Материал к уроку
Как это устроено?..
См. также № 23/08
Электрокардиостимулятор. Почти у четырёх миллионов человек в мире стоят электрокардиостимуляторы – приборы, которые появились 50 лет назад и заставляют больное сердце биться ритмично. В здоровом сердце электрические импульсы от проводящих клеток сердечной мышцы заставляют сокращаться предсердия и желудочки. Если сердце больное, то сигнал для сокращений посылает стимулятор. Старые модели могли задавать только один ритм, современные модели могут изменять ритм в соответствии с интенсивностью движений пациента. Более того, существуют модели, управляющими каждым желудочком отдельно, что позволяет добиваться согласованной работы обоих. Это особенно важно, если седечная мышца ослаблена, как это бывает при сердечных приступах. Современные кардиостимуляторы имеют размер со спичечный коробок. такая миниатюризация стала возможной благодаря достижениям электроники, программирования и в особенности размещению сразу после операции резервуара со стероидом на конце электрода, посылающего управляющие сигналы. Лекарство снимает вероятность воспаления сразу после имплантации, что позволило имплантировать электроды совсем близко к жизненно важной сердечной мышце, а это, в свою очередь, позволило уменьшить напряжение, которое должен генерировать стимулятор, и соответственно уменьшить размеры устройства. И основную роль в этом сыграл стероид. Когда батарейки садятся, а это случается через 6–10 лет, весь блок за исключением электродов, заменяют. Начиная с 1980-х гг. стали появляться электрические имплантируемые дефибрилляторы. Такой прибор по размеру меньше пейджера, он посылает мощный импульс на желудочек или предсердие, если начинается фибрилляция, и сердце вновь запускается в нормальном ритме. Сейчас около 450 тыс. человек в США ежегодно гибнут от инфарктов. Если дефибрилляторы станут более компактными и дешёвыми, они наверняка вытеснят электрокардиостимуляторы.
Электрические импульсы управляют сокращениями сердца. С того момента, когда предсердия начинают наполняться кровью, и до тех пор, пока вся кровь не поступит из них в желудочки, на клетках сердечной мышцы нет потенциала, электрические импульсы не поступают на предсердно-желудочковый узел. Затем этот узел посылает импульс, и желудочки сразу резко сокращаются во всём объёме. Синусный узел подстраивает ритм сердца в соответствии с концентрацией кислорода в венозной крови: чем больше физическая нагрузка, тем эта концентрация ниже.
Электрокардиостимулятор. Когда сердце начинает биться замедленно, неритмично или совсем останавливается, с процессора на микросхему поступает сигнал, и микросхема генерирует электрические импульсы амплитудой 1–5 В. Акселерометр указывает на необходимость учащённого сердцебиения при физических нагрузках. Вся информация записывается в запоминающем устройстве и может считываться с антенны с помощью радиосигнала, поступающего через кожу.
Имплантируемый электрический дефибриллятор снимает фибрилляцию предсердия или желудочка, посылая в сердце мощный сигнал (энергией 30 Дж), и восстанавливает тем самым работоспособность сердца. Таким же образом снимается тахикардия (перебои сердцебиения).
Обычный электрокардиостимулятор имеет один ли два вывода, предназначенных для ускорения сердцебиения, если сердце работает вяло. Сейчас уже есть модели с третьим выводом (на рисунке не показан), подсоединяемым к левому желудочку для синхронизации, при необходимости, его сокращений.
Кончик провода фиксируется внутри сердечной мышцы, чтобы при необходимости послать в проводящие клетки возбуждающий электрический импульс. С помощью этого же проводка передаётся информация о ритме сердцебиения. Стероид расходуется в течение нескольких месяцев после имплантации, сводя к минимуму риск воспаления.
Корпус кардиостимулятора или дефибриллятора имплантируют непосредственно в грудь пациента, а электрические провода выводят через вены и фиксируют в сердечной мышце.
Знаете ли вы, что?..
- Каждый тип сердечных клеток имеет собственный ритм. Ритм синусного узла самый быстрый, именно из него начинают распространяться по сердцу импульсы сжатия с частотой 60–100 в минуту. Если этот узел выбывает из строя, его функции берёт на себя предсердие, но его ритм 40–80 сокращений в минуту. При повреждении предсердия запускать сокращения 30–40 раз в минуту начинает предсердно-желудочковый узел, такой ритм ещё может поддерживать жизнь человека.
- Пациент может узнать о состоянии своего кардиостимулятора дистанционно. Для этого ему нужно надеть браслеты на оба запястья, поместить магнитный маркер на груди над стимулятором, положить телефонную трубку на площадку передатчика, связанного с браслетами и маркером, и позвонить доктору. Вся информация о состоянии и батарейки, и самого прибора поступит на компьютер врача.
- На работоспособность стимулятора не влияют излучения СВЧ-печек или детекторов на входе в магазине и аэропорты. Следует опасаться источников сильных магнитных полей, таких как громкоговорители стереосистем и карбюраторные двигатели. Не надо носить в нагрудном кармане сотовый телефон, проходить ЯМР-обследование. Случаи выхода из строя электрокардиостимуляторов исключительно редки.
Scientific American, 2004, November, p. 102–103.