Elementarne podstawy stałej elektrostymulacji serca
Praca została opublikowana w : Kardiologii Polskiej 2000; 52; 136-139

      Poniższy tekst nie jest przeznaczony dla ludzi zajmujących się elektrofizjologią. Być może uznają oni pewne uproszczenia w ujęciu tematu za zbyt daleko idące. Celem autora jest jednak dostarczenie lekarzom nie będącym elektrofizjologami bardzo podstawowych danych, które pomogą im w opiece nad chorymi ze wszczepionymi stymulatorami serca. Z tego względu w opracowaniu pominięto niektóre, rzadko stosowane, tryby stymulacji. Nie uwzględniono również tych zagadnień technicznych, które dotyczą wyspecjalizowanych ośrodków kontrolujących stymulatory, a nie lekarzy-praktyków. Z tych samych względów pominięto omówienie zasad wyboru trybu stymulacji.
       Kluczem do przedstawienia elementarnej wiedzy o stymulatorach będzie w niniejszym opracowaniu kod stymulatorowy opracowany przez NASPE/BPEG (North American Society of Pacing and Electrophysiology / British Pacing and Electrophysiology Group). Składa się on z trzech lub czterech liter i opisuje podstawowe właściwości każdego stymulatora. Zrozumienie tego kodu bardzo ułatwia ocenę prawidłowości pracy układu stymulującego. Kod ten dotyczy on wyłącznie stymulacji prawego serca, dlatego w poniższym tekście określenie komora dotyczy prawej komory, a określenie przedsionek dotyczy prawego przedsionka. Stymulacja lewego serca jest bardzo obiecującą metodą, jednak nie została dotychczas uznana za standard terapeutyczny, ani uwzględniona w kodzie stymulatorowym.

Stymulacja komory – V (ventricle)

       Jeżeli pierwszą literą kodu opisującego stymulator jest V, oznacza to, że opisywany układ posiada jedną elektrodę stymulującą i że elektroda ta znajduje się w prawej komorze. Prawidłowa stymulacja przy użyciu elektrody jest widoczna w EKG jako wyładowania ze stymulatora, po których natychmiast następuje poszerzony zespół QRS (zazwyczaj o morfologii bloku lewej odnogi pęczka Hisa (ryc.1).

Stymulacja przedsionka – A (atrium)

Jeżeli pierwszą literą kodu opisującego stymulator jest A, oznacza to, że układ posiada jedną elektrodę stymulującą i że elektroda znajduje się w prawym przedsionku. Prawidłowa stymulacja przy użyciu elektrody jest widoczna w EKG jako wyładowania ze stymulatora, po których bezpośrednio następuje załamek P (ryc.2).

Stymulacja przedsionka oraz komory – D (dual)

Jeżeli pierwszą literą kodu opisującego stymulator jest D, oznacza to, że opisywany układ posiada dwie elektrody stymulujące –w prawym przedsionku i w prawej komorze. Prawidłowa stymulacja przy użyciu obydwu elektrod jest widoczna w EKG jako pary wyładowań ze stymulatora; bezpośrednio po pierwszym z nich następuje załamek P, a po drugim - natychmiast następuje poszerzony zespół QRS (ryc.3).

       Stymulatory pracujące w rytmie “sztywnym” - niezależnie od rytmu serca chorego – należą już oczywiście do przeszłości. Obecnie stosowane stymulatory analizują rytm serca pacjenta i w zależności od tego rytmu podejmują stymulację lub pozostają w stanie gotowości. Bardziej skomplikowane stymulatory dwujamowe same wybierają tryb stymulacji, w zależności od zarejestrowanego rytmu serca. Miejsce, z którego odbierane są impulsy sterujące pracą stymulatora jest opisane drugą literą kodu stymulatorowego, a sposób odpowiedzi na zarejestrowane bodźce – trzecią literą.

