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ペースメーカー



 心臓は大体1日に10万回前後、交互に収縮と拡張を繰り返し拍動しながら、血液を身体のいたるところに送り出しています。

 心臓は胸のほぼ中央部のやや左側にあって、右心房、右心室、左心房、左心室の4つの部屋に分かれています。

 また、心臓が血液を全身に循環させる機能を果たすために、いろいろな逆流防止弁などがあります。


 酸素をたっぷり含む動脈血は左心室から大動脈へと送り出されます。

 全身を回って二酸化炭素や老廃物を受け取った血液は、大静脈に集まり右心房に戻り、右心室から肺動脈に送られます。肺で新鮮な酸素を受け取ると、肺静脈から左心房に戻って、再び左心室から全身へと送り出されます。

 心臓には、これらのハードウエアーとしての部位があり、血液を送り出す拍動が一日に約10万回も行われているわけです。そして、それを制御している「刺激伝導系」というソフトウエアーに相当するシステムが備わっていて、心臓の拍動を規則正しく制御しています。

 刺激伝導系は、心臓の筋肉の一種で、電気信号を一定間隔で発生させる能力を持っています。

 また、普通の筋肉とは異なり、筋肉が収縮するための電気信号を素早く伝えることができます。

 右心房にある洞結節が刺激伝導系の開始点で、ここは何も刺激を受けなくても自発的に一定時間ごとにパルス状の電気信号を発生します。洞結節が心臓の脈の速さを決めるペースメーカーの役割をしているのです。

 洞結節で発生した電気信号が心房の筋肉を伝わって房室結節へと伝わると、心房の筋肉は収縮し、心房の中に溜まっていた血液は心室へと送り出されます。
 電気信号を受け取った房室結節は、わずかな時間遅れの後、心室へと向かうヒス束という部位へ信号を伝達します。この信号の伝達を少し遅らせることで、心房が収縮しきる前に心室が収縮し始めてしまうことを防いでいます。

 刺激伝導系は、ヒス束から、左脚、右脚という2つの部位に分かれた後、さらに細かくプルキンエ線維に枝分かれして、心室の筋肉全体に電気信号を伝えます。心室の筋肉は収縮し、心室の中に溜まっていた血液が力強く心臓から全身へと送り出されます。

 ところで、この洞結節をはじめ、電気信号を伝える伝導経路などに異常が発生し、正常に信号が届かなくなると、脈が飛ぶ、脈がかける、脈が速くなる、脈が遅くなるといった「不整脈」の状態が発生します。

 不整脈の多くは治療を必要としないものも多いのですが、中には放置すると危険なものもあるので専門医の診断は必要です。

 不整脈などの異常が発生する場合、これを補い正常に心拍が得られるようにするシステムとして、心臓ペースメーカーというマシンが開発されました。

 一般的に心臓ペースメーカーは、心臓に対する電気刺激発生装置のことで、バッテリーと制御用のICを含む本体部分とリード線から成るシステムです。

 心臓ペースメーカーには、恒久的な使用を前提としての体内埋込式のものと、一時的な使用を前提とした体外式とがあります。いずれも、心臓ペースメーカーは、心筋に人工的な電気刺激を与えることで必要な心収縮を発生させる装置です。


不整脈のパターン 〔不整脈のパターン〕の説明。
 ペースメーカーが必要になる不整脈の主な病気は、徐脈を来たす状態です。脈拍数が毎分30以下になったり、5秒前後以上の時間、心臓が停止した場合、脳や心臓などの重要臓器への酸素供給量が不足し、臓器の活動能力が低下します。特に、脳への血液供給量の不足は、運動能力の低下、息切れ、頭のかすみ、頭がボーッとする状態となります。ひどい場合には、呼吸困難が起こり失神したり、生命に危険な状態が起こります。このような徐脈発生のの電気的原因としては次のようなものがあります。

洞不全症候群 洞結節の機能が低下し、必要な脈拍数を発生できなくなります。

房室ブロック 刺激伝道系中継基地である、房室結節の働きが低下し必要な脈拍を心房から心室に伝えられなくなる状態。

その他の原因 頻脈性の不整脈発作や他の心臓病のための治療薬投与やアブレーションなどの処置が不可欠の場合、治療による徐脈の悪化をきたしたり、徐脈の悪化が十分予想される場合。




ペースメーカーの進歩の歴史 〔ペースメーカーの進歩の歴史〕の説明。
 心臓ペースメーカーの試作が始まったのは、1930年代のことです。しかし、ようやく臨床試験が行われるようになるのは、1957に体外装着式のペースメーカーが開発されてからになります。そして、1960年代には、皮膚の下に装着する植え込み式ペースメーカーが使用されるようになりました。

 その後は、小型軽量化と機能高度化を目指した、急速に技術開発が続けられ現在に至っています。

18世紀  人工心臓ペースメーカーの着想期は、18世紀に遡ります。この頃、動物の組織には電気刺激が影響していることが発見され、筋肉の収縮には電気エネルギーが関係していることが分かりました。

19世紀  19世紀に入り、フランス革命の時代、斬首された罪人の心臓に電気刺激を与える実験が行われました。電気刺激で心拍が再開することや、加える電気刺激の速度によって、脈拍数が変えられることが分かりました。

