心脏起搏器原理

心脏起搏器原理

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心脏起搏器基础知识

心脏起搏器心脏起搏器是一种植入于体内的电子治疗

仪器，通过脉冲发生器发放由电池提供能量的电脉冲，通

过导线电极的传导，刺激电极所接触的心肌，使心脏激动

和收缩，从而达到治疗由于某些心律失常所致的心脏功能

障碍的目的。1958年第一台心脏起搏器植入人体以来，起

搏器制造技术和工艺快速发展，功能日趋完善。在应用起

搏器成功地治疗缓慢性心律失常、挽救了成千上万患者生

命的同时，起搏器也开始应用到快速性心律失常及非心电

性疾病，如预防阵发性房性快速心律失常、颈动脉窦晕

厥、双室同步治疗药物难治性充血性心力衰竭等。英文名

称：cardiacpacemaker起搏原理

脉冲发生器定时发放一定频率的脉冲电流，通过导线和电

极传输到电极所接触的心肌（心房或心室），使局部心肌细

胞受到外来电刺激而产生兴奋，并通过细胞间的缝隙连接

或闰盘连接向周围心肌传导，导致整个心房或心室兴奋并

进而产生收缩活动。需要强调的是，心肌必须具备有兴

奋、传导和收缩功能，心脏起搏方能发挥其作用。

起搏系统的组成人工心脏起搏系统主要包括两部分：脉冲

发生器和电极导线。常将脉冲发生器单独称为起搏器。起

搏系统除了上述起搏功能外，尚具有将心脏自身心电活动

回传至脉冲发生器的感知功能。起搏器主要由电源（亦即

电池，现在主要使用锂-碘电池）和电子线路过程，能产生

和输出电脉冲。电极导线是外有绝缘层包裹的导电金属

线，其功能是将起搏器的电脉冲传递到心脏，并将心脏的

腔内心电图传输到起搏器的感知线路。

起搏器分类根据电极导线植入的部位分成(1)单腔起搏器：

①VVI起搏器：电极导线的顶端电极置入在右室心尖部的

肌小梁处；②AAI起搏器：电极导线的顶端电极置入在右

心耳的梳状肌处。(2)双腔起搏器：两支电极导线常分别置

入右心耳(心房)和右室心尖部(心室)，进行房室顺序起搏。

(3)三腔起搏器：①双房(左房右房)右室的三腔起搏(治

疗和预防因房间传导阻滞介导的阵发性房颤)；②右房双室

(右室左室)的三腔起搏(治疗顽固性心衰)。(4)四腔起搏

器：对有阵发性房颤、房内阻滞和充血性心力衰竭、室内

阻滞的人可采用四腔起搏治疗、即左、右心房同步，左、

右心室同步。目前临床应用的起搏器99％以上都是单腔或

双腔起搏器。人工心脏起搏适应证人工心脏起搏分为临时

和永久两种，它们分别有不同的适应证。

1.临时心脏起搏适应证临时心脏起搏是一种非永久性植入起

搏电极导线的临时性或暂时性人工心脏起搏术。起搏电极

导线放置时间一般不超过2周，起搏器均置于体外，待达

到诊断、治疗和预防目的后随即撤出起搏电极导线。如仍

需继续起搏治疗则应考虑置入永久性心脏起搏器。任何症

状性或引起血流动力学变化的心动过缓患者都是临时心脏

起搏对象。临时心脏起搏的目的通常分为治疗、诊断和预

防。

（1）治疗方面1）阿-斯综合征发作：各种原因（急性心肌

梗死、急性心肌炎、洋地黄或抗心律失常药物等引起的中

毒、电解质紊乱等）引起的房室传导阻滞、窦房结功能衰

竭而导致的心脏停搏并出现阿-斯综合征发作，都是紧急临

时心脏起搏的绝对指征。2）心律不稳定的患者在安置永久

心脏起搏器之前的过渡。3）心脏直视手术引起的三度房室

传导阻滞。4）药物治疗无效的由心动过缓诱发的尖端扭转

型和（或）持续性室性心动过速。

（2）诊断方面作为某些临床诊断及电生理检查的辅助手

段。例如判断：①窦房结功能；②房室结功能；③预激综

合征类型；④折返性心律失常；⑤抗心律失常药物的效

果。

（3）预防方面1）预期将出现明显心动过缓的高危患者常

