除細動

除細動は、心肺蘇生（CPR）において重要なステップとなることが多い。^{[ 6 ] [ 7 ]} CPRは、心臓と肺の機能を回復させることを目的としたアルゴリズムに基づく介入である。^{[ 6 ]}除細動は、特定の種類の不整脈、特に心室細動（VF）と無脈性心室頻拍にのみ適応となる。^{[ 1 ] [ 2 ]}心静止や無脈性電気活動（PEA）のように心臓が完全に停止している場合は、除細動は適応とならない。患者が意識があるか脈がある場合も、除細動は適応とならない。不適切な電気ショックは、心室細動などの危険な不整脈を引き起こす可能性がある。^{[ 1 ]}

医療センター以外でもよく利用できる除細動器は、自動体外式除細動器（AED）^{[ 8 ]}です。これは、事前の訓練なしで使用できる携帯型の機器です。これは、機器が録音された音声指示を生成し、ユーザーをガイドするためです。この機器は患者の状態を自動的にチェックし、適切な電気ショックを与えます。手順を段階的に説明する書面による説明書も存在します。^{[ 9 ]}

北米では院外心停止の生存率は低く、10%未満であることが多い。 ^{[ 10 ]}院内心停止の転帰は20%と高い。^{[ 10 ]}心停止を起こした人々のグループ内では、特定の心拍リズムが生存率に大きく影響する可能性がある。ショック療法が効かないリズム（静止またはPEAなど）で来院した人と比較して、ショック療法が効くリズム（VFまたは無脈性心室頻拍など）の人は生存率が向上し、21～50%の範囲である。^{[ 6 ] [ 11 ] [ 12 ]}

手動式体外式除細動器は、医療従事者の専門知識を必要とします。^{[ 13 ] [ 14 ]}これらは、別体または内蔵型の心電図と併用して使用されます。医療従事者はまず心臓のリズムを診断し、次に手動で電気ショックの電圧とタイミングを決定します。これらの装置は主に病院と一部の救急車にあります。たとえば、英国のすべてのNHS救急車には、救急隊員と技術者が使用するための手動式除細動器が装備されています。米国では、多くの上級EMTとすべての救急隊員が致死性不整脈を認識し、必要に応じて手動式除細動器で適切な電気療法を行う訓練を受けています。

心臓バイパス手術などの心臓手術中または手術後に心臓を除細動するために、体内除細動器がよく使用されます。電極は、心筋に直接接触する円形の金属板で構成されています。手動式体内除細動器は、心臓に直接置かれたパドルを通してショックを与えます。^{[ 1 ]}これらは主に手術室で使用され、まれに開胸手術中の救急室でも使用されます。

自動体外式除細動器（AED）は、訓練を受けていない、または短時間の訓練を受けた一般人が使用できるように設計されています。^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} AEDには心拍リズムを分析する技術が搭載されています。そのため、訓練を受けた医療従事者が心拍リズムが除細動可能かどうかを判断する必要はありません。これらの装置を一般に公開することで、AEDは院外での突然の心停止の転帰を改善しました。^{[ 15 ] [ 16 ]}

訓練を受けた医療従事者は、手動式体外式除細動器よりもAEDの使用が限られています。^{[ 18 ]}最近の研究では、院内心停止患者の転帰はAEDによって改善されないことが示されています。^{[ 18 ] [ 19 ]} AEDは電圧が固定されており、必要に応じて操作者が電圧を変更することはできません。AEDは効果的なCPRの実施を遅らせる可能性もあります。リズムの診断には、AEDでは胸骨圧迫と人工呼吸の停止が必要になることがよくあります。これらの理由から、欧州蘇生協議会などの一部の団体は、手動式体外式除細動器がすぐに利用できる場合は、AEDよりも手動式体外式除細動器の使用を推奨しています。^{[ 19 ]}

早期除細動は心室細動の転帰を大幅に改善できるため、AEDはアクセスしやすい多くの場所で一般に利用可能になっています。^{[ 18 ] [ 19 ]} AEDは基本救命処置（BLS）のアルゴリズムに組み込まれています。消防士、警察官、警備員などの多くの救急隊員はAEDを装備しています。

AEDには全自動式と半自動式があります。^{[ 20 ]}半自動式AEDは心拍リズムを自動的に診断し、電気ショックが必要かどうかを判断します。電気ショックが必要と判断された場合、ユーザーはボタンを押してショックを与える必要があります。全自動式AEDは心拍リズムを自動的に診断し、電気ショックが自動的に与えられる間、ユーザーに後ろに下がるように指示します。一部のAEDには、手動オーバーライドやECG表示などの高度な機能が備わっています。

