Em 1958, o Professor Åke Senning, que foi nomeado para Zurique alguns anos mais tarde, iniciou um desenvolvimento sem precedentes na medicina no Hospital Karolinska em Estocolmo: a implantação do primeiro pacemaker num ser humano. Ao longo dos anos, a tecnologia tem sido mais desenvolvida e aperfeiçoada de muitas maneiras. Depois de se ter pensado na viragem do milénio que quase nada de novo poderia ser acrescentado, os últimos 16 anos mostraram que tal não é o caso. Os desenvolvimentos recentes incluem a terapia de ressincronização cardíaca (pacemakers CRT), monitorização doméstica, sistemas compatíveis com a ressonância magnética e a redução contínua do tamanho do pacemaker.
A 8 de Outubro de 1958, um pacemaker foi implantado num ser humano pela primeira vez no mundo pelo Professor Åke Senning (1915-2000) no Hospital Karolinska em Estocolmo. Foi construído pelo engenheiro e médico sueco Dr. Rune Elmqvist (1906-1996). O pacemaker foi originalmente construído para uma experiência com animais. Contudo, a esposa do primeiro paciente Arne Larsson (1918-2001) tinha pressionado o implante até o marcapasso ser finalmente implantado por causa de um bloqueio AV total com até 40 síncopes diariamente (Fig. 1). Após a implantação, o paciente foi capaz de levar uma vida completamente normal sem síncope. Esta foi a primeira vez que as consequências de um bloco AV total puderam ser tratadas com a ajuda de um pacemaker [1].
Åke Senning foi nomeado professor em Zurique e a 16 de Abril de 1961 assumiu a direcção da recém-criada Clínica Cirúrgica A do então Hospital Cantonal de Zurique. Trouxe consigo a técnica de implante de marcapasso da Suécia. Implantou quatro pacemakers em Zurique já em 1961 e seis pacemakers em 1962.
Os pacemakers implantáveis foram ainda mais desenvolvidos. Por enquanto, existiam apenas pacemakers assíncronos (V00), que normalmente forneciam 60 a 70 impulsos por minuto, independentemente da actividade cardíaca.
Em 1968 fomos capazes de implantar os primeiros pacemakers de procura (VVI/VVT). Tinham a vantagem de não induzirem parasístolas quando o paciente estava em auto-ritmo. O pacemaker VVI só fornecia impulsos quando o ritmo cardíaco era inferior ao ritmo da estimulação. A fim de não infringir a patente da estimulação VVI, a Elema introduziu a estimulação VVT. Este pacemaker estimulava o coração assim que o ritmo cardíaco era inferior ao ritmo da estimulação. A ritmos cardíacos mais elevados, fornecia estímulos QRS-síncronos que se encontravam dentro do período refractário absoluto do complexo QRS e, por conseguinte, permaneceram ineficazes.
O primeiro pacemaker atrial síncrono (IVA) também foi descrito em 1963 [2]. Contudo, isto só poderia ser utilizado após o desenvolvimento de eléctrodos atriais fiáveis.
Os eléctrodos
Os primeiros pacemakers estimularam o coração através de eléctrodos epicardialmente colocados. Lagergren e Johansson [3] descreveram as primeiras implantações de marca-passo com eletrodos endocárdicos transvenosos. Foram logo oferecidos não só pela Elema, mas também por Cordis e Medtronic. Estes últimos produziram eléctrodos unipolares e bipolares. Estes eram bastante espessos e pesados e tinham sistemas de ligação diferentes, razão pela qual a permutabilidade dos pacemakers só era possível com adaptadores. As taxas de complicação e deslocamento também eram ainda muito elevadas com estes eléctrodos.
Logo os eléctrodos foram farpados ou tinham mecanismos de parafuso para reduzir a alta taxa de deslocamento (Fig. 2) . Os fios de chumbo tornaram-se mais finos e mais flexíveis, e a controlabilidade durante a implantação também melhorou – tal como os sistemas epicárdicos; Medtronic em particular liderou o caminho (Fig. 3).
