Các học thuyết khử rung tim Các học thuyết khử rung tim Bởi: ĐH Bách Khoa Y Sinh K50 CÁC HỌC THUYẾT VỀ KHỬ RUNG TIM Giới thiệu Mục tiêu khử rung tim can thiệp mặt điện với mạch lặp lại làm cho kích thích điện ngừng lại Các mạch lặp lại nằm tim, để đạt mục tiêu yêu cầu phải có đầy đủ trường kích thích điểm tim Trái ngược với tạo nhịp tim, kích hoạt thích hợp yêu cầu có vùng Với tạo nhịp tim, mật độ phù hợp cho kích thích 5.0 mA/cm2, giả sử điện trở riêng mô 500 Ωcm, điện trường đặt vào 2.5 V/cm So sánh với tính toán khác 1V/cm Nhưng với khử rung tim, kinh nghiệm nghiên cứu cho thấy cần khoảng V/cm tim Nghiên cứu cần suy xét để áp dụng trường điện tích gấp -6 lần ngưỡng bình thường mô chống lại mô tái sinh đối mặt với sóng bề mặt tăng lên Khối kích hoạt đồng thường xuyên gây lên biến đổi lớn kích hoạt mẫu nảy sinh vấn đề khác Tuy vậy, cấu khử rung đóng lại hiểu khoảng thời gian Mặc dù trạng thái này, nhiều điều biết từ thí nghiệm khử rung động vật thực Trong phần tóm tắt ý Giả thiết khối giới hạn Trong giả thiết khối giới hạn, cấu khử rung giả định gián đoạn kích hoạt bề mặt khử cực mô kháng lại mô tái sinh từ trường khử rung Tuy nhiên giả định xa cho tất mô phải thiết kích hoạt để khử rung, thay đổi, số giới hạn đáp ứng ( thường đề nghị khoảng 75% hơn) Nghiên cứu toàn diện giả thiết thực Witkowski đồng nghiệp (Witkowski, Penkoske Plonsey, năm 1990) Các tác giả lưu ý khoảng cách kích hoạt trình khử rung không đồng đều, xác định theo quy luật thống kê mô tả Điều thử nghiệm, sau cú sốc điện, kích hoạt điện diễ liên tiếp rung khử thành công Các cú sốc 1/6 Các học thuyết khử rung tim điện kiểm nghiệm 120 vị trí đặt điện cực bề mặt Cú sốc điện lớn (có điện trường lớn) ước lượng điện cực Các nhà nghiên cứu kết luận rằng, khử rung không thành công vùng tâm thất xác định mà khử rung Nhưng với trường hợp khử rung thành công tất vùng kích hoạt rung chu kì chống sốc vùng đơn mà tự kết thúc rung Sau vùng đơn xác định khu vực có sử rung nhỏ Từ kết luận khối giới hạn nhỏ 100% khử cực thành công Một giả thiết khác thay gọi giả thiết giới hạn tổn thương nâng lên Chen đồng nghiệp ông (Chen, Wolf, Ideker, năm 1991) Trên báo, họ tranh cãi kết luận Witkowski đề nghị với liệu tương tự (bao gồm thử nghiệm họ) yêu cầu đưa lời giải thích khác Họ đồng ý với Witkowski khử rung diễn thất bại vị trí kích hoạt yếu nhất, vùng mà trường lực khử rung thấp Tuy nhiên phân tích thống kê họ , trạng thái điện sinh học vị trí chắn bị ảnh hưởng cú sốc điện Họ kết luận cú sốc làm thực tế hồi phục nhịp đập bình thường tim Tuy nhiên, cú sốc điện với cường độ đủ lớn rung không hồi phục lại Đây số quy chuẩn vài điểm quan trọng Đầu tiên, cú sốc đặc trưng tạo trường lực tim hoàn toàn thay đổi Vị trí đặt điện cực khử rung bên phải tâm nhĩ bên trái tâm thất, Ideker (1987) tìm thấy gradient trường điện thay đổi phạm vi 15:1 tạng ngoại tâm mạc Thứ hai vị trí kích hoạt yếu đo ứng với vùng mà khử rung không thành công trùng với vùng mà trường lực sốc yếu Những kết luận hỗ trợ ý tưởng mục tiêu hệ thống điện cực khử rung tạo trường lực vị trí tim Điện trường nhỏ mà khử rung diễn thành công nằm khoảng 3- V/cm Trong nghiên cứu có giá trị việc phát triển hiểu rung, họ không thực làm sáng tỏ cấu cảm biến điện sinh học Cách mà cú sốc ảnh hưởng đến trạng thái sợi tế bào gây điện xuyên màng Kết kích hoạt tế bào có liên quan đến chu kì phản xạ Tuy nhiên