1932年  1932年に「Hyman電気刺激装置」なるものが開発されました。磁力を応用した手回し式のもので、とても大きく、重量も7.2kgもあるような装置でした。このとき初めて「人工ペースメーカー」という名称が使われました。

1952年  1952年、Zoll は、緊急時の心蘇生のために、胸壁に付着させた皮膚電極に、75~150V、2m秒幅のパルス刺激を与えると心拍を制御できることを報告しました。これを機に、心臓ペースメーカーの臨床的有用性が着目されるようになります。

1957年  この時代になると、心臓外科手術が行われるようになりましたが、手術に伴う完全房室ブロックという難問に遭遇するようになります。1957年、Wierich らは、心臓の表面胃電極を固定し、体外式の心臓ペースメーカーを用いて、心臓外科手術を行うようになります。

1958年  1958年、Furman と Robinson が心臓の内部に電極を埋め込む、心内膜電極という方法を用いて、ページングを行う方法を考案し、その後、広く用いられるようになりました。

1958年10月  1958年10月、Elquist と Senning は、世界で初めての、完全埋め込み式の心臓ペースメーカーを開発しました。このペースメーカーは体外から充電することができましたが、電池寿命は20分足らずでした。このペースメーカーのページング速度は完全一定式でした。つまり、たとえ自発心収縮があっても、速度を変更することはできませんでした。

 これ以降、心臓ペースメーカーは、体内式の開発へとシフトしてゆき、次々と改良型が発表されるようになります。

以降、現在まで  初期のペースメーカーは、一定回数だけ電気刺激を与えるタイプでしたが、現在では、デマンド型と呼ばれる脈拍が少なくなったときにだけ刺激を発するタイプが主流となっています。

 重量的にも、わずか20~60g、大きさも4cm X 5cm X 7mm ほどの軽量なものが標準となり、装着している人は、日常生活にはほとんど不便を感じなくなっています。

 また、心房から心室へというページングの順序に正しく連動する方式の生理的ページングや、心拍応答型(レートレスポンス型)が普及しています。

 心拍応答型とは、運動などに伴う身体の動き、心電図の波形、呼吸状態、体温などを自動的に検知して、脈拍数を調節するようなプログラムが組み込まれたペースメーカーで、極端に過激な運動などは駄目ですが、ちょっとした運動であれば自動的に心拍数が追随できるようになったシステムです。また、埋め込み電池の改良もあって、最近の電池は8年以上は使用できるようになっています。

 尚、日本における、心臓ペースメーカーの装着人数ですが、H14年度の推計では、30~40万人となっています。毎年4万人以上が増加する勢いです。


電磁波の影響 〔電磁波の影響〕の説明。
 現代の心臓ペースメーカーは、患者の心臓の状態や重症度などにより、電気刺激のモードを最適になるようにプログラミングを変更できるようになっています。モードの変更には、体外からコード化された電磁波を照射して行うことができるので、患者はペースメーカーを体内に埋め込んだままの状態で行えます。

 これにより、患者はモード変更時に手術の必要も無く、痛みを感じることも無いので、優れた技術なのですが、モード変更には電磁波を使用することで心配や問題点もでてきます。最近では、携帯電話をはじめ、電車の中でも、一般のお店の中でも、家庭内でも電磁波を使用する機器が多くあり誤動作の可能性やリスクがあるからです。

携帯電話の影響  携帯電話からの電磁波が心臓ペースメーカーに影響を与え、誤動作させる可能性があるといわれますが、全世界ベースで、これまでにそのような事故が発生した例は報告されていません。

注目すべき機器  多くの電磁は発生装置では、現在まで問題が生じたり、実被害がでたとの報告はないものの、いくつかの機器では、ある程度の影響がでている実例もあり、ペースメーカ使用者は注意は必要となります。

 ・日本放射線技術学会 医療安全対策小委員会の報告では、X線CTにおいてペースメーカーがリセットされる事例が11件報告されている。検査を受ける際には医師・放射線技師に相談する事。

 ・2003年1月、厚生労働省から発表された医薬品・医療用具等安全性情報185号により、実環境においてIH式電気炊飯器が心臓ペースメーカーの動作に影響を及ぼした(設定がリセットされた)との報告がされた。

 これらの報告例では、患者に健康被害はなかった。しかし、X線CT、MRI、IH式電気炊飯器などの機器は、患者に予期せぬ健康被害をもたらす恐れがある。IH式電気炊飯器やセキュリティゲートなどの強力な電磁波が発生する機器の傍には必要以上に接近しない、長く留まらないなどの注意は欠かせない。できるだけ、そのような機器に近づく姿勢も取らないことが推奨されている。

その他の機器  心臓ペースメーカーに影響を与える可能性のあると指摘された、下記のよう電磁波を発生させる機器は、多くありますが、現在までのところ、そのような実例の報告は全世界でもありません。

 ・電波センサー式自動ドア、電動シャッター
 ・電子商品監視機器(万引き防止装置)
 ・空港などの金属探知機
 ・非接触ICカード機器、RFID機器
 ・無線LAN
 ・磁気浮上式リニアモーターカー(JR方式)
 ・違法CB無線
 ・iPodやその他の携帯型デジタル音楽プレイヤー