Impulsvorming en geleiding over het hart
Elke hartslag begint met het actiepotentiaal, een elektrische impuls door het hart. Het actiepotentiaal start in de sinusknoop die in de rechterboezem ligt. Hierna verspreidt de actiepotentiaal zich over beide boezems zodat deze samentrekken. Via de AV-knoop, bundel van His, de linker- en rechterbundeltak en de Purkinjevezels gaat het actiepotentiaal ten slotte naar de hartkamers, waardoor deze zich samentrekken.
Een gezonde sinusknoop zorgt voor 60-100 actiepotentialen per minuut: het sinusritme. Wanneer ook de geleiding van het hart gezond is, zal het hart daadwerkelijk met die frequentie samentrekken. De boezems trekken eerst samen en daarna de hartkamers, dit heet atrioventriculaire (AV-)synchronie. Dit wordt veroorzaakt doordat de actiepotentiaal op slechts één plek van de boezems naar de ventrikels gaat, de AV-knoop, waar de geleiding relatief traag is. De hartkamers hebben hierdoor de tijd om gevuld te worden door het samentrekken van de boezems, wat zorgt voor circa 20% van het slagvolume van de hartkamers.
Ritme- en geleidingsstoornissen
Een trage hartfrequentie (onder de ca. 60 hartslagen per minuut), oftewel bradycardie, kan meerdere oorzaken hebben. Een traag sinusritme (sinusbradycardie) is normaal in slaap en bij getrainde sporters. Wanneer een bradycardie veroorzaakt wordt door dysfunctie van de sinusknoop (sinusknoopdysfunctie) of een ziek geleidingssysteem (atrioventriculair [AV]-blok), is dit pathologisch en spreken we van een bradyaritmie. Dit wordt meestal veroorzaakt door ouderdom-gerelateerde degeneratie van die weefsels, maar kan ook veroorzaakt worden door een hartspierziekte, verhoogde bloeddruk, diabetes, of na hartchirurgie. Bradyaritmieën kunnen leiden tot verminderde inspanningstolerantie, duizeligheidsklachten, flauwvallen en overlijden.
Pacemakers
Het behandelen van bradyaritmieën met pacemakers gaat al een tijd terug. De eerste implanteerbare pacemaker werd in 1958 in Zweden geplaatst. Sindsdien is het gebruik van pacemakers flink toegenomen: momenteel worden er jaarlijks rond de 1 miljoen geïmplanteerd. Pacemakers worden bij patiënten met een ernstig AV-blok geïmplanteerd zodat patiënten langer leven. Bij de andere ritme- en geleidingsstoornissen wordt een pacemaker met name geïmplanteerd om klachten te verbeteren. De traditionele pacemaker bestaat uit een pulsgenerator met één of meer draden. De pulsgenerator wordt onder het linkersleutelbeen onder de huid geïmplanteerd en de draden worden via de aderen in het hart geïmplanteerd.
De meeste mensen krijgen een pacemaker met twee draden, zodat een actiepotentiaal in zowel de rechterboezem als de rechterhartkamer opgemerkt kan worden en, wanneer er geen actiepotentiaal is, op beide plaatsen impulsen gegeven kunnen worden. Hiermee wordt zoveel mogelijk AV-synchronie, het in serie samentrekken van achtereenvolgens de boezems en de ventrikels, bereikt. Wanneer er alleen een draad in de rechterhartkamer zit, kan namelijk het pacemaker syndroom optreden. Dit bestaat enerzijds uit vermoeidheid doordat de hartkamers niet maximaal gevuld worden en anderzijds uit klachten die ontstaan doordat de boezems samentrekken terwijl de kleppen naar de kamers nog dicht zijn.
Ondanks de voordelen van behandeling met de pacemaker, komen er vrij vaak complicaties voor. Deze zijn met name gerelateerd aan de draad (bv. draadbreuk of infectie) of aan de ruimte onder de huid waar de pulsgenerator geplaatst is (bv. nabloeding). Deze complicaties kunnen ervoor zorgen dat de pacemaker vervangen moet worden, wat soms een risicovolle procedure is omdat de draden na verloop van tijd vastgroeien in het hart. Om deze reden is de ontwikkeling van nieuwe pacemakers zonder pulsgenerator of draden, zogenoemde draadloze pacemakers, in volle gang.