       Z obecnością jednej elektrody rejestrującej komorze mamy do czynienia zazwyczaj w przypadku systemu VVI. Dwie pierwsze litery kodu oznaczają kolejno, że miejscem stymulowanym jest komora, a impulsy sterujące stymulatorem odbierane są również z komory. W praktyce system posiada jedną elektrodę stymulująco-rejestrującą. Trzecia litera “I” pochodzi od inhibicji, czyli hamowania. Jest to najprostszy, a zarazem najbardziej rozpowszechniony tryb stymulacji. Polega on na ustaleniu dla stymulatora podstawowego interwału czasowego, odpowiadającego odstępowi R-R elektrokardiogramu przy podstawowej częstości rytmu. Jeżeli częstość akcji serca pacjenta zwolni się poniżej częstości podstawowej – stymulator powinien się włączyć. W przeciwnym razie powinien pozostać w stanie oczekiwania. Po zarejestrowaniu potencjału komorowego (własnego rytmu pacjenta lub pobudzenia spowodowanego impulsem ze stymulatora) stymulator rozpoczyna odliczanie. Jeżeli przed upływem zaprogramowanego podstawowego interwału czasowego zarejestruje potencjał komorowy, następuje wyzerowanie licznika i odliczanie rozpoczyna się od początku. Jeżeli zaś podstawowy zaprogramowany interwał czasowy upłynie bez zarejestrowania potencjału komorowego, stymulator wyzwala własny impuls, poczym odliczanie zaczyna się od początku (rys. 4). Częstość stymulacji jest taka sama jak częstość akcji serca poniżej której następuje włączenie się stymulatora – nazywamy ją częstością podstawową (ang.: basic rate).

    Elektroda sterująca umieszczona wyłącznie w przedsionku spotykana jest przede wszystkim w układach stymulujących AAI. Tak jak w przypadku układu VVI w praktyce mamy do czynienia z jedna elektrodą rejestrująco-stymulującą. Oczywiście, w przypadku stymulacji AAI miejscem stymulowanym jest prawy przedsionek, a sygnałami sterującymi – potencjały przedsionkowe. Trzecia litera kodu oznacza tryb pracy “I”, którego zasady zostały opisane powyżej.

      W pewnych przypadkach stymulator jest zaprogramowany tak, że częstość akcji serca, przy której następuje rozpoczęcie stymulacji, jest niższa od częstości stymulacji (czyli częstości podstawowej). Różnicę taką nazywamy histerezą. Potencjalne nieporozumienia związane z histerezą ilustruje poniższy przykład.
   Zaprogramowana częstość podstawowa wynosi 60/min. Jednak dodatkowo zaprogramowano histerezę 40/min. lub –20 (format zapisu zależy od modelu programatora i stymulatora). Oznacza to, ze częstość stymulacji wynosi 60/min., ale stymulacja włączy się dopiero wówczas, gdy częstość akcji serca chorego spadnie poniżej 40/min.
    Histerezę programuje się zwłaszcza u pacjentów, u których bradyarytmia ma charakter napadowy. Włączanie się stymulatora dopiero przy głębszej bradykardii pozwala uniknąć nieuzasadnionej stymulacji wówczas gdy własny rytm serca jest wprawdzie stosunkowo wolny, ale pozostaje w granicach fizjologicznej normy (np. w nocy). Stwierdzenie częstości akcji serca poniżej częstości podstawowej stymulatora nie musi zatem oznaczać dysfunkcji układu stymulującego. Warto sprawdzić w dokumentacji stymulatora, czy nie ma on włączonej histerezy.
     Nowocześniejsze stymulatory posiadają opcję programowania różnej częstości podstawowej w ciągu dnia i w nocy. Może to być źródłem nieporozumień – analogicznych jak w przypadku histerezy - podczas interpretacji zapisów holterowskich.

1. Stymulacja w trybie VVI lub AAI nie powinna pozwolić na zwolnienie akcji serca chorego poniżej częstości podstawowej lub częstości histerezy
2. Stymulacja VVI lub AAI nie może spowodować przyspieszenia częstości akcji serca powyżej częstości podstawowej.
3. Stymulacja AAI dotyczy wyłącznie przedsionka. Stwierdzenie braku wpływu układu AAI na częstość akcji komór podczas migotania przedsionków lub podczas epizodów bloku przedsionkowo – komorowego nie świadczy o dysfunkcji układu
4. Tryb pracy VVI dotyczy wyłącznie komory. Z założenia “ignoruje” on rytm przedsionków, powodując hemodynamiczną desynchronizację pracy przedsionków i komór podczas rytmu innego niż migotanie przedsionków. Może to mieć istotne, niekorzystne następstwa hemodynamiczne.

