인공 심박동기

인공 심박동기, 페이스메이커(pacemaker), 인공 심장박동기는 하나 이상의 심장방에 전극을 통해 전기 펄스를 전달하는 이식형 의료 기기이다. 각 펄스는 목표 심장 방을 수축시켜 혈액을 펌프질하게 하여 심장 전기 전도계의 기능을 조절한다.

인공 심박동기의 주요 목적은 심장의 자연적인 심박 조율기가 부적절하거나 불규칙한 심장 박동을 제공하거나, 심장의 전기 전도 시스템에 차단이 있을 때 규칙적인 심박수를 유지하는 것이다. 현대의 인공 심박동기는 외부에서 프로그래밍이 가능하며 심장 전문의가 개별 환자에게 최적의 박동 모드를 선택할 수 있도록 한다. 대부분의 인공 심박동기는 순환계의 동적 수요에 따라 심장 자극이 이루어지는 수요 기반형이다. 다른 일부는 고정된 속도의 충동을 보낸다.

특정 유형의 인공 심박동기인 이식형 제세동기는 인공 심박동기와 제세동 기능을 단일 이식형 장치에 결합한다. 양심실형 인공 심박동기라고 불리는 다른 인공 심박동기들은 심실(하부 심장 방) 내의 여러 위치를 자극하여 동기화를 개선하는 여러 전극을 가지고 있다.

 심장 박동 조절 방법 
섬네일|심방에 단일 방형 심박동기를 가진 사람의 심전도. P파가 나타날 것으로 예상되는 위치의 날카로운 전기 스파이크 중 하나 주위에 원이 그려져 있다.
섬네일|이중방 심박동기를 가진 사람의 심전도

 타진 박동 
경피 기계식 박동이라고도 알려진 타진 박동은 일반적으로 대정맥 내의 우심실 위, 인간 복장뼈의 좌측 하단 가장자리에 주먹을 대고 20-30 cm 거리에서 때려 심실 박동을 유도하는 방식이다 (British Journal of Anaesthesia에 따르면 심실 압력을 10-15 mmHg까지 올려 전기 활동을 유도해야 한다고 한다). 이는 전기 심박동기가 환자에게 도착할 때까지 생명 구제 수단으로만 사용되는 오래된 시술이다.

 경피 박동 

경피 박동(TCP), 또는 외부 박동은 모든 유형의 혈역학적으로 중요한 느린맥의 초기 안정화를 위해 권장된다. 이 시술은 환자의 가슴에 두 개의 페이싱 패드를 전방/측면 또는 전방/후방 위치에 부착하여 수행된다. 구조자는 페이싱 속도를 선택하고, 전기적 포획(심전도에서 크고 넓은 QRS 복합체와 높고 넓은 T파로 특징지어짐)이 해당 맥박과 함께 달성될 때까지 페이싱 전류(mA 단위로 측정)를 점진적으로 증가시킨다. 심전도상의 페이싱 인공물과 심한 근육 경련으로 인해 이 결정이 어려울 수 있다. 외부 박동은 장기간 의존해서는 안 된다. 이는 경정맥 박동 또는 다른 치료법이 적용될 때까지의 다리 역할을 하는 응급 시술이다.

 심외막 박동 

섬네일|임시 (심외막) 심실 박동기를 가진 환자의 역치 결정 시 심전도 리듬 스트립. 환자가 대동맥 판막 수술 중 쓰러진 후 심외막 박동기 리드가 삽입되었다. 추적 기록의 전반부에서는 분당 60회 박동의 박동기 자극이 우각차단 패턴을 가진 넓은 QRS 복합체를 유발한다. 점진적으로 약한 박동기 자극이 투여되어 추적 기록의 후반부에서는 무수축을 유발한다. 추적 기록의 끝에서는 짧은 저산소성 뇌전증 발작으로 인한 근육 수축으로 왜곡이 발생한다. 감소된 박동기 자극이 심실 탈출성 리듬을 유발하지 않으므로, 환자는 박동기 의존성으로 간주되며 확정적인 박동기가 필요하다.

임시 심외막 박동은 수술 절차가 방실 차단을 유발하는 경우 개심 수술 중에 사용된다. 전극은 심실의 바깥벽(심외막)에 접촉하도록 배치되어 임시 경정맥 전극이 삽입될 때까지 만족스러운 심박출량을 유지한다.

영구 심외막 박동 인출선은 수술로 이식하여 맥박 발생기 포켓으로 터널링할 수 있다. 이 인출선들은 심장에 수동적으로 닿아 봉합되거나, 심장에 능동적으로 고정하기 위한 나사 메커니즘을 가지고 있다.

 경정맥 박동 (임시) 

임시 박동에 사용될 때 경정맥 박동은 경피 박동의 대안이다. 박동기 와이어는 무균 상태에서 정맥에 삽입된 후 우심방 또는 우심실로 통과된다. 박동기 와이어는 몸 밖의 외부 박동기에 연결된다. 경정맥 박동은 영구 박동기 이식을 위한 다리 역할을 하는 경우가 많다. 영구 박동기가 이식되거나 더 이상 박동기가 필요 없어질 때까지 제자리에 유지될 수 있으며, 그 후 제거된다.

섬네일|심박동기 이식 시 X선으로 본 우심방 및 우심실 전극선. 심방 전극선은 그림의 왼쪽 상단에서 U자 모양으로 구부러진 것이다.

 영구 경정맥 박동 
이식형 심박동기를 이용한 영구 박동은 하나 이상의 박동 전극을 심장 내 방에 경정맥으로 삽입하고, 박동기는 쇄골 아래 피부 밑에 이식하는 것을 포함한다. 이 시술은 적절한 정맥을 절개하여 전극 인출선을 삽입하고 심장 판막을 통과하여 정맥을 따라 이동시킨 후 심방에 위치시키는 방식으로 수행된다. 이 시술은 의사가 전극 인출선의 통과를 볼 수 있게 해주는 투시 검사에 의해 용이해진다. 전극의 만족스러운 고정이 확인되면, 전극 인출선의 반대쪽 끝은 박동기 발생기에 연결된다.