Eerste kunstmatige pacemaker van Hyman (1932)
Draadloze pacemakers
Al in 1970 werd het idee opgebracht van een draadloze pacemaker, welke ongeveer de grootte had van een inktvulling en volledig in het hart geïmplanteerd wordt. Deze technologie is toen niet van de grond gekomen omdat de batterijen nog niet zo klein gemaakt konden worden. Ook kon er nog niet goed gecommuniceerd worden met een dergelijke pacemaker in het hart. Door verbeteringen op die gebieden zijn draadloze pacemakers sinds ongeveer 10 jaar wel de realiteit. In 2012 werd het eerste model, de Nanostim (Abbott), voor het eerst in mensen geïmplanteerd. Dit was een draadloze pacemaker die via de liesader en de onderste holle ader in de rechterhartkamer geplaatst werd met een helix. Helaas werd na enkele jaren duidelijk dat de batterij na verloop van tijd onbetrouwbaar werd en werd gestopt met het implanteren van dit model. Ondertussen was een ander model ontwikkeld, de Micra (Medtronic), die sinds 2014 geïmplanteerd wordt. Dit model lijkt erg veel op de Nanostim, behalve dat de fixatie in de rechterhartkamer uit vier kleine haakjes bestaat. Bij deze pacemaker doet de batterij het tot op heden goed.
De beperking van behandeling met draadloze pacemakers was tot 2020 dat draadloze pacemakers alleen in de rechterhartkamer het actiepotentiaal konden opmerken en impulsen konden geven. Hierdoor kon AV-synchronie niet goed behaald worden, terwijl de meeste patiënten hier wel baat bij hebben. Daarom werd een Micra ontwikkeld met nieuwe software. Met die software werd het mogelijk dat de draadloze pacemaker in de rechterhartkamer het samentrekken van de rechterboezem op kon merken met de ingebouwde accelerometer (gebruikt voor rate-responsive pacing). Zodoende kan deze draadloze pacemaker een impuls geven aan de rechterhartkamer direct na het samentrekken van de rechterboezem. Dit werkt goed in rust, maar bij hogere hartfrequenties kan deze pacemaker het samentrekken van de rechterboezem niet onderscheiden van ruis. Daarnaast kunnen er met deze pacemaker alsnog geen impulsen worden afgegeven aan de rechterboezem, wat bij sommige patiënten wel nuttig is. Er moest dus meer gebeuren voordat de draadloze pacemaker voor het merendeel van de patiënten geschikt was.
Dubbele draadloze pacemakers
Om die reden is de dubbele draadloze pacemaker, de Aveir DR (Abbott), ontwikkeld. Dit zijn twee draadloze pacemakers, waarvan één in de rechterhartkamer en één in de rechterboezem geïmplanteerd wordt. Deze pacemakers communiceren via het bloed om AV-synchronie te bewerkstelligen. Dit heet conductive communication en deze manier van communiceren is geheel nieuw in het menselijk lichaam. Beide pacemakers kunnen de actiepotentiaal opmerken en een impuls geven wanneer dit nodig is. Zodoende functioneert deze hetzelfde als de traditionele pacemaker met twee draden, behalve dat deze pacemakers een stuk kleiner zijn. Deze pacemakers worden verankerd in het hart met een helix (net als de Nanostim – ook van Abbott). Het is de bedoeling dat wanneer de batterijen leeg zijn, deze pacemakers weer via de lies verwijderd kunnen worden en nieuwe geïmplanteerd kunnen worden. De verwachte batterijduur is 5-7 jaar en daarmee iets korter dan de batterijduur van de traditionele pacemakers. Deze dubbele draadloze pacemaker wordt momenteel in studieverband in mensen onderzocht. Het Amsterdam UMC neemt ook deel aan deze studie (onderzoekers dr. Knops en drs. Breeman). Bij goede resultaten zal behandeling met draadloze pacemakers voor veel meer patiënten mogelijk worden.
