起搏器的自动化功能

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1、起搏器的自动化功能陈柯萍 张澍 心脏起搏器的发展经历了固定起搏器、程控起搏器、双腔起搏器和频率适 应性起搏器等阶段。电极导线也相应的从材抖、工艺和技术上有了很大发展。心 脏起搏器变得更为生理，电池消耗进一步减缓而起搏器体积也日益变小。起搏器 现代发展的一个重要方面是起搏器的自动化功能。所谓起搏器的自动化功能，是指起搏器的工作方式及工作参数能根据病人 的需要及心律情况自动调整，以适合病人的需要和避免不利的心律状态。如阵发 性房颤的患者植入双心腔起搏器后，一旦房颤发作，为避免起搏器对心房的跟踪 产生过快的心室率，起搏器的起搏方式会自动由DDD转变成DDI或VVI,心室 频率变得稳定而正常。自动化功

2、能弥补了以往起搏器的不足，拓宽了起搏器的适 应证。了解这些自动化功能的原理以及工作方式，对于判断起搏心电图、合理程 控非常重要。本文介绍几种常见的自动化功能。1起搏频率的自动调节起搏频率的自动调节是指起搏器按照预先设定的程序，自动调整频率以适应 病人的不同需要。现代起搏器频率的概念越来越多。在理解起搏频率的自动调整 之前，需首先理解以下几个起搏频率的基本概念：低限频率（low rate）是起搏 器在没有传感器驱动时的频率，即程控的最低频率；睡眠频率（sleep Rate）是 指在患者睡眠期间，起搏器由低限频率降至一更低频率，使病人更好的休息；上 限跟踪频率（UTR, MTR）是发生心房感知、心

3、室跟踪时所能到达的最大起搏 频率（DDD和VDD模式）；上限传感器频率（USR, MSR）见于频率反应式起 搏方式，在剧烈的体力活动时传感器驱动的最大频率，在DDDR和VDDR模式， 当模式转换（m ode switch ）打开时，上限传感器频率可以高于、低于或等于上限 跟踪频率。另外在 Medtronic 公司的 Kappa 系列起搏器中，还有一个日常活动频 率（actiVties of daily living rate，ADL rate）是病人在轻微活动时所期望能到达 的传感器驱动的目标频率，通常 ADL 频率大于低限频率 20 次/分，小于上限传 感器频率 10 次/分。（）频率适应性

4、起搏，频率适应性起搏器的工作原理是起搏器电子线路中含 有一种生物传感器，它能识别患者运动产生的生物信号，从而调节起搏器的脉冲 频率，以满足患者运动时对心排出量的需要。常用的生物传感系统有对肌噪音反 应系统、每分通气量、重力加速度等。为提高对运动反应的敏感性和特异性，目 前有多种具有双重传感器的频率适应性起搏器。理想的频率适应性起搏器的生物 传感-反应系统要求 1）对运动，包括生理的和心理的负荷反应敏感并特异; 2） 起 搏器频率上升速度符合生理性; 3）运动停止后起搏器频率减慢应有一定的滞后性 并逐步减慢，以满足体内逐步完成的代谢过程对氧的需要。由于频率适应性起搏 器已不是一个新近概念，在此不

5、作详细讨论。（二）睡眠频率：设计睡眠频率的原理是正常人心率变化有昼夜周期性变化， 即心率变异性，夜间睡眠时心率比白天心率要慢，为使起搏器的频率尽可能的模 仿正常人心率昼夜变异性，应让病人夜间使用睡眠频率。尽管目前尚无系统的研 究资料说明使用睡眠频率有更多血流动力学的好处，但是病人会感觉更为舒适， 理论上讲夜间心肌能得到更好的休息，同时起搏器的使用寿命会延长。一般来讲 大多数病人均可使用睡眠频率，但不适合有快速室上性心律失常的病人，因为过 慢的基础心率会促进心律失常的发作。睡眠方式的使用分固定睡眠方式（如 Medtronic 公司的 Kappa 系列起搏器） 和动态睡眠方式（如 Pacesett

