МИЭТ Кафедра БМС Научная работа
Проект «Дефибрилляция»
В России ежегодно происходят сотни тысяч остановок сердца. Аритмии являются первичным механизмом остановки сердца. Исходный ритм при остановке сердца — это чаще всего быстрая желудочковая тахикардия, переходящая в фибрилляцию желудочков, а затем в асистолию, т.е. полную остановку сердца.
Во время фибрилляции желудочков происходит хаотическое неэффективное сокращение сердечной мышцы. Менее опасной, но намного более часто встречающейся, является фибрилляция предсердий. Установлено, что электрический ток определенной силы и длительности, пропущенный через сердце во многих случаях способен подавить ФЖ и ФП и восстановить нормальный сердечный ритм.
Наружная электрическая дефибрилляция сердца человека широко распространенный и эффективный метод в реаниматологии, в системах жизнеобеспечения и защиты человека, в том числе в экстремальных условиях. Общая величина мирового рынка для наружных дефибрилляторов составила более млрд. долл. в 2006 году, а прогнозируемая величина составляет более 3 млрд. долл. к 2012 году. Ежегодно продается приблизительно 100 000 шт. наружных электрических дефибрилляторов/кардиовертеров (НЭД), причем предлагается более 50 их разнообразных моделей и имеется более десятка основных производителей данного вида медицинских аппаратов. Разнообразные НЭД отличаются внешними формами, размерами, функциональными свойствами, областями предпочтительного применения и т.д.
В США и многих станах Европы приняты законодательные акты, разрешающие использование автоматических наружных дефибрилляторов непрофессионалами - работниками служб экстренной помощи и обученным добровольцам. После введения программ публичной дефибрилляции замечено двукратное сокращение смертности от внезапной остановки сердца.
Отправной точкой при проектировании НЭД является выбор формы электрического импульса дефибрилляции. Однако наиболее эффективная форма этого импульса неизвестна. Фундаментальная проблема состоит в том, что до настоящего времени, несмотря на интенсивные исследования, отсутствует понимание природы (механизма) электрической дефибрилляции. В том числе не понятна причина более эффективной дефибрилляции при использовании биполярного электрического импульса, чем при использовании монополярного импульса. Кроме того, проблема состоит и в том, что, с одной стороны, по современным представлениям, подтвержденным большим количеством экспериментальных данных, механизм наружной электрической дефибрилляции обусловлен пассивным распространением трансмембранного потенциала (ТМП) вглубь миокарда непосредственно в течении действия внешнего электрического импульса. С другой стороны, в соответствии с теоретическими моделями электрофизических свойств миокарда, пассивное распространение ТМП в течение действия внешнего электрического импульса на расстояния больше нескольких миллиметров от электродов невозможно. По настоящее время данная проблема активно обсуждается. Тем не менее, для разработки инновационных научно-технических решений при проектировании наружных электрических дефибрилляторов нового поколения можно сформулировать следующие общепринятые принципы, соответствующие мировому уровню (Селищев С.В. Современные медико-технические принципы проектирования внешних электрических дефибрилляторов // Труды научно-практической конференции "Электростимуляция - 2002", ЗАО "ВНИИМП-ВИТА" (НИИ медицинского приборостроения РАМН), Москва, 2002 г., с. 23-31):
В России исследования по дефибрилляции начались в конце 40-х годов, первые приборы поступили в клиники в начале 50-х годов. В США Золл (Zoll) первым провел внешнюю электрическую дефибрилляцию в 1956 году. В 1961 году им, а так же Эдмарком (основателем фирмы “Physio Control”), были представлены первые коммерческие внешние дефибрилляторы для клинического применения.
Первые дефибрилляторы имели монополярную форму импульса, с напряжением на накопительном конденсаторе до 7…8 кВ. Высокий уровень напряжения приводил к ожогу тканей в процессе дефибрилляции и к высокому уровню травматичности. В результате исследований, проводившихся в России в 70-х годах, было выяснено, что форма импульса имеет большое значение для эффективности дефибрилляции. Исследования проводились под руководством Н.Л. Гурвича (Рис. 1) и форма импульса известна как «импульс Гурвича».
Профессор Гурвич проводит эксперимент по дефибрилляции (Москва, 1969 г.)
Рис. 1. Профессор Гурвич проводит эксперимент по дефибрилляции (Москва, 1969 г.)
Результатом исследований стал серийный выпуск в начале 70-х дефибрилляторов с биполярной квазисинусоидальной формой импульса. Квазисинусоидальная форма импульса позволяла производить дефибрилляцию при намного более низких значениях энергии, что позволило резко снизить травматичность дефибрилляции. Основным недостатком дефибрилляторов с биполярной квазисинусоидальной формой импульса первого поколения была большая масса. Форма импульса таких дефибрилляторов широко известна в мире, ведущие производители дефибрилляторов проводили клинические исследования, доказавшие превосходство импульса Гурвича.
За рубежом дефибрилляторы с биполярной формой импульса появились только в середине 90-х годов. Существовавший тогда уровень техники не позволял создать малогабаритный дефибриллятор с биполярной квазисинусоидальной формой импульса. За рубежом была выбрана биполярная экспоненциальная форма (известная за рубежом как biphasic truncated exponential (BTE)), менее эффективная, но более простая в реализации. В силу ограничений существующей элементной базы, ток импульса дефибрилляции с такой формой не превышает 10…15 А для пациентов с импедансом грудной клетки 100…150 Ом, при необходимом токе в 20…30 А. Указанные ограничения приводят к значительному увеличению энергии, требуемой для успешной дефибрилляции, с 200…220 Дж для квазисинусоидального биполярного импульса, до 350…360 Дж для BTE импульса. На Рис. 2 и Рис. 3 представлено сравнение различных форм биполярного импульса приблизительно одинаковой эффективности. На Рис. 12 отчетливо видно, что одинаковые по эффективности импульсы имеют различные энергетические параметры, для БТЕ импульсов требуется намного больше энергии. На Рис. 3 видны ограничения, присущие БТЕ технологии и вызванные предельным напряжением используемых электронных компонентов.

Сравнение форм импульса при импедансе грудной клетки 50 Ом Сравнение форм импульса при импедансе грудной клетки 150 Ом
Рис. 2. Сравнение форм импульса при импедансе грудной клетки 50 Ом. Рис. 3. Сравнение форм импульса при импедансе грудной клетки 150 Ом.
В России наибольшим опытом по данной тематике обладает кафедра биомедицинских систем МИЭТ, занимающаяся проблемой дефибрилляции с начала 90-х годов. За это время накоплен значительный задел, как в виде теоретических исследований, так и при реализации НИР и ОКР. Сотрудники кафедры принимали участие в разработке практически всех отечественных и нескольких зарубежных дефибрилляторов.

Чтобы сердце билось Медицинские заботы Дмитрия Медведева
«Чтобы сердце билось»
Репортаж корреспондента НТВ Сергея Малозёмова для программы «Сегодня» 17.01.2008, 21:19.
«Медицинские заботы Дмитрия Медведева»
Репортаж корреспондента НТВ Инны Осиповой для программы «Сегодня» 05.02.2008, 21:57.