В России ежегодно в имплантации электрокардиостимуляторов (ЭКС) нуждаются около 50 тыс. пациентов. Впервые такая операция в нашей стране состоялась почти 60 лет назад. Имплантацию провел один из основоположников сердечно-сосудистой хирургии Александр Бакулев, а разработку первого отечественного электрокардиостимулятора доверили крупному оборонному предприятию – Конструкторскому бюро точного машиностроения. Сегодня это КБ точмаш им. А.Э. Нудельмана, входящее в Ростех.
Кардиостимуляторы со временем становятся все надежнее, меньше и легче. Появились более совершенные двух- и трехкамерные модели. Кстати, первый отечественный двухкамерный электрокардиостимулятор также был создан на предприятии, которое сегодня входит в состав Ростеха – специалистами Ижевского механического завода. Разбираемся, что такое кардиостимулятор, как сугубо оборонные предприятия занялись разработкой ЭКС и каких успехов они достигли.
Не сбиться с ритма: как работает электрическая система сердца
Прежде чем разобраться, что такое кардиостимулятор и как он работает, требуется вспомнить анатомию и физиологию такого органа, как сердце. Сердце обладает своей внутренней электрической системой, которая контролирует скорость и ритм его работы. При каждом сердцебиении электрический сигнал распространяется от верхних палат сердца (предсердий) в две нижние камеры сердца (желудочки). Затем желудочки сжимаются и перекачивают кровь в остальную часть тела. Комбинированное сокращение предсердий и желудочков – это и есть сердцебиение.
Каждый электрический сигнал обычно начинается в группе клеток, которая называется синусовым узлом. С возрастом или при наличии сердечно-сосудистых заболеваний синусовый узел утрачивает свою способность устанавливать правильный темп для сердечного ритма.
Проблемы со скоростью или ритмом сердцебиения называются аритмии. Во время аритмии сердце может биться слишком быстро (тахикардия), слишком медленно (брадикардия) или с нерегулярным ритмом. Электрический сигнал может и вовсе прерывается, когда он движется по сердцу. Сегодня в структуре сердечно-сосудистых заболеваний такие нарушения ритма сердца занимают одно из ведущих мест и являются ежегодно причиной смерти 200 тыс. людей в России.
С такой неисправной электрической сигнализацией в сердце может справиться электрокардиостимулятор. Используя электрические импульсы, он предотвращает аритмии и заставляет сердце биться в правильном ритме. Чтобы понять, как электрокардиостимулятор справляется с такой нелегкой задачей, рассмотрим сначала что из себя представляет этот миниатюрный, но сложный электронный прибор.
Сердечный друг весом 20 грамм: устройство и принцип действия кардиостимулятора
Кардиостимулятор, по существу, состоит из трех составных частей: генератора электрических импульсов, батареи, а также ряда проводов с электродами на наконечниках. Аккумулятор питает генератор, и оба они окружены тонким металлическим корпусом, который соединяется с сердцем проводами.
Все части ЭКС со временем значительно эволюционировали. К примеру, генератор электрических импульсов в настоящее время состоит из программируемого микропроцессора. Если первые кардиостимуляторы постоянно генерировали электрический импульс с частотой 70 ударов в минуту, сейчас кардиостимуляторы в состоянии отслеживать электрические импульсы предсердий и желудочков, а также ряд других параметров, таких как скорость дыхания и движения тела. Поэтому они могут вмешаться в регуляцию сердечного ритма только в случае необходимости, например, когда человек занимается спортом или нервничает, то есть вести себя совсем как здоровое сердце.
Современные литий-ионные батареи не только продлили срок службы ЭКС примерно до 15 лет, но и позволили значительно уменьшить его габариты. Теперь генератор и аккумулятор помещаются в коробку из титана размером 5×4,5×1 см, весом всего 20 граммов. От этой коробочки отходят провода, которые через вену или артерию доходят до нужной области сердца для стимуляции сокращений. Таких проводов может быть от одного до трех, от их количества зависит тип кардиостимулятора: одно-, двух- или трехкамерный.
Однокамерный электрокардиостимулятор имеет один такой провод, который соединяет его с одной полостью сердца: это может быть правое предсердие или правый желудочек. Двухкамерный электрокардиостимулятор подключается к двум полостям сердца, а трехкамерный, соответственно, имеет три провода. Такой кардиостимулятор может стимулировать как правое предсердие, так и обе полости желудочков. ЭКС подбирается и программируется индивидуально для каждого пациента с учетом ритма его сердца.
Электрокардиостимулятор имплантируется в тело человека (обычно под подкожной жировой клетчаткой грудной клетки) и с помощью электродов присоединяется к сердечной мышце. Электрокардиостимулятор воздействует на сердечную мышцу при отсутствии естественного сердечного ритма, то есть выдает электрический импульс. В результате этого импульса сердечная мышца сокращается. В наши дни имплантация ЭКС считается несложной операцией, которая проводится под местным наркозом. Но когда-то, это было серьезным, опасным для жизни, оперативным вмешательством.