6、er 公司的 Trilogy 系列起搏器）。固定睡眠方式的使 用比较简单，我们只需要将患者 24 小时人为分成两个时间段，如白天为清醒时 间段，夜间为睡眠时间段，以Kappa系列起搏器为例，当Sleep程控为on时， 在程控的睡眠时间段内，起搏器以更慢的睡眠频率取代程控的低限频率。到达程 控的上床时间（bed time）时，起搏器逐渐降低心率，30分钟内将频率从程控的 低限频率降至程控的睡眠频率。到达程控的觉醒时间（wake time）时，起搏器 逐渐增加频率， 30 分钟内将频率从程控的睡眠频率升至程控的低限频率。这种 固定睡眠方式的程控对部分患者可能不适合，如老年人或经常出差的患者睡眠时

7、间不规则。克服这一不利的情况是使用动态睡眠方式，这种方式的应用是通过生 物传感系统起作用的。生物传感系统将人的活动以一个定量参数活动变量 （activity variance）表示，当活动变量低于程控的设定值时，起搏器启动睡眠方式, 而当活动变量超过程控的设定值时，起搏器则取消睡眠方式, 回复到白天较快的 基础频率。随着活动量的增加，传感器驱动频率则在此较高的基础频率上进一步 增加。起搏器使用动态睡眠方式不仅适合洲际旅行的患者，也能在白天午睡时起 作用。（三）频率骤降反应:频率骤降反应用于治疗神经介导性晕厥。神经介导性晕厥是指由于神经反射 机制引起的严重、短暂的低血压和心动过缓导致意识丧失。可

8、分为 3个临床类型: 1） 血压降压型；2） 心脏抑制型，表现为严重的心动过缓；3） 混合型，兼有低 血压和心动过缓。2、3 两型有可能通过心脏起搏治疗获益。神经介导性晕厥中 最常见的为血管迷走性晕厥和颈动脉过敏综合症。血管迷走性晕厥发作时,大多 数病人合并心动过缓,心率低于 60bpm 甚至更慢，但是值得注意得是病人先有血 管扩张、低血压反应，然后出现心动过缓,而且 25%的病人晕厥发作时,并不伴有 明显的心动过缓。颈动脉窦过敏综合征是指当左或右侧颈动脉窦受到刺激后反射 性地引起心跳减慢 （窦性停搏和/或房室阻滞）和/或血压下降, 病人会出现晕厥 反应。临床上主要为心脏抑制型。常规应用双心腔

9、起搏器可起心率支持作用，但由于共存的血管扩张反应， 因此疗效并不肯定。提高起搏器的下限频率（80-100ppm）可达到进一步改善疗效 的目的，然而平时过快的起搏频率会对患者带来许多不利后果。使用最新的起搏 程序“频率骤降反应”则可比普通双心腔起搏器更为有效和方便地治疗神经心源 性晕厥及颈动脉窦过敏综合征。无论是血管迷走性晕厥或颈动脉窦过敏综合征，他们共同的特征是心率的 突然减慢。新的自动起搏程序“频率骤降反应（RDR） ”具有能快速识别心率的变 化、短暂的高频率起搏、逐步回到原有的基础起搏频率等特征。以 Medtronic Kappa 系列起搏器为例，依据倾斜试验或 Holter 记录了解病

10、人的心率情况及频率下降程度来程控设定频率骤降反应的工作参数，有两种识别 反应方式，1）频率骤降识别:检测时间窗口 10秒到2分钟，频率骤降10-50bpm 或下降到30-50bpm,检测心动周期数为2个，一旦触发起搏器工作，则起博干 预频率为 60-180ppm, 时间 1到15分钟。 2）低限频率识别, 患者1到3个心跳 其频率下降到程控的低限频率，则触发起搏器设定的治疗频率（60-180ppm）工 作。颈动脉过敏综合征的心脏抑制型是起搏治疗的适应证，临床疗效肯定，但是 血管迷走性晕厥， 其血压降低常常先于心率减慢， 而起搏器的反应是由心率来决 定的, 因此其反应是迟钝的, 疗效也就难以肯定

