בשנת 1958, המהנדס ארל באקן ממיניאפוליס, מינסוטה, ייצר את קוצב הלב הלביש החיצוני הראשון, עבור מטופל של קלרנס וולטון לילהי (C. Walton Lillehei), חלוץ ניתוחי הלב-הפתוח. קוצב הלב פעל באמצעות טרנזיסטור, שאוחסן בתוך קופסת פלסטיק קטנה, והיה לו מתג שליטה שאיפשר כוונון קצב הלב והמתח היוצא מהמכשיר. האלקטרודות שיצאו מן הקוצב חוברו לשריר הלב, באמצעות כבלים מוליכים שהוחדרו דרך העור.
אחד מהמטופלים הראשונים שקיבלו את קוצב הלב הזה הייתה אישה בשנות ה-30 לחייה, במהלך ניתוח שבוצע בה בשנת 1964 במרפאת ראדקליף באוקספורד, על ידי המנתח הדרום-אפריקני ד"ר אלף גאנינג. ד"ר גאנינג היה תלמידו של ד"ר כריסטיאן בארנרד, ראשון משתילי הלב. ניתוח חלוצי זה בוצע בהדרכת ד"ר פיטר סלייט, קרדיולוג במרפאה, וצוות המחקר שלו בבית החולים סנט ג'ורג' בלונדון.
קוצב לב מושתל.
בשנת 1958 בוצעה גם ההשתלה הקלינית הראשונה של קוצב לב מושתל בשלמות, במכון קרולינסקה בשוודיה. בהשתלה זו נעשה שימוש בקוצב לב שעוצב בידי רון אלמקויסט (Rune Elmqvist) והמנתח איק סנינג (Åke Senning). הקוצב חובר לאלקטרודות שחוברו לשריר הלב באמצעות פתיחת בית החזה. המכשיר כשל אחרי 3 שעות. קוצב שני הוחדר והחזיק מעמד יומיים. מושתל קוצב הלב הראשון, ארנה לארסון, עבר בהמשך עוד 26 השתלות של קוצבי לב שונים במהלך חייו, ונפטר בשנת 2001, בגיל 86.
בשנת 1959 הודגם לראשונה קוצב לב דרך הוריד על ידי סימור פורמן וג'ון שוודל. בקוצב זה הוחדרה האלקטרודה באמצעות צנתר לוריד הבזילי.
בפברואר 1960 הושתלה במונטוידאו, אורוגוואי, גרסה משופרת של קוצב הלב של אלמקוויסט השוודי, על ידי ד"ר אורסטס פיאנדרה וד"ר רוברטו רוביו. התקן זה שרד עד מותו של המטופל ממחלות אחרות, תשעה חודשים מאוחר יותר. הקוצב השוודי המוקדם יותר השתמש בסוללות נטענות, שנטענו בכבל טעינה חיצוני. זה היה קוצב הלב הראשון שהושתל ביבשת אמריקה.
באפריל 1960 הוכנסו לשימוש בקוצבי לב מושתלים שתוכננו על ידי המהנדס וילסון גרייטבאטץ' (Wilson Greatbatch)לאחר מחקר נרחב בבעלי חיים. החידוש בקוצב של גרייטבאטץ' היה בשימוש בסוללת כספית כמקור אנרגיה. המטופל הראשון שרד 18 חודשים.
השימוש הראשון בקוצב לב בצנתור דרך הוריד בשילוב עם קוצב לב מושתל, נעשה על ידי פארסונט בארצות הברית, לאגרגן בשוודיה, וז'אן-ז'אק וולטי בצרפת, בשנים 1962–1963. ההליך התוך ורידי היה כרוך בחיתוך הוריד לתוכו מוחדר הצנתר שבראשו אלקטרודה, תחת הנחיה פלואורוסקופית, עד שהאלקטרודה הגיעה אל הטרבקולות בחדר הלב הימני. עד אמצע שנות ה-60 שיטה זו הפכה לשיטה הנפוצה ביותר.
מנתח הלב לאון אברמס והמהנדס הרפואי ריי לייטווד פיתחו והשתילו את קוצב הלב הראשון בו קצב הלב נשלט בידי המטופל, ב 1960 באוניברסיטת ברמינגהאם. ההשתלה הראשונה הייתה במרץ 1960, ובחודש שלאחר מכן - שתי השתלות נוספות. שלושת המטופלים התאוששו היטב ושבו לתפקוד באיכות חיים גבוהה. עד 1966 עוד 56 מטופלים עברו השתלת קוצב לב מסוג זה, ואחד מהם שרד חמש וחצי שנים.
המעגל החשמלי בקוצב.
קוצב הלב מורכב ממספר חלקים:
גוף הקוצב.
תפקיד.