Оборонные технологии на страже сердца: история появления и эволюция ЭКС
Помочь сердцу работать в правильном ритме с помощью электрических импульсов пытались еще до создания имплантируемых кардиостимуляторов. Тогда ЭКС представляли собой большие и сложные аппараты, располагавшиеся снаружи. Даже если больному и удавалось продлить жизнь, то он оставался прикованным к постели.
В 1957 году был сделан очень важный шаг в развитии ЭКС: электрокардиостимуляторы стали работать от батареек. Первая в истории имплантация такого электрокардиостимулятора с батарейкой была проведена в 1958 году в Стокгольме. Пациентом стал 43-летний Арне Ларссон, страдавший тяжелым нарушением сердечного ритма. Первый имплантированный кардиостимулятор несравним с современными ЭКС. Размером устройство было с хоккейную шайбу, при этом работало нестабильно: через неделю эксплуатации пациенту пришлось делать повторную операцию и заменить аппарат. В общей сложности Ларссону меняли электрокардиостимулятор больше 20 раз. Проблема была решена только после последней операции в 1961 году, когда ему был установлен кардиостимулятор новой конструкции. Кстати, Арне Ларссон прожил до 86 лет, и скончался не из-за нарушений сердечной деятельности, а от другой болезни.
Советские медики не отставали от западных коллег. История отечественной кардиостимуляции ведет отсчет с 1960 года, когда академик Александр Бакулев обратился к ведущим конструкторам страны с предложением о разработке медицинских аппаратов. Первыми откликнулось специалисты Конструкторского бюро точного машиностроения, ведущего предприятия оборонной отрасли, возглавляемого тогда Александром Нудельманом. Сегодня это АО «Конструкторское бюро точного машиностроения им. А.Э. Нудельмана», входящее в состав Госкорпорации Ростех.
Именно на этом оборонном предприятии начались первые разработки имплантируемых ЭКС. И уже в декабре 1961 года Бакулев провел операцию по имплантации первого отечественного стимулятора ЭКС-2. На тот момент этот прибор считался одним из наиболее надежных и миниатюрных стимуляторов в мире. ЭКС-2 был на вооружении врачей более 15 лет, спас жизнь тысячам больных.
Александр Бакулев во время операции в Институте грудной хирургии Академии медицинских наук СССР
Всего в КБ точмаш было создано 25 образцов электрокардиостимуляторов, не уступающие по своим характеристикам аналогичным зарубежным образцам. В их числе мультипрограммируемый стимулятор ЭКС-500 и кардиостимулятор ЭКС-445, установка которого позволяет заменить операцию по пересадке сердца. Научно-технические решения ЭКС-445 были отмечены золотой медалью с отличием на Всемирном салоне изобретений «Брюссель-Эврика».
Кстати, когда было налажено массовое производство кардиостимуляторов, Александр Нудельман добился учреждения военной приемки этой продукции, понимая всю ее значимость.
В 1988 году производство ЭКС начало осваивать другое оборонное предприятие – Ижевский механический завод. Сегодня предприятие является одним из лидеров на рынке отечественных электрокардиостимуляторов. Здесь осуществляется как разработка, так и производство ЭКС, включая все комплектующие.
Специалисты Ижевского завода разработали целый ряд принципиально новых моделей кардиостимуляторов. Среди них, однокамерные «Байкал-SC», «Байкал-332» с развитой системой диагностики по телеметрическому каналу, что позволяет накапливать статистическую информацию о работе сердца пациента и работе самого ЭКС.
На Ижевском механическом заводе был создан первый отечественный двухкамерный ЭКС. В двухкамерных стимуляторах, выпускаемых с 2007 года, заложены физиологические функции: например, mode switch – автоматическое переключение режима стимулятора при возникновении трепетания предсердия.
Последние модели завода – однокамерные малогабаритные кардиостимуляторы VIRSAR SR и VIRSAR SC, а также двухкамерные VIRSAR DR и VIRSAR DC. Все они обладают функцией частотной адаптации. То есть такие электрокардиостимуляторы могут автоматически подстраивать частоту импульсов к изменяющимся физиологическим потребностям человека. Совсем как здоровое сердце они меняют частоту при физической активности или эмоциональном стрессе.
Для имплантации ЭКС нужен не только сам прибор, но еще и электрод, который устанавливается в сердце. Сегодня клиники предпочитают, чтобы электрокардиостимулятор и электроды были от одного производителя. Поэтому Ижевский завод занимается разработкой современных моделей электродов для имплантируемых ЭКС. Такой комплексный подход, а также практически оборонная надежность ижевских кардиостимуляторов позволяет им успешно конкурировать с зарубежными образцами.
