Hur en pacemaker fungerar

Pacemakerns konstruktion och funktion

En pacemaker består av en dosa och en eller två elektroder. Dosan innehåller en impulsgivare vilken genererar elektrisk ström som behövs för att stimulera (eng. pace) myokardiet. Strömmen levereras till myokardiet via elektroderna. Elektroderna används även för att registrera hjärtats egna elektriska aktivitet. Denna funktion i pacemakern kallas avkänning (eng. sensing). Stimulering och avkänning utgör pacemakerns huvudfunktioner (se figur nedan).

De engelska benämningarna för stimulering (pacing) och avkänning (sensing) används i nedanstående text.

Pacemakerns mjukvara inbegriper förprogrammerade algoritmer och inställningar, vilka kan skräddarsys efter patientens behov. Programmeringen görs genom en extern enhet som kommunicerar med pacemakern. En lång rad inställningar kan justeras. Dessa inställningar anbelangar bland annat pacemakerns basfrekvens (den lägsta hjärtfrekvensen som pacemakern tillåter innan den aktiveras); pacemakerns beteende vid låg respektive hög hjärtfrekvens; pacemakerns beteende vid förekomst av egen hjärtaktivitet samt vid utebliven hjärtaktivitet. Dagens pacemakers är fullmatade med algoritmer som optimerar pacemakerns funktion. Till exempel kan en pacemaker självmant utforska hur stark stimulering som krävs för att starta en depolarisationsvåg. På så vis kan pacemakern kalibrera impulsgivaren efter myokardiets retbarhet.

Pacemakern drivs av ett litiumbatteri med en livslängd på 5–10 år. Livslängden är kortare om pacingbehovet är stort, liksom om tröskelvärdet (minsta energinivån som startar en depolarisationsvåg) är högt. När batteriet är urladdat måste hela systemet bytas ut eftersom batteriet varken kan laddas eller bytas.

Pacemakern implanteras oftast under nyckelbenet, mellan huden och musculus pectorialis major. Själva dosan har ett hölje av titan vilket är skonsamt mot omkringliggande vävnad. Elektroderna förs in i en av de större venerna (exempelvis vena subclavia) och vidare ner till hjärtat där de fästs i endokardiet. Oftast används två elektroder: en i höger förmak och en i höger kammare. För att elektroderna skall fästa i endokardiet är spetsen utrustad med en skruv (som skruvas in i myokardiet) eller krok som passivt hakar fast i hjärtats trabekler (figur nedan). Elektroderna är isolerade under hela sitt förlopp mellan dosan och elektrodspetsen.

 

”Lär

 

Pacemakerns stimulering

Impulsgivaren genererar elektrisk ström som stimulerar cellerna vid elektrodspetsarna. Den elektriska stimuleringen triggar en aktionspotential och eftersom alla celler i förmak respektive kammare är elektriskt sammankopplade (via gap junctions) kommer impulsen spridas till resten av myokardiet. Vid stimulering i kammarmyokardiet kommer impulsen spridas helt eller delvis utanför retledningssystemet vilket går långsamt, varför QRS-komplexen blir breda (QRS-tid >0.12 sekunder). Eftersom stimuleringen sker i höger kammare kommer aktiveringen starta där. Aktivering av vänster kammare sker via impulser från höger kammare. EKG-komplexen påminner därför om ett vänstergrenblock (vid vänstergrenblock är aktivering av vänster kammare är avhängig av impulser som kommer från höger kammare).

Elektroderna levererar ström i form av elektroner. Eftersom en elektrisk ström måste röra sig i en krets är pacemakern konstruerad så att det finns en positiv och en negativ pol och däremellan kan elektronerna färdas. Detta kan göras på två vis:

  • En biopolär pacemaker är konstruerad så att den positiva och negativa polen är placerad längst fram på elektroden, såsom framgår av figur nedan. Den negativa polen utgörs av elektrodspetsen och den positiva polen utgörs av en metallring placerad ungefär en centimeter bakom spetsen.
  • På en unipolär pacemaker utgörs den positiva polen av själva pacemaker-dosans hölje och den negativa polen är placerad på elektrodspetsen.

 

”Lär

Elektronerna transporteras en längre sträcka vid unipolär pacing (de skall färdas från pacemaker-dosan till hjärtat). Unipolär pacing kräver därför något högre energinivåer och kan dessutom stimulera elektriskt retbar vävnad mellan dosan och elektrodspetsen. Därför ger unipolära pacemakers en större stimuleringsartefakt (”pacemakerspik”) på EKG som registreras på kroppsytan. Vid bipolär pacing är den positiva och negativa polen placerade inuti hjärtrummet och stimuleringsartefakten blir därför mycket diskret och inte sällan osynlig i vissa avledningar.