11、，需进一步改进起搏程序。2自动 AV 间期调整自动 AV 间期调整包括三个方面的含义：（1）频率适应性 AV 间期，随着频 率的增加，AV间期相应缩短；（2）AV间期的自动延长，以利自身房室传导；（3） AV间期的自动缩短，保持右室心尖部先激动，适用于肥厚梗阻性心肌病。下面 分别介绍。（1）频率适应性 AV 间期：生理状态下儿茶酚胺的增加会缩短房室传导时间， AV间期与心率呈负相关。因此带有AV延迟的频率自适应功能起搏器优于固定 AV间期的起搏器。AV延迟的自动改变可以由于生物感知器信号或感知自身心房 频率从而使起搏器既能选择一个休息下的理想AV延迟，也能提供在运动时或快 心率时较为有效的 A

12、V 延迟，从而保证运动时足够的心室充盈时间，提供更好的 血流动力学效应，另外由于AV间期缩短可以使心房总不应期缩短，提高了房室 1 : 1的跟踪频率。目前好的起搏器己设有两种不同的 AV延迟，一是起博 AV（PAV），另一叫感知AV（SAV）以进一步精确AV传导时间。（2）AV间期的自动延长：DDD起搏器保持了正常的房室传导顺序，但心室起 搏后为右心室心尖部先起搏，心室内的激动顺序发生改变。异常的心室内的激动 顺序同样会对血流动力学产生影响。因此对于病窦综合征的患者或间歇性房室传 导阻滞的患者，医生希望能尽可能保证自身房室下传。程控为 AAI 方式起搏可 达到此目的，但是对于有间歇性房室传导阻

13、滞的患者不适用；或者有些医生将 AV间期程控为一足够长的AV间期以保证最大成都的自身下传，但是较长的AV 间期使心房总不应期延长，从而限制了上限跟踪频率，而且在房室传导障碍发生 时，较长的AV间期会对血流动力学产生不利影响。自动AV间期延长则可克服 以上缺点，当AV传导相对好的情况下允许一个长的AV间期，而有AV阻滞时 则自动调整为一个较短的AV间期。Pacesetter的起搏器称之为正性AV滞后，在一定时间的起搏AV后，起搏器 自动延长 AV 间期到一个更长的基础长度，如果在这段时间内有自身 R 波出现， 则此时起搏器将设定这个较长的 AV 延迟从而抑制心室脉冲的发放。如果病人 AV传导正常

14、，起搏器可以自动调节在长AV延迟，以保证心房起搏经自身房室 下传所带来的良好血液动力学效应。如果病人是 AV 阻滞需要心室起搏时则 AV 是短的，在调整时先发放一个长 AV 的心室脉冲，目的是尽可能鼓励激动下传。 在这个 AV 间期下如果仍不见下传激动则心室脉冲夺获心室。下一个周期起搏器 自动缩短AV间期直到一个较为生理的AV间期。在这个“短” AV间期下，即 使自身可以下传，也因自身 AV 间期相对较“长” 因此下传能力被掩盖。起搏 器会按程控的时间间隔定期的延长AV间期、重复上述过程去检测自身下传是否 恢复。Medtronic Kappa 系列起搏器中，这种功能叫做“ AV 间期自动搜索功

15、能”，其 工作原理与 Pacesetter 起搏器略有差异，首先设定一 AV 间期，在设定的 AV 间 期中出现三个区：C区一心室起搏（VP）前15ms内；B区一VP前5515ms 之间；A区一VP前55ms心房后心室空白区之间。检测窗口为16个心动周期。 若在16个心动周期中，$8个自身下传的QRS波落在C区，提示设置的AV间期 较短，AV间期自动延长31ms；$8个自身下传的QRS波落在A区，提示设置的 AV间期较长，AV间期自动缩短8ms；8个自身下传的QRS波落在B区，提示 AV间期设置合适，保持不变。这种工作程序在法国ELA公司叫做DDD/AMC方式，AMC的意思是”自动 起搏方式改