Os cabos epicárdicos eram populares porque o tempo de implantação era previsível, além de que não podiam deslocar-se. Em 1976, a taxa de luxação era de cerca de 10%. Na Suíça, 30% dos eletrodos ventriculares foram implantados epicárdicamente. O acesso era subxifoidal e o pacemaker foi colocado abdominalmente.
A fonte de energia
Um dos maiores problemas técnicos no desenvolvimento de pacemakers foi o fornecimento fiável de energia durante um período tão longo quanto possível. No primeiro pacemaker desenvolvido por Senning e Elmqvist em 1958, foram utilizados dois acumuladores recarregáveis de níquel-cádmio, que tinham de ser carregados através da pele a cada uma a duas semanas através de uma bobina de indução (colocada sobre o pacemaker).
Para além do primeiro pacemaker, as chamadas “baterias de mercúrio” da empresa Mallory foram utilizadas quase exclusivamente como fonte de energia de 1959 a 1974. Uma vez que a sua tensão celular era apenas 1,35 volts, quatro a sete células cada uma com uma capacidade nominal de 0,95 Ah foram ligadas em série para atingir a tensão de saída necessária para a estimulação. Devido à sua auto-descarga relativamente grande na ordem de 8-10% por ano, a vida operacional dos pacemakers foi apenas de cerca de dois a quatro anos. Uma vez que o hidrogénio foi produzido durante a descarga das células, nem a bateria nem o pacemaker podiam ser hermeticamente encapsulados sem medidas especiais. A bateria e a electrónica eram normalmente encapsuladas em resina epoxi, através da qual o hidrogénio podia difundir-se para o exterior.
Pacesetter tentou utilizar baterias recarregáveis melhoradas de níquel-cádmio em pacemakers em 1972. Os primeiros pacemakers com baterias de níquel-cádmio que podem ser carregados indutivamente pelo corpo exigiam um tempo de carga de quatro horas por mês. A sua vida operacional teórica foi de até 20 anos. O sistema de telemetria bidireccional recentemente desenvolvido para monitorizar a carga da bateria também levou a uma melhoria na vida útil. No entanto, não foram implantados tantos pacemakers como se esperava porque uma bateria primária à base de iodeto de lítio recentemente lançada também atingiu um tempo de funcionamento de até 15 anos sem o inconveniente de recarregar regularmente.
Esta bateria de iodeto de lítio WGL-702 foi fabricada por Wilson Greatbach para aplicação em pacemaker e foi utilizada pela primeira vez em 1973 num pacemaker modelo Maxilith 301 fabricado pela CPI. A voltagem da célula da bateria era de 2,8 volts; assim, apenas foi necessária uma bateria para o pacemaker. A tensão de saída de quatro a cinco volts necessária para a estimulação poderia ser gerada com a ajuda de duplicadores de tensão. A auto-descarga da bateria era de aproximadamente 1% por ano. A bateria não produziu quaisquer gases durante a descarga, pelo que a bateria e a electrónica puderam ser hermeticamente encapsuladas numa caixa metálica.
Como concorrente da bateria de iodeto de lítio, a bateria de lítio/cloreto de etião foi desenvolvida e utilizada pela primeira vez em pacemakers pela empresa Arco em 1974. A voltagem da célula era de 3,7 volts. A elevada densidade energética da célula permitiu dimensões mecânicas relativamente pequenas. No entanto, o facto de a voltagem da bateria ter caído rapidamente no fim do tempo de funcionamento logo se revelou uma desvantagem para o funcionamento do pacemaker, razão pela qual não foi possível prever a tempo uma substituição necessária do pacemaker. Como resultado, um grande número de pacemakers teve de ser substituído prematuramente em todo o mundo. Também na Suíça, em 1982 foram efectuadas duas vezes mais alterações de marca-passo do que no ano anterior.