영구 심박동기는 관여하는 심장방의 수와 기본 작동 메커니즘에 따라 세 가지 기본 유형으로 분류된다:
 단일방 심박동기. 이 유형에서는 하나의 박동 인출선만 심장의 한 방, 즉 심방 또는 심실에 삽입된다.
 이중방 심박동기. 여기서는 심장의 두 방에 전선이 삽입된다. 한 인출선은 심방을 박동하고 다른 하나는 심실을 박동한다. 이 유형은 심방과 심실 사이의 기능을 조율하여 심장의 자연적인 박동과 더 유사하게 작동하도록 돕는다.
 양심실 심박동기. 이 심박동기는 심장의 세 방에 세 개의 전선이 삽입된다. 하나는 심방에, 두 개는 각 심실에 삽입된다. 이식하기가 더 복잡하다.
 심박수 반응형 심박동기. 이 심박동기는 환자의 신체 활동 변화를 감지하여 신체의 신진대사 요구를 충족시키기 위해 박동 속도를 자동으로 조절하는 센서를 가지고 있다.

심박동기 발생기는 전원, 보통 리튬 금속 전지, 심장 전극이 감지한 자연 발생 심박동의 전기적 현상을 처리하는 감지 증폭기, 심박동기의 컴퓨터 논리 회로, 그리고 전극으로 박동 자극을 전달하는 출력 회로를 포함하는 밀봉된 장치이다.

가장 일반적으로, 발생기는 흉벽의 피하 지방 아래, 흉부 근육과 뼈 위에 위치한다. 그러나 위치는 경우에 따라 달라질 수 있다.

심박동기의 외부 케이스는 신체의 면역계에 의해 거의 거부되지 않도록 설계된다. 주로 몸에서 불활성인 티타늄으로 만들어진다.

 무선 박동 
무선 심박동기는 캡슐만큼 작고 심장 내부에 발생기를 배치할 수 있을 정도로 작아 박동 리드가 필요 없다. 박동 리드는 시간이 지남에 따라 고장날 수 있으므로, 이러한 구성 요소를 피하는 박동 시스템은 이론적인 장점을 제공한다. 무선 심박동기는 서혜부 절개를 통해 넙다리정맥에 삽입된 유도 카테터를 사용하여 심장에 이식될 수 있다.

 기본 기능 

 페이싱 모드 
현대 심박동기는 보통 여러 기능을 가지고 있다. 가장 기본적인 형태는 심장의 고유한 전기적 리듬을 모니터링한다. 심박동기 전선 또는 "리드"가 정상적인 박동 간 시간(가장 일반적으로 1초) 내에 심장 방(심방 또는 심실)에서 심장 전기 활동을 감지하지 못하면, 짧은 저전압 펄스로 심방 또는 심실을 자극한다. 전기 활동을 감지하면 자극을 중단한다. 이러한 감지 및 자극 활동은 박동마다 계속되며 "수요 기반 페이싱"이라고 불린다. 이중방 장치의 경우, 상부 방이 자발적 또는 자극적 활성화를 보이면, 장치는 허용 가능한(그리고 프로그래밍 가능한) 간격 내에 심실 활성화가 이루어지도록 카운트다운을 시작하고, 그렇지 않으면 다시 충동이 전달된다.

더 복잡한 형태는 심방과 심실 모두를 감지하고/하거나 자극하는 능력을 포함한다.

여기서 기본적인 심실 "수요" 박동 모드는 VVI이며, 운동을 위한 자동 속도 조절 기능이 있는 경우 VVIR이다. 이 모드는 심방세동과 같이 심방 박동과의 동기화가 필요하지 않을 때 적합하다. 이에 상응하는 심방 박동 모드는 AAI 또는 AAIR이며, 방실 전도가 온전하지만 자연 심박동기의 굴심방결절이 불안정할 때(동기능부전증후군(SND) 또는 동기능부전증후군) 선택되는 모드이다. 문제가 방실차단 (AVB)인 경우, 심박동기는 심방 박동을 감지(감지)하고 정상 지연(0.1–0.2초) 후에 심실 박동을 유발해야 한다(이미 발생하지 않았다면). 이는 VDD 모드이며, 우심방(감지용)과 심실(감지 및 박동용)에 전극이 있는 단일 박동 리드로 달성할 수 있다. 이러한 AAIR 및 VDD 모드는 미국에서는 흔하지 않지만 라틴 아메리카와 유럽에서는 널리 사용된다. DDDR 모드가 가장 흔하게 사용되는데, 이는 모든 옵션을 포함하고 있지만 심박동기는 별도의 심방 및 심실 리드가 필요하며 더 복잡하여 최적의 결과를 위해 기능에 대한 신중한 프로그래밍이 필요하다.

자동 심박동기는 비병리적 정상 굴리듬으로 돌아올 때마다 심장의 자연적인 박동수에 의해 override되도록 설계되었으며, 병리적 사건이 다시 발생할 때 심장의 전기 활동에 다시 영향을 미치기 시작할 수 있다. "심실 수요 심박동기"는 넓은 QRS 바로 앞에 심전도에 좁고 수직적인 스파이크를 생성한다. "심방 수요 심박동기"의 스파이크는 P파 바로 앞에 나타난다.

이에 비해, 유발 심박동기는 심장 조직 자체에서 전기 활동이 시작된 직후 활성화된다. "심실 유발 심박동기"는 심실 조직에서 맥박이 생성된 직후 충동을 생성하며 QRS와 동시에 스파이크로 나타난다. "심방 유발 심박동기"는 심방에서 전기적 사건이 발생한 직후 충동이 생성되는 모드이다. 이는 P파 이후에 나타나지만 일반적으로 넓어진 QRS 이전에 방전으로 나타난다.

 역치 
심장은 흥분성 조직으로 구성되어 있으며, 심장이 기능하기 위해 심근을 "포획"하는 데 특정 전압의 전기 펄스가 필요하다. 이를 달성하는 최소 전압을 역치라고 한다. 이는 확률적 속성이므로 실제로 사용되는 전압은 역치보다 높다 (보통 50-100% 마진). 또한, 전기 펄스는 시간 구성 요소를 가지며 역치에 대한 적절한 설명은 전압과 펄스 폭이다.

모든 전기 회로는 음극과 양극 사이에 완전한 연결이 필요하다. 일부 페이싱 리드의 경우, 심장에 대한 두 연결이 단일 리드("양극성")로 제공되며, 일부는 단일 연결("단극성")만 제공한다. 단극성에서는 두 번째 연결이 심장 내부에서 몸을 통해(혈액, 조직 등) 발생기로 이루어진다.