植込み型除細動器（AICDとも呼ばれる）は、ペースメーカーと同様の植込み型医療機器であり（多くはペースメーカー機能も備えている）、患者の心拍リズムを常時監視し、機器のプログラムに従って、生命を脅かす様々な不整脈に対して自動的に電気ショックを与える。最新の機器の多くは、心室細動、心室頻拍、および上室性頻拍や心房細動などの比較的良性の不整脈を区別することができる。一部の機器は、同期除細動の前にオーバードライブペーシングを試みる場合がある。生命を脅かす不整脈が心室細動の場合、機器は直ちに非同期ショックに移行するようにプログラムされている。

患者の植込み型除細動器（ICD）が頻繁に、あるいは不適切に作動する場合があります。これは、機器のバッテリー寿命を消耗させ、患者に著しい不快感と不安を引き起こし、場合によっては生命を脅かす不整脈を引き起こす可能性があるため、医療上の緊急事態とみなされます。現在、一部の救急医療従事者は、機器に装着するリングマグネットを装備しており、これにより機器のショック機能を効果的に無効化しつつ、ペースメーカー機能（機器に搭載されている場合）は維持することができます。機器が頻繁に、しかし適切にショックを発している場合は、救急医療従事者が鎮静剤を投与することがあります。

ウェアラブル除細動器は、リスクのある患者が装着できる携帯型の体外式除細動器です。^{[ 21 ]}この装置は患者を24時間監視し、心室細動（VF）または心室頻拍（VT）が検出された場合、自動的に二相性ショックを与えることができます。このデバイスは主に、植込み型除細動器（ICD）の即時適応とならない患者に適応されます。^{[ 22 ]}

最もよく知られている電極の種類（映画やテレビで広く描かれている）は、絶縁された（通常はプラスチック製の）ハンドルが付いた、従来の金属製の「硬い」パドルです。このタイプの電極は、電気ショックまたは一連のショックを与える間、患者の皮膚に約 100  N（10  kgf、25 ポンド）の力で固定する必要があります。パドルは、粘着パッドに比べていくつかの利点があります。米国では、多くの病院がパドルの使用を続けており、ほとんどの場合、使い捨てのゲルパッドが取り付けられています。これは、これらの電極を迅速に配置して使用できるという固有の利点によるものです。これは、心停止時には非常に重要です。なぜなら、灌流がない時間が 1 秒ごとに組織の損失につながるからです。最新のパドルはモニタリング（心電図）を可能にしますが、病院では、多くの場合、別のモニタリングリードがすでに設置されています。

パドルは再利用可能で、使用後は洗浄して次の患者のために保管されます。そのため、ジェルはあらかじめ塗布されておらず、患者に使用する前にパドルに塗布する必要があります。パドルは通常、手動式の体外式除湿器にのみ搭載されています。

最新の蘇生用電極は、固体または湿潤ゲルを含む粘着パッドとして設計されています。これらは、必要に応じて裏紙から剥がして患者の胸に貼り付けます。他のステッカーとほぼ同じように使用します。電極は、パドルと同様に除細動器に接続されます。除細動が必要な場合は、機械を充電し、追加のゲルを塗布したり、パドルを取り外して再装着したりすることなく、電気ショックを与えます。ほとんどの粘着電極は、除細動だけでなく、経皮ペーシングや同期式電気的除細動にも使用できるように設計されています。これらの粘着パッドは、ほとんどの自動および半自動ユニットに搭載されており、病院以外の環境ではパドルを完全に置き換えています。病院では、心停止が発生する可能性が高い場合（まだ発生していない場合）に、予防的に自己粘着パッドを装着することがあります。

パッドは、訓練を受けていない使用者や、現場の劣悪な環境下で活動する医療従事者にも利点があります。パッドはモニタリングのために追加のリード線を接続する必要がなく、ショックを与える際に力を加える必要もありません。そのため、粘着電極は、操作者が患者から数フィート離れることができるため、ショックを与える際に操作者が患者と物理的（したがって電気的）に接触するリスクを最小限に抑えます。（他者への感電リスク、および操作者の誤用による感電リスクは変わりません。）自己粘着電極は使い捨てです。1回の治療コースで複数回のショックに使用できますが、患者が回復した後に再び心停止に陥った場合（または万が一の場合）は交換する必要があります。

8歳未満の子供、または体重が25kg未満の子供には特別なパッドが使用されます。^{[ 23 ]}  

蘇生用電極は、2つの配置方法のいずれかに従って配置されます。長期的な電極配置には、前後配置法が推奨されます。一方の電極は左前胸部（胸の下部、心臓の前）に配置されます。もう一方の電極は、背中の肩甲骨間の心臓の後ろに配置されます。この配置は、非侵襲的なペースメーカー治療に最適であるため、推奨されます。

