Landelijke dag 22 september 2001 - lezing door de heer ing. W. Boute
"Slimme pacemakers" lezing door de heer ing. W. Boute, hoofd klinisch onderzoek van Vitatron (fabrikant van pacemakers)
Vitatron
Nederland is zo'n 40 jaar bezig met de ontwikkeling van pacemakers. Vitatron, behoort tot één van de pacemaker fabrikanten van het eerste uur. Het bedrijf is gevestigd te Dieren. Vitatron is betrokken bij de ontwikkeling, de productie en verkoop van pacemakers over de gehele wereld. Per jaar worden 50.000 tot 55.000 pacemakers geproduceerd. 5% is voor de Nederlandse markt en 95% wordt geëxporteerd. Vitatron heeft ruim 500 medewerkers over de gehele wereld, waarvan er 250 in Dieren werken aan de ontwikkeling van nieuwe pacemakersystemen.
Geschiedenis van de pacemaker
Met een pacemakersysteem wil je de functie van het gezonde hart zoveel mogelijk benaderen. Het hart slaat 60-70 keer per minuut, dus 100.000 keer per dag. Dit betekent dat het hart per dag 10.000 liter bloed verpompt.
De meest voorkomende redenen om een pacemaker te implanteren zijn, als een patiënt bij de cardioloog komt met de volgende klachten: flauwvallen, duizeligheid, kortademigheid en zich niet meer kunnen inspannen. De cardioloog doet vervolgens onderzoek. Er wordt altijd een hartfilmpje (cardiogram) gemaakt en meestal krijgt de patiënt 24 uur een Holterkastje mee, waarbij men aan het hartritme kan zien of dit te onregelmatig of te traag is. Veelal kan de pacemaker uitkomst bieden.
De gemiddelde leeftijd van een pacemakerdrager bij eerst implantatie ligt ongeveer bij 65-66 jaar. De jongste patiënt (Zweden) die een Vitatron-pacemaker heeft is drie dagen oud.
In Europa worden 350-450 pacemakers per 1.000.000 inwoners geïmplanteerd. In Nederland zijn dat 6000 pacemakers per jaar, in de Verenigde Staten 225.000 en wereldwijd 600.000. Van de genoemde implantaties gaat het om 100.000 vervangingen. Miljoenen mensen leven dus dankzij een pacemaker.
In 1929 werd de eerste uitwendige pacemaker door dr. Gould uit Australië in samenwerking met de heer Hyman ontwikkeld. M.b.v. een naald die door de borstkas werd geprikt kon het hart gestimuleerd worden. Dit verschrikkelijke apparaat heeft echter aangetoond dat men door middel van elektriciteit het hart weer voldoende aantal slagen per minuut kon laten maken.
In 1958 werd door twee Zweedse artsen (Elmquits en Senning) de eerste pacemaker geïmplanteerd. Omdat er toentertijd nog geen pacemakerfabrikanten waren, werden deze pacemakers nog in het ziekenhuis vervaardigd, gesteriliseerd en geïmplanteerd. Ondanks dat het apparaatje eigenlijk maar een paar maanden heeft gewerkt, was hier de grote doorbraak dat het mogelijk was om een dergelijk implanteerbaar apparaatje te maken.
Het ziekenhuis in Groningen vervaardigde al een aantal pacemakers. Omdat de vraag naar pacemakers zo groot was, zocht het ziekenhuis naar een bedrijf dat de fabricage kon overnemen. Het ziekenhuis benaderde de heer Eikmans, die een bedrijf voor bloed analyseapparatuur had. In 1960 startte de heer Eikmans het bedrijf Vitatron Medical. In 1962 werd de eerste pacemaker van Vitatron geïmplanteerd. Bij dit "zeepdoosje" was de pacemaker in een soort kunststof ingegoten. Rond 1970 wordt de pacemaker in een omhulsel van een epoxyhars ingegoten. Ook werd er door meer energie (4 batterijen) in de pacemaker te brengen, een hele vooruitgang in de levensduur (3-4 jaar) geboekt. De afmeting t.o.v. van de moderne pacemaker was nog groot, namelijk 20 mm dik (nu 6-7mm) en het gewicht was 75 gram (nu 20 gram)
De mogelijkheden van deze pacemakers waren nog beperkt, namelijk de garantie van een minimale hartfrequentie. Op het moment dat de hartfrequentie beneden een bepaalde waarde zakte, greep de pacemaker in en zorgde ervoor dat de hartfrequentie niet beneden de 70 slagen per minuut kwam.
