PM leadless
I pacemaker senza elettrocateteri (leadless) rappresentano uno dei progressi tecnologici più importanti nel campo della stimolazione cardiaca.
I primi sforzi verso la progettazione di sistemi di stimolazione cardiaca impiantabili risalgono agli anni’70, ma solo recentemente la tecnologia ha raggiunto il mercato per applicazioni cliniche sull’uomo.
Progettati per conseguire gli stessi risultati di stimolazione dei dispositivi tradizionali, i pacemaker leadless sono stati ideati per essere impiantati direttamente nel cuore tramite una procedura mininvasiva.
Sono stati sviluppati tre tipi diversi di dispositivi: il WiCS, dispositivo di resincronizzazione cardiaca e due diversi pacemaker a stimolazione monocamerale con modalità VVI, il Nanostim ed il Micra.
Il pacemaker WiCS
Questo pacemaker è stato ideato per somministrare una terapia di resincronizzazione cardiaca nei pazienti con scompenso cardiaco, mediante la stimolazione del ventricolo sinistro. Mentre la terapia di resincronizzazione cardiaca convenzionale, erogata attraverso il posizionamento transvenoso di elettrocateteri nel ventricolo sinistro, presenta dei limiti tra cui l’anatomia della vena coronarica, il tasso di non-responder, la procedura di up-grading che richiede il cambiamento completo del sistema, il pacemaker WiCS consente la stimolazione endocardica del ventricolo di sinistra senza elettrocateteri, basata sulla conversione di energia ad ultrasuoni in energia elettrica. Il sistema di stimolazione è composto da: il pacemaker cardiaco, impiantato all’interno del ventricolo sinistro e fissato all’endocardio mediante delle punte di ancoraggio (Figura 6), la batteria esterna e un trasmettitore esterno che genera gli ultrasuoni.
Il sistema WiCSw-LV trasferisce energia acusticamente. Un trasmettitore impiantato nel sottocute in corrispondenza del secondo spazio intercostale, genera energia acustica a frequenze ultrasonore (ultrasuoni). Un piccolo elettrodo ricevitore, posto sul pacemaker impiantato sull’endocardio del ventricolo sinistro, riceve e converte l’energia acustica in energia di stimolazione elettrica e li trasferisce tra il catodo e l’anodo (Figura 7A). Il trasmettitore sfrutta la forma del fascio per inviare efficacemente l’energia acustica all’elettrodo impiantato, in modo simile ad un sistema di imaging ad ultrasuoni. In più, il trasmettitore può variare sia l’intensità che la durata del rilascio dell’energia acustica e similmente ad un pacemaker tradizionale può controllare il voltaggio e l’ampiezza dell’impulso. Il sistema WiCS-LV deve essere co-impiantato con qualsiasi altro pacemaker, ICD o dispositivo CRT, fornendo una stimolazione biventricolare ai pazienti con dispositivi preesistenti, senza richiedere interventi per il riposizionamento degli elettrocateteri o la revisione di questi dispositivi6263.
Il sistema esegue una stimolazione biventricolare sincronizzata rilevando il segnale di stimolazione dal ventricolo destro, mediante i dispositivi pre- impiantati ed usandolo come innesco per la stimolazione del ventricolo sinistro. Il ritardo di stimolazione tra il ventricolo destro e il ventricolo sinistro è di circa 3 ms, sostanzialmente simultaneo. Nei casi in cui è presente una stimolazione atriale destra, questa viene rilevata dal sistema ma viene discriminata elettronicamente dagli stimoli provenienti dal ventricolo destro, in modo che solo il rilevamento del segnale del ventricolo di destra può innescare la stimolazione del ventricolo sinistro.