tế bào dạng sợi không hoạt động tế bào bình thường Hơn câu hỏi không đơn giản chuyện xảy với tế bào riêng lẻ mà ảnh hưởng tế bào thay đổi Kích hoạt chiều/ Mô hình khử rung Như nêu trên, hiệu ứng điện sinh học tạo áp dụng kích thích (cú sốc) nhóm tế bào sợi tim Đây vấn đề khó khăn để mô hình Với nó, mô hình màng tâm thất khỏe mạnh đầy đủ, mà có sợi màng phù hợp với khía cạnh Thứ hai, không chắn, mô hình cấu trúc cần thiết để phản ánh tương ứng kết nối mặt điện tế bào khe không gian 2/6 Các học thuyết khử rung tim cần thiết để phản ánh thay đổi nồng độ ion Và cuối vấn đề điều khiển, xử lí cấu trúc ba chiều lớn với máy tính đại có tốc độ tính toán nhanh Vấn đề đơn giản nhiều diễn thuyết Plonsey, Barr, Wiskowski (1991), đáp ứng chiều bó tim với luồng kích thích xem xét Ở đây, giả định màng coi thụ động điều kiện trạng thái bền vững (Các cú sốc với khoảng thời gian thông thường từ đến 10 ms mang trạng thái bền vững với điều kiện ngưỡng nhỏ đạt (Cartee, 1991, Cartee Plonsey năm 1992)) Như phần tham khảo chương khác, giả định cho tim coi gồm sợi giống song song chạy từ đỉnh tới đáy phần ứng dụng cho dòng khử rung (cũng từ đỉnh tới đáy) phân chia sợi Như từ trạng thái tim kiểm tra trạng thái sợi điển hình Đáp ứng sợi đơn từ nguồn áp dụng xem xét phần 9.4 Chiều dài sợi tim tương đương 14cm, với tim khoảng 650µm (Ideker, 1987) Nó phần 9.4 (ví dụ phương trình 9.11 10.12) xa 5λ từ cuối ΔVm không trục dòng giống chia tỉ lệ nghịch với trục cản trở Đó Trong Ii = dòng hướng trục bên tế bào Io = dòng hướng trục bên tế bào ro = điện trở hướng trục ngoại bào đơn vị chiều dài ri = điện trở hướng trục nội bào đơn vị chiều dài Điều có nghĩa 95% tế bào riêng lẻ tạo thành sợi tim không bị ảnh hưởng kích hoạt Nhưng kết phụ thuộc vào đồng sợi bỏ qua liên kết nội bào Nếu chỗ nối xem liên kết tế bào liền kề môi trường nội bào, tế bào có trạng thái nhau, mô tả hình 24.4 Ở hình 24.4, tế bào chép dãy khoảng 1200 tế bào tạo thành sợi tổng hợp, sau điện dòng điện phải tuần hoàn với chu kì tế bào Ví dụ, Ii vào bên trái phải với Ii bên phải, chúng xác với chiều dài tế bào bên Bây giờ, điện trở ghép nối Rj sợi dòng xuyên màng tỉ lệ với đạo hàm bậc Vm phương trình 9.10 Do dó tiến không từ 5λ phía cuối Hiệu Rj hữu hạn dẫn tới thay đổi lượng nhỏ dòng điện bên bên tế bào, dịch chuyển kết hợp với Vm khác không tế bào Trong thực tế, có Rj gián đoạn Φi bang với điện áp rơi tên IiRj Điều cho thấy gián đoạn Vm Sự có 3/6 Các học thuyết khử rung tim mặt Rj ảnh hưởng tới dòng nội bào tế bào nửa bên phải, để chờ đợi chu kì đạt từ dòng phải thêm tế bào nửa bên trái Như Im Vm phải phản đối xứng Core-conductor mạng điện tế bào đơn thành phần sợi tim tương ứng Tế bào kết nối với tế bào bên cạnh điện trở ghép nối nội bào Rj cuối tế bào Trạng thái ổn định điều kiện ngưỡng (subthreshold) giả định Một biểu thức toán học diễn tả Vm phạm vi rộng tế bào bắt đầu với phương trình vi phân 9.4 Nếu chọn nguồn gốc trung tâm tế bào, sau giải phương trình 9.4 với điều kiện sinh(x/λ) để thu kết phản đối xứng Từ phương trình 24.1, bao gồm điện trở kết nối mạng nội bào đơn vị chiều dài, có Trong Ii = dòng hướng trục nội bào bên tế bào Io = dòng hướng trục ngọa bào bên tế bào ro = điện trở hướng trục ngoại bào đơn vị chiều dài ri = điện trở hướng trục nội bào đơn vị chiều dài Rj = điện trở kết nối tế bào l = chiều dài tế bào 4/6 Các học thuyết khử rung tim Do đó, từ điểm giới hạn cuối tế bào yêu cầu Vm(x = ± l/2) = IiRj, Ở phương trình 24.2, sinh(l/2λ) không đổi, yêu cầu điều kiện biên Một ước tính đặt vào dòng điện bên sợi tương đương, Io , tạo tổng dòng đặt vào máy khử rung Từ mô hình giả định phần nhỏ liên kết với sợi tương đương phần nằm ngang sợi liên kết khe phân chia phần nằm ngang (cross-section) toàn tim Sử dụng giá trị sinh lý đặc trưng, thu kết khử cực tế bào khoảng (6-30)mV Ở khoảng chắn ảnh hưởng tới trạng thái điện sinh học tế bào Các thử nghiệm ảnh hưởng điện trở liên kết nội bào việc tạo Vm từ trường kích hoạt điện đồng chứng minh ảnh hưởng sinh từ gián đoạn bên mô giống Các mô không đồng khác quan trọng viêc chuyển đổi (converting) mô giống đặt trường điện điện xuyên màng cảm ứng Nghiên cứu gần cho thấy vài trò thực sợi xoắn bên tim CÁC THIẾT BỊ KHỬ RUNG Một lượng lượng lớn phải sinh để đạt với máy khử tim thông thường lần nạp tụ có điện dung lớn sau phóng điện mạch RLC Trong thiết kế chắn, xung phải giới hạn ngắn mạch tụ điện, kết sóng hình thang Cả sóng hình sin sóng hình thang sử dụng, có chứng chứng tỏ sóng tốt (Greatbatch Seligman, 1988; Kerber, 1990) Các máy khử rung tim đinh cỡ lượng phóng qua tải 50Ω Các phép đo chiều dài khử dung so với hiểu biết cho thấy khử dung đạt trường dòng điện (current-flow field) tranh luận phần Các đường cong khoảng thời gian trường lực tồn có giá trị cho ứng dụng lượng, vật mang, Dựa sở nghiên cứu động vật số lượng thay đổi Đối với khoảng thời gian lớn 1ms, cường độ dòng điện yêu cầu cho khử rung lại giống Điện cực khử rung đặt vào ngực có đường kính khoảng 8-13cm Các điện cực sản suất cho ứng dụng liên quan trực tiếp đến tim (ví dụ trình phẫu thuật) có đường kính nhỏ (khoảng 4-8cm) Điện cực có đường kính lớn sử dụng thử nghiệm để đạt trường tương tự bên tim để tránh mật độ dòng cao làm cháy da Tổng trở kháng lồng ngực khô khoảng 25-250 5/6 Các học thuyết khử rung tim Ω, trở kháng tim thông thường khoảng 20-40 Ω (trở kháng lồng ngực phụ thuộc vào trở kháng điện cực đạt vào da, với lượng gel sử dụng thích hợp khoảng 50 Ω) Năng lượng khử dung đặt vào ngực nằm khoảng 200-360 Jun Nó cần dòng điện 24A, 20ms, điện 5kV pha hoăc 2kV hai pha Dòng điện không đủ để khử rung kết từ việc lựa chọn mức lượng thấp trở kháng lồng ngực Một số thiết bị biết trở kháng sau lựa chọn mức lượng để chắn dòng không bị thiếu Các máy khử rung đặt vào da ngày sử dụng, tranh luận phần trước máy tạo nhịp tim Bởi chúng kết nối trực tiếp tới tim nên ngưỡng dòng khoảng 1-2A có với điện lượng thấp Giả thiết trở kháng tim khoảng 20 Ω, điện đặt vào 30V có 30J Các thí nghiệm làm việc tiến hành để phát triển máy khử rung tim sử dụng trường điện từ để kích thích mô tim (Bourland et al., 1990; Irwin et al., 1970; Kubota et al., 1993; Mouchawar et al., 1992) … 6/6 .. .Các học thuyết khử rung tim điện kiểm nghiệm 120 vị trí đặt điện cực bề mặt Cú sốc điện lớn (có điện trường lớn) ước lượng điện cực Các nhà nghiên cứu kết luận rằng, khử rung không... Kerber, 1990) Các máy khử rung tim đinh cỡ lượng phóng qua tải 50Ω Các phép đo chiều dài khử dung so với hiểu biết cho thấy khử dung đạt trường dòng điện (current-flow field) tranh luận phần Các đường... nghiệm để đạt trường tương tự bên tim để tránh mật độ dòng cao làm cháy da Tổng trở kháng lồng ngực khô khoảng 25-250 5/6 Các học thuyết khử rung tim Ω, trở kháng tim thông thường khoảng 20-40 Ω