16、变”。当起搏器以DDD方式工作时监测AV间期。用现有AV间期 +47 ms去检测是否有下传的R波，这种”search”功能每100个周期进行一次， 若检测自身AV传导正常，则起搏器自动转为AAI工作方式，当AV传导阻滞时, 自动恢复DDD方式。通过使用这种功能，DDD起搏器经自身下传的QRS比例 明显增加， 其结果一方面病人有更好的血流动力学效应，同时也节省了不必要的 电池消耗。（ 3） AV 间期自动缩短AV 间期自动缩短又称负性 AV 间期滞后，此功能用于肥厚梗阻性心肌病。 短 AV 的目的是使起搏器早于正常房室传导系统激动心尖部，改变心脏的激动顺 序减少流出道梗阻。但是由于这种病人心肌顺

17、应性差，心房收缩对心室充盈很重 要，因而又要求有尽可能长的 AV 间期，故需平衡这两方面的因素，合理设定 AV 间期。实际工作中，休息状态下 AV 间期的设定可依据血液动力学或超声多 普勒的评价，但是难以预测运动时正常房室传导缩短的程度，因此大多数起搏器 具有的动态AV延迟功能，对此类患者效果不尽理想。而负性AV滞后是由医生 事先设定一个滞后间期，当有自身下传的 R 波时起搏器会感知这个 R 波并测量 此间期，并自动缩短下一个心动周期的 AV 间期，即减去一个滞后间期。另外与 正性滞后一样，起搏器也会定期自动检测自身AV间期，假如起搏器又能在较长 的AV间期起搏心室，起搏器则将AV延迟恢复到原

18、先的较长值。3自动起搏方式转换自动起搏方式转换功能（automatic mode switching, AMS）是当患者发作阵发性 室上性快速心律失常时，起搏器从心房跟踪方式（DDD或DDDR）自动转换成非 心房跟踪方式（VVI、VVIR或DDI、DDIR）,而当心律失常终止后又自动恢复成 跟踪方式（DDD或DDDR），是近年来研制开发和应用最多的处理室上性快速心 律失常的一种起搏器功能。理想的AMS功能要求具有更好的感知/反应的特异性 和敏感性（前者更重要），要求有更好的可程控性。影响AMS工作的因素包括：1 心房信号幅度；2 心房信号幅度的变异; 3 心房信号频响; 4 房性快速心律失常的

19、 周长；5 心房空白区；6 心房电极的类型、极性、极间距和位置。Medtronic Kappa 系列的起搏方式转换是依感知到的心房激动的频率及数 量，具体的说是采用”4/7”标准，首先程控设定一个房颤诊断标准，即感知到的 心房激动的频率，一般在120-200bpm, norminal 175bpm,若检测到的7个心房激 动有 4 个达到房颤诊断频率即可触发起搏方式转换功能，此功能在房颤发生后 3.5 秒钟内起作用。 Kappa 系列起搏器的起搏方式转换终止条件一是检测到连续 5 个 AP-VP 顺序，二是连续 7 个心房激动不超过最大跟踪频率。为更好识别快 速的心房活动，Kappa系列起搏器对

20、心房空白期有专门的处理，称为空白期房扑 搜索。当起搏器发现连续8个AA间期2倍的TAB,并且房率1/2的房性心律 失常检测频率时，起搏器会自动延长心室后心房不应期（PVARP）从而使原先落 在空白期的扑动波被感知而启动起搏方式转换。Pacesetter 的 Affinity 系列中，AMS 功能是通过称之为”FARI”（ filtered atrial rate interval）的程序实现的，如果心房率加快，FARI等于感知到的心房周长减 去38ms；当心房频率开始减慢时，FARI等于感知到的心房周长加25ms。FARI 低于最大跟踪频率，每个P波后仍然跟随QRS波；FARI超过最大跟踪频率

21、时， 起搏器以最大跟踪频率起搏，并通过 PVARP 的相对不应期部分继续感知心房波 以识别最快心房频率；FARI超过程控的房性心动过速检测频率（ATDR）,起搏 器自动转换为非跟踪方式。当 FARI 低于最大跟踪频率或最大感知驱动频率（频 率适应性起搏方式时）中的任何一个时，起搏器转复回跟踪方式。FARI程序的 应用可避免因感知单个的房早而发生方式转换，也避免了对非持续性房速的反 应，因而提高了方式转换的特异性。它只在发现较快的、持续性房性心律失常后 才转换起搏方式，同时却又不轻易转换回来，因此提高了特异性，减少了方式转 换震荡现象。使用FARI程序的不足之处是在方式转换过程中有延迟现象。El