Figuren nedan visar hur en stimuleringsartefakt kan se ut på EKG.

 

”Lär

 

Pacemakerns funktioner

En pacemakers funktion beror på mjukvaran, hårdvaran och programmeringen. De enklaste pacemakersystemen har bara en dosa och en elektrod, vilken är placerad antingen i höger förmak eller höger kammare. Ett sådant system kallas enkammarsystem. Idag används oftast tvåkammarsystem, vilket innebär att man installerar en elektrod i höger förmak samt en elektrod i höger kammare. Tvåkammarsystem erbjuder möjlighet till sensing och pacing i både förmak och kammare, vilket oftast är att föredra framför enkammarsystem.

Elektroden i höger förmak kan användas för avkänning (sensing) av spontan förmaksaktivitet samt stimulering (pacing) i förmaket vid frånvaro av spontan aktivitet. Elektroden i höger kammare tjänar samma syfte. Pacemakern måste programmeras avseende den lägsta energinivån (ström i millivolt) som skall registreras vid avkänning. Elektriska signaler under det gränsvärdet registreras inte av pacemakern och påverkar således inte pacemakerns aktivitet. Ett tröskelvärde programmeras även för stimuleringen; det värdet bör vara den lägsta möjliga energinivån som resulterar i depolarisation av hjärtrummen.

Syftet med ett gränsvärdet för sensing är att förhindra att pacemakern reagerar på störningar och andra elektriska signaler som kan misstolkas som spontan hjärtaktivitet. Syftet med tröskelvärde för stimulering är att alltid använda minimal energinivå för att stimulera hjärtat.

Sensing

En pacemaker kan alltså registrera hjärtats egna aktivitet och reagera (baserat på programmerade algoritmer) därefter. Elektroden i höger förmak registrerar förmaksdepolarisation (P-vågen) och elektroden i höger kammare registrerar kammardepolarisation (R-vågen).

En pacemakers registrering av hjärtaktiviteten sker ungefär som de vanliga EKG-avledningarna, nämligen med hjälp av två mätpunkter och dessa mätpunkter utgörs av den positiva och den negativa polen (som används för stimulering) på elektroden. Det innebär att sensing också kan vara bi- eller unipolär. Risken för att pacemakern feltolkar signaler är mindre vid bipolär sensing eftersom registreringen sker inuti hjärtat (risken för registrering av störningar är något mindre).

Informationen från sensing användas för att förhindra (inhibera) eller framkalla (trigga) stimulering. Inhibering av stimulering är lämpligt då hjärtat har spontan elektrisk aktivitet. Om det finns spontan förmaks- och kammaraktivitet så behövs inte pacemakerns stimulering och då skall den inhiberas. Om det finns spontan förmaksaktivitet men inte kammaraktivitet, så bör pacemakern inte stimulera i förmak men däremot i kammare.

Basfrekvens

Basfrekvensen är den lägsta hjärtfrekvensen som en pacemaker tillåter innan den övertar styrningen av hjärtrytmen. Om basfrekvensen programmeras till 60 slag/min kommer pacemakern aktiveras när hjärtfrekvensen är lägre än 60 slag/min. Om gränsvärdet sätts till 60 slag/min så kommer pacemakern vänta 1 sekund efter varje hjärtslag innan den stimulerar. Om ett spontant hjärtslag infaller inom 1 sekund kommer pacemakern inhiberas, och i annat fall kommer den stimulera.

Triggning

Pacemakern kan även triggas, vilket innebär att den stimulerar i kammaren som ett svar på spontana förmaksimpulser. Kammarstimuleringen sker efter en viss fördröjning för att efterlikna den normala fördröjningen i AV-noden. Genom att triggas kan kammarfrekvensen följa den naturliga förmaksfrekvensen vilket är fysiologiskt fördelaktigt. I engelsk litteratur är triggning synonymt med tracking.

Triggning kan bli olämpligt i följande situationer:

  • Om det föreligger en supraventrikulär takyarytmi (t ex förmaksflimmer) så kan pacemakern överföra arytmin till kammarna, vilket är högst olämpligt.
  • Om impulsen från kammarstimuleringen fortplantas upp till His-bunt och tillbaka upp i förmaken kan förmakselektrodens sensing trigga en ny kammarstimulering. Denna cykel kan upprepa sig och orsaka en så kallad endless loop tachycardia.

