人工心脏起搏器

由人工心脏起搏器（简称起搏器）发放一定形式的电脉冲刺激心脏，代替心脏本身的起搏，来治疗和诊断某些心脏病。50年代初应用于临床，其后起搏器技术发展很快，其可靠性、安全性和实用价值日益提高。起搏器由脉冲发生器、电池和电极导线三部分组成，前二者密封于一个整体装置内。目前起搏电池多用锂—碘电池，使用寿命5年左右。起搏器有多种型号，功能日趋复杂。起搏器的安装是经切开皮肤或导管穿刺的方法把电极送入静脉，再送入右心室，不需要开胸手术。在X光监视下进行操作。起搏器分为临时性及永久性两类，安装起搏器的指征主要是心动过缓(如病窦综合征或高度房室传导阻滞患者。安装后要定期随访，患者自己要经常计数脉搏。如比原定脉搏数减少时应及时复诊。病人要注意避免下列电磁干扰，以免影响起搏器功能：
❶透热疗法及其他理疗；
❷电子烧灼器（手术电刀）避免在距起搏器3英时(约7.6厘米)范围内使用；
❸微波炉应保持1米的距离；
❹电剃刀不能直接接触起搏器上方皮肤。临床应用表明正确使用起搏器可以延长患者寿命并可改善生活质量。近年来，起搏器还用于治疗快速性心律失常。

人工心脏起搏器

人工心脏起搏器(人工心脏起搏系统，简称起搏器)是施行人工心脏起搏 (见“人工心脏起搏”条) 时所用的装置。它是根据人造的脉冲电流可代替心脏的起搏点，刺激心脏引起搏动而设计制造的。
人工心脏起搏器设计的基本原理 心肌具有对各种形式的微电流刺激能产生收缩反应的生理特性，这是能够施行人工心脏起搏的生理基础。设计人工心脏起搏器的目的就是要它能发放一定频率的脉冲电流，并通过导线和电极传输刺激心肌，而使心脏兴奋和收缩。
需用人工心脏起搏治疗的对象，绝大多数是心脏的起搏传导系统功能发生障碍而不能维持正常搏动的病人，这些病人心率极为缓慢或心搏暂停。如此时心肌仍保存着兴奋、收缩和心肌纤维间的传导功能，则人工心脏起搏器通过其电极向心肌发放的脉冲电流，可使心肌受到刺激而兴奋，导致整个心房或心室兴奋和收缩，心脏遂按脉冲电流的频率有效地搏动。但如此时心肌本身的兴奋、收缩或心肌纤维间的传导功能已经丧失，则人工心脏起搏器发放的脉冲电流将不能激起心肌的兴奋和收缩，或由于兴奋不能扩散传布，也不能引起心脏有效地收缩。因此，并不是在任何情况下发生心脏“停搏”时，人工心脏起搏治疗都能使心脏“起搏”。
目前应用的人工心脏起搏器发放的脉冲电流是很微弱的，后者的作用实际上只起到相当于在心房或心室内产生一个异位起搏点的作用。在一些心律失常病人中，加快人工心脏起搏器的脉冲发放频率，在心脏产生一个人工的快速异位心律，就可抑制心脏本身发出的异位快速心律失常，或打断异位快速心律失常的折返通路，而起治疗作用。因此人工心脏起搏也用于治疗异位快速心律失常。