       Stymulatory fizjologiczne dwujamowe często pracują w trybie stymulacji opisywanym przy pomocy kodu jako VAT. Kolejne litery oznaczają kolejno: stymulację wyłącznie komory, odbieranie impulsów sterujących wyłącznie z przedsionka i stymulację w trybie “T” (od ang. triggered), czyli wyzwalania. W trybie tym zarejestrowanie potencjału przez stymulator powoduje wyzwolenie impulsu stymulującego. W przypadku stymulacji VAT (która jest najpowszechniej spotykanym przykładem stymulacji w trybie “T”) zarejestrowanie przez sterującą elektrodę przedsionkową potencjału przedsionkowego powoduje wyzwolenie – po odpowiednio zaprogramowanym czasie – impulsu stymulującego komorę. Najczęściej stymulacja VAT występuje u chorych po wszczepieniu dwujamowego układu stymulującego z powodu zaburzeń przewodzenia przedsionkowo-komorowego, przy zachowanej prawidłowej funkcji węzła zatokowego.

Opisana powyżej stymulacja VAT stanowi podstawowy tryb pracy dla układów stymulujących VDD. Na obecnym etapie zawansowania technologii są to układy dwujamowe, ale jednoelektrodowe (ryc. 5).

   Dwie pierwsze litery kodu stymulatora VDD oznaczają, że układ może stymulować jedynie komorę, ale impulsy sterujące może odbierać zarówno z komory, jak i z przedsionka (D = ang. dual = A + V). Sygnały z przedsionka odbierane są przez dodatkowy pierścień rejestrujący umieszczony na elektrodzie w odpowiednim jej miejscu.
    Trzecia litera (D = ang. dual = I + T) oznacza, że układ może pracować zarówno w trybie hamowania (“I”), jak i wyzwalania (“T”). Układ samodzielnie dokonuje wyboru trybu stymulacji, w zależności od zarejestrowanych sygnałów. Podstawowym zastosowaniem stymulatorów VDD jest terapia upośledzonego przewodzenia przedsionkowo-komorowego przy zachowanej sprawności węzła zatokowego. U takiego chorego układ pracuje w trybie VAT: pierścień rejestrujący znajdujący się na elektrodzie rejestruje potencjały przedsionkowe; po każdym z takich potencjałów zostaje wyzwolony impuls stymulujący w komorze. Pomiędzy zarejestrowaniem pobudzenia przedsionkowego, a wyzwoleniem impulsu stymulującego upływa oczywiście pewien czas – jest to zaprogramowane opóźnienie przedsionkowo – komorowe. Jeżeli podczas tego okresu elektroda komorowa zarejestruje własny potencjał komorowy pacjenta, wyzwolenie impulsu stymulującego zostaje wstrzymane (tryb “I”). Takie właśnie współistnienie pracy w trybie wyzwalania i hamowania jest charakterystyczne dla trybu dual.
     Jeżeli częstość rytmu zatokowego spadnie poniżej zaprojektowanej częstości podstawowej stymulatora, układ zaczyna pracować w trybie VVI. Nie posiada bowiem zdolności stymulacji przedsionka, co pozwoliłoby na przeciwdziałanie bradykardii zatokowej.

       Układ stymulujący DDD posiada zdolność rejestrowania potencjałów, oraz stymulacji zarówno w przedsionku, jak i w komorze (ryc. 3). U chorych z prawidłową funkcją węzła zatokowego, u których nie zachodzi potrzeba stymulacji przedsionkowej, układ ten zachowuje się dokładnie tak, jak opisany powyżej układ VDD, pracujący w trybie VAT (ryc. 5). Jeżeli natomiast u chorego występuje nadmierna bradykardia zatokowa, powodująca zwolnienie częstości rytmu przedsionków poniżej zaprogramowanej częstości podstawowej, system podejmuje stymulację przedsionkową. W przypadku gdy bradykardii zatokowej nie towarzyszy upośledzenie przewodzenia przedsionkowo – komorowego, system pracuje w opisanym powyżej trybie AAI (ryc. 2). Przy współistnieniu zaś dysfunkcji węzła zatokowego i przewodzenia przedsionkowo – komorowego system podejmuje sekwencyjną stymulację przedsionka i komory.