见的有急性心肌梗死的某些缓慢心律失常、心脏传导系统

功能不全的患者拟施行大手术及心脏介入性手术、疑有窦

房结功能障碍的快速心律失常患者进行心律转复治疗、原

先存在左束支阻滞的患者进行右心导管检查时。2）起搏器

依赖的患者在更换新心脏起搏器时的过渡。

2.永久心脏起搏适应证随着起搏工程学的完善，起搏治疗的

适应证逐渐扩大。早年植入心脏起搏器的主要目的是为挽

救患者的生命，目前尚包括恢复患者工作能力和生活质

量。目前主要的适应证可以简单的概括为严重的心跳慢、

心脏收缩无力、心跳骤停等心脏疾病。2012年美国心血管

病学会/美国心脏病协会/美国心律协会重新制定了植入心脏

起搏器的指南。

（1）I类适应证主要包括1）窦房结功能不全者①记录到有

症状的窦房结功能障碍，包括经常出现导致症状的窦性停

搏。②有症状的变时性不佳者。③由于某些疾病必须使用

某类药物，而这些药物又可引起窦性心动过缓并产生症状

者。

2）成人获得性房室传导阻滞（AVB）者①任何阻滞部位的

Ⅲ度AVB和高度AVB，并发有症状的心动过缓（包括心

衰）或有继发于AVB的室性心律失常。②长期服用治疗其

他心律失常或其他疾病的药物，而该药物又可导致Ⅲ度

AVB和高度AVB（无论阻滞部位），并发有症状的心动过缓

者。③清醒状态下任何阻滞部位的Ⅲ度AVB和高度AVB且

无症状的患者，被记录到有3秒或更长的心脏停搏，或逸

搏心率低于40bpm，或逸搏心律起搏点在窦房结以下者。

④清醒状态下任何阻滞部位的Ⅲ度AVB和高度AVB，无症

状的心房颤动和心动过缓者有一个或更多至少5秒的长间

歇。⑤导管消融房室结后出现的任何阻滞部位的Ⅲ度AVB

和高度AVB。⑥心脏外科手术后没有可能恢复的任何阻滞

部位的Ⅲ度AVB和高度AVB。⑦神经肌肉疾病导致的任何

阻滞部位的Ⅲ度AVB和高度AVB，如强直性肌营养不良、

卡恩斯-塞尔综合征（Kearn-Sayre综合征）、假肥大性肌营

养障碍、腓侧肌萎缩患者。⑧伴有心动过缓症状的Ⅱ度

AVB，无论分型或阻滞部位。⑨任何阻滞部位的无症状Ⅲ度

房室阻滞平均心室率分或>40次/分伴有心脏增大或左室

功能异常或阻滞在房室结以下者。⑩无心肌缺血下运动时

的Ⅱ度或Ⅲ度AVB。

3）慢性双分支阻滞的患者①伴有高度AVB或一过性Ⅲ度

AVB。②伴有Ⅱ度Ⅱ型AVB。③伴有交替性束支阻滞。

4）急性心肌梗死伴房室传导阻滞①ST段抬高心肌梗死后，

His-Purkinje系统的持续性Ⅱ度AVB合并交替性束支阻滞或

Ⅲ度AVB；②一过性严重Ⅱ度或Ⅲ度房室结下的AVB并合

并有束支阻滞；③持续性并有症状的Ⅱ度或Ⅲ度AVB。

5）颈动脉窦过敏和心脏神经性晕厥者①自发性颈动脉刺激

和颈动脉按压诱导的心室停搏时间>3s导致的反复性晕

厥。②持续性或有症状的缓慢性心律失常且没有恢复希望

的心脏移植术后患者。③长间歇依赖的室速，伴或不伴QT

间期延长者。左室射血分数≤35%，完全性左束支传导阻滞

且QRS≥150ms，窦性心律，心功能分级（NYHA）Ⅱ、Ⅲ

级或理想药物治疗后能活动的NYHAⅣ级心力衰竭患者，应

植入CRT或CRT-ICD。ICD的适应证如下：①室颤或血流

动力学不稳定的持续性室速（VT），除外其他可逆原因，导

致心脏骤停的存活者；②有器质性心脏病且有自发持续性

VT者，无论血流动力学是否稳定；③有晕厥史，电生理检

查明确诱发血流动力学不稳定的持续性VT或室颤（VF）；

④心肌梗死40d后，左室射血分数≤35%，NYHAⅡ或Ⅲ

级；⑤非缺血性扩张性心肌病，左室射血分数≤35%，

NYHAⅡ或Ⅲ级；⑥心肌梗死前有左室功能不全，心肌梗死

40d后，左室射血分数≤30%，NYHAⅠ级；⑦心肌梗死

