunakan unit eksternal dari kompleks perangkat keras-perangkat lunak. Akhirnya, perangkat itu sendiri dipasang di saku subkutan, terhubung ke elektroda, dan kemudian sayatan dijahit.

Source: https://habr.com/ru/post/id400047/