Figura 7 (A). La tecnologia WiCS-LV. Trasduttori piezoelettrici trasmettono ultrasuoni poi l’energia meccanica viene ricevuta e convertita in output elettrico. L’elettrodo è attaccato all’endocardio del ventricolo sinistro mediante delle punte di ancoraggio. (B). WiCS è co- impiantato con un pacemaker, oppure con un dispositivo ICD o CRT. Fornisce una stimolazione biventricolare sincronizzata rilevando il segnale di stimolazione del ventricolo destro mediante i dispositivi pre-impiantati come trigger per la stimolazione del ventricolo sinistro. A. Auricchio,
P.Delnoy, F. Regoli, M. Seifert, T. Markou, and C. Butter, for the collaborative study group. First-in-man
implantation of leadless ultrasound- based cardiac stimulation pacing system: novel endocardial left ventricular resynchronization therapy in heart failure patients. Europace (2013) 15, 1191–1197.
Procedura d’impianto del pacemaker WiCS:
Si localizza l’arteria femorale destra e, attraverso una puntura, si inserisce un introduttore vascolare di 12 French, in combinazione con un otturatore vascolare con sutura (ProStar XL o Perclose Proglide 6F, Abate Vascolare Inc.). Si fa avanzare l’introduttore flessibile di 12 French fino a raggiungere il ventricolo sinistro, tramite un approccio transaortico, utilizzando un filo guida con punta flessibile lungo 180 cm e un dilatatore. Viene somministrata eparina per via endovenosa per evitare la formazione di coaguli adesi al sistema. Successivamente, si estraggono il dilatatore e il filo guida e si introduce un catetere flessibile che presenta a livello dell’estremità distale il pacemaker da impiantare, tenuti insieme da un sistema di sicurezza. Il sistema di sicurezza impedisce il distacco del pacemaker dal catetere, prima che esso sia posizionato nell’endocardio del ventricolo sinistro e permette di eseguire i test di performance del dispositivo in sicurezza. Raggiunta la sede d’impianto, dall’estremità distale del catetere viene rilasciato il pacemaker, facendolo ancorare sul sito d’impianto nell’endocardio del ventricolo sinistro, mediante guida fluoroscopica, e una volta riscontrato il corretto ancoraggio del dispositivo, quest’ultimo viene staccato dal sistema di sicurezza. A questo punto viene estratto il catetere e si sutura la breccia dell’arteria femorale con l’apposito otturatore. Infine, si preparano le due tasche sottocutanee, una di 3 cm in regione addominale per l’alloggiamento della batteria esterna e una di 6 cm nel secondo spazio intercostale di sinistra per il trasmettitore (figura 7 B). Viene quindi eseguita la programmazione del trasmettitore per consentire il rilevamento del segnale di stimolazione del ventricolo destro e per attivare le trasmissioni acustiche al pacemaker del ventricolo sinistro. Dopo aver valutato la qualità della stimolazione bi-ventricolare, mediante un ECG a 12 derivazioni, il trasmettitore e la batteria vengono suturati in loco62.
Lo studio Wireless Stimulation Endocardially per CRT Trial (WiSE-CRT) ha analizzato la sicurezza e le prestazioni del sistema WiCS-LV.
Sono stati arruolati 3 pazienti: un paziente con un defibrillatore impiantabile preesistente, un paziente con un sistema CRT il cui elettrocatetere del ventricolo sinistro non “catturava“ e un paziente con CRT, classificato come non-responder. Tutti e tre i pazienti sono stati trattati con successo. Le soglie di stimolazione elettrica variavano da 0.7 a 1.0 a 0.5 V. La classe funzionale in base alla New York Heart Association è cambiata in modo significativo (nel pre-impianto: due pazienti appartenevano alla III classe e un paziente alla IV classe; nel post- impianto: un paziente apparteneva alla I classe, un paziente alla II classe e un paziente tra la II e la III classe), e la frazione di eiezione del ventricolo sinistro è aumentata da 23.7 ± 3.4 % a 39 ± 6.2 % (P< 0.017). Questa relazione sui primi tre casi umani mostra che la stimolazione endocardica senza elettrocatetere può essere applicata in modo sicuro ed efficace, conferendo benefici sintomatici a breve-medio termine62.
