A história da tecnologia implantável. Marcapasso

Por mais de meio século, a literatura de ficção científica nos conta sobre as pessoas do futuro - as pessoas ciborgues. Podemos dizer que o futuro já chegou - em 2016, os cyborgs caminham entre nós e vivem uma vida medida. São pessoas comuns, mas com marcapassos, implantes auditivos, membros protéticos e biossensores. Hoje falaremos sobre a história dos marcapassos, desde o volumoso aparelho de Lidville até os modernos implantes em miniatura.

A invenção do primeiro marcapasso -

Mark Lidwill O anestesista Mark Lidwill foi o primeiro a usar o método do marcapasso. Em uma reunião do Congresso Australiano-Asiático em 1929 na Austrália, ele descreveu um aparelho elétrico que impulsiona o coração humano. Este dispositivo aplicou descargas elétricas de várias potências e frequências; um eletrodo monopolar foi inserido diretamente no coração e outro indiferente foi aplicado diretamente sobre a pele após umedecimento em solução salina.

O médico disse a todos os presentes que, usando um modelo mais primitivo desse equipamento em 1925 e 1926, ele tentou reviver bebês natimortos. Um deles realmente ganhou vida e era completamente saudável. Ele observou que essa criança não respondeu a outros tratamentos, como injeções de adrenalina que estavam em uso naqueles dias. Em seguida, Lidville inseriu a agulha do eletrodo primeiro no átrio direito e, depois, quando a estimulação atrial falhou, no ventrículo direito. Um marcapasso de dez minutos teve seu efeito e, quando Lidville desligou o marcapasso, o coração começou a funcionar.

Este paciente do Dr. Lidville é considerado a primeira pessoa que sobreviveu à estimulação com sucesso, e o aparelho de Lidville é o primeiro marcapasso artificial. De acordo com o plano do médico, a máquina foi projetada para casos de emergência quando o coração do paciente parou sob anestesia geral durante a cirurgia.

Mais tarde, o criador do primeiro marcapasso do mundo admitiu que o dispositivo funciona com sucesso variável, mas uma em cada cinquenta ou cem vidas salvas é um grande progresso quando não há esperança de salvar a todos. No entanto, o trabalho de Leadville permaneceu desacompanhado e não levou a um avanço na cardiologia.

Década de 1930: Marcapasso Artificial Albert Hyman

Durante a terapia intracardíaca para parada cardíaca, Albert Hyman, de um hospital de Nova York, Beth David observou que o sucesso desse procedimento não depende do medicamento utilizado, mas é causado pela injeção de uma agulha no coração. Ele chegou à conclusão de que, quando o coração para, seu equilíbrio eletrodinâmico pode ser perturbado por uma única injeção, o que pode levar ao infarto do miocárdio. Alguns tiros poderiam melhorar as coisas, mas é muito perigoso.
Como os estímulos mecânicos agiam alterando o potencial elétrico, Hyman teve a idéia de estimulação direta do miocárdio por pulsos elétricos passando pelos eletrodos da agulha, com estimulação repetida sem nenhum risco. Então Hyman criou em 1932 um marca-passo com um design inovador para a época. Consistia em um gerador magnetoelétrico, necessário para obter eletrodos de fornecimento de corrente contínua. Dois grandes ímãs em forma de U forneceram o fluxo magnético necessário para induzir a corrente no gerador. Um disco de corte foi utilizado para controlar a duração do pulso elétrico fornecido aos eletrodos. Um dispositivo desse tipo pesava 7,2 kg.

Pesquisadores modernos que experimentaram o marca-passo Hyman concluíram que era ineficaz devido à baixa tensão de saída dos pulsos gerados, e o próprio Hyman reconheceu as deficiências de seu marca-passo.

Depois de 1945: marca-passo de John Hopps

Vários anos após a Segunda Guerra Mundial, o interesse em marca-passos artificiais na prática cardíaca foi revivido graças aos esforços de Callaghan, Bigelow e Hopps de Toronto, no Canadá. No curso de seus estudos de hipotermia geral , eles notaram que, com hipotermia, a probabilidade de parada cardíaca é alta.

O controle da freqüência cardíaca é crucial para a sobrevivência durante um período de aquecimento, quando o metabolismo nos tecidos do corpo acelera e, para isso, o engenheiro John Hopps, do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, criou um marcapasso artificial que pode produzir pulsos de ritmo certo através dos eletrodos após de toracotomia . O dispositivo passou com sucesso em testes em quatro cães que sofreram parada cardíaca devido a hipotermia.

Após testes bem-sucedidos, Hopps percebeu que esse marcapasso pode ser usado de maneira igualmente eficaz para controlar o pulso à temperatura corporal normal. O dispositivo controlou com sucesso a freqüência cardíaca em animais à temperatura normal, mas falhou em testes em humanos. Os pacientes pioraram subitamente devido a uma violação do impulso elétrico dos átrios para os ventrículos após o infarto do miocárdio. Muito provavelmente, o motivo da falha está no fato de o marcapasso ser de câmara única: apenas os átrios foram estimulados, não os ventrículos.

