Soglia di stimolazione

Come discusso in precedenza, il miocardio può essere eccitato da stimoli elettrici esterni che guidano le cellule alla soglia. La soglia di stimolazione è la quantità minima di energia necessaria per raggiungere la soglia ed evocare un potenziale d’azione. L’intensità dello stimolo elettrico è descritta dalla sua ampiezza (misurata in volt) e durata (misurata in millisecondi)., L’ampiezza e la durata dell’impulso devono essere ottimizzate per garantire la depolarizzazione riducendo al minimo il consumo della batteria. Le ampiezze sono normalmente inferiori a 1,5 V e la durata dell’impulso (larghezza) è solitamente impostata su 0,5 ms.

La relazione tra corrente (I), tensione (V) e resistenza (R) è descritta dalla legge di Ohm:

V = I • R

I pacemaker generano una tensione costante (V)., La corrente erogata dal generatore di impulsi può essere calcolata come segue:

I = V/R

Dato che la tensione (V) è costante e l’esaurimento della batteria deve essere ridotto al minimo, la maggior parte dei pacemaker utilizza punte di piombo ad alta resistenza (da 400 a 1200 Ω). Maggiore è la resistenza nella punta di piombo, minore è la corrente utilizzata.

Impostazioni software

Il software pacemaker include algoritmi e impostazioni pre-programmati, che possono essere adattati alle esigenze del paziente. La programmazione avviene attraverso un dispositivo esterno che comunica in modalità wireless con il pacemaker., Una vasta gamma di impostazioni può essere regolata. Queste impostazioni includono la frequenza di base del pacemaker (la frequenza cardiaca più bassa consentita, che innesca il pacemaker), il comportamento del pacemaker a bassa e alta frequenza cardiaca, il comportamento del pacemaker in presenza e assenza di attività cardiaca intrinseca, i pacemaker moderni sono ricchi di algoritmi che ottimizzano la funzione. Ad esempio, ci sono funzioni che rivalutano continuamente la soglia di stimolazione per calibrare le stimolazioni in base all’eccitabilità del miocardio.,

Funzioni del pacemaker

Le funzioni di un pacemaker dipendono dal software, dall’hardware e dalla programmazione. I sistemi di pacemaker più semplici sono costituiti da un generatore di impulsi e un cavo, che si trova nell’atrio destro o nel ventricolo destro. Tali sistemi sono indicati come sistemi a camera singola. Al giorno d’oggi, la maggior parte dei pacemaker impiantati sono sistemi a doppia camera, il che significa che vengono utilizzati due cavi: uno nell’atrio e uno nel ventricolo. I sistemi a doppia camera offrono la possibilità di rilevare e stimolare sia gli atri che i ventricoli.,

Rilevamento

Il pacemaker può registrare l’attività cardiaca intrinseca e la risposta in modo appropriato. In particolare, i pacemaker percepiscono depolarizzazioni intrinseche. Le depolarizzazioni sono rappresentate dall’onda P (piombo atriale) e dal complesso QRS (piombo ventricolare). Le onde T riflettono la ripolarizzazione e non devono essere percepite dal pacemaker.

Il rilevamento viene utilizzato per inibire o innescare impulsi di stimolazione. L’inibizione della stimolazione è appropriata quando c’è attività cardiaca intrinseca; la presenza di attività atriale o ventricolare spontanea dovrebbe inibire la stimolazione nella camera con attività., Tuttavia, il rilevamento dell’attività atriale spontanea (onde P) senza successiva attività ventricolare (QRS) dovrebbe comportare una stimolazione nei ventricoli.

Per rilevare correttamente, il pacemaker deve rilevare le correnti di depolarizzazione del campo vicino (P o QRS) e ignorare le correnti di ripolarizzazione del campo vicino (onde T), nonché le correnti di campo lontano (cioè correnti generate da tessuti a cui l’elettrodo non è collegato). Inoltre, i segnali esterni provenienti dall’elettronica (telefoni cellulari, computer, ecc.) Il cavo atriale è quindi impostato per registrare segnali con un intervallo di ampiezza di 1.,da 5 a 5 mV e frequenza da 80 a 100 Hz. Il cavo ventricolare registra i segnali nell’intervallo da 10 a 30 Hz e nell’ampiezza da 5 a 25 mV. Il pacemaker non percepirà la depolarizzazione al di fuori di questi confini, il che può portare a un undersensing della vera attività intrinseca e quindi a un’attività pacemaker inappropriata.

Come discusso nel capitolo precedente, la consegna degli impulsi di stimolazione può essere bipolare o unipolare. Il rilevamento può anche essere bi-o unipolare. Generalmente, rilevamento è più preciso con stimolazione bipolare, a causa del fatto che entrambi i punti di misura sono all’interno del cuore (io.,e entrambi gli elettrodi si trovano sulla punta del cavo).