또한 중요한 것은 온저항이다. 임피던스가 낮을수록 역치 전압을 달성하는 데 더 많은 전류가 필요하며 배터리 수명이 단축된다. 임피던스는 페이싱 리드의 무결성과 리드와 심장의 전극-조직 인터페이스에 의해 영향을 받는다.

 감지 및 감도 
심박동기 기능의 중요한 측면은 고유한 심장 활동을 감지하는 것이다. 이를 감지라고 한다. 더 큰 감지 전압이 바람직하며 심실이 심방보다 더 큰 전압을 생성할 것으로 예상된다.

이벤트를 감지하는 최소 전압을 감도라고 한다. 감도가 높을수록 감지되는 것이 적고, 그 반대도 마찬가지이다. 감도가 너무 낮으면 P파, T파 및 노이즈 감지에 문제가 발생할 수 있으며, 이러한 것들을 감지하는 것을 "과잉 감지"라고 한다. 감도가 너무 높으면 심방의 P파와 심실의 QRS 감지를 놓칠 수 있으며, 이를 "미달 감지"라고 한다.

 양심실 박동 

심장 재동기화 요법(CRT)은 심장 기능상실이 있는 사람 중 좌심실과 우심실이 동시에 수축하지 않는 경우(심실 비동기)에 사용되며, 이는 심장 기능상실 환자의 약 25~50%에서 발생한다. CRT를 달성하기 위해 양심실 인공 심박동기(BVP)가 사용되는데, 이는 중격과 좌심실의 외측벽을 모두 박동할 수 있다. 좌심실의 양쪽을 박동함으로써 인공 심박동기는 심실 수축을 재동기화할 수 있다.

CRT 장치에는 최소 두 개의 리드가 있으며, 하나는 대정맥과 우심방을 거쳐 우심실로 들어가 중격을 자극하고, 다른 하나는 대정맥과 우심방을 거쳐 심장정맥동굴을 통해 삽입되어 좌심실의 심외막 벽을 박동한다. 종종 정상 굴리듬 환자의 경우, 심방 수축과의 동기화를 용이하게 하기 위해 우심방에도 리드가 있다. 따라서 심방과 심실 수축 사이의 타이밍뿐만 아니라 좌심실의 중격과 외측벽 사이의 타이밍도 최적의 심장 기능을 달성하기 위해 조절될 수 있다.

CRT 장치는 심장 기능상실 증상이 있는 환자의 사망률을 줄이고 삶의 질을 향상시키는 것으로 나타났다. 좌심실 박출률이 35% 이하이고 EKG 상 QRS 지속 시간이 120ms 이상인 환자에서 특히 그렇다.

양심실 박동만 하는 것을 CRT-P (박동용)라고 한다. 부정맥 위험이 있는 일부 환자의 경우, CRT는 이식형 제세동기 (ICD)와 결합될 수 있다. CRT-D (제세동용)로 알려진 이러한 장치는 생명을 위협하는 부정맥에 대해서도 효과적인 보호를 제공한다.

 전도 시스템 박동 
우심실의 첨단 또는 정점 부위에 심실 전극을 전통적으로 배치하는 우심실 첨단 박동은 심장 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이는 심방세동, 심장 기능상실, 심근 약화 및 잠재적으로 짧은 기대 수명 증가 위험과 관련이 있다. 히스속 박동 (HBP)과 좌각지 영역 박동 (LBBAP)은 더 자연스럽거나 완벽하게 자연스러운 심실 활성화를 유도하며 강력한 연구 및 임상적 관심을 불러일으켰다. 특수 전극과 배치 기술로 히스-푸르키니에 섬유망을 직접 자극함으로써 HBP는 동기화된 따라서 더 효과적인 심실 활성화를 유도하고 장기적인 심근 질환을 피한다. HBP는 일부 경우 다발가지차단 패턴을 교정할 수도 있다.

 기능의 발전 
섬네일|350px|우심방(흰색 화살표)과 우심실(검은색 화살촉)에 정상적으로 위치한 리드가 있는 심박동기의 전후방 및 측면 흉부 방사선 사진.
심박동기 기능의 주요 발전은 QT 간격, 동맥-정맥 시스템의 pO2 – pCO2 (용해된 산소 또는 이산화 탄소 수치), 가속도계로 측정되는 신체 활동, 체온, 아데노신 삼인산 수치, 아드레날린 등과 같은 다양한 입력을 활용하여 속도 반응형 심박동기를 만드는 방식으로 자연을 모방하려는 시도였다.
정적이고 미리 결정된 심박수를 생성하거나 간헐적인 제어 대신, 이러한 심박동기, 즉 '동적 심박동기'는 실제 호흡 부하와 잠재적으로 예상되는 호흡 부하를 모두 보상할 수 있었다. 최초의 동적 심박동기는 1982년 영국 런던 국립 심장 병원의 앤서니 리카즈가 발명했다.

동적 심박동 기술은 미래의 인공 심장에도 적용될 수 있다. 전이 조직 용접의 발전은 이러한 노력과 다른 인공 장기/관절/조직 대체 노력을 지원할 것이다. 줄기 세포는 전이 조직 용접에 관심 대상이 될 수 있다.

심박동기 이식 후 제어 기능을 향상시키기 위해 많은 발전이 이루어졌다. 이들 중 다수는 마이크로프로세서 제어 심박동기로의 전환을 통해 가능해졌다. 심실뿐만 아니라 심방까지 제어하는 심박동기가 보편화되었다. 심방과 심실을 모두 제어하는 심박동기를 이중방 심박동기라고 한다. 이러한 이중방 모델은 일반적으로 더 비싸지만, 심방의 수축 시기를 심실의 수축 시기보다 앞서도록 조정하면 심장의 펌프 효율이 향상되며 울혈성 심부전에 유용할 수 있다.

속도 반응 페이싱은 장치가 환자의 신체 활동을 감지하고 속도 반응 알고리즘을 통해 기본 페이싱 속도를 적절하게 증가 또는 감소시켜 반응할 수 있도록 한다.

DAVID 시험은 우심실에 불필요한 페이싱을 하는 것이 심장 기능상실을 악화시키고 심방세동의 발생률을 증가시킨다는 것을 보여주었다. 새로운 이중방 장치는 우심실 페이싱의 양을 최소화하여 심장 질환의 악화를 예방할 수 있다.

