Электронные стимуляторы

Электронные стимуляторы используются для поддержания и нормализации функций определённых органов, в состав которых входят возбудимые клетки. С помощью электрических импульсов производится стимуляция этих клеток. Наиболее разработана электрическая стимуляция сердца.

В нормальных условиях сердце возбуждается автоматически под действием своей проводящей системы. Она состоит из особых мышечных клеток, обладающих определёнными специфическими свойствами. Импульсы возбуждения возникают ритмически в синоатриальном узле, расположенном в стенке правого предсердия. Отсюда они распространяются на мышцы предсердий и атриовентрикулярный узел, находящийся в перегородке между предсердиями и желудочками. От атриовентрикулярного узла возбуждение проходит по пучку Гиса и его ножкам к мышцам желудочков сердца.

Возникновение и проведение импульсов возбуждения в проводящей системе сердца может быть замедлено или даже полностью нарушено в результате определённых патологических процессов (блокада сердца). В этом случае возникают показания к применению электронных стимуляторов сердца (сердечных ритмоводителей) с целью нормализации его сокращений.

Существуют стимуляторы, предназначенные для кратковременного применения во время операций на открытом сердце или в послеоперационном периоде. Они представляют собой генераторы прямоугольных импульсов, частоту и амплитуду которых можно регулировать. На непродолжительное время стимулирующий электрод вводится в сердце через кровеносные сосуды, а генератор импульсов (стимулятор) остаётся снаружи.

При необходимости постоянного применения в тело пациента вживляют хирургическим путём миниатюрный кардиостимулятор. Его корпус изготовляют из металла, биологически совместимого с тканями и обеспечивающего защиту электронных цепей для их бесперебойной работы. Стимулятор имеет автономный источник питания, рассчитанный на срок в несколько лет, который обеспечивает энергией электронные схемы прибора. Длительность импульсов соответствует 1,0 – 1,2 мс при амплитуде 5,0 – 5,5 В. Изолированные подводящие провода подшивают к сердцу или вводят в него через вену.

Первое поколение имплантируемых кардиостимуляторов было рассчитано на генерирование импульсов возбуждения с постоянной частотой, которая устанавливалась заранее и не могла быть изменена в процессе работы стимулятора (асинхронные кардиостимуляторы). Таким образом, частота стимуляции не зависела от функционирования сердца.

В дальнейшем были разработаны синхронные стимуляторы, которые обеспечивают более тонкую регуляцию работы сердца. Они содержат сложные логические электронные схемы или микропроцессоры. Существует два типа синхронных кардиостимуляторов: ждущий и предсердно-синхронный.

Ждущий кардиостимулятор регистрирует комплекс зубцов QRS электрокардиограммы пациента. Если сердце сокращается с нормальной частотой, кардиостимулятор остаётся в ждущим режиме и не генерирует электрических импульсов. Таким образом, частота сердечных сокращений изменяется физиологически в зависимости от потребностей организма. Кардиостимулятор начинает генерировать импульсы лишь в том случае, если частота сокращений сердца становится ниже определенного критического уровня.

Предсердно-синхронный кардиостимулятор имеет более сложное устройство. Он сконструирован для замены заблокированной проводящей системы сердца. Электрический сигнал, соответствующий возбуждению предсердий (зубец Р электрокардиограммы), регистрируется с помощью электрода, вживлённого в предсердие. Он используется для запуска кардиостимулятора, который после необходимой задержки (она существует в здоровом сердце) подаёт электрический импульс на желудочки.

Следующее поколение кардиостимуляторов способно вырабатывать импульсы с частотой, которая регулируется в зависимости от потребностей организма в адекватном кровообращении. Такие кардиостимуляторы имеют блоки управления, которые получают информацию от датчиков, измеряющих температуру крови, насыщение крови кислородом, частоту дыхания, изменения внутрисердечного объёма, частоту дыхания и т.д. Все перечисленные показатели тем или иным образом изменяются в зависимости от физической нагрузки, состояния различных систем органов и др. Информация от датчиков способствует адекватной для той или иной ситуации перестройке частоты сердечных сокращений.

При неотложном состоянии, которое называется фибрилляцией желудочков сердца, используются дефибрилляторы. Как известно, в норме во время систолы все клетки желудочков сокращаются практически синхронно. В условиях патологии может возникнуть фибрилляция желудочков, при которой такая синхронизация нарушается, и сокращения отдельных клеток не совпадают по времени. Сердце при этом не в состоянии производить нормальные сокращения, что приводит к остановке кровообращения.

Дефибрилляторы - это специализированные приборы, которые предназначены для устранения фибрилляции желудочков с помощью электрических импульсов. Устройство дефибриллятора включает конденсатор, который заряжается до высокого напряжения и разряжается через грудную клетку пациента. Импульс продолжительностью 5–10 миллисекунд имеет большую амплитуду (силу тока). Это способствует синхронному возбуждению (с последующим сокращением) кардиомиоцитов желудочков независимо от фазы возбуждения, в которой каждый из них находился до подачи мощного импульса от дефибриллятора. Прекращение фибрилляции (дефибрилляция) помогает восстановить нормальные сокращения сердечной мышцы и спасти жизнь пациента.

Существует также много типов стимуляторов, предназначенных для раздражения скелетных мышц (миостимуляторы). Их применяют в случаях, когда из-за отсутствия движений в результате временного паралича развивается атрофия мышц, следствием чего является уменьшение мышечной массы. Сокращения мышц, вызываемые электрической стимуляцией, поддерживают их сократительную способность и обеспечивают нормализацию в них обмена веществ. Пациенты с повреждением спинного мозга могут посредством программируемой электрической стимуляции мышц восстановить некоторые простейшие их функции. Большинство мышечных стимуляторов представляет собой генераторы электрических импульсов, амплитуда которых модулируется, то есть изменяется заданным образом во времени. Обычно используют импульсы длительностью 1 мс при силе тока от 2 до 20 мА.

Электрическая стимуляция кожи применяется для обезболивания. Такая стимуляция способна подавлять передачу болевой информации в спинной мозг. В чрезкожных электронных стимуляторах применяют самые разнообразные формы импульсов – от прямоугольных монофазных до двухфазных различной амплитуды, длительности и частоты следования. Параметры выходных сигналов таких стимуляторов варьируют в широком диапазоне вплоть до 60 В и 50 мА, а частота стимуляции – от 2 до 200 имп/с.