人工心脏起搏器的结构 人工心脏起搏器由脉冲发生器、电源、电极及其导线三部分组成。脉冲发生器是起搏器的主体，故又常将脉冲发生器单独地称为起搏器，而将所有三个组成部分合称为人工心脏起搏系统。
(1) 脉冲发生器(pulse generator):是精密的电子仪器，其线路设计应具有按一定的频率发放电脉冲 （起搏脉冲）和病人需要而自动调整的功能。随着临床应用范围的逐渐扩大，脉冲发生器有多种类型。
(2) 电源： 主要用体积小、容量大、自放电少和电流稳定而耐用的化学能电池。埋藏式起搏器的电池和脉冲发生器装在一起，埋在病人体内。过去常用锌汞电池，可用两年，双隔离锌汞电池则可用3～5年； 近年用锂电池系列(锂碘、锂银碘和锂亚硫烯氯电池)，可用6～8年，甚至14～15年。曾应用过原子能电池，虽然耐久，但存在放射防护问题而趋于淘汰。体外携带式起搏器的电池，由于可以随时更换，一般用小型锌锰叠层电池或锌汞电池。
(3) 电极和导线： 电极和导线使脉冲发生器发放的起搏脉冲传到心肌，同时又感知心脏的电活动传入脉冲发生器。电极和导线与体液接触，且随心脏的搏动而不断摆动，需高度耐腐蚀和耐屈折，目前多用铂、铂铱合金或爱而近合金(elgiloy)制成。
人工心脏起搏器的类别和性能 根据起搏器性能，可分为非同步型和同步型两大类：
非同步型起搏器(asynchronous pacemaker) 其线路设计使起搏脉冲按选定的周期(起搏间期，即两个起搏脉冲之间的时距) 以固定的频率不断发放，不受病人自发心搏的影响而变动，以往称为固定频率型起搏器(fixedrate pacemaker)，是起搏器的第一代产品。但实际上这种起搏器的脉冲发放频率是可以人为地调节的，只是它不会随自发心搏的变化自动地调节而已，因此称为非同步型起搏器较妥。其优点是线路比较简单，耗电量小。其缺点是不能与自发心搏同步而自动调节其频率，故在治疗过程中，如病人心脏的起搏传导系统功能有所恢复，出现较快的自发心搏时，起搏脉冲就成为额外刺激，与之互相干扰，形成竞争心律。理论上当起搏脉冲落在自发心搏的易损期中，还有可能引起快速室性心律失常而威胁病人的生命(图1)。然而由于起搏脉冲的电流微弱，除在心肌缺血缺氧、低钾血症或洋地黄中毒等情况下，心肌惹激性增高时易发生外，很少引起上述情况。因此，本型起搏器目前仅用作心室起搏治疗持久性第三度房室传导阻滞，或作超速起搏治疗异位快速心律失常。