Desenvolvimentos na década de 70
O primeiro pacemaker com uma frequência “programável” (tipo 5842) foi fabricado pela empresa Medtronic-Chardac em 1969. No entanto, a “programação” da frequência era um pouco mais incómoda do que hoje. Uma agulha esterilizada de três pontas foi inserida sob anestesia local através da pele do paciente através de um mamilo de silicone no marcapasso até ao potenciómetro de determinação de frequência. Ao rodar a agulha, o potenciómetro e assim a frequência do pacemaker poderia ser alterada. Da mesma forma, a intensidade da amplitude do estímulo também foi alterada num modelo Medtronic posterior. Alguns anos mais tarde, foi feita uma melhoria ao transmitir magneticamente o movimento rotativo para uma engrenagem de redução mecânica no pacemaker, através da qual o potenciómetro foi rodado.
A programação com a ajuda de impulsos magnéticos logo se seguiu. Em 1973, o primeiro pacemaker cardíaco programável (VVIP) com dois circuitos integrados CMOS foi desenvolvido pela empresa Cordis. A frequência de estimulação bem como a intensidade do estímulo (amplitude ou duração do impulso) poderiam ser alteradas em seis passos cada um com impulsos magnéticos através de um interruptor magnético (reed switch).
A crescente complexidade dos sistemas exigiu em breve uma descrição simples dos tipos de funções. Isto foi feito inicialmente em 1974 com o código ICHD (Inter-Society For Heart Disease Resources) constituído por três letras. Devido ao desenvolvimento de pacemakers programáveis, este código teve de ser expandido para um código de cinco letras em 1981. Em 1987 e 2000, a codificação foi revista e o Código NBG resultante (Código Genérico NASPE/BPEG) ainda hoje é válido (Tab. 1).
Em 1978, foram desenvolvidos os primeiros pacemakers multi-programáveis AAIM e VVIM. Aqui, praticamente todos os parâmetros do pacemaker poderiam ser definidos conforme necessário. Infelizmente, a programação dos parâmetros só foi medida indirectamente. Faltava a confirmação.
Implantações de pacemaker na Suíça
Em 1976, 19 hospitais na Suíça já tinham implantado pacemakers (Tab. 2) . Nessa altura, os implantes de pacemakers ainda estavam associados a numerosos problemas técnicos e cirúrgicos. Assim, em 1975, a Sociedade Suíça de Cardiologia encarregou o Professor Michel Jaeger de Lausanne de assumir a coordenação como delegado para os problemas de pacemaker e de registar os números de implantação, bem como os problemas numa base estatística anual para toda a Suíça. Ocupou este cargo até 1981. Em 1980, foi fundado o grupo de trabalho do pacemaker da SGK e o Prof. Jaeger serviu como seu presidente de 1980 a 1983 (ver www.pacemaker.ch).
Em 1978, Luc Tissot, da Tissot Watches, fundou a Precimed S.A. em Le Locle juntamente com Branco Weiss, fundador da Kontron (uma subsidiária da Hoffmann-La Roche). Os primeiros pacemakers fabricados industrialmente na Suíça, chamados Precilith, foram construídos na fábrica de relógios Tissot. Todos os pacemakers mostraram alta fiabilidade e longa vida útil. Quando o desenvolvimento dos primeiros pacemakers programáveis exigiu um grande investimento, o negócio foi vendido à empresa americana de pacemakers Intermedics em 1983.
No final da década de 1970, o número de empresas que ofereciam os seus produtos na Suíça tinha subido para doze.
O primeiro pacemaker com telemetria bidireccional
Em 1979, o primeiro pacemaker com telemetria bidireccional (Programalith) foi desenvolvido pela empresa Pacesetter. A Pacesetter beneficiou da experiência adquirida com as baterias recarregáveis. Os parâmetros do pacemaker podiam ser alterados com o programador por sinais electromagnéticos e a programação foi confirmada telemetricamente. Além disso, dados de medição como a tensão da bateria ou a resistência dos eléctrodos foram transmitidos do pacemaker para o programador, permitindo uma melhor monitorização do estado da bateria e dos eléctrodos.
O estímulo fisiológico
Na década de 1980, a estimulação fisiológica do coração veio cada vez mais à tona. Descobriu-se que a estimulação sequencial ou atrial conseguia uma melhor hemodinâmica do que a estimulação VVI.