Frequenza di base

La frequenza di base è la frequenza cardiaca più bassa consentita dal pacemaker; l’attività cardiaca intrinseca al di sotto della frequenza di base attiverà la stimolazione. La frequenza di base è solitamente impostata su 60 battiti / min, il che significa che il pacemaker attenderà solo 1000 ms dopo ogni depolarizzazione prima di emettere un impulso. Le depolarizzazioni spontanee che si verificano entro 1000 ms inibiscono il pacemaker.

Attivazione

Il pacemaker può anche essere attivato, il che significa che cammina nel ventricolo in risposta all’attività atriale intrinseca., Dopo aver percepito l’attività atriale intrinseca, il pacemaker stimola il ventricolo dopo un ritardo di tempo al fine di imitare il ritardo fisiologico nel nodo AV. L’attivazione consente ai ventricoli di seguire l’attività atriale, che è auspicabile.

L’attivazione può diventare inappropriata nelle seguenti situazioni:

• Durante la tachiaritmia sopraventricolare (ad esempio, fibrillazione atriale): il pacemaker può trasferire l’aritmia ai ventricoli, il che è altamente inappropriato.,
• Se la depolarizzazione dalla stimolazione ventricolare si propaga di nuovo agli atri, allora il rilevamento atriale può innescare una nuova stimolazione ventricolare. Questo ciclo può ripetersi e causare una tachiaritmia infinita.

Per evitare inneschi inappropriati, il pacemaker ha tre meccanismi protettivi:

1. PVARP: il rilevamento atriale è spento (refrattario) dall’inizio del complesso QRS fino a un periodo successivo al completamento del QRS. Questo periodo refrattario, illustrato nella Figura 1, è chiamato PVARP (Periodo refrattario atriale post-ventricolare)., Se l’impulso ventricolare viaggia di nuovo negli atri durante PVARP, l’elettrodo atriale ignorerà l’impulso. L’elettrodo atriale in realtà ignora tutti gli impulsi negli atri (ad es. impulsi da una fibrillazione atriale) durante PVARP. Ultimo ma non meno importante, questo impedisce anche all’elettrodo atriale di rilevare e reagire alle depolarizzazioni ventricolari.
2. Max rate: Il pacemaker può essere impostato su un limite massimo di trigger. Indipendentemente dall’attività atriale, il pacemaker non procederà ad una frequenza superiore a quella velocità.,
3. Selettore di modalità: Alcuni pacemaker hanno una funzione di selettore di modalità che consente di disattivare l’attivazione durante una tachiaritmia sopraventricolare.

Modalità di stimolazione

La modalità di stimolazione è dichiarata da un’abbreviazione composta da 3 a 5 lettere., Queste lettere descrivono, in ordine cronologico, quanto segue:

Se il pacemaker non risponde alla frequenza, la quarta lettera può essere omessa. Questo vale anche per la quinta lettera (stimolazione multisito).

Esempio: Un pacemaker DDDR:

D = Stimolazione doppia (stimolazione negli atri e nei ventricoli).
D = Dual sensing (rilevamento negli atri e nei ventricoli).
D = Risposta doppia (può essere sia inibita che attivata).
R = Tasso reattivo (il tasso di stimolazione può adattarsi all’attività fisica).

Nella pratica clinica, DDD, VVI e AAI sono più comuni, con o senza reattività della frequenza.,

Stimolazione asincrona

Un pacemaker con impostazione AOO stimola nell’atrio ma non ha alcun rilevamento e quindi nessuna risposta al rilevamento. Tale pacemaker stimola con una frequenza fissa, indipendentemente dall’attività cardiaca intrinseca. Questo è chiamato stimolazione asincrona perché non è sincronizzato con l’attività cardiaca intrinseca. Allo stesso modo, VOO fornisce una stimolazione asincrona nel ventricolo e DOO fornisce una stimolazione asincrona negli atri e nei ventricoli.,

La stimolazione asincrona è raramente utilizzata, ma può essere utile quando vi è insufficiente attività cardiaca intrinseca ma disturbi estesi (che altrimenti inibirebbero la stimolazione). Quindi la stimolazione asincrona è adatta perché stimola a un tasso fisso e ignora i segnali dell’ambiente circostante. La stimolazione asincrona si attiva anche quando la batteria è scarica o quando un magnete pacemaker è posizionato sulla lattina (si noti che l’effetto di un magnete pacemaker può variare a seconda del produttore).,

Sistemi a camera singola comuni

Il pacemaker con AAI ha un elettrodo nell’atrio destro. L’elettrodo viene utilizzato per la stimolazione e il rilevamento e il pacemaker viene inibito quando viene rilevata l’attività atriale spontanea (onda P). Se l’attività atriale è più lenta del tasso di base del pacemaker, il pacemaker procederà.