Figura 3 Variazioni classe funzionale NYHA (riquadro in alto a sinistra), LVEF (pannello in alto a destra), volume telediastolico (pannello in basso a sinistra), e il volume telesistolico (in basso pannello di destra) in ciascuno dei pazienti trattati.A. Auricchio, P.Delnoy, F. Regoli, M. Seifert, T.
Markou, and C. Butter, for the collaborative study group . First-in-man implantation of leadless
ultrasound- based cardiac stimulation pacing system: novel endocardial left ventricular resynchronization therapy in heart failure patients. Europace (2013) 15, 1191–1197.
Il pacemaker Nanostim (LCP). E’ un dispositivo intracardiaco interamente autonomo inserito all’interno del ventricolo destro che include al suo interno l’elettronica del pacemaker, la batteria al litio e gli elettrodi (Figura 6). La lunghezza dell’LCP è di 42 mm con un diametro massimo di 5.99 mm. L’estremità distale presenta un’elica non retraibile a eluizione di steroidi (desametasone sodio fosfato) che con una singola rotazione, fissa l’LCP all’endocardio del ventricolo di destra. La profondità massima di penetrazione nel tessuto del sistema di ancoraggio è di 1,3 mm. Il rilevamento, la stimolazione e la comunicazione con il programmatore esterno avvengono attraverso l’elettrodo distale posizionato al centro dell’elica di ancoraggio, mentre l’estremità prossimale del dispositivo è stata progettata per permetterne il trasporto e il recupero.
Figura 6. Design del pacemaker Nanostim .
L’impianto di questo dispositivo avviene mediante una procedura minimamente invasiva, sotto la guida di immagini fluoroscopiche (raggi X). L’introduttore da 18 French e lungo 30 cm contenente il pacemaker viene inserito, attraverso una piccola puntura a livello inguinale, nella vena femorale destra (più di frequente), il dispositivo viene trasportato fino al ventricolo destro con l’uso di un catetere flessibile, all’interno di un manicotto estensibile che protegge l’elica di fissaggio. Una volta raggiunta la sede d’impianto, l’LCP viene ancorato nell’endocardio attraverso la rotazione del pacemaker che avvita l’elica al tessuto; si procede così
sganciando il pacemaker dal catetere e mantenendo come unico collegamento tra i due un filo di sicurezza per consentire all’apparecchiatura di eseguire le misurazioni e per valutare la stabilità del dispositivo senza la pressione esercitata dal catetere sull’LCP. Se la posizione o l’ancoraggio non sono ottimali, il dispositivo può essere recuperato, svitato e riposizionato mediante l’utilizzo del catetere. Il dispositivo presenta una testina di programmazione che gli permette di comunicare con il programmatore attraverso un ECG di superficie. Il programmatore visualizza l’ECG del paziente e lo stato dell’LCP impiantato, ed invia i comandi per modificare le impostazioni dei parametri LCP. I valori di programmazione ottimali sono di 2.5 V per la stimolazione e di 2 mV per il sensing dell’onda R, mentre la longevità della batterie è di 8.4 anni con stimolazione al 100 % e di 12.4 anni con stimolazione al 50 %
Figura 7. Immagini fluoroscopiche della procedura di impianto del pacemaker Nanostim. (A). Il pacemaker è montato su un catetere e introdotto nella vena femorale (B). il catetere viene
deviato e il pacemaker viene fatto avanzare attraverso la valvola tricuspide (C). il dispositivo viene posto nella regione del setto apicale del ventricolo di destra (D). dopo l’ancoraggio del dispositivo per
mezzo dell’elica, il dispositivo viene rilasciato. Hein Heidbuchel e Gerhard Hindricks. The year in
cardiology 2014: arrhythmias and device therapy European Heart Journal (2015) 36, 270–278.
