De pacemaker is, puur technisch bekeken, een relatief eenvoudig medisch hulpmiddel. Dat staat los van de enorme ontwikkeling die de pacemaker in de 90 jaar van haar bestaan doorgemaakt heeft. Dat wil zeggen, in de 90 jaar nadat de eerste elektrische, nog externe pacemaker het daglicht zag. Een uitvinding van de Australische arts Mark C. Lidwill die door Albert Hyman in 1932 daadwerkelijk gebouwd werd.
Toch werd al veel eerder in de geschiedenis het idee geboren om het hart middels prikkels te stimuleren. De theorie werd voor het eerst beschreven in het midden van de 18e eeuw. Ruim 100 jaar later werd ontdekt dat een stilstaand hart met behulp van stroomstoten gereanimeerd kon worden. Aan het eind van de 19e eeuw was het Xavier Bichat die experimenteerde met het via stroomstoten prikkelen van het hart bij onthoofde misdadigers. Bichat was een medicus die zich met name bezighield met anatomie en op dat gebied veel ontdekkingen gedaan heeft.
De eerste, externe, pacemaker van Hyman was feitelijk een kast met een ingebouwde dynamo die door een veermotor aangedreven werd om elektriciteit op te wekken. Die elektriciteit werd vervolgens gebruikt om kleine stroomstootjes toe te dienen via naalden die bij het hart geplaatst werden. Om te zien of dat gelukt was en wanneer de stroomstoten precies toegediend werden, werd ook een noenlamp in het apparaat geplaatst. Die lichtte elke keer op wanneer een stroomstoot toegediend werd.
Implanteerbare pacemakers
De eerste implanteerbare pacemaker verscheen in de tweede helft van de jaren vijftig van de vorige eeuw. Of beter gezegd pacemakers, want in 1957 en 1958 werkten twee technici aan een implanteerbare pacemaker.
De Amerikaanse medicus William P. Murphy Jr. ontwikkelde zijn model in Miami. In Zweden werkte dokter Rune Elmqvist ook aan de ‘eerste’ implanteerbare pacemaker. Die bestond uit twee transistors die in een rond ‘doosje’ geplaatst werden. Dat doosje was letterlijk een mal van een leeg blikje Kiwi schoensmeer.
Het was deze pacemaker die in 1958 voor het eerst bij een hartpatiënt geïmplanteerd werd. Elmqvist kreeg daarbij hulp van cardioloog Ake Senning. Hij plaatste de pacemaker van Elmqvist op 8 oktober 1958 in het lichaam van de 43-jarige hartpatiënt Arne Larsson.
Erg lang heeft de eerste pacemaker in het lichaam van deze patiënt niet gefunctioneerd. Na amper drie uur begaf hij het al. Het tweede exemplaar hield het een week uit. In de 53 jaar die Larsson daarna nog geleefd heeft – hij stierf een natuurlijke dood in 2001 - werden bij hem in totaal 24 nieuwe pacemakers geïmplanteerd.
Afmetingen en stroomvoorziening
Het feit dat medici en technici er voor het eind van de jaren vijftig al in slaagden een pacemaker te ontwikkelen die in het lichaam van een patiënt geplaatst kon worden, was uiteraard een bijzondere prestatie. We hebben het namelijk wel over de tijd dat een computer, zoals de IBM 702, een complete woonkamer in beslag nam en meer dan 10 ton woog. In dat licht bezien was een pacemaker ter grootte van een blikje schoensmeer een heuse revolutie.
Het reduceren van de afmetingen van de implanteerbare pacemaker had in het eerste decennia na de uitvinding zeker de aandacht. De grootste uitdaging was echter de stroomvoorziening. Batterijen waren in verhouding groot en zwaar. Zeker als ze genoeg stroom moesten leveren om de pacemaker meerdere maanden, of zelfs jaren, te voeden.
Eén van de pioniers die zich decennialang wijdde aan het ontwikkelen van compactere pacemalers en betere batterijen was Wilson Greatbatch. In de jaren zestig werd vooral gebruik gemaakt van kwik-zinkbatterijen. Om te voorkomen dat die aangetast werden door lichaamsvocht – kwik en zink zijn geen metalen die je in je bloedsomloop of organen wilt hebben – kregen deze batterijen in een omhulsel van epoxy-hars.