22、a公司的Brio和Talent系列起搏器的自动起搏方式转换称为Fallback Mode Switching （FMS）,能对每一次房性早搏作出反应。该系列起搏器使用心房频率 加速监测窗口（windows of atrial rate acceleration detection，WARAD），代替了常用 的心室后心房不应期（PVARP）。WARAD是一项非程控参数，它应用于模式转换 打开时。任一心房事件触发了一个 AV 延迟，同时开始了一个 WARAD 以监测房 性心律失常， WARAD 值是动态变化的，与其平均窦性 PP 间期（最近 8 个 PP 间期的平均值）有关：如果平均PP间期v75

23、0ms （窦性心率80bpm）时，WARAD 等于平均PP间期的75%；如果平均PP间期750ms （窦性心率80bpm）时， WARAD 等于平均 PP 间期的 62.5%。当提前的心房激动落在 WARAD 内，起搏 器不触发AV延迟，WARAD重整周期至500ms，以避免心房过早起搏。该功能 使起搏器在检测和确认房性心律失常过程中（detection），对心室率已经开始限制， 避免不适当的跟踪，使心室率在起搏方式转换前就已经稳定。当起搏器检测到连 续的房性心律失常并符合下列两项标准中的一项时，就发生起搏方式转换：第一 项标准是 32 个心动周期中，有 28 个连续心房激动落在 WARAD

24、内；第二项标 准是分别发现两组至少每组 32 个心动周期中有 18 个连续的心房激动落在 WARAD 内，后者适用于有间隙性感知不足存在时。4自动阈值测试功能起搏阈值是指脉冲剌激能夺获心脏的最低输出 （电流）水平。导线电极植入后 起搏阈值有一个升高的过程，因此植入时测定的急性期阈值不能代表慢性期的阈 值水平。早期的观察发现即使在慢性期，起搏阈值也不是恒定不变的。因此，为 保证起搏器能始终如一夺获心脏，须将起搏器的输出程控在一个较高的水平，以 前一般将输出电压设定在阈值两倍，但也不一定 100%可靠。起搏阈值与起搏器 实际输出之间的差别叫做安全范围（safety margin）。但是起搏器一直以

25、较高的输出 工作会缩短电池寿命, 所以医生总希望将起搏器的输出程控在尽可能低的水平。 尽管目前所用的激素缓释电极己经使急性和慢性起搏阈值保持在低水平，但若将 输出程控在固定的低水平医生还是担心的。 1994 年美国 St.Jude 的 Pacesetter 公 司最先在市扬上推出”AutoCapture Pacing SystejS”在Regency 和Microny 以及 新近（1999）投放市场的 Affinity 系列起搏器。此后其它公司也相继生产了具有类 似功能的起搏器，如美国 Medtronic 公司的 Kappa 系列中的 Capture Management, 德国 Bitron

26、ik 公司的 Logos 中的 Capture control 和法国 Ela 公司 Talent II 中的 Autocapture 所不同的是 Pacesette 的 AutoCapture 的工作是持续的监测每一个搏 动。Medtronic公司在Kappa系列中应用的心室夺获管理系统（ventricular capture management）能自动（定期）测量心室阈值然后调节输出能量（电压及脉宽），测定过 程中始终有后备脉冲以保证有效夺获心脏，因此该起搏系统有识别起搏夺获心室 反应（evoked response）能力，以判断发放的脉冲是否夺获心室。此功能适用于目 前世界上任何公司的

27、电极导线。该系列产品自动阈值测定功能可程控在只监测、 自动调整和关闭。出厂状态（Norminal）为自动调整。正常情况下起搏器每天（可 程控为 7、14、28 或42 天）测定阈值一次，也可每15 分到 12小时测定一次。为 保证有效测定，起搏器应处于合适的工作状态，如正常的感知功能、频率应 lOObpm,现有的输出需PMT”程控为“ENABLE”, 如果测出10个连续的PV事件（心房感知，心室起搏）的频率超过程控的PMT 检测频率，起搏器则延长PVARP至480ms，将不能感知第10次V波后发生的 逆传P 波,从而终止PMT。第二种方法称自动识别发现功能（“AUTO DETECT”）： 第一