Con lo studio di valutazione multicentrico prospettico LEADLESS Study 66
sono state testate la sicurezza e l’efficacia del pacemaker Nanostim. L’endpoint primario dello studio era la sopravvivenza libera da eventi avversi a 90 giorni. Gli endpoint secondari comprendevano la percentuale di successo dell’impianto, il tempo procedurale, e le misure di performance del dispositivo (soglie di stimolazione/sensing e prestastioni rate-responsive).
L’età media dei pazienti arruolati nello studio (n = 33) era di 77 ± 8 anni e il
67% dei pazienti era di sesso maschile (n = 22 /33). L'indicazione più comune all’impianto del pacemaker era la fibrillazione atriale permanente con blocco
atrioventricolare (n = 22 , 67%). La percentuale di successo procedurale dell'impianto è stata del 97% (n = 32). In cinque pazienti (15%) è stato necessario usare più di un pacemaker cardiaco leadless, per completare la procedura. In un paziente la procedura di impianto è stata complicata dalla perforazione del ventricolo destro seguita da tamponamento cardiaco, e infine il paziente è deceduto a causa di un ictus. Complessivamente la percentuale di sopravvivenza libera da eventi (endpoint primario) è stata del 94% (31/33). Al follow-up a 3 mesi, le misure di performance della stimolazione (sensing, impedenza e soglia di stimolazione) erano migliorate rispetto a quelle registrate al momento dell’impianto o erano rimaste stabili, in un range accettabile. In conclusione, questo trial randomizzato e prospettico ha dimostrato che l’impianto del pacemaker cardiaco monocamerale, completamente autonomo e senza elettrodi, è sicuro e fattibile. L'assenza degli elettrodi e del generatore sottocutaneo a favore di un dispositivo completamente intracardiaco e posizionato per via transvenosa femorale rappresenta quindi un cambiamento sostanziale nel futuro della stimolazione cardiaca6566.
Il pacemaker Micra. Il pacemaker Micra è un dispositivo transcatetere impiantabile monocamerale programmabile, che in risposta a bradicardia eroga la stimolazione del ventricolo destro. Il dispositivo è in grado di rilevare l’attività elettrica del cuore grazie a dei sensori ed a degli elettrodi stimolanti contenuti all’interno della capsula in titanio del pacemaker, in questo modo monitora il ritmo cardiaco intervenendo in caso di bradicardie attraverso la stimolazione, in base ai parametri programmati. Il pacemaker eroga una risposta in frequenza, controllata mediante un sensore basato sull’attività e comunica informazioni diagnostiche e di monitoraggio importanti per la valutazione del sistema di stimolazione e la cura del paziente. Il pacemaker Micra è stato progettato per rimanere permanentemente all’interno del cuore, infatti, data la longevità della sua batteria di circa 9.1 anni, la sua rimozione potrebbe risultare difficile per fenomeni di fibrosi del tessuto. Inoltre, si pensa che un secondo pacemaker potrebbe essere inserito in ventricolo destro una volta esaurita la batteria del primo. Al momento è il più piccolo pacemaker senza fili al mondo in fase di utilizzo nell’essere umano.
Figura 9. Immagine magnificata del pacemaker Micra, in dettaglio si possono notare gli arpioncini di ancoraggio.
Il sistema Micra è costituito da: il pacemaker impiantabile, il device delivery catheter system, il programmatore e il software (Figura 10).
Figura 10. I componenti del sistema Micra.
Il pacemaker impiantabile. E’ un dispositivo transcatetere miniaturizzato, monocamerale, che provvede al sensing bipolare e alla stimolazione del ventricolo destro con modalità VVIR. Il pacemaker viene impiantato per via transvenosa usando uno specifico catetere (delivery system) ed è dotato di un meccanismo di fissazione attiva costituito da 4 arpioncini, elettricamente inerti, che permettono di fissare il dispositivo all’endocardio del ventricolo di destra.
Figura 11. L’immagine mette a confronto un pacemaker tradizionale con elettrocateteri con il pacemaker Micra. Il pacemaker leadless Micra è progettato per conseguire gli stessi risultati di stimolazione di un pacemaker tradizionale, ma la procedura di impianto è notevolmente diversa. Nel caso del pacemaker tradizionale, il medico crea una tasca chirurgica in cui inserire il dispositivo a cui saranno collegati gli elettrocateteri che, attraverso i vasi sanguigni, raggiungono il cuore nel punto in cui erogano la stimolazione.