后，左室射血分数≤40%，非持续性VT或电生理检查诱发

出VF或持续性VT。

（2）Ⅱa类适应证主要包括1）窦房结功能不全者①窦房

结功能障碍导致心率<40bpm，症状与心动过缓之间存在

明确的证据，但无论是否记录到心动过缓。②有不明原因

晕厥者，临床上发现或电生理检查诱发窦房结功能障碍

者。2）成人获得性AVB者①无症状的持续性Ⅲ度AVB，逸

搏心率低于40bpm不伴有心脏增大。②电生理检查发现在

His束内或以下水平的无症状性Ⅱ度AVB。③Ⅰ度或Ⅱ度

AVB伴有类似起搏器综合症的血流动力学表现。④无症状

的Ⅱ度Ⅱ型AVB，且为窄QRS波者。但当Ⅱ度Ⅱ型AVB伴

有宽QRS波者，包括右束支阻滞，则适应证升级为Ⅰ类。

3）慢性双分支阻滞的患者①虽未证实晕厥是由AVB引起，

但可排除其他原因（尤其是室性心动过速）所引起。②虽

无临床症状，但电生理检查发现HV间期≥100ms。③电生

理检查时，由心房起搏诱发的非生理性His束以下的阻滞。

反复性晕厥，没有确切的颈动脉刺激事件，高敏感性心脏

抑制反应心室停搏时间>3秒者，要考虑植入永久性心脏

起搏器。心动过速的起搏治疗仅限于导管消融和（或）药

物治疗失败，或不能耐受药物副作用且反复发作的室上速

患者。高危的长QT综合征患者。

以下心衰患者可植入CRT或CRT–ICD：①左室射血分数

≤35%，完全性左束支传导阻滞且QRS在120ms至149ms

之间，窦性心律，心功能分级（NYHA）Ⅱ、Ⅲ级或理想药

物治疗后能活动的NYHAⅣ级心力衰竭患者；②左室射血

分数≤35%，非左束支传导阻滞且QRS≥150ms，窦性心

律，心功能分级（NYHA）Ⅱ、Ⅲ级或理想药物治疗后能活

动的NYHAⅣ级心力衰竭患者；③理想药物治疗后左室射

血分数≤35%合并房颤的心衰患者，若需要心室起搏或符合

CRT指征且房室结消融或药物治疗后可保证100%心室起

搏；④理想药物治疗后左室射血分数≤35%，且需要新装

或更换器械而且依赖心室起搏（40%）。有心源性猝死

（SCD）风险（主要SCD风险：心脏骤停史、自发持续性

VT、自发非持续性VT、SCD家族史、晕厥、左室厚度

≥30mm、运动时血压反应异常；可能的SCD风险：房

颤、心肌缺血、左室流出道梗阻、突变高危、强竞技性体

力活动时）的梗阻性肥厚型心肌病患者应植入DDD-ICD。

ICD的推荐指征如下：①非缺血性扩张性心肌病，显著左

室功能异常，不能解释的晕厥；②持续性室速，即使心室

功能正常或接近正常；③肥厚型心肌病患者有一项以上主

要SCD危险因素；④致心律失常性右室发育不良/心肌病

患者有一项主要的SCD危险因素（包括电生理检查诱发

VT，心电监护的非持续性VT，男性，严重右室扩大，广泛

右室受累，<5岁，累及左室，有心脏骤停史，不能解释

的晕厥）；⑤长QT综合征患者在应用β受体阻滞剂时出现

晕厥和（或）室速；⑥在院外等待心脏移植的患者；⑦

Brugada综合征有晕厥者；⑧Brugada综合征有室速但未

出现心脏骤停者；⑨儿茶酚胺敏感性室速患者，用β受体

阻滞剂后仍出现晕厥和（或）室速；⑩心脏结节病、巨细

胞性心肌炎、南美洲锥虫病患者。

当然指南并未涵盖所有的临床情况。就某一个具体患者而

言，永久心脏起搏的指征并非总是明确的。通常，不可逆

性、症状性心动过缓是植入永久心脏起搏器的主要指征。

应结合患者的具体病情、患者的意愿、经济状况等由负责

医师做出是否需要植入永久心脏起搏器的决定。

起博器的合理选择对具体患者选择何种起搏器是临床医师

经常需面临的问题。原则如下：1.如存在慢性持续心房颤动

或存在心房静止者选择VVI（R）。2.窦房结功能不全者如无