28、步是监测（detection），起搏器发现心房频率（P-P间期）超过程控的PMT 检测频率（可程控为90min-1MTR）时，将测试其VP间期的稳定性，计算连 续8个VP间期的平均值，若每个VP间期与平均VP间期之间的差别小于16ms, 则认为VP间期稳定。第九个PV间期将被缩短（若PV间期 100ms）或延长31ms（若PV间期V100ms）。如果随后的VP间期与平均VP间期的差别仍在16ms 内, 起搏器将确认该心律为PMT。第二步是对PMT的反应（response）,当确定为 PMT时，起搏器抑制心室输出，并将在感知到逆传P波后330ms （120ms为绝 对不应期，210ms为心房警觉

29、期）时发出心房刺激，然后再按设定的AV间期提 供心室输出（图 19、20）。Ela公司的Brio起搏器在下列情况下怀疑其为PMT： 1）心动周期以心室起搏 开始；2） AV延迟以心房感知开始；3） VP间期v469ms；4） 8个连续的心动周期，VP -VP . v31ms。一旦怀疑为PMT则第9个心动周期采用63ms的AV延 max min迟干预，VP仍稳定，则确定其为PMT。然后起搏器采取下列两种程控方式：一 为“终止（TERMIN）”方式，确定PMT后，自动延长下一个PVARP为500ms， 以基础频率为逸搏间期起搏。二为“重新程控（REPROG）”方式，若在24小时 中有10次PMT发

30、作，则重新程控休息AV间期及运动AV间期，以步长16ms 缩短休息AV间期及运动AV间期，预防PMT发生。休息AV延迟最短可至125ms， 运动 AV 延迟最短可至 78ms。6感知敏感度的自动调节现代起搏器感知功能己不仅仅是为了按需起搏的目的。心律失常的诊断、启 动某些诊断和治疗程序均要求保证稳定的感知功能。此外随着起搏治疗适应症的 扩大，要求起搏器能在各种心肌功能情况下处理各种复杂的心律失常，因此对起 搏器感知功能的要求越来越高。如心房感知功能，要求及时对房早和不规则的房 颤波准确识别，才能及时启动AMS程序。感知敏感度过低不易感知病态的P(F) 波，过高又会造成远场信号的误感知。新型起搏

31、器如Medtronic的Kappa, Ela的 Talant 系列具有感知敏感度自动调节功能，称 sensing assurance, 该功能能自动测 量自身心律的振幅，依此调整心房及心室的感知敏感度。此功能的应用能保证动 态情况下 100%感知正常，起搏器随访时不再需要检测感知功能。感知功能自动 调节的完成是建立在起搏器能及时测定心腔内信号的基础上，后者反过来又可作 为一种诊断功能，动态测定心内P/R波幅度，显示最大感知度、最小感知度和平 均度，具有多种意义和用途。感知安全度是指自身的P波和R波振幅除以感知敏感度值的结果，一般要求 有23倍的感知安全度。Kappa起搏器的感知安全度设置为：心

32、房双极为4.0 5.6倍，心房单极为2.84.0倍，心室感知安全度为2.84.0倍。感知敏感度的 调整是动态的过程，起搏器根据实际测得的心内P波和R波的振幅以及感知安 全度进行调整，使感知敏感度适合于不同的病理及生理情况，从而使起搏器的感 知功能更为可靠，减少感知不足以及感知过度的发生率。随着起搏器自动化功能的发展，起搏器植入后，不需要医生进行频繁的随访 和程控，起搏器可以自动地调整各项工作参数，使其保持最佳工作状态。但是， 起搏心电图也变得更加复杂，如果不详细了解这些功能，就可能作出错误判断， 对一些正常功能的发挥误判为起搏器功能障碍，或者对一些自动化功能的异常作 用未能识别。因此，详细了解每一种起搏器的特殊功能、合理程控、定期随访显 得尤为重要。