Синхронизация с активностью желудочков

В режиме VI ЭКС выполняет две задачи - стимулирует желудочек и работает в режиме "ожидания" при спонтанной активности сердца с более высокой частотой. Это достигается посредством введения постоянного или программируемого интервала между стимулами - базового интервала St-St (basic rate interval).

Большинство непрограммируемых ЭКС стимулирует с интервалами в 857 мс, что соответствует частоте 70 имп/мин. Кроме того, аппарат также способен воспринимать потенциалы спонтанной деполяризации желудочков через электрокардиограф. Если ЭКС воспримет желудочковую деполяризацию в течение St-St, генерирование следующего импульса будет подавлено (ингибировано). Это разрядит таймер ЭКС до нуля, после чего аппарат вновь будет в режиме ожидания в течение указанного времени. Если же спонтанный комплекс не будет воспринят, ЭКС автоматически сгенерирует электрический импульс. Могут иметь место различные сливные и псевдосливные сокращения, если спонтанный ритм сердца и ритм стимулятора интерферируют.

Основные параметры разрабатываемого ЭКС – частота стимуляции, длительность импульса и его амплитуда, рефрактерный период.

Амплитуда и длительность стимулирующих импульсов. Легче все­го при помощи простых схем генерировать прямоугольные импульсы. Хотя были опубликованы работы, в которых доказываются преимуще­ства треугольных или экспоненциально возрастающих им­пульсов для стимуляции сердца, практически во всех ЭКС исполь­зуются импульсы прямоугольной формы. Соотношение между пороговым током и длительностью стимулируюшего импульса для данной системы стимуляции описывается кри­вой Гоорвега - Вейса. Измеренная аналогичным образом зависимость для порогового напряжения имеет иную форму. Это различие обус­ловлено комплексным характером выходного сопротивления электрической схемы стимуляции. Для выбора оптимального стимулирующего импульса важна зависимость энергии импульса от его длительности. Для современных электродов с малой площадью поверхности соответствует длительность 0.5 – 1 мс. Непосредственно после имплантации пороги возбуждения низки, в последующий период они возрастают. Основной причиной повышения порога возбуждения является обра­зование фиброзной ткани около электрода. Для электрода, погруженного в глубину миокарда, характерно монотонное изменение порога.

Стимулирующий импульс должен иметь такую амплитуду, которая превышает начальное увеличенное значение порога непосредственно после имплантации, а также сохраняет надпороговое значение к концу срока службы прибора, когда падает напряжение источника питания, если он питается от аккумуляторной батареи. Оптимальной считается выходная амплитуда, в любых условиях примерно вдвое превышающая значение порога. Известны попытки сконструировать выходную цепь ЭКС в виде адаптивной системы, которая самостоятельно настраивается точно на надпороговую амплитуду. При разработке этой системы преследовалась цель снизить потребление энергии от источника пита­ния и за счет этого увеличить время его функционирования. Однако реализация этого требует повышения сложности электронных цепей, в связи с чем снижается надежность и может увеличиться объем прибора. За исключением применений, в которых необходимо иметь возможность наблюдать за изменением порога возбуждения (например, при фармакологических исследованиях), такие приборы пока не обла­дают неоспоримыми преимуществами перед приборами с заданными постоянными выходными параметрами и современными источниками питания.

В настоящее время обычно применяют амплитуду напряжения стимулирующего импульса ЭКС в пределах 4 - 6 В и амплитуду тока не более 10 мА.

Форма стимулирующего импульса показана на Рисунке 5.30.

В ЭКС имеется шесть номинальных значений амплитуды: 1,2; 2,5; 3,5; 5,0; 8,0; 10,0. Длительность импульса имеет четыре номинальных значения: 0,25; 0,5; 0,75 мс.

Комбинации значений этих параметров позволяют изменять энергию стимулирующего импульса в широких пределах. Чем больше установлена величина амплитуды и длительности импульса, тем большей он обладает энергией и наоборот. Однако, чем больше энергия стимулирующего импульса, тем больше и энергорасход, а следовательно, тем меньше срок эксплуатации ЭКС. Таким образом, энергия стимулирующего импульса должна быть достаточна для того, чтобы вызвать деполяризацию миокарда, но не должна быть чрезмерна. Для решения вопроса о программировании наиболее оптимальных значений амплитуды и длительности импульса следует ориентироваться на величину порога стимуляции. Деполяризация миокарда с последующим его сокращением в ответ на нанесённый электрический импульс начинает осуществляться только при определённом сочетании амплитуды и длительности импульса, которые и характеризуют порог стимуляции. Другими словами, порог стимуляции - это минимальная энергия электрического импульса, на которую сердце отвечает сокращением. Пороговая энергия стимулирующего импульса на данный момент есть величина постоянная и определяется амплитудой и длительностью стимулирующего импульса. В ЭКС порог стимуляции измеряется по амплитуде (по напряжению) при определённой длительности импульса и выражается в вольтах. Следовательно, чем меньше длительность импульса, при которой производилось измерение порога стимуляции, тем большей он должен быть амплитуды и наоборот. Другими словами, чем меньше длительность импульса, тем больше значение порога стимуляции, выраженное в вольтах, и наоборот. Величина порога стимуляции зависит от:

- положения контактного конца стимулирующего электрода по отношению к миокарду;

- времени, прошедшего с момента имплантации стимулирующего электрода;

- использования некоторых медикаментозных средств.

По мере образования между контактным концом электрода и миокардом фиброзной капсулы порог стимуляции возрастает. Поэтому обязательным условием стабильной стимуляции является выбор положения электрода, при котором определяется наименьший порог стимуляции ("острый порог стимуляции").

После первичной имплантации электрода наблюдается увеличение порога стимуляции за счёт воспаления и формирования фиброзной капсулы вокруг кончика электрода, поэтому в ближайшем послеоперационном периоде не следует устанавливать минимальные энергетические параметры стимуляции. Энергетические параметры стимуляции при хроническом пороге должны превышать величину порогового значения в 1,5 – 2 раза для обеспечения так называемого "стимуляционного запаса" или "резерва стимуляции", так как величина порога стимуляции может колебаться под воздействием различных факторов. Таким образом, у стимуляторозависимых больных рекомендуется устанавливать энергетические параметры не менее чем с двукратным резервом стимуляции. Манипулируя длительностью импульса у конкретного больного, можно получить различные значения порога стимуляции.

На Рисунке 5.51. представлена кривая зависимости величины пороговой амплитуды стимулирующего импульса (В) от его продолжительности (мс). Площадь на графике, ограниченная, с одной стороны, длительностью импульса и, с другой стороны, его амплитудой, характеризует энергию стимулирующего импульса. Если эта площадь расположена ниже указанной кривой, то энергия недостаточна для эффективной стимуляции сердца. Так как зависимость между пороговой амплитудой импульса и его продолжительностью не имеет прямолинейного характера, эффективная стимуляция может достигаться при различных значениях энергии импульса.

Рисунок 5.50. Форма стимулирующего импульса.

Рисунок 5.51. Зависимость пороговой амплитуды импульса от его продолжительности.

Рекомендуется устанавливать минимальную величину длительности импульса, при которой обеспечивается стимуляция с двукратным запасом по амплитуде. Например, если при амплитуде импульса 2,5 В и длительности импульса 0,25 мс хронический порог стимуляции равен 1,02 В, то нет необходимости устанавливать большую длительность импульса, т.к. стимуляция с двукратным запасом уже обеспечена. Неоправданное увеличение амплитуды стимуляции и длительности импульса приведёт к более быстрому истощению источника питания. Программируя различные комбинации амплитуды и длительности импульса с учетом измеренного порога стимуляции, можно получить оптимальные значения энергии и продлить срок службы ЭКС. В ряде случаев программированием меньшей энергии можно избежать/устранить стимуляции мышц или нерва.

Частота следования стимулирующих импульсов. Частота импуль­сов ЭКС обычно устанавливается приблизительно равной 70 имп/мии. Аналогично регулированию выходной амплитуды в некоторых ЭКС предусмотрена также возможность неинвазивио изменять установленную частоту импульсов. Возможность изменения частоты неинвазивным способом может приобрести большее значение в будущем по мере развития источников питания с большим сроком службы. Для долгодействующего ЭКС желательно будет предусмот­реть возможность установки оптимальной частоты в соответствии с изменением состояния пациента.

С клинической точки зрения важную роль играет зависимость частоты ЭКС от напряжения источника питания. У большинства ЭКС, работающих на аккумуляторных батареях при понижении напряжения источника питания снижается и частота. К концу срока службы прибора уменьшение частоты указывает па­циенту и врачу на соответствующее состояние источника итания и необходимость его замены. Согласно СТ СЭВ1453-78 снижение пи­тающего напряжения на 20% исходного значения должно вызывать снижение частоты на 6—10 имп/мин. Чтобы при пониженном напря­жении источника питания сохранялась эффективность стимуляции, уменьшение амплитуды можно компенсировать увеличением длитель­ности стимулирующих импульсов. У ЭКС с «энергетической компен­сацией» при снижении напряжения источника питания длительность импульсов становится больше. Вместе с темтакое изме­нение еще одного параметра служит подтверждением информации о состоянии источника питания, о котором можно судить по сниже­нию частоты.