房室传导阻滞或预测近期房室传导阻滞发生概率很低，选

择AAI（R），否则选择DDD（R）。3.房室传导阻滞者如①

存在持续性房性快速心律失常，选择VVI（R）；②存在病窦

综合征，选择DDD（R）；③窦房结功能正常或预期发生窦

房结功能不全的概率低，可选择VDD或DDD。

单一的心室起搏己不再被推荐，而双腔起搏以普遍认为可

接受的价格增加了生存期校正的生活质量。对于选择植入

AAI还是DDD起搏器，虽然DDD价格较贵，但应考虑患者

有发展为房室传导阻滞的可能。另外，尚需结合患者的年

龄、心脏疾病及所合并的疾病、经济状况及患者的整体一

般情况等进行综合考虑。（1）临时心脏起搏有经皮起搏、

经食管起搏、经胸壁穿刺起搏、开胸心外膜起搏和经静脉

起搏等5种方法。目前多选择后者。通常选用股静脉、锁

骨下静脉或颈内静脉穿刺送入临时起搏电极导线。发生电

极导线移位的情况较永久心脏起搏常见。应加强术后心电

监护，包括早期的起搏阈值升高、感知灵敏度改变及电极

导线脱位等，尤其是起搏器依赖者。另外，由于电极导线

通过穿刺点与外界相通，因此要注意局部清洁，避免感

染，尤其是放置时间较长者。另外，经股静脉临时起搏后

患者应保持平卧位，静脉穿刺侧下肢制动。

（2）永久心脏起搏目前绝大多数使用心内膜电极导线。技

术要点包括静脉选择、导线电极固定和起搏器的埋置。1）

静脉选择通常可供电极导线插入的静脉有：浅静脉有头静

脉、颈外静脉，深静脉有锁骨下静脉、腋静脉颈内静脉。

通常多首选习惯用手对侧的头静脉或锁骨下静脉，如不成

功，再选择颈内或颈外静脉。2）电极导线的放置根据需要

将电极导线放置到所需要起搏的心腔，一般采用被动固

定，也可采用主动固定电极导线。3）起搏器的埋置起搏器

一般均埋于电极导线同侧的胸部皮下。将电极导线与脉冲

发生器相连，把多余的导线近肌肉面、起搏器近皮肤放入

皮下袋。方法是将电极导线从手臂或锁骨下方的静脉插

入，在X线透视下，将其插入预定的心腔起搏位置，固定

并检测。然后在胸部埋入与电极导线相连接的起搏器，缝

合皮肤，手术即可完成。

（3）永久性心脏起搏并发症1）植入手术有关的并发症多

数并发症如术中仔细操作应当可以杜绝，有些则难以完全

避兔。发生率与植入医生的经验密切相关。①心律失常通

常无需特别处理。②局部出血通常可自行吸收。有明显血

肿形成时可在严格无菌条件下加压挤出积血。③锁骨下静

脉穿刺并发症及处理气胸：少量气胸不需干预，气胸对肺

组织压迫>30%时需抽气或放置引流管。误入锁骨下动

脉：应拔除针头和（或）导引钢丝并局部加压止血（切勿

插入扩张管），通常无需特殊处理。④心脏穿孔少见。处

理：应小心将导管撒回心腔，并严密观察患者血压和心脏

情况。一旦出现心包压塞表现，应考虑开胸行心包引流或

作心脏修补。继续安置电极时应避免定位在穿孔处。⑤感

染少见。处理：一旦局部有脓肿形成者保守治疗愈合的机

会极少，应尽早切开排脓、清创，拔除创口内电极导线，

择期另取新的植入途径。⑥膈肌刺激少见。可引起顽固性

呃逆。植入左室电极导线时较常见。处理：降低起搏器输

出或改为双极起搏。若症状持续存在，应重新调整电极位

置。

（4）与电极导线有关的并发症及处理1）阈值升高处理：

通过程控增高能输出，必要时需重新更换电极位置或导

线。2）电极脱位与微脱位明显移位时X线检查可以发现，

而微脱位者X线透视可见电极头仍在原处，但实际已与心

内膜接触不良。处理：通常需重新手术，调整电极位置。

3）电极导线折断或绝缘层破裂如阻抗很低则考虑绝缘层破

损；如阻抗很高，则要考虑电极导线折断。处理：多需重

新植入新的电极导线。

（5）与起搏器有关的并发症及处理随着工程学方面的进