För att förhindra ovanstående har pacemakern tre skyddsmekanismer:

  • Förmakselektrodens sensing är avsträngd (refraktär) från början av kammarkomplexet tills en period efter det är avslutat. Denna refraktärperiod, som visas i figuren nedan, kallas PVARP (Post-Ventricular Atrial Refractory Period). Om impulsen från kammarstimuleringen skulle ta sig upp i förmaket under PVARP kommer förmakselektroden ignorera impulsen. Förmakselektroden ignorerar även impulser från förmaken (t ex impulser från ett pågående förmaksflimmer) som föreligger under PVARP. Sist men inte minst förhindrar detta även förmakselektroden från att registrera kammarkomplexet, vilket annars kan feltolkas som förmaksimpulser.
  • Pacemakern kan ställas in på en maxgräns för triggning. Då spelar det ingen roll vad som sker i förmaken, pacemakern stimulerar inte med högre frekvens än maxfrekvensen.
  • Vissa pacemakers har en mode switch-funktion som gör att triggning stängs av när en supraventrikulär takyarytmi uppstår (disktueras nedan).

 

”Lär

 

Pacemakerns inställning

En pacemakers inställning deklareras med en förkortning som består av 3 till 5 bokstäver. Dessa bokstäver beskriver, i kronologisk ordning, följande saker:

  • Plats för pacing.
  • Plats för sensing.
  • Reaktion på sensing.
  • Förmåga till frekvensanpassning (vid fysisk aktivitet).
  • Förekomst av multisite pacing (pacing på flera platser i samma hjärtrum).

I första, andra och femte position finns alternativen O (omitted – ingen), A (atrium – förmak), V (ventricle – kammare) eller D (dual – förmak och kammare).

I tredje position finns alternativen O (omitted – ingen), I (inhiberad), T (triggad) eller D (dual – inhiberad och triggad).

I fjärde position finns O (omitted – ingen) eller R (rate responsive – frekvensanpassad).

Följande tabell förtydligar kodningen av en pacemaker.

 

1. Plats pacing 2. Plats för sensing 3. Reaktion på sensing
4. Rate response 5. Multisite pacing
O = Ingen O = Ingen O = Ingen O = Ingen O = Ingen
A = Atrium A = Atrium T = Triggad R = Rate responsive A = Atrium
V = Kammare V = Kammare I = Inhiberad V = Kammare
D = Dual (A+V) D = Dual (A+V) D = Dual (T+I) D = Dual (A+V)

 

Om pacemakern inte är rate responsive så kan bokstav 4 utelämnas. Det gäller även den femte bokstaven (multisite pacing).

 

Exempel: en pacemaker av typen DDDR

  • D = Dual pacing, dvs pacing i förmak och kammare.
  • D = Dual sensing, dvs sensing i förmak och kammare.
  • D = Dual respons, dvs kan både inhiberas och triggas
  • R = Rate-responsive, dvs pacemakern kan anpassa frekvensen vid fysisk aktivitet

I klinisk praxis är DDD, VVI och AAI vanligast (respektive med eller utan rate responsive funktion).

 

Asynkorn stimulering

En pacemaker med inställning AOO stimulerar i förmaket men har ingen sensing och således ingen respons på sensing. En sådan pacemaker stimulerar med en fast frekvens, oberoende av hjärtats egna aktivitet. Detta kallas asynkron stimulering eftersom den inte är synkron med hjärtats spontana aktivitet. På samma sätt ger VOO asynkron pacing i kammaren och DOO ger asynkron pacing i förmak och kammare. Asynkron pacing används sällan men kan vara användbart när det finns otillräckligt/frånvaro av spontan aktivitet men däremot mycket störningar (som inhiberar pacing). Då är asynkron pacing lämplig eftersom den stimulerar med fast frekvens och ignorerar omgivningens signaler. Asynkron pacing uppträder också när batteriets livslängd närmar sig slut, liksom om man håller pacemaker-magnet ovanför pacemaker-dosan (detta kan dock variera med pacemaker-modell).

 

Vanliga enkammarsystem

Pacemaker med AAI har en elektrod i höger förmak. Den elektroden används för stimulering och sensing och pacemakern inhiberas när spontan förmakskativitet (P-våg) finns. Om förmaksktiviteten är långsammare än pacemakerns basfrekvens så kommer pacemakern stimulera. En VVI pacemaker stimulerar och sensar i kammaren och om den registrerar spontan kammaraktivitet (R-våg) så stimulerar den inte. Om kammarfrekvensen är långsammare än basfrekvensen kommer pacemakern stimulera.