图1 各种起搏器性能示意

图示各种起搏器的起搏脉冲带动心搏时的心电图，和心脏发生自发心搏（室性过早搏动）时起搏脉冲的变化。

同步型起搏器(synchronous pacemaker) 发放起搏脉冲的规律，可根据病人自发心搏的变化而自动调整，取得同步，因而不致发生竞争心律，是起搏器的第二代产品。为适应不同病人的需要，有几种类型的同步起搏器。(1)心室同步型起搏器： 主要用于刺激心室肌，其电子线路设计使之能根据病人心室搏动而自动调整起搏脉冲的发放规律。接触心室肌的电极兼有传出起搏脉冲刺激心肌和感知心室电活动 (R波) 传入起搏器的两项功能，后者是起搏器调整脉冲发放规律的根据。有两种类型的调整方式：
❶心室抑制型按需起搏器：(ventricular-inhibited demand pacemaker，简称按需型起搏器)，其特点是当病人自发的心室率慢于起搏器预先规定的起搏频率时，起搏器将规则地发放起搏脉冲，刺激心室搏动；当病人自发的心室率超过起搏器本身的频率时，起搏器的起搏脉冲就被抑制而不发放。如病人发生一次自发的提早出现的心搏，起搏器则因感知这一心搏而暂停发放一次起搏脉冲。其后如病人的自发心搏不再发生，起搏器将等待预定的一段时间（逸搏间期），再重新按其起搏频率发放脉冲。因而避免发生竞争心律(图1)。在线路设计中安排有300ms （毫秒）左右的不应期，其作用是当发放一次起搏脉冲或感知一次R波后，感知系统立即进入封闭状态，随后心脏任何电活动均不被感知，只有脱离不应期后才恢复感知。即每次发放起搏脉冲后，起搏器在300ms之内不感知，因而避免了起搏器本身激动的R波、起搏脉冲的后电位或高大T波的误被感知以致起搏脉冲受抑制而频率下降。也避免感知极早出现的过早搏动，此种过早搏动多属R波发生在T波上，常无有效的心室排血。起搏器感知病人自发心搏后再次发放起搏脉冲的间距长于起搏间期，称为“起搏器的滞后”(hysteresis)。此外，在外界持续强电磁干扰作用下，本型起搏器将转为固定频率起搏，防止受到持续抑制而无起搏脉冲发放。由于在病人自发心搏多时，本型起搏器将少发放或不发放起搏脉冲，减少电能消耗，延长使用寿命，故为目前临床上应用得最多的类型。
❷心室触发型待用起搏器：(ventricular-triggered standby pacemaker，简称待用型起搏器)，其特点是当病人自发的心室率慢于起搏器预先规定的起搏频率时，起搏器将规则地发放起搏脉冲，刺激心室激动；当病人自发的心室率超过起搏器的频率，或病人的自发心搏发生在起搏脉冲出现之前，都将触发起搏器发放起搏脉冲（提前发放），使之落在病人自发心搏的绝对不应期中，成为无效刺激，并重新安排起搏脉冲的发放，因而避免发生竞争心律(图1)。在线路设计中有400～500ms的不应期，以避免外界持续强电磁干扰的“误触发”而致快速发放起搏脉冲，或高大T波的“误触发”而致起搏脉冲在易损期刺激心肌。此外，当病人自发的心室率每分钟超过150次时(R-R间距<400ms)，起搏器便不能感知每一心搏，而只感知其半数或1/3。本型起搏器的主要缺点是耗电较多，故目前较少应用。