 고려 사항 

 삽입 
심박동기는 국소마취제를 사용하여 피부를 마비시킨 상태에서 진정작용을 사용하거나 사용하지 않고, 또는 전신 마취제를 사용하여 잠든 상태에서 삽입될 수 있다. 일반적으로 감염 위험을 줄이기 위해 항생제가 투여된다. 심박동기는 일반적으로 왼쪽 또는 오른쪽 어깨 부위의 가슴 앞쪽에 이식된다. 피부는 이식 부위의 털을 깎거나 면도한 후 클로르헥시딘과 같은 소독제로 세척하여 준비한다. 쇄골 아래에 절개를 하고 피부 아래에 공간 또는 주머니를 만들어 심박동기 발생기를 수용한다. 이 주머니는 일반적으로 큰가슴근 위(흉골 전)에 만들어지지만, 일부 경우에는 장치가 근육 아래(근육하)에 삽입될 수도 있다. 인출선은 X선 영상(투시 검사)의 안내를 받아 큰 정맥을 통해 심장으로 삽입된다. 인출선의 끝은 필요한 심박동기 유형에 따라 우심실, 우심방 또는 심장정맥동에 위치할 수 있다. 수술은 일반적으로 30분에서 90분 이내에 완료된다. 이식 후에는 수술 상처가 치유될 때까지 깨끗하고 건조하게 유지해야 한다. 삽입 후 몇 주 이내에 어깨의 일부 움직임은 심박동기 인출선이 이탈될 위험이 있다.

심박동기 발생기 내의 배터리는 일반적으로 5년에서 10년 동안 지속된다. 배터리 수명이 다할 때 발생기를 교체하는데, 이는 새로운 이식보다 보통 간단한 절차이다. 교체는 기존 장치를 제거하기 위해 절개하고, 기존 장치에서 인출선을 분리한 다음 새 발생기에 다시 연결하고, 새 장치를 재삽입하고 피부를 닫는 것을 포함한다.

 정기적인 심박동기 검진 
섬네일|심박동기 환자들이 사용하는 두 가지 종류의 원격 모니터링 장치
심박동기가 이식되면 장치가 작동하고 적절하게 작동하는지 정기적으로 확인한다. 장치는 필요하다고 판단되는 만큼 자주 확인할 수 있다. 정기적인 심박동기 검사는 보통 6개월마다 병원에서 이루어지지만, 환자/장치 상태 및 원격 모니터링 가능 여부에 따라 달라진다. 최신 심박동기 모델은 환자가 자택에서 휴대폰 네트워크에 연결된 송신기를 사용하여 심박동기 데이터를 전송하는 방식으로 원격으로도 진단할 수 있다.

병원 내 추적 검사 중 진단 테스트는 다음을 포함할 수 있다.
 감지: 장치가 고유한 심장 활동(심방 및 심실 탈분극)을 "보는" 능력.
 임피던스: 인출선 무결성을 측정하는 테스트. 임피던스의 크고/또는 급작스러운 증가는 인출선 골절을 나타낼 수 있으며, 임피던스의 크고/또는 급작스러운 감소는 절연 불량으로 인해 발생할 수 있다.
 역치 진폭: 인출선에 연결된 심방 또는 심실을 박동하는 데 필요한 최소 전압(일반적으로 수백분의 1볼트 단위).
 역치 지속 시간: 미리 설정된 진폭에서 장치가 인출선에 연결된 심방 또는 심실을 안정적으로 박동하는 데 필요한 시간.
 박동 백분율: 이전 장치 검사 이후 심박동기가 활성적으로 박동한 시간의 백분율로, 환자가 장치에 얼마나 의존하는지를 보여준다.
 현재 속도에서 예상 배터리 수명: 최신 심박동기는 "수요 기반"이며 필요할 때만 박동하므로, 배터리 수명은 심박동기가 얼마나 활용되는지에 따라 달라진다. 배터리 수명에 영향을 미치는 다른 요인으로는 프로그래밍된 출력 및 배터리 전력을 사용하는 알고리즘(기능)이 있다.
 마지막 추적 검사 이후 저장된 모든 이벤트, 특히 심방세동과 같은 부정맥. 이들은 일반적으로 의사가 설정한 특정 기준과 환자에게 특정한 기준에 따라 저장된다. 일부 장치는 이벤트 발생 시점과 이벤트 자체를 보여주는 심장 내 전기 기록을 표시하여 원인 또는 기원을 진단하는 데 도움이 된다.

 자기장, MRI 및 기타 생활 방식 문제 
환자의 생활 방식은 심박동기 삽입 후 크게 변경되지 않는다. 전면 접촉 스포츠나 심박동기를 강한 자기장에 노출시키는 것과 같이 현명하지 않은 몇 가지 활동이 있다.

심박동기 환자는 일부 일상 활동을 변경해야 할 수도 있다. 예를 들어, 차량 안전벨트의 어깨띠가 심박동기 삽입 부위에 걸리면 불편할 수 있다. 여성은 수술 후 한동안 브래지어를 착용할 수 없으며, 나중에는 넓은 어깨끈이 있는 브래지어를 착용해야 할 수도 있다.

일부 스포츠 및 신체 활동의 경우, 가능한 부상이나 심박동기 전극 손상을 방지하기 위해 특별한 심박동기 보호 장치를 착용할 수 있다.

심박동기는 자기장 또는 전자기장, 그리고 전리 방사선 및 소리 방사선의 영향을 받을 수 있다. 그러나 2013년 연구에서는 "CIED(심혈관 이식형 전자 장치) 수혜자에게 EMI(전자기 간섭)와 관련된 임상적으로 유의미한 부작용의 전체 위험은 매우 낮다. 따라서 가전제품을 사용할 때 특별한 예방 조치는 필요하지 않다. EMI의 환경 및 산업원도 노출 시간이 제한되고 CIED와의 거리가 최대화될 때 비교적 안전하다. EMI 유발 사건의 위험은 병원 환경 내에서 가장 높다."고 밝혔다. 이 연구는 많은 간섭원과 회로 손상, 비동기 박동 등 다양한 잠재적 효과를 나열하고 표로 정리했다. 구형 장치에서 일부 위험원은 신형 장치에서 제거되었다.

강력한 자기장과 관련된 활동은 피해야 한다. 여기에는 특정 유형의 장비로 아크 용접과 같은 활동, 그리고 강력한 자기장을 생성할 수 있는 중장비를 유지하는 것이 포함된다. 일부 의료 절차, 특히 자기공명영상 (MRI)은 매우 강력한 자기장 또는 심박동기를 손상시킬 수 있는 다른 조건을 수반한다.

