La storia del Pacemaker

Geronimo Mercuriali da Forlì, nel 1500, formulò il concetto di sincope e ne dimostrò la connessione con una frequenza del polso lenta: “Ubi pulsus sit rarus semper expectanda est syncope.” Tradotto: “Quando il polso è raro (lento), ci si deve sempre aspettare una sincope.”

Nel 1847, più di cinquant’anni prima della scoperta dell’elettrocardiogramma, a Londra fu documentato per la prima volta nella storia un blocco atrio-ventricolare in un paziente di 34 anni con sincopi ricorrenti, usando un “apicocardiogramma”. Il blocco atrio-ventricolare, che può presentarsi in tre gradi diversi, consiste nel danno parziale o totale delle vie elettriche del cuore che conducono gli impulsi: è oggi la principale indicazione al posizionamento di un pacemaker [1]. L’elettrocardiogramma lo documenterà per la prima volta solo all’inizio del Novecento grazie al fisiologo olandese William Einthoven, che vincerà il Nobel per la Medicina nel 1924 per la scoperta dell’ECG.

Dopo aver identificato questa condizione, si iniziò a pensare a come trattarla, perché all’epoca non esisteva alcuna terapia. L’idea più logica fu sostituire le vie elettriche danneggiate con “vie” esterne. Nel 1926, due medici australiani svilupparono il primo pacemaker esterno: ingombrante e non utilizzabile sull’uomo, il dispositivo prevedeva il posizionamento di elettrodi sulla parete esterna del cuore, da cui venivano somministrati impulsi elettrici per far contrarre il muscolo cardiaco [2].

Nel 1950, a Boston, il Dott. Zoll utilizzò con successo un pacemaker esterno su due pazienti con blocco atrio-ventricolare di terzo grado, una condizione clinica gravissima. Il dispositivo però non poteva essere usato a lungo, perché estremamente doloroso [3]. Interessante notare che questa tecnica viene ancora oggi impiegata in situazioni estreme per stabilizzare i pazienti, oltre settant’anni dopo la sua introduzione.

La vera svolta avvenne a Stoccolma, l’8 ottobre 1958: Arne Larsson, ingegnere di 43 anni con blocco atrio-ventricolare di terzo grado, ricevette il primo pacemaker completamente impiantabile e autonomo. L’intervento fu eseguito dal cardiochirurgo Dott. Senning, mentre il dispositivo fu progettato dal medico e ingegnere Rune Elmqvist. Il pacemaker, formato da un generatore e un elettrocatetere che portava gli impulsi elettrici ai ventricoli sulla superficie epicardica o “esterna”, funzionò inizialmente solo per tre ore; un secondo dispositivo fu impiantato il giorno successivo. Nonostante ciò, l’intervento fu considerato un successo, salvando la vita a Larsson, che nel corso della vita ricevette 21 o più pacemaker, e morì nel 2001 all’età di 86 anni per cause non correlate al dispositivo [4].

Nel 1960, negli Stati Uniti, il Dott. Chardack e il Dott. Greatbatch impiantarono il primo pacemaker permanente alimentato da una batteria al mercurio-zinco in un uomo di 77 anni a Buffalo, New York [5]. Sempre nel 1960, Larry Graves, all’età di 8 anni, fu il primo bambino a ricevere un pacemaker completamente impiantato per un blocco atrio-ventricolare diagnosticato a circa due anni, sopravvivendo per 29 anni.

Alla fine degli anni ’60 e all’inizio degli anni ’70 ci fu un’ulteriore rivoluzione: fino ad allora gli elettrocateteri erano posti sulla superficie esterna dei ventricoli, richiedendo una toracotomia. Seguendo un’idea sviluppata a fine anni ’50, si iniziò a inserire gli elettrocateteri attraverso le vene, posizionandoli all’interno del ventricolo destro, rendendo la procedura meno invasiva.

Un altro progresso avvenne nel 1972 con l’introduzione di pacemaker ermetici a batteria al litio-iodio, più piccoli e longevi. Per affrontare il problema della durata della batteria, negli anni ’70 fu sviluppato anche un pacemaker alimentato a energia nucleare, impiantato per la prima volta in un paziente a Parigi e alimentato da plutonio-238. Questi dispositivi potevano durare decenni, ma furono resi obsoleti negli anni ’80 grazie ai progressi nelle batterie al litio e a considerazioni di sicurezza [6].

Alla fine degli anni ’70 furono sviluppati pacemaker bicamerali, in grado di stimolare e rilevare l’attività elettrica sia negli atri sia nel ventricolo destro, preservando la sincronizzazione atrio-ventricolare e il contributo atriale al riempimento ventricolare. Dagli anni ’80 i pacemaker entrarono nell’uso routinario, acquisendo la capacità di “rilevare” il ritmo cardiaco e stimolare solo quando necessario. I dispositivi divennero progressivamente più piccoli e sofisticati, con algoritmi che ne ottimizzavano le prestazioni [7].

All’inizio degli anni 2000 ci fu un grande passo avanti con la stimolazione biventricolare, utile nello scompenso cardiaco, e dal 2016 arrivarono i primi pacemaker senza fili (“leadless”), posizionati direttamente nel ventricolo destro. Oggi emergono dispositivi capaci di stimolare direttamente le vie elettriche fisiologiche del cuore, garantendo contrazioni sempre più naturali [1].

Insomma una storia di successo e ingegno che non accenna a finire!

Bibliografia

1. Glikson M, Nielsen JC, Kronborg MB, Michowitz Y, Auricchio A, Barbash IM, Barrabés JA, Boriani G, Braunschweig F, Brignole M, Burri H, Coats AJS, Deharo JC, Delgado V, Diller GP, Israel CW, Keren A, Knops RE, Kotecha D, Leclercq C, Merkely B, Starck C, Thylén I, Tolosana JM; ESC Scientific Document Group. 2021 ESC Guidelines on cardiac pacing and cardiac resynchronization therapy. Eur Heart J. 2021 Sep 14;42(35):3427-3520. doi: 10.1093/eurheartj/ehab364.
2. Aquilina O. A brief history of cardiac pacing. Images Paediatr Cardiol. 2006 Apr;8(2):17-81. PMID: 22368662; PMCID: PMC3232561.
3. ZOLL PM. Resuscitation of the heart in ventricular standstill by external electric stimulation. N Engl J Med. 1952 Nov 13;247(20):768-71. doi: 10.1056/NEJM195211132472005
4. Larsson B, Elmqvist H, Rydén L, Schüller H. Lessons from the first patient with an implanted pacemaker: 1958-2001. Pacing Clin Electrophysiol. 2003 Jan;26(1 Pt 1):114-24. doi: 10.1046/j.1460-9592.2003.00162.x.
5. CHARDACK WM, GAGE AA, GREATBATCH W. A transistorized, self-contained, implantable pacemaker for the long-term correction of complete heart block. Surgery. 1960 Oct;48:643-54
6. Parsonnet V, Driller J, Cook D, Rizvi SA. Thirty-one years of clinical experience with "nuclear-powered" pacemakers. Pacing Clin Electrophysiol. 2006 Feb;29(2):195-200. doi: 10.1111/j.1540-8159.2006.00317.x.
7. Beck H, Boden WE, Patibandla S, Kireyev D, Gutpa V, Campagna F, Cain ME, Marine JE. 50th Anniversary of the first successful permanent pacemaker implantation in the United States: historical review and future directions. Am J Cardiol. 2010 Sep 15;106(6):810-8. doi: 10.1016/j.amjcard.2010.04.043