תפקידו של גוף הקוצב, הוא לנתר את קצב הלב ובמידת הצורך, ליצור את האות החשמלי ולקבוע את קצב הקיצוב.
מבנה.
גודלו הממוצע של גוף הקוצב הוא 30.61 מ"מ ומשקלו הממוצע הוא כ־2 סוללות AA. הוא עטוף בשכבת טיטניום שהוא אטום הרמטית על מנת למנוע כניסת נוזלים.
חלקי גוף הקוצב.
1. מקור כוח (הסוללה).
סוללת הליתיום החליפה את סוללת הכספית-אבץ המסורתית היא העלתה את אורך חיי הסוללה לכ-10 שנים ואף יותר. משקלה של סוללת הליתיום נע בין 12.5 ל־15.5 גרם ומהווה כ־1 ל־30 ממשקל סוללת הכספית-אבץ, משמע- סוללת הליתיום קלה יותר.
סוללת קוצב הלב אמורה להחזיק בין 5 ל-15 שנים. כאשר הסוללה נשחקת, יש צורך להחליפה. לא ניתן להחליף רק את הסוללה, אלא יש להחליף את התקן כולו. תהליך החלפת המכשיר לעיתים מהיר יותר ודורש פחות זמן החלמה מאשר תהליך השתלת קוצב הלב עצמו בפעם הראשונה. בדיקת הסוללה מתבצעת על ידי הקוצב עצמו (המכשיר מבקר את הסוללה של עצמו) וע"י הרופא המטפל בכל בדיקת מעקב של המטופל אצלו.
בניגוד לדפיברילטור הנועד לספק מתח גבוה בפרק זמן קצר, קוצב הלב נועד לשימוש ארוך טווח ולכן הסוללה שלו צריכה לספק אנרגיה חשמלית קטנה בהרבה מדפיברילטור כ־25 מיקרו ג'אול בניגוד ל־15–40 ג'אול שיש בדפיברילטור.
סוללת הליתיום מאופיינת בהתנגדות הפנימית הגבוהה שלה, דבר המאפשר עבודה בזרמים נמוכים. העבודה שהסוללה צריכה לבצע היא בין 100 ל-200 מיקרו וואט. המתח המינימלי הנדרש לעבודתו של קוצב הלב הוא 2.2V ובעקבות ההתנגדות הפנימית זרם העבודה הוא 20 מילי אמפר – כלומר, מכיוון שהעבודה הנדרשת היא נמוכה, מתבצע שימוש בזרם נמוך, דבר המוביל לכך שישנו שימוש בעוצמה אשר אינה מסכנת את המשתמש.
נפח הסוללה הוא 2Ah (נפח של כ־2 סוללות AAA) וקצב שחיקת הסוללה הוא כ-10% ב־5 שנים.
עקב ירידת המתח של הסוללה עם הזמן, הסוללה מיוצרת עם מנגנון סוף החיים (EOL – end of life), המתריע לרופאים שנדרשת החלפת סוללה. מנגנון זה מונע עצירה פתאומית של קוצב הלב עקב חוסר בסוללה ומציל את חיי המטופל.
הסוללות מיוצרות באמינות מאוד גבוהה של 99.6% לעבודה עבור אורך חיים של 8 שנים. וקצב הכשל הוא 0.005% של כשלי סוללה לחודש.
2. מעבד (סנסור).
המעבד מכיל טכנולוגיה (טלמטריה) ששולחת פלט, חשה ומעבדת מידע. בחלק מקוצבי הלב החדשים יותר ישנה טכנולוגיה מתקדמת, שיכולה למדוד את טמפרטורת הדם, מספר נשימות של המטופל והפעילות החשמלית של הלב.
3. אלקטרודה (חוט מוליך).
האלקטרודה מוקפת זכוכית, אשר שומרת על חותם הרמטי, כדי לספק את החיבור החשמלי של החוט המוליך אל גוף הקוצב.
חוט מוליך (Lead).
תפקידים.
בקצה החוט המוליך ישנה אלקטרודה, אשר אחראית על הממשק והעברת האנרגיה החשמלית בין גוף הקוצב, לבין שריר הלב (myocardium).
בנוסף לכך, החוט המוליך אחראי על העברת המידע של הפעילות האלקטרונית של הלב.
מבנה.
האלקטרודה מכילה שני ערוצים:
בעבר, היה באלקטרודות ערוץ אחד בלבד של מעבר האלקטרונים, כך שהמעבר השני נעשה דרך קיר בית החזה של המטופל (דרך הרקמות), חזרה אל הקוצב.