그러나 많은 현대 심박동기는 특정 조건에서 MRI 중에 안전하게 사용할 수 있는 MR 조건부 또는 MRI 조건부로 지정되어 있다. 최초로 그렇게 지정된 것은 메드트로닉 Revo MRI SureScan으로, 2011년 2월 미국 FDA의 승인을 받았으며, MR 조건부로 지정된 첫 번째 제품이었다. MR 조건부 심박동기 사용에는 특정 환자 자격과 스캔 설정 등 여러 조건이 있다. MRI 조건부 장치는 스캔 전에 MRI 설정을 활성화해야 하고, 스캔 후에는 비활성화해야 한다.

 미국 시장의 99% 이상을 차지하는 5대 심장 박동기 제조사들이 FDA 승인을 받은 MR 조건부 심박동기를 생산하고 있었다. 환자가 오래된 비MRI 조건부 심박동기를 가지고 있거나, 심장 내부에 심박동기에 연결되지 않은 오래된 박동 전선이 있는 경우 MRI 사용이 배제될 수 있다.

2008년 미국 연구에 따르면 휴대용 음악 플레이어나 휴대폰에 사용되는 일부 헤드폰으로 생성된 자기장이 일부 심박동기에 매우 가깝게 배치될 경우 간섭을 일으킬 수 있는 것으로 나타났다.

또한, 미국심장협회에 따르면 일부 가정용 기기는 때때로 단일 박동을 억제할 가능성이 있다. 휴대폰은 맥박 발생기를 손상시키거나 심박동기 작동 방식에 영향을 미치지 않는 것으로 보인다. 자석을 포함하거나 상당한 자기장을 생성하는 물체는 심박동기 가까이에 두지 않는 것이 권장된다. 특히 유도 조리기는 위험을 초래할 수 있다.

의료 시술 전에 환자는 모든 의료진에게 자신이 심박동기를 가지고 있음을 알려야 한다. 심박동기를 가지고 있다고 해서 치과 치료와 같은 시술 전에 항생제를 투여받아야 하는 것은 아니다.

 말기 치료 및 심박동기 비활성화 
워싱턴 DC에 본부를 둔 미국 전문 기관인 심장 리듬 학회의 패널은 환자 또는 환자를 위해 결정을 내릴 법적 권한이 있는 사람들의 이식형 심장 장치를 비활성화해 달라는 요청을 존중하는 것이 합법적이고 윤리적이라고 판단했다. 변호사들은 법적 상황이 영양 튜브 제거와 유사하다고 말하지만, 미국에서는 심박동기와 관련된 법적 판례가 없었다. 많은 관할권(미국 포함)에서 환자는 자신을 살리는 심박동기를 포함하여 치료를 거부하거나 중단할 권리가 있다고 간주된다. 의사는 이를 끄는 것을 거부할 권리가 있지만, HRS 패널은 환자를 대신할 의사에게 의뢰해야 한다고 조언한다. 일부 환자는 심각한 뇌졸중이나 말기 치매와 같은 희망 없고 쇠약하게 만드는 상태가 너무 큰 고통을 유발하여 지지 조치로 생명을 연장하는 것을 선호하지 않을 수 있다고 생각한다.

 프라이버시 및 보안 
무선 통신을 허용하는 심박동기와 관련하여 보안 및 프라이버시 문제가 제기되었다. 연구팀이 시연한 바와 같이, 승인되지 않은 제3자가 심박동기에 포함된 환자 기록을 읽거나 장치를 재프로그램할 수 있다. 시연은 단거리에서 작동했으며, 장거리 안테나를 개발하려고 시도하지 않았다. 이 개념 증명 공격은 원격으로 접근 가능한 의료 이식물에 더 나은 보안 및 환자 경고 조치의 필요성을 입증하는 데 도움이 된다. 이러한 위협에 대응하여 퍼듀 대학교와 프린스턴 대학교 연구원들은 심박동기 및 인슐린 펌프와 같은 무선 의료 기기를 공격자로부터 보호하도록 설계된 MedMon이라는 방화벽 장치 프로토타입을 개발했다.

 합병증 
섬네일|심박동기 비포착을 보여주는 초음파.
심박동기 이식 수술로 인한 합병증은 흔하지 않지만 (각각 약 1–3%), 심박동기가 이식된 부위 또는 혈류의 감염; 시술에 사용된 염료 또는 마취에 대한 알레르기 반응; 특히 환자가 항응고제를 복용 중이거나, 노인이거나, 체구가 마르거나, 만성적으로 스테로이드를 사용하는 경우 발생기 부위 또는 심장 주변의 부기, 멍 또는 출혈을 포함할 수 있다.

이중방 인공 심박동기의 가능한 합병증 중 하나는 재진입성 빈맥의 일종인 '심박동기 매개 빈맥'(PMT)이다. PMT에서는 인공 심박동기가 회로의 순행성(심방에서 심실로) 부분을 형성하고 방실(AV) 결절이 회로의 역행성(심실에서 심방으로) 부분을 형성한다. PMT의 치료는 일반적으로 심박동기 재프로그래밍을 포함한다.

또 다른 가능한 합병증은 "심박동기 추적 빈맥"으로, 심방세동이나 심방조동과 같은 상심실성 빈맥이 심박동기에 의해 추적되어 심실 전극에서 박동을 생성한다. 이는 새로운 장치들이 종종 상심실성 빈맥을 인식하고 비추적 모드로 전환하도록 프로그래밍되어 매우 드물어지고 있다.

리드를 혈전증 사건의 잠재적 발생지로 고려하는 것이 중요하다. 리드는 심박동기에서 심장 근육의 이식 부위까지 이어지는 작은 직경의 와이어이며, 일반적으로 빗장밑정맥을 통해 정맥 내로 삽입되어 우심방에 접근한다. 이러한 방식으로 정맥 시스템 내에 이물질을 배치하면 혈류를 방해하고 혈전 형성을 유발할 수 있다. 따라서 심박동기 환자는 잠재적으로 생명을 위협하는 혈전증 또는 색전증을 피하기 위해 항응고 요법을 받아야 할 수 있다.