Por enquanto, foram implantados pacemakers AAI, IVA e DVI. O primeiro pacemaker DDD foi desenvolvido pela Medtronic em 1980. Isto ainda era bastante grande, não programável e pesava 148 g. O primeiro pacemaker multi-programável de câmara dupla foi introduzido em 1981 pela Biotronik (Diplos-03) e implantado na Suíça.
Em 1984, a Medtronic desenvolveu o primeiro pacemaker Activitrax de frequência adaptável com um sensor incorporado que acelerou a taxa de estimulação quando o paciente estava fisicamente activo. As vibrações geradas quando o paciente se movia eram recebidas por um cristal piezoeléctrico e a frequência de estimulação era alterada em função da intensidade dos sinais. Logo outros fabricantes entraram no mercado com uma grande variedade de sensores de actividade. Foi alcançada uma resposta fisiológica aproximada com o controlo do volume de minutos respiratórios Meta MV da Telectrónica.
Inicialmente, apenas os sistemas de câmara única eram controlados com o sensor, mas mais tarde o modo de taxa-resposta foi também utilizado com sistemas de câmara dupla.
No final dos anos 80, praticamente todos os tipos de pacemakers conhecidos actualmente tinham sido fabricados e implantados (Tab. 3).
Em 1985, a indústria finalmente acordou num sistema de conector uniforme VS-1 (Voluntary Standard), que mais tarde levou ao conector IS-1 (3,2 mm em vez de 5 ou 6 mm de diâmetro). Isto não só simplificou a mudança do pacemaker, como também reduziu significativamente o tamanho dos pacemakers.
Evolução nos anos 90
Nos anos 90, os dispositivos de programação, em particular, foram mais desenvolvidos e optimizados. A telemetria bidireccional tem sido acrescentada por praticamente todos os fabricantes e a monitorização dos pacientes tem vindo a tornar-se cada vez mais fácil. Os dados poderiam ser impressos com a impressora incorporada no programador. A partir dos valores transmitidos telemetricamente, o dispositivo de programação calculou o tempo de funcionamento esperado do pacemaker e a capacidade restante da bateria. Os potenciais intracardíacos podiam ser visualizados e a sua magnitude podia ser medida. O limiar de estímulo dos eléctrodos ligados também poderia ser determinado manualmente ou de forma totalmente automática. A intensidade do estímulo foi automaticamente ajustada ao limiar do estímulo e assim o tempo de funcionamento do pacemaker foi prolongado – possibilidades que não estavam disponíveis anos antes. A segurança dos pacientes tem assim sido cada vez mais melhorada.
Os pacemakers não se tornaram apenas “mais inteligentes”, tornaram-se cada vez mais pequenos com o mesmo tempo de vida ou com um tempo de vida mais longo. Enquanto o primeiro pacemaker DDD pesava 150 g em 1980, um pacemaker DDDR com telemetria bidireccional da mesma empresa pesava apenas 32 g em 1997. Isto não só facilitou a monitorização dos pacientes, mas também a implantação dos pacemakers.
Evolução após a passagem do milénio
Devido a fusões e fusões de empresas, o número de empresas que oferecem os seus produtos na Suíça diminuiu para cinco.
Pensava-se que tudo tinha sido desenvolvido e que nada de novo poderia ser acrescentado. Mas o desenvolvimento continuou e cada vez mais automatismos e algoritmos foram adicionados tanto aos pacemakers como aos programadores. As funções de diagnóstico apoiam o controlo de seguimento e um ajuste óptimo da função do pacemaker às necessidades do paciente.
Abaixo estão alguns exemplos de desenvolvimentos nos últimos anos.
Terapia de ressincronização cardíaca (pacemaker CRT)
Para a ressincronização cardíaca, foram já realizados ensaios com pacemakers comuns de duas câmaras nos anos 90. Ambos os ventrículos foram estimulados usando um adaptador em Y e eléctrodos epicárdicos. Mais tarde, o eléctrodo epicárdico foi substituído pelo eléctrodo do seio coronário. A desvantagem deste sistema era que não se podia definir o tempo AV de forma independente.
Esta capacidade foi incorporada no primeiro pacemaker de três câmaras, InSynk, lançado pela Medtronic em 2001.