Un pacemaker VVI stimola e percepisce nella camera e se rileva l’attività ventricolare spontanea (onda R), non stimola. Se la frequenza ventricolare è più lenta della frequenza di base, il pacemaker procederà.,

Sistema a doppia camera

Il sistema a due camere più comune è DDD, che implica la stimolazione negli atri e nei ventricoli, il rilevamento negli atri e nei ventricoli e la capacità di essere inibita o attivata. Questo pacemaker stimola negli atri e nei ventricoli se la frequenza cardiaca intrinseca è inferiore alla frequenza di base del pacemaker. Se la frequenza cardiaca spontanea è più veloce della frequenza di base del pacemaker, il pacemaker viene inibito. Se il tasso atriale spontaneo è inferiore al tasso base del pacemaker, il pacemaker camminerà nell’atrio., Quindi attende l’attività nel ventricolo e, se non rileva la depolarizzazione ventricolare entro un periodo di tempo (vedi ritardo AV sotto), stimolerà anche nella camera. Se la velocità atriale supera la velocità più bassa del pacemaker, ma la frequenza ventricolare non lo fa, allora la stimolazione atriale viene inibita, ma viene attivata la stimolazione ventricolare.

Il pacemaker DDI offre stimolazione e rilevamento negli atri e nei ventricoli e può anche essere inibito se si verifica un’attività spontanea. L’attività atriale non innesca la stimolazione ventricolare., Tuttavia, il pacemaker camminerà nel ventricolo se non percepisce un impulso ventricolare entro un certo periodo di tempo dopo la stimolazione atriale.

La scelta di un pacemaker dipende dalla malattia di base. Il seguente diagramma di flusso è raccomandato dall’Associazione europea per la cardiologia ed è in linea con le linee guida emesse dall’American Heart Association e dall’American College for Cardiology.

Funzioni accessorie

Gestione del ritardo AV

I pacemaker che ritmano sia gli atri che i ventricoli sono programmati per imitare il ritardo naturale nel nodo AV. Questo ritardo programmato (ritardo AV) può essere regolato e i pacemaker moderni consentono anche un ritardo AV regolato dalla frequenza; Il ritardo AV è più breve alle alte frequenze cardiache e viceversa. Questo migliora l’emodinamica.

Reattività della frequenza

La frequenza cardiaca deve aumentare durante l’esercizio per aumentare la gittata cardiaca., Se il pacemaker viene attivato nel ventricolo, il naturale aumento della velocità atriale durante l’esercizio si tradurrà in un corrispondente aumento della frequenza ventricolare. Tuttavia, ciò richiede che il pacemaker abbia questa modalità di stimolazione e che il ritmo atriale sia ritmo sinusale. Ovviamente, questo non è sempre il caso e quindi alcuni pacemaker sono dotati di un sensore che rileva l’attività fisica. Il sensore può essere costituito da un accelerometro o un cristallo piezoelettrico, entrambi i quali rilevano i movimenti. Quando il sensore rileva l’attività fisica, aumenta di conseguenza la frequenza ventricolare.,

Isteresi

Lo scopo dell’isteresi è ridurre al minimo la necessità di stimolazione. L’isteresi implica che il pacemaker accetti che la frequenza cardiaca scenda a una certa frequenza al di sotto della frequenza base, ma quando viene raggiunta quella frequenza inferiore, il pacemaker passa alla frequenza base. Questa stimolazione continua per un periodo di tempo, dopo di che il pacemaker interrompe la stimolazione, al fine di valutare se l’attività intrinseca (al di sopra del limite di isteresi) si è ripresa.

Selettore di modalità

Un pacemaker può, sulla base di algoritmi pre-programmati, modificare le sue impostazioni., Ad esempio, un DDD può passare a DDI se c’è fibrillazione atriale. Il pacemaker effettua analisi continue dell’attività atriale per valutare se è necessario modificare le impostazioni.

Effetto magnete

Posizionare un magnete sul generatore di impulsi influenzerà le sue funzioni. L’effetto varia a seconda del tipo di pacemaker. In generale, tuttavia, la maggior parte dei pacemaker passa alla stimolazione asincrona (VOO o AOO o DOO). La figura 3 illustra l’effetto del posizionamento di un magnete su vari pacemaker.

Stimolazione biventricolare: CRT

Un pacemaker biventricolare stimola in entrambi i ventricoli. Questa modalità di stimolazione è adatta in situazioni con disturbi di conduzione pronunciati, che si manifestano come grave prolungamento del QRS. Tale disturbo della conduzione provoca la desincronizzazione dell’attività ventricolare, rendendo le contrazioni ventricolari meno efficaci, con effetti negativi sull’emodinamica e sulla sopravvivenza generale nell’insufficienza cardiaca.,

Nei pacemaker biventricolari, il piombo aggiuntivo viene posto nel seno coronarico, da dove stimola il ventricolo sinistro (Figura 5). Il termine terapia di risincronizzazione cardiaca (CRT) è sinonimo di stimolazione biventricolare. CRT riduce i sintomi di insufficienza cardiaca e prolunga la sopravvivenza.

È anche possibile dotare un CRT di un defibrillatore (CRT-D), che è appropriato nelle persone ad alto rischio di aritmie ventricolari.