Il pacemaker leadless Micra è saldamente fissato all’interno del cuore ed invia i piccoli impulsi elettrici necessari per stimolarlo a battere normalmente. Questo tipo di pacemaker non richiede tasca chirurgica (nessuna cicatrice o rigonfiamento), né elettrocateteri. La durata della batteria è paragonabile a quella dei pacemaker monocamerali tradizionali.
Il device delivery catheter system. E’ costituito da due parti: il catetere trasportatore e l’impugnatura.
Il catetere trasportatore, una volta introdotto in vena femorale ha la funzione di trasportare e posizionare il dispositivo nell’endocardio del ventricolo destro. Il catetere presenta un’asse flessibile e orientabile con un’estremità rigida distale che contiene il pacemaker e un cono di ricattura, che aggancia il pacemaker (Figura 13 e 14). Il catetere grazie al suo rivestimento idrofilo presenta un basso coefficiente di attrito che garantisce un avanzamento più fluido anche nelle vene tortuose. L’estremità distale è costituita da una punta atraumatica che consente un sicuro e facile attraversamento della valvola tricuspide, riducendo al minimo il rischio di danni alle strutture più piccole del cuore, come le corde valvolari e le trabecole. Inoltre, il catetere presenta una curva prossimale preformata che, una volta attraversata la valvola tricuspide, permette una flessione e un facile posizionamento del dispositivo nella regione apicale del ventricolo di destra. Il catetere è stato progettato per consentire sufficiente feedback tattile all’operatore, in modo da identificare il contatto della punta con le strutture del cuore. La parte distale del catetere è radiopaca ciò permette, tramite l’acquisizione di immagini fluoroscopiche, di visualizzare la posizione della punta e di verificare la posizione del dispositivo. Questi componenti sono compatibili con un introduttore di diametro interno di 7.8mm (23 French), di diametro esterno di 27 French e di lunghezza di 56 cm o più. L'introduttore Micra è monouso e presenta un rivestimento idrofilo e fornisce un condotto per l'inserimento di dispositivi nel sistema venoso e per minimizzare la perdita di sangue associata con tali inserimenti.
Figura 13 . Scheda tecnica dell’introduttore.
Figura 14. Immagine dell’introduttore e del delivery system, contenente nella capsula distale il pacemeker Micra.
Figura 15. Illustrazione dell’estremità distale del delivery system, si può osservare il cono di ricattura prima in contatto con il pacemaker e successivamente sganciato da esso; è possibile notare che il filo di sicurezza fra i due, quando questi non sono più in contatto diretto.
L’impugnatura presenta dei comandi per direzionare il catetere trasportatore e posizionare il pacemaker in sede, ed un filo di sicurezza utile sia per testare l’ancoraggio che per retrarre e riposizionare il dispositivo, se necessario, durante la procedura di impianto (Figura 15 e 16).
Figura 16. Illustrazione dell’impugnatura con i comandi per direzionare il catetere e posizionare il pacemaker Micra.
Il programmatore ed il software. Sono utilizzati per programmare il dispositivo, per testare l’impianto e per le visite di controllo dei pazienti. La comunicazione tra il pacemaker e il programmatore avviene tramite l’uso di una testina di programmazione.
Il sistema di stimolazione transcatetere Micra viene sterilizzato con gas di ossido di etilene, posizionato su un vassoio asettico sterile e sigillato in un astuccio; quest’ultimo non deve essere aperto o danneggiato per mantenere il sistema di stimolazione sterile sino alla fase di impianto.