       Układ DDD nierzadko bywa zaprogramowany do pracy w trybie DDI. W trybie tym stymulator zachowuje się jak połączone układy AAI i VVI. Może zatem jedynie zapobiegać zwolnieniu się częstości akcji przedsionków i/lub komór poniżej zaprogramowanej częstości podstawowej. Oznacza to utratę zdolności synchronizacji rytmu komór z rytmem przedsionków przy rytmach szybszych od podstawowego zaprogramowanego (brak trybu VAT). To zubożenie możliwości stymulatora może być korzystne u chorych z napadowymi tachyarytmiami nadkomorowymi. Zapobiega ono w takim przypadku epizodom szybkiej stymulacji komór, spowodowanej szybkim rytmem przedsionków, “przewodzonym” przez pracujący w trybie VAT stymulator do komór. Do trybu DDI odnoszą się zamieszczone powyżej uwagi dotyczące pracy systemów AAI i VVI, w tym również – działanie histerezy i programu nocnego.

1. Systemy VDD ani DDD nie są w stanie narzucić stymulacji komór powyżej zaprogramowanej maksymalnej częstości stymulacji (ang. upper rate).
2. W przypadku zwolnienia częstości akcji przedsionków poniżej zaprogramowanej częstości podstawowej:
1. stymulator DDD rozpoczyna stymulację przedsionkową (i ew. komorową)
2. stymulator VDD rozpoczyna stymulację VVI
3. Stymulator DDD nie jest w stanie stymulować przedsionka z częstością większą od zaprogramowanej częstości podstawowej
4. Stymulator DDI nie jest w stanie stymulować przedsionka ani komory z częstością większą od zaprogramowanej częstości podstawowej
5. Stymulator DDI nie zapewnia synchronizacji przedsionkowo-komorowej, ale zapobiega szybkiej stymulacji komór pod wpływem tachyarytmii nadkomorowej

       Czwarta litera kodu stymulatorowego zazwyczaj nie ma znaczenia dla nie-elektrofizjologa, zawiera bowiem informacje przydatne wyłącznie osobom zajmującym się programowaniem stymulatorów. Wyjątek (bardzo ważny!) stanowi tu litera R (ang. rate modulation). Jej obecność w kodzie opisującym stymulator oznacza, że posiada on zdolność zwiększania częstości stymulacji podczas wysiłku wykonywanego przez chorego. Dzieje się to za sprawą elementu sterującego, zwanego sensorem. Warto sobie zdawać sprawę z niedoskonałości sensorów. Na częstość akcji serca w warunkach fizjologicznych wpływa wiele mechanizmów. Sensory odczytują jeden lub dwa parametry i na tej podstawie kalkulują, czy istnieje potrzeba zwiększenia częstości akcji serca wynikająca z jego obciążenia wysiłkiem. Parametrem będącym podstawą pracy sensora może być, np.: dynamika ruchów ciała, częstość i głębokość ruchów oddechowych klatki piersiowej, lub dynamika odstępu QT elektrokardiogramu.
     Stymulatory AAI, oraz DDD mogą jedynie zapobiec zwolnieniu się częstości akcji przedsionków poniżej pewnej granicy, określanej zaprogramowaną częstością podstawową. W stymulatorach z adaptowalną częstością stymulacji - AAIR oraz DDDR - granica ta ulega przesunięciu w górę, gdy chory wykonuje wysiłek (czasem również w innych okolicznościach). Jeżeli częstość stymulacji wskazywana przez sensor pozostaje poniżej częstości akcji serca chorego w danej chwili, układ nie podejmuje oczywiście stymulacji przedsionkowej. Analogicznie działają w odniesieniu do częstości akcji komór stymulatory VVIR i VDDR. Bliższe szczegóły zasad stymulacji z adaptowalną częstością, sterowaną sensorem, wykraczają poza ramy niniejszego opracowania.

Stefan Karczmarewicz

1. Sutton R, Bourgeois I (Red.): The foundations of cardiac pacing. Part I: An illustrated practical guide to basic pacing. Futura Publishing Company 1991.
2. Sutton R, Ryden L, Bourgeois I (Red.): The foundations of cardiac pacing. Part II: An illustrated practical guide to rate variable pacing. Futura Publishing Company 1999.
3. Oto A (Red): Practice and progress in cardiac pacing and electrophysiology. Kluwer Academic Publishers 1996
4. Aubert AE, Ector H, Strooband R (Red.): Cardiac pacing and electrophysiology. Kluwer Academic Publishers 1994

Uwaga: niektórzy producenci mogą w I i II pozycji kodu używać oznaczenia:

S = single = jednojamowy (A lub V), np.: SSI.

Praca została opublikowana w : Kardiologii Polskiej 2000; 52; 136-139