이러한 전극선은 삽입 중 또는 시간이 지남에 따른 마모로 인해 삼첨판을 손상시킬 수도 있다. 이는 삼첨판 역류 및 우측 심부전으로 이어질 수 있으며, 삼첨판 교체가 필요할 수도 있다.

때때로 전극선을 제거해야 할 수도 있다. 전극선 제거의 가장 흔한 이유는 감염이지만, 시간이 지남에 따라 전극선은 전극선 굽힘과 같은 여러 이유로 인해 손상될 수 있다. 심박동기 프로그래밍 변경은 어느 정도 전극선 손상을 극복할 수 있다. 그러나 전극선이 재사용된 10년 또는 20년 동안 여러 번 심박동기를 교체한 환자는 전극선 교체 수술이 필요할 수 있다.

전극선 교체는 두 가지 방법 중 하나로 할 수 있다. 현재 전극선을 제거하지 않고 새로운 전극선을 삽입하는 방법(혈류 및 심장 판막 기능에 추가적인 방해를 초래하므로 권장되지 않음) 또는 현재 전극선을 제거한 다음 교체할 전극선을 삽입하는 방법이다. 전극선 제거 기술은 간단한 견인으로 충분할지 아니면 더 복잡한 시술이 필요할지에 대한 외과의의 추정치에 따라 달라진다. 전극선은 일반적으로 심박동기에서 쉽게 분리할 수 있으므로, 장치 교체는 일반적으로 장치에 접근하여 전극선을 장치에서 분리하고 새 장치에 연결하여 교체하는 간단한 수술을 수반한다. 심장벽 천공과 같은 가능한 합병증은 환자의 몸에서 전극선을 제거하는 과정에서 발생한다.

심박동기 리드의 자유단은 미니어처 나사로 심근에 실제로 이식되거나, 작은 플라스틱 갈고리(갈고리)로 고정된다. 리드가 이식된 기간이 길수록(1~2년 이상), 신체가 이물질을 조직에 통합하는 경향이 있기 때문에 장치에서 심근으로 가는 경로의 여러 지점에서 환자의 몸에 추가적인 부착물이 있을 가능성이 높다. 일부 경우, 짧은 시간 동안 삽입된 리드의 제거는 몸에서 리드를 당겨내는 간단한 견인만으로 이루어질 수 있다. 다른 경우의 제거는 일반적으로 레이저 또는 절단 장치를 사용하여 리드 위로 절단면이 있는 캐뉼라처럼 실을 꿰어 리드를 따라 움직여 작은 절단 레이저 또는 유사한 장치로 유기 부착물을 제거한다.

문헌에서 다양한 위치에서 심박동기 리드 오위치가 보고되었다. 치료는 박동기 리드의 위치와 증상에 따라 달라진다.

또 다른 가능한 합병증인 트위들러 증후군은 환자가 심박동기를 조작하여 리드가 원래 위치에서 벗어나 다른 신경을 자극할 수 있을 때 발생한다.

심박동기를 사용한 전반적인 기대 수명은 우수하며, 대부분 기저 질환, 심방세동의 존재, 첫 이식 당시의 연령 및 성별에 따라 달라진다.

 다른 장치 
때때로 심박동기와 유사한 장치인 이식형 제세동기 (ICD)가 이식된다. 이 장치들은 종종 급성 심장사 위험이 있는 환자 치료에 사용된다. ICD는 박동, 심율동전환, 또는 제세동을 통해 다양한 종류의 심장 리듬 장애를 치료할 수 있다. 일부 ICD 장치는 심실세동과 심실빈맥 (VT)을 구별할 수 있으며, VT의 경우 심실세동으로 진행하기 전에 빈맥을 끊으려고 심장을 고유 박동보다 더 빠르게 박동시킬 수 있다. 이를 빠른 박동, 과도 박동, 또는 항빈맥 박동 (ATP)이라고 한다. ATP는 기저 리듬이 심실빈맥일 때만 효과적이며, 리듬이 심실세동일 때는 결코 효과적이지 않다.

 역사 
섬네일|1958년, 아르네 라르손 (1915–2001)은 이식형 심박동기를 받은 첫 번째 사람이 되었다. 그는 평생 동안 26개의 장치를 받았으며 심박동기가 필요한 다른 환자들을 위해 운동했다.

 기원 
1889년 존 알렉산더 맥윌리엄은 영국 의학 저널 (BMJ)에 자신의 실험을 보고했다. 실험에서 무수축 상태의 사람 심장에 전기 자극을 가하면 심실 수축이 일어나며, 60~70회/분 간격으로 자극을 가하면 60~70회/분의 심장 리듬을 유도할 수 있음을 확인했다.

1926년, 시드니 로열 프린스 알프레드 병원의 마크 C. 리드윌은 시드니 대학교의 물리학자 에드거 H. 부스의 지원을 받아 "조명 포인트에 꽂히는" 휴대용 장치를 고안했다. 이 장치에서 "한쪽 극은 강한 소금물에 적신 피부 패드에 적용되었고" 다른 극은 "끝만 절연된 바늘로 구성되어 해당 심장 방에 삽입되었다". "심박동기 속도는 약 80~120회/분으로 다양했고, 전압도 1.5~120볼트로 다양했다". 1928년, 이 장치는 시드니 크라운 스트리트 여성 병원에서 사산아의 심장을 소생시키는 데 사용되었고, 자극 10분 후 심장이 "스스로 뛰기 시작했다".

1932년, 미국 생리학자 앨버트 하이먼은 그의 형제의 도움을 받아 태엽 감는 손으로 돌리는 모터로 구동되는 자신만의 전기-기계적 기구를 설명했다. 하이먼 자신은 그의 발명품을 "인공 심박동기"라고 불렀고, 이 용어는 오늘날까지 사용되고 있다.

1930년대 초와 제2차 세계 대전 사이에 수행된 연구의 출판이 위키낱말사전:공백 상태인 것은 "죽은 자를 소생시키는" 것으로 자연에 간섭하는 것에 대한 대중의 인식 때문일 수 있다. 예를 들어, "하이먼은 동료 의사들 사이에서, 그리고 당시 신문 보도로 인한 부정적인 여론 때문에 그의 심박동기를 인간에게 사용한 데이터를 발표하지 않았다. 리드웰은 이 사실을 알고 인간에게 실험을 진행하지 않았을 수도 있다."