(2) 心房同步型起搏器： 本型起搏器有两个电极，分别置于心房和心室。前者并不发放起搏脉冲而只感知病人心房的电活动，称为感知电极。后者不感知心脏的电活动而只发放起搏脉冲，激动心室，称为刺激电极。其特点是依靠病人自发心房搏动“同步”地发放刺激心室的起搏脉冲。其工作过程是： 心房电极感知心房电活动(P波)传入起搏器，经过0.12～0.20s延迟后，起搏器通过心室电极发放起搏脉冲刺激心室。因此，起搏器相当于预先安排好P-R间期的人工房室传导系统。如人工P-R间期定为0.20s，则当心脏的房室传导功能恢复正常时，起搏器仍将如常发放起搏脉冲，但落在下传心搏的绝对不应期中，而成为无效刺激。如人工P-R间期定为0.12 s，则即使心脏的房室传导功能恢复正常，起搏器仍将继续起作用(图1)。
本型起搏器有400～500ms的不应期，使之只能感知频率每分钟在120～150次以内的P波，从而将起搏的心室率也限制在此范围内，避免由于病人发生室上性快速心律失常时引起相应的快速心室率。反之，当病人出现窦性心动过缓或窦性静止，P波频率极慢时，起搏器将自动转而以每分钟60次的频率进行固定频率心室起搏。
患房室传导阻滞而窦房结功能良好的病人，最适于用本型起搏器治疗。其优点是具有同步性能因而避免发生竞争心律，心室率随心房率而变化，且使心房与心室顺序收缩，保持心房在心室舒张充盈期排血的生理功能，发挥心房应有的作用。其缺点是心房电极不易固定于心房，往往需要行开胸手术安置，故过去很少应用。近年来随着对人工心脏起搏时心房血流动力作用的重视和心房电极的改进，使用已逐渐增多。
此外，在本型起搏器中，还有一些感知心房电活动，发放电脉冲激动心房的类型，适用于窦房结功能不佳而房室传导功能良好的病人。
(3) 房室顺序收缩型起搏器(atrioventricular sequen-tial pacemaker，或称双灶按需起搏器bifocal demandpacemaker):本型起搏器有分别刺激心房和心室的电极，后者兼有感知R波的功能。有受R波抑制的心房脉冲发生器和心室脉冲发生器。前者逸搏间期较短(约600ms)，后者逸搏间期较长(约840ms)，两者相差约240ms。在正常工作时，起搏器经心房电极发放起搏脉冲使心房激动，在约240ms延迟后，经心室电极发放起搏脉冲使心室激动，心房和心室顺序收缩，保持接近正常的血流动力效果。当病人房室传导功能恢复，起搏器激起的心房激动将下传而激动心室，或病人自发的心房激动下传引起心室激动，或病人有自发心室激动时，则起搏器发放的起搏脉冲可以不同方式被抑制(图1)。
本型起搏器的最大优点是保持房室顺序收缩的正常血流动力效果。缺点是起搏器的线路比较复杂，心房电极不易安置。
(4) 其他： 尚有程序可控性起搏器，在埋藏后仍可通过体外操纵的程序控制器改变其脉冲发放方式和其他参数； 自适应起搏器，能感知病人的起搏阈值或生理信息如血液酸碱度、氧和二氧化碳含量、体温、血压、心腔容量等，而自动改变其脉冲输出量、发放方式和其他参数； 此外有些起搏器有感知和自动抗异位性心动过速或除颤的功能。这些都是起搏器的第三代产品。
根据起搏器携带方式，可分为三大类：
(1) 体外携带式起搏器： 应用时置于病人体外，电极导线经皮肤和皮下隧道与心脏接触，故又称为经皮式起搏器。其优点是选定的起搏频率、输出强度、感知灵敏度等均可随时调节，还可随时更换电池，故使用方便；其缺点是有开放的皮肤创面，易感染故不宜永久使用。目前一般用于短期临时起搏(图2)。