展，起搏器等起搏器本身的故障已罕见，偶见的起搏器故

障为起搏器重置、起搏器电池提前耗竭，前者为受外界干

扰（如强磁场），需重新程控起搏器，后者需及时更换起搏

器。另外，尚可出现感知功能障碍，多为起搏器设置了不

适当感知参数而非起搏器本身的机械故障，包括感知不良

和感知过度。

（6）与起搏系统有关的并发症及处理1）起搏器综台征

（PMS）使用VVI起搏器的某些患者可出现头昏、乏力、活

动能力下降、低血压、心悸、胸闷等表现，严重者可出现

心力衰竭，称为起搏器综合征。处理：若发生PMS且为非

起搏依赖者，可减慢起搏频率以尽可能恢复自身心律，必

要时更换为房室顺序起搏器。2）起搏器介导的心动过速

（PMT）是双腔起搏器主动持续参与引起的心动过速。为心

房电极感知到逆传的P波，启动AVD并在AVD末发放心室

脉冲，后者激动心室后再次逆传至心室，形成环形运动性

心动过速。室性期前收缩、心房起搏不良是诱发PMT的最

常见原因。可通过程控为更长的PVARP、适当降低心房感

知灵敏度、延迟感知房室间期或启动起搏器对PMT的自动

预防程序等预防。终止方法有起搏器上放置磁铁、延长

PVARP、程控起搏方式为心房无感知（DVI、VVI、DOO）

或非跟踪方式（DDD）或启用起搏器具有的终止PMT的自

动识别和终止程序。

随访及常见故障处理与其他心脏介入治疗不同，成功植入

心脏起搏器手术只是医生完成的第一步相对简单的工作，

大繁琐但重要的工作是术后患者的长期随访。随访工作自

植入当日开始并贯穿患者的一生。

1.术后教会患者自测脉搏因为检查脉搏是监测起搏器工作情

况既简便又有效的方法。监测脉搏时要保证每天在同一种

身体状态下，如每天清晨醒来时或静坐15分钟后。安置起

搏器的早期往往起搏阈值不稳定，需要及时调整。因此需

要定期到医院检查，一般术后1个月内每2周1次，3个月

内每月1次（具体视病患情况）。引起阈值升高的因素有很

多，除了与电极位置有关外，睡眠不足、饱餐、抗心律失

常药物、高血压等因素可能有影响。因此术后患者应保持

良好的情绪，保证有规律的生活及作息制度，避免一切可

能的不良因素。随访周期及内容随访应两头紧中间松。

2.常见故障及处理通常表现为无刺激信号、不能夺获或不能

感知。

（1）无刺激脉冲可能有下列常见原因之一：1）如放置磁

铁后可解决问题，则其原因多半是过感知或使用了正常的

一些起搏功能如滞后。前者多由于电磁干扰、肌电位、交

叉感知或T波过感知等引起，应降低感知灵敏度，而后者

无需处理。2）电极导线或起搏器故障：可能是由于与起搏

器相连的螺丝松动或脱接、电极导线导体故障或电极导线

绝缘层破损或电池耗竭。处理：重新手术旋紧螺丝或更换

起搏电极导线或起搏器。

（2）不能夺获可能有下列原因之一1）起搏阈值升高电极

导线末端电极的输出不能有效刺激与电极相连的心肌，是

为传出阻滞。处理：可临时提高输出电压，纠正可能引起

的原因，如应用激素、纠正电解质紊乱或更换起搏位置。

2）电极导线故障、电极脱位或电池耗竭根据具体原因采取

更换或重新放置电极导线或更换起搏器。

（3）不能感知可能为下列原因之一：1）心内膜信号太小

（电解质紊乱、酸中毒引起的暂时改变或心肌梗死或心肌

病引起的局部心内膜永久性改变）：此时需提高感知灵敏

度，或更换起搏位置。2）电极脱位、故障或起搏器故障根

据具体原因采取重新放置或更换电极导线或起搏器。起搏

器的安全性很多患者对安装起搏器感到担忧，其实安装起

搏器很安全，虽然上文列举了不少的起搏器并发症及故

障，但是，其总体的发生率仅为1%左右。在符合起搏器植

入指征的患者中，如果能够规范化治疗并规律随访，则对

这些患者来说，获益是远远大于其弊端的。