De lithium-ion batterij
In 1968 liep Greatbatch de lithium-batterij tegen het lijf. In de vorm zoals hij hem ontdekte was die echter niet bruikbaar. De betreffende batterij had namelijk een interne impedantie die de stroombelasting beperkte tot minder dan 0,1 mA. Dat weerhield de ontwikkelaar er niet van om toch aan de slag te gaan met de ontwikkeling van een voor pacemakers bruikbare lithium-batterij. Hoewel hij daar binnen drie jaar in slaagde, duurde het nog tot 1974 voordat de eerste pacemaker met een lithium batterij geïntroduceerd werd.
Na de presentatie in 1971 werd de technologie met enige scepsis ontvangen, onder andere vanwege de brandgevaarlijkheid van deze batterijen wanneer de twee componenten, door kortsluiting, met elkaar in contact komen. Inmiddels weten we niet beter dat vrijwel alle draagbare apparaten gevoed worden door li-ion accu’s. Van smartphone tot MP3-speler en van onze zaklampen tot, inderdaad, pacemakers! Tegenwoordig gaan de li-ion batterijen van pacemakers meerdere jaren mee.
Maar dat is niet het enige voordeel. Door de chemische reactie die ontstaat bij het gebruik van een lithium-ion batterij vormen de lithium anode en jodium kathode een barrière van lithiumjodide. Die groeit naarmate de batterij ouder, en verder ontladen, wordt. De huidige pacemakers zijn zo ontworpen dat ze aan de hand van het volume van de barrière kunnen melden wanneer de batterij leeg begint te raken.
Tegenwoordig hebben implanteerbare pacemakers ook nog maar een fractie van de afmetingen en het gewicht van enkele decennia geleden. Een gemiddelde pacemaker weegt zo’n 20 gram en heeft een volume van ongeveer 20 cc. Het implanteren, waarvoor vroeger een hartoperatie nodig was, kan tegenwoordig door de cardioloog uitgevoerd worden.
Voor meerdere aandoeningen
De eerste pacemakers waren alleen geschikt voor het verhelpen van een te traag hartritme, of bradycardie. Tegenwoordig bestaan er meer soorten pacemakers met verschillende functies. Zo kunnen nu ook mensen die lijden aan tachycardie - een te snel hartritme –geholpen worden. Voor mensen die kampen met hartfalen is de biventriculaire pacemaker ontwikkeld. Die dient een elektrische stroomstoot toe om het normale hartritme te herstellen als dat nodig is. Dat kan zijn omdat het hart onregelmatig slaat of wanneer het stil komt te staan.
De afgelopen maanden is de implanteerbare cardioverter-defibrillator – ICD - een aantal keer in het nieuws gekomen. Dit is een pacemaker die geplaatst wordt bij patiënten die een verhoogd risico hebben op een hartstilstand. Het apparaat kan ingrijpen bij gevaarlijke ritmestoornissen en zo een hartstilstand voorkomen. Ajax-speler Daly Blind kreeg enkele jaren geleden al een ICD en vorig jaar zomer werd voetbalminnend Denemarken, en de rest van de wereld, opgeschrikt door de hartstilstand die Christian Eriksen tijdens een wedstrijd trof. De Deense prof is inmiddels, met geïmplanteerde ICD, alweer terug op de velden.
Het is moeilijk voor te stellen dat een dergelijk herstel of normaal functioneren voor hartpatiënten amper 90 jaar geleden nog onmogelijk was. Wij gaan het niet meer meemaken, maar het zou mooi zijn om een kijkje in de toekomst te kunnen nemen en te zien waar de pacemaker na nog eens 90 jaar van ontwikkeling - in 2112 - toe in staat zal zijn.
Nederlandse ICD-initiatieven
Het Catharina Ziekenhuis in Eindhoven zette enkele jaren geleden in het kader van zinnige zorg een speciale remote care-afdeling op. De zorgmedewerkers van de afdeling kunnen onder meer op afstand ICD’s bedienen en uitlezen. Patiënten met een ICD moeten hoeven zo minder vaak voor controle naar het ziekenhuis.
Ook het Isala Ziekenhuis (Zwolle) zet al meerdere jaren thuismonitoring in voor mensen met een ICD. In plaats van eens per half jaar, wordt het device iedere dag uitgelezen. Met alle geregistreerde data denkt het Isala ook hartfalen te kunnen voorspellen.
Eind 2020 ging het SafeHeart-project van start. Binnen het project, gecoördineerd door het Amsterdam UMC, is een wearable ontwikkeld die om de pols gedragen wordt om het gedrag van de patiënt in de gaten te houden. De data die deze wearable verzameld, wordt met behulp van een AI-algoritme geanalyseerd. Patiënten met een ICD kunnen zo tijdig gewaarschuwd worden wanneer hun gezondheid achteruitgaat.