图2 体外携带式起搏器应用示意

甲： 临时起搏； 乙： 永久起搏。

(2) 体内埋藏式起搏器： 应用时置于病人体内，其脉冲发生器和电池一起用环氧树脂包埋或再加封金属外壳，故能长期置于人体内。目前所用的体内埋藏式起搏器都属小型，重量<150g，体积<60cm3，与电极导线联接后一起埋在病人胸部或腹部皮下。其优点是病人皮肤愈合后无创面，继发感染机会少，目前被广泛用于永久起搏。其缺点是起搏器发生故障时，需要施行手术才能排除，而且由于电池容量的限制，使用年数有限 (图3)，到时需施行手术更换起搏器和电池。
(3) 半埋藏式起搏器： 亦称感应式起搏器。应用时电极导线和脉冲接收线圈埋于病人体内，后者多置于胸部皮下组织。脉冲发生器和电池置于体外，起搏脉冲通过置于皮肤表面的脉冲发射线圈而发放，由与之相对合的脉冲接收线圈感应后传递到心肌。其优点是体内部件埋置后无创面，继发感染机会少，脉冲发生器置于体外可以随时调整各项指标和更换电池。但因其只能作非同步起搏，故目前应用不广(图4)。

图3 体内埋藏式起搏器应用示意

图4 半埋藏式起搏器应用示意

起搏电极的类别和用途

根据起搏电极的安置部位，可分为4类：
(1) 心外膜电极： 为一对小型圆形金属片，直径约0.8cm，连接在聚乙烯或硅橡胶包封的导线上，用时通过开胸手术，将两片电极分别缝在心外膜上，相距2cm。由于放置后其与心外膜之间极易增生纤维组织，使电阻增高，导致起搏阈值增高，又因需做开胸手术放置，故目前已很少使用。
(2) 心肌电极： 是上述心外膜电极的一种改进。有棒状、钉状、螺旋状等型，可植入心肌而缝合固定或钻入固定于心肌而无需缝合，使起搏脉冲直接发放到心肌，减少起搏阈值增加的并发症。但安置这种电极多仍需行开胸手术，在目前广泛应用对病人创伤性小的心内膜电起搏的情况下，已较少使用。
(3) 心内膜电极： 此种电极通过周围静脉置入右心各腔与心内膜接触，使起搏脉冲经心内膜而刺激心肌，其外形类似心脏导管，故亦称导管电极。安置此种电极时仅需切开或穿刺周围静脉，手术创伤小，目前人工心脏起搏治疗的病人中，90%以上应用此种电极。常用有两种类型：
❶双极心内膜电极： 带有两个电极，一在导管顶端，另一在其后相距约1cm处，呈圆柱状紧套在导管上，长度为4.5～5mm，两个电极分别和绝缘导线相连，从导管的尾端引出，便于与脉冲发生器连接。此种电极用于临时性起搏，实际上是带两个电极的普通心导管(图5)。为使操作时导管顶端尽快进入心腔，也有制成带气囊的，能随血流漂入心腔，称为半漂浮电极导管。
❷单极心内膜电极： 其导管部分由硅橡胶或聚乙烯制成，带有一个圆柱状电极，紧套在导管的顶部，近年顶部趋向于制成箭头状，前尖后宽，使其送入心室乳头肌小梁间不易后退脱出。此种电极用于永久性起搏。作心房起搏用的电极还有多种形式以便固定在比较光滑的心房内壁上(图6)。由于单极心内膜电极只带一个电极，应用时还需另有一个电极在体内（皮下电极）才能完成电路，是为无关电极。后者为圆形金属片，直径约20mm，其一面用环氧树脂被复。埋藏式起搏器的金属外壳或其外壳上附有的金属片可作为皮下电极使用，而无需另行埋置皮下电极。

图5 双极心内膜电极，临时起搏用

图6 单极心内膜电极，永久起搏用

左下角为其顶部放大照
(4) 其他： 尚有食管电极，纵隔电极等。
人工心脏起搏器的技术指标和起搏阈值 埋藏式起搏器发放的起搏脉冲技术指标一般为： 频率在每分钟70次左右 (或每分钟60次左右)，电压在6V左右(或9V左右)，电流强度在6mA左右(或9mA左右)，脉冲宽度在2ms左右，近年且趋向于改窄到1ms以下(0.5～0.8ms)，以减少起搏器的工作电流，延长其寿命，同时也减少对心肌的刺激量。采用双相脉冲形式还可减少正极电离电腐蚀的机会。
心室同步型起搏器的电极可感知电压为2.0±0.5mV的QRS波群；心房同步型起搏器的电极可感知电压为>0.5～0.9mV的P波。
程序可控性起搏器的技术指标可通过程序控制器在体外予以改变。
携带式起搏器发放的起搏脉冲技术指标一般为： 频率每分钟40～150次(作超速抑制用者可达600～800次)，电压0～9V，电流0～20mA，可根据病人的情况调整。
能引起心脏激动的最小起搏脉冲强度称为起搏阈值。起搏阈值的大小主要由电极接触部位心肌的电流密度和起搏脉冲的通电时间 （即脉冲宽度） 来决定，一般用电流或电压值来表示。在通电时间为1～2ms的情况下，情况正常的起搏阈值一般为3～5mA或1.5～3V。

人工心脏起搏器artificial cardiac pacemaker

系产生电脉冲并将脉冲传至心脏的脉冲发生器。起搏器系统的基本结构是由低频脉冲发射器、刺激电极、无干电极、导线、电源等部分组成，有人也将其称为人工心脏起搏系统^*。起搏器的种类较多，根据起搏性能分为同步型起搏和非同步型起搏；根据携带方式分为体内埋藏式、体外携带式和半埋藏式起搏器；根据起搏器工作原理分为间歇振荡器型、多谐振荡器型和射频起搏器。