起搏器工作原理
人工心脏起搏疗法是指利用人造的脉冲电流刺激心脏，代替失去功能的窦房结、房室结，促进机械收缩，以带动心跳的治疗方法。能产生脉冲电流的电子仪器称为脉冲发生器，临床上简称为起搏器，它能发出电脉冲，通过带有电极的导管（“电线”），重复刺激心脏，使病变的心脏（如严重缓慢性心律失常）按时产生有效收缩，从而保持接近正常频率的心脏跳动。心脏电路中，当电活动的起源点窦房结或电路中其他重要部位（如房室结）的功能发生障碍时，可造成心率极为缓慢，甚至心脏停搏，此时，由人工心脏起搏器发出脉冲电流，通过导线和电极的传导，刺激心肌产生机械收缩反应。显而易见，人工心脏起搏器实际上是提供了一个人工的异位兴奋灶，以替代正常的起搏点（窦房结）及传导电路激动心脏，而达到维持正常心跳频率的效果。但应当指出的是，安置心脏起搏器的病人，其心脏应具有兴奋性和收缩功能，倘若心肌已严重松弛无力，丧失兴奋和收缩功能（如某些心脏病、心力衰竭的晚期），即使给予电刺激也不能使心脏起搏，便达不到起搏器的治疗目的。因此，心肌必须具备兴奋性、传导性及机械收缩功能，这样心脏起搏器才能成功引起其跳动。
1.起搏系统的组成
人工心脏起搏系统主要由脉冲发生器（发放脉冲电刺激的机器、内置大容量电池）和心房/心室电极导线（“人工电线”）组成，脉冲发生器能产生电刺激，通过电极导线传输至心房/心室的心肌。此外电极导线还能作为感知线路，将心脏内部的电活动信号传输回脉冲发生器，以保证脉冲发生器在心脏需要起搏时恰当发放电刺激。如图4-2-1所示，脉冲发生器埋置在皮下，“电线”经皮下-大血管植入心脏内部，整个心脏起搏系统，除了脉冲发生器及“电线”之外，还包括人体。起搏器能否正常工作，与人体的血管、心脏状态及植入位置等因素息息相关，我们医生在判断起搏系统是否完整时，一定优先考虑患者状况。
图4-2-1 心脏起搏系统示意图
2.起搏器类型及代码
1981年，心脏病学会国际委员会（ICHD）制定五位字母代码起搏器命名规则，在此基础上，1987年，北美心脏起搏电生理学会（NASPE）与英国心脏起搏与电生理学组（BPEG）制定了NBG编码（见表4-2-1），一直沿用至今。
表4-2-1 起搏器NBG编码
在表4-2-1中，自左至右，各个位置字母代表的意义不同。第一位（Ⅰ）表示起搏器起搏的心腔；A代表起搏心房（Atrium）；V代表起搏心室（Ventricle）；D代表既能起搏心房，也能起搏心室；O代表既不起搏心房，也不起搏心室。第二位（Ⅱ）表示起搏器感知自身心脏电活动的心腔，感知指的是起搏器通过心腔内电线去“看”并且“识别”心脏自身的电活动；A代表感知心房；V代表感知心室；D代表既能感知心房，也能感知心室；O代表既不感知心房；也不感知心室。第三位（Ⅲ）表示起搏器感知到自身心脏电活动后的反应措施，T表示感知到自身电信号后触发脉冲发生器发放刺激（trigger，触发型），I表示感知到自身电信号后脉冲发生器不发放刺激（inhibit，抑制型），D表示兼有触发和抑制两种反应方式，O为无感知起搏器不做出反应。第四位（Ⅳ）表示起搏器能否根据机体需要来进行频率调节，比如人体在休息时心率慢，而运动时心率要加快，以满足机体需求，R代表起搏器有频率适应功能，在人体处于不同状况时可自动调节起搏频率，O则是不能进行动态调节。第五位（Ⅴ）代表起搏器是否具有抑制快速性心律失常的能力，由于近年来植入式心脏自动复律除颤器（ICD）的广泛应用，第五位字母通常已不用于描述起搏系统。根据NBG编码，我们可以用AAI（R）、VVI（R）、VVT等字母描述单腔起搏器的工作方式，用DDD（R）、DDI（R）等字母描述双腔起搏器的工作方式，后文还会详细解释。(https://www.daowen.com)