מרבית החוטים המוליכים עשויים משני סלילים מוליכים. הסיבה לכפילות הסלילים היא כדי לייצר יתירות, שתוכל לכפות במצב שבו אחד הסלילים לא עובד. סלילים אלו עשויים מסגסוגת של מתכות. בחלקו החיצוני, החוט המוליך עטוף בשכבות של חומר מבודד.
התאמת מבנה לתפקיד.
כדי שהחוט המוליך יוכל לעורר שינוי בשריר הלב, הוא זקוק לצפיפות זרם גדולה בנק' ספציפית. על מנת לענות על צורך זה ולשמור על חיי הסוללה לאורך זמן רב יותר, קצה החוט הופך להיות קטן מאוד.
על ידי הקטנת הנקודה שנמצאת בממשק עם שריר הלב, ניתן להגדיל את צפיפות המטען באותה נקודה.
formula_1
צפיפות המטען וההתנגדות גדלים, דבר התורם גם הוא לשמירת חיי הסוללה לאורך זמן רב יותר, משום שפחות זרם יוצא מן הסוללה.
בנוסף לכך, ישנו חומר ארוג בסמוך לחור החוט המוליך שדרכו עוברים האלקטרונים. דבר זה נועד כדי למנוע עיכוב של הזרם החשמלי מהקוצב. בעזרת חומר זה, ניתן היה להגדיל את שטח המגע המיקרוסקופי, מבלי להגדיל את גודלו הגאומטרי.
החוט בחלקו החיצוני עטוף בשכבות של חומר מבודד. מרביתם של החוטים המולכים עשויים משני סלילים מוליכים. הסיבה לכך הוא יתירות על מנת לתת גיבוי במצב שאחד הסלילים לא עובד. הסלילים הללו עשויים מסגסוגות של מתכת.
סוגי קוצבי לב.
קיימים מספר סוגים של קוצבי לב, המותאמים למטופל על פי הצורך הטיפולי הנדרש ולפי הפרעת הקצב ממנה הוא סובל.
קוצב לב דו- לשכתי.
תפקידו של קוצב הלב הדו לשכתי, הוא להגביר את קצב הלב כאשר הקצב איטי. קוצב לב זה עוזר לשני החדרים לעבוד יחד, להתכווץ ולהרפות בקצב המתאים – וכך מתקבל סנכרון ההתכווצויות. ההתכווצות מאפשרת לדם לזרום כראוי מהעלייה הימנית לחדר ימין.
הקוצב מושתל בצד ימין או שמאל של הלב, מתחת עצם הבריח. בתהליך ההשתלה, מושתלות שתי אלקטרודות דרך הוריד האקסילרי (תת בריחי) אל הלב עצמו. אלקטרודה אחת ממוקמת בחלק העליון של הלב (העליות) והאלקטרודה השנייה ממוקמת בחלק התחתון של הלב (החדרים). תהליך השתלת קוצב לב דו-לשכתי אורך כשעה, ההחלמה מהירה וניתן להשתחרר מבית החולים לאחר כ־24 שעות.
קוצב לב חד- לשכתי.
קוצב זה נחשב לפשוט ביותר. הוא משמש למתן פולסים חשמליים באחד ממדורי הלב.
קוצב לב חד לשכתי הוא בעל אלקטרודה אחת המחוברת לאחת מהלשכות, נכנס דרך וריד נבוב עליון אל חדר ימין או עליה ימין. לעיתים הקוצב יוכנס לעליה הימנית כאשר יש הפרעה בקוצב הראשי (SA node).
הקוצב המושתל מדמה דפולריזציה בעלייה ימנית. הפעילות החשמלית עוברת לעלייה השמאלית, דרך הקוצב המשני (AV node) לחדרים וכך נוצרת התכווצות נורמלית של הלב. אך, בדרך כלל יוכנס הקוצב לחדר הימני (ממשיך מהעלייה הימנית דרך המסתם הטריקוספידלי) אצל אנשים להם יש הפרעה בקוצב המשני. הקוצב המושתל מעורר את התכווצות החדרים באופן ישיר.
דפיברילטור (ICD).
תפקידו של הדפיברילטור הוא לטפל בדופק לב מהיר (בדרך כלל יותר מ־200 פעימות בדקה) שעלול לגרום לדום לב.
לקות מסוימת במערכת ההולכה החשמלית של הלב, גורמת לפעימות לב מואצות ועל ידי כך, להפסקת הזרמת הדם מן הלב אל איברי הגוף השונים (כלומר, דום לב). אם אדם סובל מהפרעות קצב מסוכנות, או נמצא בסיכון להפרעה כזו, מומלץ על השתלת דפיברילטור אוטומטי.
בתוך הדפיברילטור ישנה מערכת שמזהה מתי הלב נכנס להפרעה מהירה ונותנת "שוק חשמלי" אשר מפסיק את הדופק המהיר והלב חוזר לקצב תקין.