Marcapasso Zoll e primeiro uso clínico

O primeiro uso clínico de marca-passo ocorreu em 1952. Isso aconteceu durante a admissão de um homem de 75 anos, quando ele foi internado no Hospital Beth-Isreel. Após duas síncope causada por uma diminuição acentuada no débito cardíaco e isquemia cerebral devido a arritmias cardíacas, ele sofreu bloqueio cardíaco por dois anos. No hospital, sua condição piorou - ele continuou a sofrer ataques de assistolia ventricular , apesar de 34 injeções intracardíacas de adrenalina por 4 horas.

O Dr. Paul M. Zoll, MD, aplicou estimulação elétrica externa ao paciente e estimulou com sucesso o coração pelos próximos 25 minutos. Infelizmente, o paciente desenvolveu múltiplas injeções intracardíacas.tamponamento cardíaco e ressuscitação não ajudaram.

Posteriormente, Zoll conseguiu estabelecer com sucesso a freqüência cardíaca de outro homem de 65 anos com ataques semelhantes de assistolia ventricular, graças a um procedimento de estimulação elétrica externa de cinco dias. No final do quinto dia de terapia, o paciente atingiu um ritmo idi-ventricular acelerado de 44 batimentos por minuto e recebeu alta.



Em um artigo publicado em 1952, Zoll descreveu a ressuscitação cardíaca usando eletrodos no peito nu com pulsos de 2 ms a uma voltagem na faixa de 100-150 volts no peito até 60 batimentos por minuto. Essa descrição clínica inicial desencadeou uma avaliação abrangente da estimulação. Os médicos e o público reconheceram o fato de que as doenças cardíacas podem ser derrotadas com a ajuda da estimulação. O trabalho de Zoll serviu de base para futuras pesquisas e desenvolvimento.

Meados da década de 1950: Método Lillehay

Em meados da década de 1950, quando os médicos começaram a realizar a cirurgia de coração aberto, o bloqueio cardíaco no pós-operatório era um problema particularmente sério para os cirurgiões cardíacos. A estimulação elétrica externa não pôde ser usada em pacientes com esta doença, pois é necessária estimulação contínua ao longo do tempo. O cirurgião cardíaco Clarence Walton Lillehei e colegas da Faculdade de Medicina da Universidade de Minnesota começaram a desenvolver um sistema mais sofisticado. Eles foram assistidos por engenheiros da Medtronic , que mais tarde se tornaram uma das empresas mais famosas do mundo no campo da criação de tecnologias de marcapasso.

Em 1957, os pesquisadores descobriram que, combinando um gerador de pulsos com fios de eletrodos conectados diretamente ao coração do cão, a freqüência cardíaca podia ser controlada. Então Lillechai e sua equipe introduziram o primeiro marca-passo de transistor do mundo.

Em 30 de janeiro de 1957, Lillechai usou essa técnica para restaurar o ritmo cardíaco de uma criança com um bloqueio cardíaco. Ele foi operado para reparar um defeito do septo ventricular. O coração foi ativado usando pulsos de 2 ms de duração a uma voltagem de 1,5 a 4,5 volts, o que é muito menor do que nas experiências descritas por Zol. Além disso, o método foi eficaz e bem tolerado pelos pacientes.

1958: Oke Senning e Rune Elmqvist - nascimento de marcapassos implantáveis

O método do marcapasso desenvolvido por Lillechai não pôde ser mantido por muito tempo devido ao risco de infecção, causou desconforto ao usar um marcapasso e, após alguns meses, tornou-se ineficaz. A única maneira de prevenir a infecção - remover os fios do corpo através de incisões na pele - era o impulso para o desenvolvimento de marcapassos implantáveis.

As primeiras tentativas foram feitas pelo cirurgião Oke Senning e pelo engenheiro Rune Elmqvist no Hospital da Universidade da Carolina, na Suécia. O primeiro marcapasso foi implantado em 8 de outubro de 1958 para Arne Larsson, 43 anos, com bloqueio cardíaco completo e síndrome de Morgagni-Adams-Stokes. A operação foi bem-sucedida, mas três horas após a implantação, o marcapasso quebrou. Um bloco semelhante foi implantado no dia seguinte, mas isso não funcionou. Finalmente, decidiu-se abandonar a estimulação para esse paciente até que análogos mais bem-sucedidos fossem desenvolvidos.

Felizmente, os ataques de Morgagni-Adams-Stokes não incomodaram mais o paciente pelos próximos três anos, até que ele recebeu um segundo implante. No final, ele passou por 24 intervenções cirúrgicas e viveu até 2001, quando morreu aos 86 anos de idade por um tumor maligno não relacionado.

Essas tentativas de criar um marcapasso implantável tiveram um papel significativo na criação de dispositivos em escala industrial a um preço razoável. O desenvolvimento nesta área foi bem financiado. A primeira produção de marcapassos começou em 1970.