单腔、双腔、三腔都是指起搏器本体可以连接几根电极导线，一般来说每根电极导线植入到一个心脏腔室内。简单而言，单腔起搏器就是只连接一根电极导线的起搏器，可以起搏一个心腔（一般是右心房或右心室，同理，双腔起搏器可连接两根电极导线，起搏两个心腔（一般是右心房及右心室），而三腔起搏器可以连接三根电极导线并起搏三个心腔（一般是右心房、右心室及左心室）。
单腔起搏主要包括AAI模式和VVI模式，分别是电极导线植入右心房或右心室的工作模式。AAI模式的工作方式为起搏器如果“看到”（感知）心房自身能正常工作（心房自身电活动频率高于起搏器预设频率），则起搏器不再发放脉冲起搏心房，反之，如果起搏器感知到心房自身不能正常工作（心房自身电活动频率低于起搏器预设频率），则起搏器发放脉冲起搏心房。VVI模式的工作方式为起搏器如果“看到”（感知）心室自身能正常工作（心室自身电活动频率高于起搏器预设频率），则起搏器不再发放脉冲起搏心室，反之，如果起搏器感知到心室自身不能正常工作（心室自身电活动频率低于起搏器预设频率），则起搏器发放脉冲起搏心室。对于窦房结功能障碍的患者，与VVI模式相比，单腔起搏的AAI模式更加接近正常心脏电活动状况，符合生理，但是，若存在房室传导阻滞，AAI模式则不再适用。对于持续性房颤或心房静止的患者，由于心房已无法起搏，可选择VVI模式的起搏治疗。
双腔起搏器适用于除永久性房颤之外的大部分患者，优点是保证心房、心室的顺序性起搏，也就是说更接近人体正常的心脏电活动状况，符合生理。双腔起搏DDD模式的工作方式为，起搏器根据“看到”（感知）的自身心房、心室的工作情况，按需智能化生理性地发放或者抑制脉冲。
传统起搏器主要用于心动过缓的治疗，而心动过速（尤其是室性心动过速及室颤等）则需要植入型心脏复律除颤器（ICD），ICD具有支持性起搏、抗心动过速起搏、低能量心脏转复和高能量除颤等作用，能在数秒内识别病人快速性的心律失常，并能自动放电、除颤，显著减少恶性室性心律失常猝死的发生率。
三腔起搏器又叫CRT，对于心力衰竭合并心室内电活动传导异常的患者，心室之间不同步的充盈和收缩可能会加重心功能不全。特别是左束支传导阻滞患者，对于有症状的左室功能异常的患者，采用左室起搏和双心室起搏，安置在有适应证的患者身上，可改善患者的心功能不全。CRT与ICD合二为一就是CRT-D，既具有CRT改善心脏不同步提升心功能的作用，又有ICD预防猝死的作用。图4-2-2分别是双腔、三腔起搏器的实际临床影像，从中可以看到人体胸部的轮廓、肺脏、心脏及骨骼，脉冲发生器在左侧胸部皮下内，而连接的“电线”通过锁骨下静脉植入到心脏中，分别位于不同的腔室。
图4-2-2 双腔、三腔起搏器实际临床影像图
除了前面所说的起搏、感知常规功能之外，起搏器还具备特殊功能，这里主要介绍自动化功能和频率适应性起搏。
起搏器的自动化功能：起搏器可通过自动定期记录、搜索患者心律和起搏器工作状态，将数据进行综合、归纳、分析，自动调整起搏参数以适应患者的需要。当然，这些自动化功能也需要进行人工随访以确定其工作方式是否正确。目前常用起搏器的自动化功能包括：起搏模式自动转换、房室延迟自动调整、自动模式转换、抗起搏器介导性心动过速功能、感知灵敏度自动调节、起搏频率的自动调节、起搏输出电压自动调整等。自动化功能的作用在于，一方面使起搏器工作更符合正常生理性心脏电活动，改善患者的症状、生活质量及心功能情况；另一方面也保证起搏器的安全运行并尽可能延长其使用时长。
频率适应性起搏：心脏变时功能不全的患者，自身的心率不能根据身体需要而改变，比如正常人在静息状态下心率为60～100次/分，运动或情绪激动时心率可提升至120～140次/分，甚至剧烈运动时可达到160～180次/分。而窦房结变时功能障碍者运动时心率也无法超过100次/分，会表现为活动量下降、运动时胸部不适等症状，频率适应性起搏器可通过感知体动、血pH值判断机体对心排血量的需要而自动调节起搏频率，相应增减起搏频率，从而改善心脏变时功能不全患者的运动耐量。