Il pacemaker cardiaco: com’è fatto e come funziona

Da quando fu inventato dall'ingegnere statunitense Wilson Greatbatch nel 1960, il pacemaker cardiaco impiantabile è diventato fondamentale per curare molte aritmie cardiache.

Oggi nel mondo sono moltissime le persone che hanno avuto impiantato un pacemaker cardiaco e grazie a questo piccolo dispositivo elettronico possono condurre una vita praticamente normale. Ma non a tutti è chiaro il suo funzionamento.
Con questo articolo cercherò di spiegare in modo semplice e comprensibile come è fatto un pacemaker e come funziona.
Se qualche cosa non dovesse essere chiara, fate domande e vi risponderò alla luce della mia lunga esperienza in questo campo.

Cosa è un pacemaker cardiaco

Il pacemaker cardiaco è un generatore di impulsi elettrici molto deboli ma sufficienti a stimolare il tessuto cardiaco generando una contrazione. Viene alimentato da una batteria ed è così piccolo che viene impiantato sotto la pelle rimanendo quasi invisibile dall’esterno. Uno o più elettrocateteri, passando da una vena, conducono l’impulso generato dal pacemaker al tessuto cardiaco (→ L’impianto di pacemaker).

Il primo pacemakerI primi pacemaker avevano solo una funzione: erogavano impulsi elettrici a frequenza fissa (di solito 70 impulsi ogni minuto) indipendentemente dall’attività cardiaca. Certamente non andava bene per tutti, tuttavia, per molti significò continuare a vivere!

La tecnologia nel frattempo si è perfezionata sempre di più ed il funzionamento dei pacemaker si è evoluto di pari passo. Oggi i pacemaker sono dei veri e propri computer miniaturizzati, capaci di “sentire” il battito cardiaco ed erogare lo stimolo solo quando questo rallenta (funzionamento a demand). Possono essere programmati dall’esterno assecondando le necessità di ogni singolo paziente. Sono in grado di raccogliere e memorizzare informazioni diagnostiche utilissime ad ottimizzare la terapia cardiologica. Il tutto in un contenitore ridottissimo, con batterie che durano un decennio o più e con grande affidabilità di funzionamento.

Dentro il pacemaker: com’è fatto.

quanto è grande un pacemakerIl pacemaker si presenta come una scatoletta metallica piatta (cassa) con una zona di materiale plastico trasparente con dei forellini per l’alloggiamento degli elettrocateteri.
Tutto il sistema è biocompatibile, cioè, tranne rarissime eccezioni, non produce allergie e rigetto da parte dell’organismo umano.

La cassa: è realizzata in titanio o in una lega di titanio medicale ed è interamente occupata dalla batteria e dai circuiti elettrici ed elettronici. Rispetto ai primi modelli è molto più piccola e la forma piatta e leggermente ovale cambia a seconda della ditta produttrice.
La batteria: la funzione principale della batteria di un pacemaker è quella di immagazzinare abbastanza energia per stimolare il cuore. Inoltre deve fornire l’energia per alimentare i microcircuiti. È composta da due metalli: il litio insieme ad un altro (cadmio, iodio o altre componenti) che assicurano una durata abbastanza lunga (oggi circa 10 o più anni!) e soprattutto con un ciclo di vita prevedibile in modo che possa essere conosciuto con anticipo il momento del suo esaurimento. Un preavviso di almeno 3 mesi indicherà il momento della sostituzione di tutto il pacemaker dal momento che la batteria è sigillata al suo interno (→ sostituzione del pacemaker).
Il generatore di impulsi:  È comandato da un microprocessore capace di regolare tutte le funzioni del pacemaker. È collegato ad un circuito elettrico di uscita per erogare gli impulsi (pacing), un circuito elettrico di entrata per rilevare l’attività cardiaca spontanea (sensing).  E poi diversi componenti per la memoria e le varie funzioni di cui pacemaker dispone: il sensore di movimento che adegua la frequenza degli impulsi per assicurare le esigenze dell’individuo; una antenna telemetrica (anche in modalità wireless) che consente di potere entrare in collegamento col pacemaker e modificarne i parametri.
Gli elettrocateteri: sono dei fili sottili costruiti in lega metallica isolati da una guaina in silicone o poliuretano, progettati per trasportare l’elettricità dal pacemaker al cuore. A seconda delle esigenze del paziente, potrà esserci un singolo elettrocatetere, per pacemaker monocamerali o due, per pacemaker bicamerali, addirittura tre per la resincronizzazione del battito cardiaco. Possono avere la punta di ancoraggio al cuore tramite una minuscola vite, oppure tramite microbarbe in silicone. Con il battito costante del cuore, questi fili sono piegati cronicamente e devono per questo essere resistenti alle fratture.
Pacemaker senza fili: Negli ultimi anni la tecnologia biomedica ha sviluppato un pacemaker senza fili (wireless) che si impianta direttamente dentro il cuore. Ovviamente in quei casi particolari in cui si rende necessario questo tipo di dispositivo (→ Pacemaker senza fili).

La funzione elettrica del cuore

sistema20di20conduzione_0Il tessuto cardiaco è costituito prevalentemente da muscolo striato ed è una struttura elettricamente eccitabile. Per questo si contrae in maniera sincrona di modo che può espellere il sangue per il fabbisogno dell’organismo. Questo sincronismo è assicurato da un sistema di cellule specializzate all’interno del tessuto muscolare (il miocardio specifico) capaci di condurre lo stimolo all’interno del cuore. L’impulso base nasce spontaneamente in un punto preciso dell’atrio destro (il nodo seno-atriale) e da lì si trasmette al resto del tessuto muscolare del cuore fino ai ventricoli che sono la pompa vera e propria (→ come è fatto e come funziona il cuore). Un rallentamento patologico del ritmo può essere dovuto ad un difetto nel sistema di erogazione nell’atrio destro, oppure ad un difetto di conduzione degli stimoli ai ventricoli (Blocchi cardiaci di I, II o III grado)

Come funziona il pacemaker?

schema grafico impiantoPer semplificare al massimo, la funzione essenziale del pacemaker è quella di monitorare battito a battito l’attività del cuore ed erogare impulsi elettrici validi a generare una contrazione cardiaca ogni volta che questa rallenta o non viene condotta all’interno del tessuto cardiaco. Nel primo caso l’impulso del pacemaker verrà erogato nell’atrio destro per poi propagarsi per vie naturali. In caso di blocco della trasmissione, il pacemaker dopo avere percepito l’impulso spontaneo erogherà l’energia nel ventricolo destro superando di fatto il blocco patologico.
Nella realtà, il funzionamento dei pacemaker è molto più complesso grazie alle applicazioni software di cui dispone, e può essere adattato alle esigenze di ogni singolo paziente. Cioè ogni funzione può essere programmata. Inoltre è possibile leggere la “memoria” del dispositivo per verificare quante volte è entrato in funzione e se si sono verificate aritmie e visionarne dei brevi estratti. Infine è possibile programmare funzioni automatiche di autodiagnosi e autoregolazione.

Il controllo del pacemaker: Si esegue a scadenze regolari presso gli ambulatori di Elettrostimolazione. Ciascuna azienda produttrice ha un programmatore esterno dedicato capace di entrare in connessione col dispositivo per controllarne l’integrità, leggere la diagnostica e modificarne i parametri (→ Controllo del pacemaker). Ormai da diversi anni, il controllo può essere eseguito anche a distanza grazie a sistemi di monitoraggio telemetrici. (→ Controllo remoto di pacemaker e defibrillatori).

Saverio Schirò

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