Базовая (основная) частота стимуляции – это количество импульсов, наносимых ЭКС в минуту (частота следования стимулирующих импульсов в минуту). Частота стимуляции рассчитывается по интервалу между двумя последовательно нанесёнными импульсами, который называется интервалом стимуляции. Интервал между спонтанным комплексом и последующим нанесённым импульсом называется выскальзывающим интервалом. В тех случаях, когда запрограммированное значение гистерезиса равно нулю, интервал стимуляции и выскальзывающий интервал равны. При отсутствии управляющего сигнала в указанных интервалах КС генерирует импульсы с установленной частотой. При появлении управляющего сигнала в указанных интервалах генерирование очередного стимулирующего импульса блокируется, и он будет нанесён только спустя установленный интервал стимуляции, если управляющий сигнал снова не появится в этом интервале (Рисунок 5.52.).

Частота стимуляции может перепрограммироваться от 70 до 150 в мин с шагом 5 имп/мин. Соответствие запрограммированной частоты стимуляции и интервала стимуляции указано в таблице.

Рисунок 5.52. Режим стимуляции VI.

Таблица.

Основная частота, имп/мин	Интервал стимуляции, мс		Основная частота, имп/мин	Интервал стимуляции, мс		Основная частота, имп/мин	Интервал стимуляции, мс

Рефрактерный период прибора. На стимулирующий электрод воздей­ствует напряжение поляризации, которое возникает при прохождении стимулирующих импульсов через границу ткань — электрод. По окон­чании протекания тока стимуляции на входе ЭКС остается напряже­ние поляризации, которое постепенно снижается. Реакция прибора на это напряжение, амплитуда которого на три порядка больше номи­нальной чувствительности прибора, зависит от конструкции электрон­ных входных цепей ЭКС. Было найдено, что может даже произойти нежелательное запирание. Разрабатываемый ЭКС исключает такую возможность, т.к. входной сигнал он получает от электрокардиографа. Таймер рефрактерного периода, после запуска стимулом или собственным сокращением желудочка остается нечувствительным к сигналам, поступающим на его вход втечение определенного времени. Вследствие этого прибор оказывается неспособным воспринимать сигналы, появляющиеся вскоре после, соб­ственного импульса прибора. Напряжение поляризации зависит от амплитуды стимулирующего тока, материала электрода и от других электрохимических характеристик перехода ткань - электрод.

Рефрактерный период – это период времени в миллисекундах, в течение которого ЭКС не реагирует на внешние сигналы. Рефрактерный период начинается после навязанного или воспринятого спонтанного комплекса. Рефрактерный период состоит из 2 частей: абсолютного и относительного периодов. Во время абсолютного рефрактерного периода ЭКС не воспринимает никаких сигналов. Относительный рефрактерный период - это период анализа помех. Сигналы, попадающие в этот период, воспринимаются ЭКС как помехи и вызывают запуск нового рефрактерного периода (абсолютный период + относительный период), при этом стимулирующие импульсы продолжают следовать с прежней базовой частотой. Длительное попадание сигналов в относительный рефрактерный период переводит ЭКС в асинхронный режим работы с базовой частотой стимуляции до тех пор, пока помеха не исчезнет. Частота следования помех, вызывающая переход в режим асинхронной стимуляции составляет не менее 193 имп/мин. При появлении помехи по окончании относительного рефрактерного периода ЭКС воспринимает её как спонтанный комплекс и начинает отсчёт нового рефрактерного периода. Все это предназначено для того, чтобы предовратить запрет ЭКС нефизиологическими сигналами. Такая конструктивная особенность заставляет ЭКС начать стимуляцию при наличии врожденных тахиаритмий, обеспечивая тем самым автоматическое замедление. Если частота сердечных сокращений быстрая (или рефрактерный период длинный) настолько, что внутри относительного рефрактерного периода происходит каждое новое естественное событие, то входящие сигналы теряют способность устанавливать таймер рефрактерного периода на ноль. Таким образом, получается, что работа ЭКС не синхронизирована с собственной деятельностью сердца. Это означает, что ЭКС приобретает две (дуал) деманд-частоты, чтобы он начинал работать на своей основной частоте, когда:

- считанная частота сердечных сокращений ниже основной частоты;

- считанная частота сердечных сокращений превышает заданную частоту, контролируемую длительностью рефрактерного периода.

Поведение стимулятора при появлении внешних сигналов (помех) в разные моменты времени показано на Рисунке 5.56.