Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Физика»Содержание №1/2009

Материал к уроку

Как это устроено?..

См. также № 23/08

Электрокардиостимулятор. Почти у четырёх миллионов человек в мире стоят электрокардиостимуляторы – приборы, которые появились 50 лет назад и заставляют больное сердце биться ритмично. В здоровом сердце электрические импульсы от проводящих клеток сердечной мышцы заставляют сокращаться предсердия и желудочки. Если сердце больное, то сигнал для сокращений посылает стимулятор. Старые модели могли задавать только один ритм, современные модели могут изменять ритм в соответствии с интенсивностью движений пациента. Более того, существуют модели, управляющими каждым желудочком отдельно, что позволяет добиваться согласованной работы обоих. Это особенно важно, если седечная мышца ослаблена, как это бывает при сердечных приступах. Современные кардиостимуляторы имеют размер со спичечный коробок. такая миниатюризация стала возможной благодаря достижениям электроники, программирования и в особенности размещению сразу после операции резервуара со стероидом на конце электрода, посылающего управляющие сигналы. Лекарство снимает вероятность воспаления сразу после имплантации, что позволило имплантировать электроды совсем близко к жизненно важной сердечной мышце, а это, в свою очередь, позволило уменьшить напряжение, которое должен генерировать стимулятор, и соответственно уменьшить размеры устройства. И основную роль в этом сыграл стероид. Когда батарейки садятся, а это случается через 6–10 лет, весь блок за исключением электродов, заменяют. Начиная с 1980-х гг. стали появляться электрические имплантируемые дефибрилляторы. Такой прибор по размеру меньше пейджера, он посылает мощный импульс на желудочек или предсердие, если начинается фибрилляция, и сердце вновь запускается в нормальном ритме. Сейчас около 450 тыс. человек в США ежегодно гибнут от инфарктов. Если дефибрилляторы станут более компактными и дешёвыми, они наверняка вытеснят электрокардиостимуляторы.

рис.1

Электрические импульсы управляют сокращениями сердца. С того момента, когда предсердия начинают наполняться кровью, и до тех пор, пока вся кровь не поступит из них в желудочки, на клетках сердечной мышцы нет потенциала, электрические импульсы не поступают на предсердно-желудочковый узел. Затем этот узел посылает импульс, и желудочки сразу резко сокращаются во всём объёме. Синусный узел подстраивает ритм сердца в соответствии с концентрацией кислорода в венозной крови: чем больше физическая нагрузка, тем эта концентрация ниже.

Электрокардиостимулятор. Когда сердце начинает биться замедленно, неритмично или совсем останавливается, с процессора на микросхему поступает сигнал, и микросхема генерирует электрические импульсы амплитудой 1–5 В. Акселерометр указывает на необходимость учащённого сердцебиения при физических нагрузках. Вся информация записывается в запоминающем устройстве и может считываться с антенны с помощью радиосигнала, поступающего через кожу.

Имплантируемый электрический дефибриллятор снимает фибрилляцию предсердия или желудочка, посылая в сердце мощный сигнал (энергией 30 Дж), и восстанавливает тем самым работоспособность сердца. Таким же образом снимается тахикардия (перебои сердцебиения).

рис.2

Обычный электрокардиостимулятор имеет один ли два вывода, предназначенных для ускорения сердцебиения, если сердце работает вяло. Сейчас уже есть модели с третьим выводом (на рисунке не показан), подсоединяемым к левому желудочку для синхронизации, при необходимости, его сокращений.

Кончик провода фиксируется внутри сердечной мышцы, чтобы при необходимости послать в проводящие клетки возбуждающий электрический импульс. С помощью этого же проводка передаётся информация о ритме сердцебиения. Стероид расходуется в течение нескольких месяцев после имплантации, сводя к минимуму риск воспаления.

рис.3

Корпус кардиостимулятора или дефибриллятора имплантируют непосредственно в грудь пациента, а электрические провода выводят через вены и фиксируют в сердечной мышце.

рис.4

Знаете ли вы, что?..

Продолжение следует

Scientific American, 2004, November, p. 102–103.

Сокр. пер. с англ. Н.Д.Козловой