1970: uma atualização para marcapassos implantáveis



No início dos anos 70, os fabricantes pensavam seriamente em usar energia nuclear para alimentar marcapassos. Os dispositivos usavam a energia de decomposição do plutônio-238, que era convertida em energia elétrica. Apesar de sua vida útil verdadeiramente longa de 10 a 20 anos e confiabilidade de 99%, a exposição à radiação bloqueou todos os benefícios. Os cientistas não recomendaram o uso de energia nuclear para alimentar marcapassos e, finalmente, esses dispositivos não receberam amplo reconhecimento.

Durante o crescimento explosivo das inovações tecnológicas em 1973-1980, os marcapassos produzidos em 1970 rapidamente se tornaram obsoletos. Os fabricantes se concentraram em melhorar a fonte de energia usada nos marca-passos. A fonte de alimentação é importante porque determina a durabilidade e a confiabilidade em combinação com o tipo de bateria que será usada no futuro, o peso e o volume do marcapasso. Após várias experiências malsucedidas com baterias de níquel-cádmio e mercúrio-zinco, a bateria de lítio foi adotada como uma fonte de energia relativamente durável.

Além de garantir a longa vida útil do marcapasso, as baterias de íon-lítio tornaram possível o selamento de geradores de pulso. Essa fonte de energia se desenvolveu nos anos seguintes como uma bateria alternativa preferida para marca-passos implantáveis.

Circuitos programáveis ​​e integrados

As primeiras tentativas na direção da programação, ou seja, modificações do estimulador implantado para trabalhar de forma não invasiva, foram feitas em 1931. A General Electric Company fabricou um marca-passo cuja taxa de pulso foi alterada por um interruptor magnético biestável. O paciente pode escolher entre 70 batimentos por minuto em repouso ou 100 batimentos por minuto durante a atividade física, trocando o interruptor por um ímã externo. Depois disso, as tentativas de programar um marcapasso não foram feitas até 1972, quando a Medtronic introduziu um dispositivo programável com engrenagens presas a pequenos ímãs de barra dentro de um gerador de pulso implantável.

Em 1973, a empresa lançou outro marca-passo, onde a velocidade pode ser alterada pelos sinais de radiofrequência transmitidos pelo programador. Logo depois, a programação tornou-se propriedade integrante dos marcapassos implantáveis.

Além disso, o circuito híbrido consome menos energia da bateria porque apenas o utiliza ao executar ações como abrir ou fechar o comutador. O esquema híbrido também permitiu aos fabricantes reduzir seus geradores e garantir a confiabilidade e a longevidade dos marca-passos.

Década de 1980: marca-passos de câmara dupla

Nessa época, quase todo mundo confiava em marcapassos para circuitos integrados híbridos e baterias de lítio que controlariam com segurança os batimentos cardíacos por pelo menos 8 anos. Desde 1983, alguns fabricantes de marca-passo nos Estados Unidos começaram a competir na nova arena da tecnologia de marca-passo com duas câmaras. Ao contrário dos marcapassos de uma câmara, duas câmaras estimulam simultaneamente duas zonas: ventrículos e átrios.

Fabricantes e médicos argumentaram que os marcapassos de duas câmaras proporcionam uma melhor coordenação entre as contrações atriais e ventriculares e uma emulação mais estreita com um batimento cardíaco natural, além de proporcionar um efeito fisiológico notável. Apesar de todas as vantagens, era difícil para os médicos descobrir novos dispositivos e se acostumar com novos indicadores: freqüência cardíaca, amplitude e duração. Os marcapassos de duas câmaras eram mais caros que os marcapassos de câmara única, que em 1989 ainda possuíam 75% do mercado de marcapassos nos Estados Unidos.

Década de 90: boom na implantação de marcapasso

É difícil citar o número exato de operações de implantação de marca-passo nesta década: somente em 1997, o intervalo varia de 192 mil a 317 mil implantes. O crescimento violento é devido a várias razões. Em primeiro lugar, entre 1990-1999, aumentou o número de idosos com alto risco de arritmias cardíacas. Em segundo lugar, os cardiologistas aprenderam a determinar com rapidez e precisão os primeiros sintomas de bradicardia e ECG e poderiam agendar uma operação a tempo. E, finalmente, um novo método invasivo de ablação por cateter de radiofreqüência aumentou ligeiramente o número de implantes. Durante esse período, os médicos perceberam claramente o marcapasso como um dispositivo necessário para o tratamento de doenças cardíacas.

Presente

Hoje, o marcapasso é um dispositivo eletrônico complexo que consiste em três componentes principais: uma carcaça de titânio, um circuito eletrônico e uma bateria de íons de lítio, que duram de 5 a 10 anos. A tecnologia moderna permite criar marca-passos do tamanho de um relógio de homem.
A implantação de um marcapasso ocorre em várias etapas. Primeiro, o cirurgião cardíaco faz uma incisão e destaca uma das veias ou artérias - na maioria das vezes é a veia lateral do braço ou artéria subclávia. Então, um ou mais eletrodos são inseridos através da veia no coração e a localização correta dos eletrodos é verificada usando a unidade externa do complexo de hardware e software. Finalmente, o próprio dispositivo é instalado em uma bolsa subcutânea, conectada aos eletrodos e, em seguida, a incisão é suturada.

Source: https://habr.com/ru/post/pt400047/