Een moderne pacemaker is een compleet geïmplanteerd computertje. Het slaat veel gegevens op, die later weer door de cardioloog gebruikt kunnen worden t.b.v. medicatie en behandelingsmethode.
Opbouw van een pacemaker
In een pacemakersysteem zitten twee hoofdcomponenten:
- de elektrode.
De verbinding van de pacemaker met de hartwand. Op de elektrode zit een platinum tipje dat contact maakt met de hartwand. Op deze manier wordt een elektrisch stroompje - de prikkel - aan de hartwand gegeven
- de pacemaker.
De elektrode wordt bevestigd aan de pacemaker, die voor de helft wordt ingenomen door de energievoorziening (batterij) die 8-10 jaar moet meegaan. De bijbehorende elektronica moet dus zeer zuinig omspringen met die energie. De grote uitdaging voor de ingenieurs is om het stroomverbruik van de pacemaker zo gering mogelijk te maken. Verder is de zenderontvanger een belangrijke component in de pacemaker. Via een radiofrequentie wordt informatie uitgewisseld. Op deze wijze kan de arts een goed overzicht krijgen en vervolgens kan hij in de pacemaker een andere instelling kiezen, zonder dat een nieuwe pacemaker geïmplanteerd moet worden, zoals dit vroeger wel eens het geval was.
Functie van de pacemaker
- Hoofdfunctie
De stimulatie zorgt ervoor dat het hart samentrekt als dat nodig is. De heer Boute toont aan de hand van een hartfilmpje de werking van een pacemaker aan. De "spike" is het gevolg van het stroomstootje van de pacemaker en vervolgens is de reactie van het hart te zien (hartcontractie).
- Detectiefunctie van de pacemaker.
Voor de meeste pacemakerdragers hoeft de pacemaker niet 100% van de tijd te werken. Af en toe doet het hart het nog zelf en het is dan ook zonde dat de pacemaker onnodig energie verspilt. Het is wel van belang dat de pacemaker goed "luistert" naar het hart, wanneer hij niet hoeft in te grijpen.
Vroeger werkte de pacemaker maar op één snelheid (vaak 70 slagen / minuut). De eerste pacemakers detecteerden de eigen hartslagen niet, waardoor als het hart het zelf deed er een soort competitie ontstond. Gelukkig is hierin snel verbetering gekomen. Verder werkten de eerste pacemakers nog in één hartkamer en niet aan de bovenkant van het hart, de boezems. Voor een belangrijke bijdrage aan het welbevinden van de patiënt is het echter van groot belang dat de kamers en boezems goed met elkaar kunnen samenwerken. Zo'n 70-80% van de huidige pacemakersystemen sturen zowel de bovenkant als de onderkant van het hart op de juiste manier aan.
De eerste pacemakers waren nog erg groot, zwaar en hadden een beperkte levensduur. Lichaamsvocht vormde een probleem, omdat het langzamerhand door het pacemakersysteem naar de gevoelige elektronica doordrong. De huidige pacemakers zijn hermetisch afgesloten in een titanium behuizing, zodat er geen lichaamsvocht meer bij kan komen.
Verder leverde de elektrode (de draad die in het hart gaat) problemen op. In het verleden schoot die nog wel eens los van de hartwand zodat er geen contact meer was, waardoor opnieuw geopereerd moest worden. Tegenwoordig is een aantal technieken ontwikkeld om het contact van de elektrode met de hartwand te verbeteren.
Twintig jaar geleden kwam regelmatig een breuk in de spiraalvormige draad voor als gevolg van materiaalmoeheid (buiging van het spiraal bij elke hartslag). Inmiddels is ook een duurzaam materiaal voor de spiraal ontwikkeld, zodat breuk niet meer voorkomt.