 경피 
1950년, 캐나다 전기 엔지니어 존 알렉산더 홉스는 토론토 종합병원의 윌프레드 고든 비글로우와 존 캘러한 심장-흉부 외과 의사들의 관찰을 바탕으로 최초의 외부 심박동기를 설계하고 제작했다. 이 장치는 토론토 대학교 밴팅 연구소에서 개에게 처음 실험되었다. 진공관 기술을 사용하여 경피 페이싱을 제공하는 상당한 외부 장치였는데, 사용 시 환자에게 다소 조잡하고 고통스러웠으며, AC 벽면 콘센트에서 전력을 공급받았기 때문에 환자의 감전 및 심실세동 유발 가능성이 있었다.

폴 졸을 비롯한 여러 혁신가들은 1952년부터 대형 충전 배터리를 전원으로 사용하여 더 작지만 여전히 부피가 큰 경피 심박동기 장치를 만들었다.

1957년, 윌리엄 L. 와이어리치(William L. Weirich)는 미네소타 대학교에서 수행된 연구 결과를 발표했다. 이 연구들은 심근 전극을 사용하여 완전 심장 차단을 가진 동물 피험자의 심박수, 심박출량 및 평균 대동맥압이 회복됨을 입증했다.

1958년 콜롬비아 의사 알베르토 베자라노 라베르데와 콜롬비아 전기 엔지니어 호르헤 레이놀즈 폼보는 홉스와 졸의 것과 유사한 외부 심박동기를 제작했는데, 이 장치는 45kg에 12볼트 자동차 납 축전지로 작동했지만 심장에 부착된 전극에 연결되었다. 이 장치는 70세의 사제 헤라르도 플로레스의 생명을 유지하는 데 성공적으로 사용되었다.

규소 트랜지스터의 개발과 1956년 최초의 상업적 출시는 실용적인 심장 박동기 개발로 이어지는 중요한 사건이었다.

 착용형 
1958년, 미네소타주 미니애폴리스의 엔지니어 얼 바켄은 C. 월턴 릴레하이 환자를 위한 최초의 착용형 외부 심박동기를 제작했다. 이 트랜지스터화된 심박동기는 작은 플라스틱 상자에 담겨 심박수 및 출력 전압 조절 컨트롤을 가지고 있었으며, 환자의 피부를 통과하여 심장의 심근 표면에 부착된 전극으로 연결되는 전극 리드에 연결되었다.

1960년대 영국에서는 버밍엄의 루카스 엔지니어링이 퀸 엘리자베스 병원의 아브람스 씨의 요청을 받아 전기-기계 제품을 대체할 트랜지스터화된 시제품을 생산했다. 팀은 루카스 그룹 연구 센터의 엔지니어 로저 놀란이 이끌었다. 놀란은 최초의 블로킹 발진기와 트랜지스터 구동 심박동기를 설계하고 만들었다. 이 심박동기는 벨트에 착용하고 충전식 밀폐형 배터리로 구동되어 사용자가 더 정상적인 삶을 살 수 있도록 했다.

이 루카스 심박동기 장치를 받은 초기 환자 중 한 명은 30대 초반의 여성이었다. 수술은 1964년 크리스천 버나드의 제자였던 남아프리카 심장외과 의사 알프 거닝에 의해 수행되었다. 이 선구적인 수술은 옥스퍼드의 래드클리프 인퍼머리의 심장 컨설턴트 피터 슬레이트와 런던의 성 조지 병원의 그의 심장 연구팀의 지도하에 이루어졌다.

 이식형 
섬네일|350px|이식된 심박동기의 그림. 심박동기 전극선이 위치한 곳을 보여준다.
최초로 인간에게 완전히 이식 가능한 심박동기가 임상적으로 이식된 것은 1958년 10월 8일 스웨덴 솔나의 카롤린스카 연구소에서 발명가 룬 엘름크비스트와 외과의사 오케 세닝이 설계한 심박동기를 사용하여 (엘레마-쇠난더 AB, 나중에 지멘스-엘레마 AB와 협력하여) 개흉술을 통해 심장의 심근에 부착된 전극에 연결했다. 이 장치는 세 시간 후에 고장 났다. 그 후 두 번째 장치가 이식되었는데, 이 장치는 이틀 동안 지속되었다. 세계 최초의 이식형 심박동기 환자인 아르네 라르손은 평생 동안 26개의 다른 심박동기를 이식받았다. 그는 2001년에 86세의 나이로 발명가와 외과의사보다 오래 살았다.

1959년, 세이무어 퍼먼과 존 슈웨델이 환자의 주정맥을 통해 카테터 전극을 삽입하는 임시 경정맥 박동을 최초로 시연했다.

1960년 2월, 우루과이 몬테비데오의 Casmu 1 병원에서 콜롬비아 의사 오레스테스 피안드라와 로베르토 루비오가 스웨덴 엘름크비스트 디자인의 개선된 버전을 이식했다. 아메리카 대륙에서 최초로 이식된 이 심박동기는 환자가 다른 질병으로 사망할 때까지 9개월 동안 작동했다. 초기 스웨덴 디자인 장치들은 외부에서 유도 코일로 충전되는 배터리를 사용했다.

엔지니어 윌슨 그레이트배치가 제작한 이식형 심박동기는 광범위한 동물 실험을 거쳐 1960년 4월부터 인간에게 사용되기 시작했다. 그레이트배치 혁신은 초기 스웨덴 장치와 달리 수은 전지와 같은 일차 전지를 에너지원으로 사용했다. 첫 번째 환자는 이후 18개월을 더 살았다.

이식형 심박동기와 함께 경정맥 박동이 최초로 사용된 것은 1962~63년 미국에서 빅터 파슨넷에 의해, 스웨덴에서 라게르그렌에 의해, 그리고 프랑스에서 장-자크 벨티에 의해 이루어졌다.
경정맥 또는 경피 시술은 정맥을 절개하여 투시 검사 안내하에 카테터 전극선이 삽입되어 우심실의 섬유주에 고정될 때까지 정맥 내로 통과시키는 것을 포함했다. 이는 1960년대 중반까지 선택되는 방법이 되었다.

심장흉부외과 의사 레온 에이브럼스와 의료 엔지니어 레이 라이트우드는 1960년 버밍엄 대학교에서 최초의 환자 제어 가변 속도 심장 박동기를 개발하고 이식했다. 첫 이식은 1960년 3월에 이루어졌으며, 다음 달에 두 번 더 이식되었다. 이 세 명의 환자는 잘 회복되어 높은 삶의 질을 되찾았다. 1966년까지 56명의 환자가 이식 수술을 받았으며, 한 명은 년 이상 생존했다.