Com estes pacemakers, dois cabos ventriculares poderiam ser ligados e os tempos AV poderiam ser programados independentemente. O eletrodo ventricular esquerdo foi implantado venosamente através do seio coronário ao nível da parede lateral do ventrículo esquerdo. A estimulação prematura da parede póstero-lateral, que foi excitada tardiamente, foi capaz de ressincronizar a perturbada contracção ventricular.
Actualmente, os sistemas biventriculares são oferecidos por todas as empresas. Em 2015, aproximadamente 4% das primeiras implantações na Suíça foram de pacemakers CRT.
Monitorização ao domicílio
A monitorização domiciliária introduzida pela Biotronik pode reduzir ao mínimo o número de visitas ao médico por um paciente com um pacemaker implantado. Dependendo do cenário, toda a informação relacionada com a saúde do paciente é transmitida ao consultório ou clínica uma vez por dia a uma determinada hora e armazenada para monitorização regular do progresso. Permitem assim que o médico monitorize o estado do paciente de forma totalmente automática e permite a detecção precoce de complicações graves. Eventos tais como arritmias e anomalias do sistema são relatados directamente ao médico e não são revelados no próximo check-up de rotina. Desta forma, o médico pode reagir imediatamente e contactar o paciente, se necessário.
Sistemas compatíveis com ressonância magnética
Durante o exame de ressonância magnética de um paciente com um pacemaker implantado ou CDI, podem ser geradas altas tensões nos eléctrodos por indução, causando queimaduras na ponta do eléctrodo no miocárdio. A unidade também pode ser danificada ou a sua função perturbada pela mesma razão.
Foram recentemente desenvolvidos sistemas de pacemaker e eléctrodos que permitem um exame de ressonância magnética do paciente. Mecanismos especiais de protecção e configurações de eléctrodos garantem a segurança dos pacientes e dos dispositivos.
No entanto, a compatibilidade da ressonância magnética deve ser tratada com cautela. Todo o sistema, ou seja, tanto o pacemaker ou o CDI como os eléctrodos ligados, deve ser compatível com a ressonância magnética. Também não deve haver nenhum eléctrodo imobilizado não resistente à IRM não ligado à unidade. É melhor contactar a clínica que implantou o pacemaker antes de um exame de ressonância magnética. O fabricante pode também fornecer informações competentes sobre a compatibilidade da ressonância magnética.
Pacemakers cada vez mais pequenos
Desde Junho de 2015, o mais recente desenvolvimento da Medtronic, o pacemaker Micra VVIR intracardíaco sem eléctrodo, foi também aprovado e disponível na Suíça. É colocado no ventrículo direito usando um cateter e ancora o miocárdio com ganchos de nitinol. A electrónica e a bateria estão alojadas no pacemaker. É cilíndrico, 26 mm de comprimento, 6,7 mm de largura de diâmetro e tem um peso de 1,8 g. É totalmente programável, um histograma de frequência é armazenado e tem todas as características de um pacemaker com eléctrodos transvenosos. Em 2015, 44 sistemas deste tipo foram já implantados na Suíça.
Palavras de encerramento
Neste breve resumo, foi feita uma tentativa de mostrar as fases e os obstáculos individuais de desenvolvimento dos últimos 58 anos, sem pretender estar completo. Onde o desenvolvimento futuro nos levará, não podemos prever, na melhor das hipóteses só podemos adivinhar.
Literatura:
- Senning A: Discussão de um artigo de Stephenson SE, et al: Physiologic P-Wave Cardiac Stimulator. J Thorac Cardiovasc Surg 1959; 38: 604-609. Ler na trigésima nona Reunião Anual da Associação Americana de Cirurgia Torácica, 21-23 de Abril de 1959, Los Angeles.
- Nathan DA, et al: Um pacemaker implantável síncrono para a correcção a longo prazo de um bloqueio cardíaco completo. Circulação 1963; 27: 682-685.
- Lagergren H, et al: Cem casos de tratamento da síndrome de Adams-Stokes com pacemaker intravenoso permanente. J Thorac Cardiovasc Surg 1965; 50(5): 710-714.
CARDIOVASC 2016; 15(3): 4-9