Il pacemaker Micra è un dispositivo intracardiaco autonomo miniaturizzato che include al suo interno il pacemaker elettronico, la batteria in litio e gli elettrodi. Il pacemaker leadless Micra, date le sue piccole dimensioni e l’assenza di fili, viene posizionato interamente all’interno del ventricolo destro del cuore, nella regione del setto apicale, provvedendo al sensing bipolare e offrendo una stimolazione monocamerale del ventricolo destro.
Il pacemaker presenta una lunghezza di 25.9 mm, un diametro di 6.67 mm (20 French), una massa di 2 g. e volume di 0.75 cc. L’estremità distale del pacemaker presenta 4 arpioncini metallici retraibili ad eluzione di steroidi (desametasone sodio fosfato) che permettono di fissare il dispositivo all’endocardio del ventricolo destro.
Dettagli tecnici: l’estremità distale di ogni singolo arpioncino presenta una piccola area di superficie (0.08 mm²), mentre ogni lato degli arpioncini ha una area di superficie più grande (125 mm²), gli arpioncini penetrano nei tessuti dividendoli con le estremità e fuoriescono esercitando pressione sui tessuti con il lato. In questo modo il dispositivo viene fissato all’endocardio tramite un forte ancoraggio, ma al tempo stesso riducendo il traumatismo dei tessuti (basso penetration rate, simile al meccanismo del Nanostim 1.3 mm); inoltre, l’entità della risposta fibrotica è inferiore a quella dei pacemaker con elettrodi a fissazione attiva (Nanostim).
Figura 17. Scheda tecnica del pacemaker Micra.
Figura 18. L’immagine mostra gli arpioncini del pacemaker Micra.
Micra Implantable Device (Pacemaker)
• Size – Volume: 0.8 cc – Length: 25.9 mm – Outer diameter: 6.7 mm – Mass: 2.0 g • Bipolar sensing/pacing
• Fixa on mechanism: Ni nol nes
• Ba ery
– Chemistry: Lithium silver vanadium oxide/ Carbon monoflouride – Longevity: 7.1/9.6 year longevity
(2.0/1.5V output, 60 bpm, 100% paced) • Capabili es – VVIR – RV capture management – Sensing assurance – Diagnos cs
• Device deac vated to OOO at end of life
Ac ve Fixa on “Tines” Cathode (2.5mm2) CapSure Sense steroid elu ng Anode (27mm2)
Il pacemaker, una volta ultimata la procedura di impianto, comunica con il programmatore ed il software tramite una testina di programmazione posizionata sul torace del paziente. Il programmatore permette di visualizzare sul monitor l’ECG del paziente e lo stato del dispositivo impiantato e tramite un software invia al pacemaker le impostazioni dei parametri elettrici. I valori
raccomandati all’impianto sono: ampiezza dell’onda R > 0.5 mV, soglia < = 1V ed impedenza 400 – 1500 Ohm. La longevità della batteria è di
9.1 anni (con 1.5 V/ .25msec, 70 bmp, stimolazione al 100 %). Il pacemaker è reattivo alla temperatura del sangue e all’attività del ventricolo di destra, dunque può aumentare il suo grado di stimolazione in base all’esercizio fisico. A livello mondiale, il sistema Micra TPS è attualmente disponibile esclusivamente per uso sperimentale e non è in commercio. Il lancio sul mercato italiano è previsto durante il 2015. L’unico ospedale pubblico italiano attualmente coinvolto nello studio Micra Transcatheter Pacing Study è l’Azienda Ospedaliera Universitaria Pisana. E’ uno studio clinico globale, multicentrico, internazionale, con disegno in aperto, prospettico, non randomizzato, non controllato, a braccio singolo. Lo scopo dello studio è la valutazione dell’efficacia e della sicurezza del sistema di stimolazione intracardiaco transcatetere Micra nonché la valutazione delle prestazioni del sistema a lungo termine. Circa 780 pazienti parteciperanno a questo studio in circa 70 centri. I controlli medici dei pazienti verranno eseguiti prima, durante e dopo la procedura di impianto, a 1 mese, a 3 mesi, a 6 mesi fino alla conclusione dello studio prevista per giugno 2018.