 리튬 배터리 
섬네일|350x350px|최초의 리튬-아이오다이드 전지 구동 심박동기. 앤서니 애두치와 아트 슈발름이 발명했다. 카디악 심박동기 Inc. 1972
이전의 이식형 장치들은 모두 사용 가능한 1차 전지 기술, 주로 수은 전지의 신뢰성 부족과 짧은 수명으로 어려움을 겪었다. 1960년대 후반, 미국의 ARCO를 포함한 여러 회사는 원자력 전지 심박동기를 개발했지만, 이 개발은 1971년 윌슨 그레이트배치에 의한 리튬 요오드화물 전지 개발로 인해 추월당했다. 리튬-요오드화물 또는 리튬 양극 전지는 심박동기 설계의 표준이 되었다.

초기 장치의 신뢰성을 방해하는 또 다른 요인은 에폭시 수지 캡슐을 통한 체액의 수증기 확산으로, 전자 회로에 영향을 미쳤다. 이 현상은 1969년 호주의 텔레트로닉스가, 이어서 1972년 세인트폴 (미네소타주)의 카디악 심박동기 주식회사가 심박동기 발생기를 밀폐된 금속 케이스에 넣어 극복했다. 티타늄을 케이스 금속으로 사용하는 이 기술은 1970년대 중반까지 표준이 되었다.

1974년 7월 9일, 마누엘 A. 빌라파냐와 앤서니 애두치 (현재 가이던트인 카디악 심박동기 주식회사의 창립자)는 세계 최초로 리튬 양극과 리튬-요오드화물 전해질 고체 배터리를 사용한 심박동기를 제조했다. 리튬-요오드화물 또는 리튬 양극 전지는 심박동기의 수명을 1년에서 최대 11년으로 늘렸고, 심박동기 설계의 표준이 되었다. 그들은 1971년에 새로운 장수명 리튬 배터리로 구동되는 이식형 심장 박동기를 설계하고 테스트하기 시작했다. CPI 심박동기를 받은 첫 번째 환자는 1973년 6월에 수술을 마쳤다.

리자 모턴은 1978년 글래스고 요크힐 병원에서 생후 11일 만에 이식형 심박동기를 이식받았다. 그녀는 당시 최연소 아기였다.

 심장 내 
2013년, 여러 회사들은 침습적인 수술 대신 다리 카테터를 통해 삽입할 수 있는 장치를 발표했다. 이 장치들은 알약 크기와 모양으로, 전통적인 심박동기보다 훨씬 작다. 일단 이식되면 장치의 갈고리가 근육과 접촉하여 심장 박동을 안정시킨다. 이 유형의 장치 개발은 계속되고 있었다. 2014년 11월, 페어뱅크스 (알래스카주)의 빌 파이크는 포틀랜드 (오리건주) 프로비던스 세인트 빈센트 병원에서 메드트로닉 마이크라 심박동기를 이식받았다. D. 랜돌프 존스가 EP 의사였다. 또한 2014년, 세인트 주드 메디컬 주식회사는 나노스팀 무선 박동 기술을 평가하는 회사 무선 심박동기 관찰 연구에 첫 등록을 발표했다. 나노스팀 심박동기는 2013년 유럽 CE 마크를 받았다. 승인 후 이식 시험은 유럽에서 수행되었다. 이 유럽 연구는 6건의 천공 보고 후 환자 2명이 사망하여 중단되었다. 조사 후 세인트 주드 메디컬은 연구를 재개했다. 미국에서는 이 치료법이 FDA의 승인을 받지 못했다. 세인트 주드 나노스팀과 메드트로닉 마이크라는 단일방 심박동기이지만, 방실 차단 환자를 위한 무선 이중방 박동이 추가 개발을 통해 가능해질 것으로 예상되었다.

 재사용 가능한 심박동기 

매년 전 세계적으로 수많은 심박동기가 폭발을 피하기 위한 간단한 절차에 따라 화장될 시신에서 제거된다. 배터리 수명이 충분히 남은 심박동기는 저소득 및 중간 소득 국가(LMIC) 사람들에게 잠재적으로 생명을 구할 수 있는 장치이다. 미국의 비정부 기구인 의학 연구소는 선진 심혈관 기술에 대한 접근성 부족이 LMIC에서 심혈관 질환 이환율 및 사망률의 주요 원인이라고 보고했다. 1970년대 이후 전 세계적으로 여러 연구에서 심박동기 재사용의 안전성과 효능에 대해 보고했다. , 안전한 심박동기 및 ICD 재사용에 대한 널리 받아들여지는 표준은 개발되지 않았으며, 의료 기기 재사용의 광범위한 채택에 대한 법적 및 규제적 장벽이 계속 존재했다.

 동물에서 

심박동기는 고양이, 개, 말과 같은 동물에도 이식되었다.

 제조사 
이식형 심박동기의 현재 및 이전 제조사
 바이오트로닉 (독일)
 보스턴 사이언티픽 (미국)
 카디악 심박동기 주식회사; 가이던트 (미국) (현재 보스턴 사이언티픽 소유)
 인터메딕스 (미국)
 러푸 메디컬 (중국)
 메디코 (이탈리아)
 메드트로닉 (미국)
 소린 그룹 (이탈리아) (사이버오닉스와 합병하여 리바노바 형성; 2018년, 리바노바는 심장 리듬 관리 사업부를 마이크로포트에 1억 9천만 달러에 매각했다.)
 세인트 주드 메디컬 (미국) (현재 애벗 래버러토리스 소유)
 애벗 래버러토리스 (미국)

 같이 보기 
 생체 심박동기
 단추형 전지
 심장 전기 전도계
 이식형 제세동기
 감염성 심내막염
 심박동기 증후군

 각주 

 외부 링크 
 심장 박동기 인공물의 감지 및 구별 
 국립 심장, 폐, 혈액 연구소의 이식형 제세동기
 CRT-P 및 CRT-D의 현재 적응증: 유럽 심장 리듬 협회 (EHRA) 웨비나

분류:심장전기생리학
분류:임베디드 시스템
분류:사이버네틱스
분류:오스트레일리아의 발명품
분류:의공학
분류:캐나다의 발명품
분류:1959년 도입
분류:보철
분류:의학 기기
분류:이식물