De huidige pacemakers hebben twee elektrodes, één voor de bovenkant van het hart (boezems) en één die de kamer aanstuurt. De pacemaker wordt bestuurd via een radioverbinding met een programmeerkop, die weer met een draad met een computer verbonden is. Vanaf het scherm kan de arts alle informatie van de afgelopen 6 maanden of langer waarnemen. Tevens stelt het de arts in staat veranderingen in de programmering aan te brengen. Het apparaat kan ook een hartfilmpje maken. Deze techniek zorgt voor een enorme flexibiliteit. Het is hierdoor niet nodig de pacemaker te vervangen omdat hij niet meer bij een patiënt zou passen.
De meeste pacemakers hebben ook een sensor. Afhankelijk van de inspanning die het lichaam levert speelt de pacemaker op de gewenste hartslag in. Zo is er een bewegingssensor, ademhalingssensor en een sensor die naar het hart zelf kijkt (hoe snel ontspant een hart zich, waardoor het klaar is voor de volgende slag). Er zijn al pacemakers met twee sensoren.
Soorten pacemakers
- Eenvoudige pacemakers (VVI en VVIR) werken alleen in de kamer, het meest belangrijke gedeelte van het hart, dat het bloed werkelijk door het lichaam pompt. Er wordt met één elektrode gewerkt. Als de boezem goed functioneert is het eigenlijk zonde om deze natuurlijke pacemaker niet te gebruiken. In ieder geval is het raadzaam om ook een elektrode aan te leggen om te kijken of de boezem ook bijgestuurd moet worden.
- Om de kamer en de boezems in een goede harmonie met elkaar te laten samenwerken wordt gekozen voor de geavanceerde pacemakers (DDD en DDDR)
In de loop van de jaren is de ontwikkeling van de verschillende toegangswegen naar het hart sterk verbeterd. In de jaren vijftig is in Amerika een poging gedaan om vanaf de buitenkant een elektrode op het hart te brengen. Deze methode wordt tegenwoordig in zeldzame gevallen toegepast. Bij een open hartoperatie kan makkelijk een elektrode op de buitenkant van het hart geschroefd worden en aan de pacemaker verbonden worden. Wanneer dit niet kan, wordt er een bloedvat opgezocht. Er bestaan diverse soorten elektrodes (bijvoorbeeld de J-vormige elektrode die met name voor de boezem gebruikt wordt). Ook zijn er verschillende fixatiemogelijkheden (manier waarop de elektrode contact maakt met de hartwand) zoals de schroefelektrode (een zeer goed contact, dat gebruikt wordt bij een glad gedeelte van de hartwand).Verder zijn er elektroden met een soort "weerhaakjes" voor gedeeltes van de hartwand met een "spaghettistructuur". De nieuwste elektrodes hebben zelfs een gedeelte waarin een medicijn tijdelijk vrijkomt, om de vorming van littekenweefsel zo veel mogelijk tegen te gaan.
Invloeden van de omgeving op de pacemaker
Inmiddels is veel onderzoek in Nederland gedaan naar de invloed van een GSM -telefoon op een pacemaker, omdat de pacemakerdrager een elektrode heeft die naar het hart loopt en dus als een soort ontvangantenne kan fungeren. Er kan geen storing door een GSM plaatsvinden. Men moet het lot ook niet tarten en de algemene aanbeveling is om de telefoon niet in het borstzakje te dragen.
Beveiligingspoortjes in winkels en op luchthavens leveren vrijwel nooit problemen op. De aanbeveling is om niet in het poortje stil te blijven staan.
Storingen door huishoudelijke apparatuur zijn dermate goed afgeschermd dat deze geen invloed hebben op de functie van de pacemaker.
Levensduur van de pacemaker
De levensduur (5-10 jaar) is afhankelijk van de inhoud van de batterij, het stroomverbruik van de elektronica, de energie die de elektrode aan het hart moet geven, de wijze waarop de elektrode contact maakt met de hartwand én het aantal hartslagen waarop de pacemaker moet ingrijpen. Als de batterij voor 90% leeg is, krijgt de cardioloog een seintje om de her-implantatie te plannen. Soms kan bij verandering van het ziektebeeld besloten worden om de pacemaker eerder te vervangen. Bij een pacemakervervanging wordt over het algemeen de elektrode niet vervangen, de elektrode wordt wel gecontroleerd of deze nog aan de eisen voldoet.