 

Tvåkammarsystem

Det vanligaste tvåkammarsystemet är DDD, som innebär stimulering i förmak och kammare, sensing i förmak och kammare samt inhibition och triggning i respons till spontan aktivitet. Denna pacemaker stimulerar i förmak och kammare om hjärtats spontana frekvens är under pacemakerns basfrekvens. Om spontan förmaks- och kammarfrekvens är snabbare än pacemakerns basfrekvens förblir pacemakern inaktiv. Om spontan förmaksfrekvensen är lägre än pacemakerns nedre frekvensgräns kommer pacemakern stimulera i förmaket. Den inväntar sedan aktivitet i kammaren och om sådan inte uppträder inom en tidsperiod (se AV-delay nedan) så stimulerar den även i kammaren. Om förmaksfrekvensen överstiger pacemakerns nedre frekvensgräns men kammarfrekvens inte gör det, så inhiberas pacemakern i förmak men stimulerar i kammaren.

DDI pacemaker erbjuder pacing och sensing i förmak och kammare och kan dessutom inhiberas om det finns spontan aktivitet. Förmaksaktivitet kan dock inte trigga kammarpacing. Däremot kommer pacemakern stimulera i kammaren om den inte känner av kammarimpuls inom ett visst tidsintervall efter förmaksimpulsen.

Val av pacemaker beror på underliggande sjukdom. Nedanstående flödesschema är hämtad från European Society for Cardiologys riktlinjer.

 

”Lär

Accessoriska funktioner

AV-delay management

En pacemaker som stimulerar både i förmak och kammare är programmerad att göra ett uppehåll mellan förmak- och kammarstimulering, detta för att efterlikna den naturliga fördröjningen i AV-noden. Denna programmerade fördröjning (atrioventricular delay) går att justera och med moderna pacemakers kan den frekvensanpassas (AV-delay bör nämligen förkortas vid hög hjärtfrekvens för att förmak och kammare skall arbeta synkroniserat). Hemodynamiken blir avsevärt sämre om förmak och kammare inte arbetar synkront.

Rate response

Vid fysisk aktivitet krävs högre hjärtfrekvens för att hjärtminutvolymen skall öka. Om pacemakerns stimulering i kammaren är triggad av förmaksaktivitet så kan den naturliga ökningen i förmaksfrekvens ge en motsvarande ökning i kammarfrekvens. Detta kräver dock att pacemakern har den inställningen, liksom att sinusrytm föreligger. Detta är inte möjligt för alla och därför är vissa pacemakers utrustade med rate response (frekvensanpassning) vilket innebär att pacemakern är utrustad med en sensor som känner av fysisk aktivitet. Sensorn kan utgöras av en accelerometer eller piezoelektriska kristaller osv. När sensorn registrerar fysisk aktivitet ökar den kammarfrekvensen därefter.

Hysteres

Hyesteres-funktion finns för att minimera antalet pacemaker-stimuleringar. Hysteres gör att pacemakern accepterar att hjärtfrekvensen sjunker till en bestämd frekvens som är lägre än basfrekvensen, men när den frekvensen nås då börjar pacemakern stimulera med basfrekvensen. Denna stimulering fortsätter en stund och därefter provar pacemakern koppla från sig själv (genom att sluta stimulera) men om den spontanta frekvensen inte överstiger hysteres-gränsen så startar pacemakern igen.

Mode switch (shift)

En pacemaker kan, baserat på förprogrammerade algoritmer, ändra sin inställning. Exempelvis kan en DDD övergå till DDI om det uppstår ett förmaksflimmer. Pacemakern gör fortlöpande analyserr av förmakskativitetn för att bedöma om den behöver ändra inställning.

Magneteffekt

Anbringande av magnet mot pacemakerdosan påverkar dess funktion. Effekten varierar beroende på typ av pacemaker. Oftast växlar pacemakern till asynkron stimulering (VOO eller AOO, eller DOO). Man bör kontrollera magneteffekt med varje tillverkare.

 

 En noggrann redogörelse för magneteffekt (för olika fabrikat) finns i denna artikeln.

error: Innehållet är skyddat.

Lär dig tolka EKG på riktigt!

Ladda ner gratis EKG lathund!

Underlätta EKG-tolkningen med vår fickhandbok och lathund! Den ger en snabb men detaljerad överblick och vägledning. Skicka den direkt till din e-post!

You have Successfully Subscribed!

Ladda ner gratis EKG lathund!

Underlätta EKG-tolkningen med vår fickhandbok och lathund! Den ger en snabb men detaljerad överblick och vägledning. Skicka den direkt till din e-post!

You have Successfully Subscribed!