前方-先端配置（前外側配置）は、前方-後方配置が不便または不要な場合に使用できます。この配置では、前方電極は鎖骨の下、右側に配置されます。先端電極は、患者の左側、大胸筋のすぐ下、左側に配置されます。この配置は、除細動や心臓電気的除細動、および心電図モニタリングに適しています。

研究者らは、個人の胸部をマッピングし、体外式または体内式除細動器の最適な位置を決定できるソフトウェアモデリングシステムを開発した。^{[ 24 ]}

1950年代初頭まで、心臓の除細動は手術中に胸腔が開いている場合にのみ可能でした。この技術では、標準的な交流電源から得られた300ボルト以上の交流電圧を、直径約40mmの平らな、またはわずかに凹んだ金属板である「パドル」電極によって露出した心臓の両側に供給 しました。1000ボルトを超える交流電圧を外部から装着した電極を介して胸郭を通して心臓に伝導する閉胸除細動装置は、1950年代半ばにソ連のフルンゼ（現在のキルギスタンのビシュケク）でA.クリモフの協力を得てV.エスキン博士によって開発されました。[ 34 ]^{交流ショックの}持続時間は通常100～150ミリ秒でした。^{[ 35 ]}

コンデンサ放電による除細動の成功に関する初期の実験は、 1939年にNL GurvichとGS Yunyevによって動物で報告された。 ^{[ 36 ]} 1947年には、彼らの研究は西洋の医学雑誌で報告された。^{[ 37 ]} Gurvichのパルス除細動器の量産は、1952年に研究所の電気機械工場で開始され、モデルИД-1-ВЭИ（Импульсный Дефибриллятор 1, Всесоюзный Электротехнический Институт、または英語ではPulse Defibrillator 1, All-Union Electrotechnical Institute ）と命名された。詳細は、グルヴィッチの1957年の著書『心房細動と除細動』に記載されている。^{[ 38 ]}

チェコスロバキア初の「汎用除細動器プレマ」は、ボフミル・ペレシュカ博士の設計により、1957年にプレマ社によって製造された。1958年には、この装置がエキスポ58でグランプリを受賞した。^{[ 39 ]}

1958年、米国上院議員ヒューバート・H・ハンフリーはニキータ・フルシチョフを訪問し、その中でモスクワ蘇生学研究所を訪れ、グルヴィッチらと面会した。^{[ 40 ]} ハンフリーは蘇生研究の重要性をすぐに認識し、その後、多くのアメリカ人医師がグルヴィッチを訪ねた。同時に、ハンフリーは国立衛生研究所に 生理学と医学の連邦プログラムを設立するために尽力し、議会に「死の可逆性に関する研究でソ連と競争しよう」と述べた。^{[ 41 ]}

1959年、バーナード・ローンは、エンジニアのバロウ・ベルコヴィッツと共同で、動物実験室において、コンデンサバンクを約1000ボルト、エネルギー量100～200ジュールまで充電し、その電荷をインダクタンスを通して、有限時間（約5ミリ秒）の減衰の大きい正弦波を生成し、パドル電極を介して心臓に送る技術の研究を開始した。このチームはさらに、心周期における最適なショックのタイミングに関する理解を深め、心房細動、心房粗動、上室性頻拍などの不整脈にこの装置を応用できるようになり、「除細動」として知られる技術が確立された。

ロウ・ベルコヴィッツ波形として知られる波形は、1980年代後半まで除細動の標準波形でした。1980年代初頭、ミズーリ大学の「MUラボ」は、二相性切断波形（BTE）と呼ばれる新しい波形を導入する数多くの研究を先駆的に行いました。この波形では、指数関数的に減衰する直流電圧がショック時間の約半分で極性を反転し、その後しばらく減衰を続け、その後電圧がカットオフ、つまり切断されます。研究により、二相性切断波形は除細動に必要なエネルギーレベルを低く抑えながら、より効果的であることが示されました。^{[ 35 ]}さらに、装置の重量が大幅に軽減されるという利点もありました。BTE波形は、経胸壁インピーダンスの自動測定と組み合わされて、現代の除細動器の基礎となっています。

大きな進歩は、病院外で使用される携帯型除細動器の導入でした。すでにペレシュカのプレマ除細動器は、オリジナルのグルヴィッチのモデルよりも携帯性に優れるように設計されていました。ソビエト連邦では、グルヴィッチの除細動器の携帯型バージョンであるモデルДПА-3（DPA-3）が1959年に報告されました。^{[ 42 ]} 西側では、1960年代初頭にベルファストのフランク・パントリッジ教授によって先駆的に導入されました。今日、携帯型除細動器は、救急車に搭載されている非常に重要なツールの1つです。救急医療サービス（EMS）が目撃していない心停止を起こし、病院前救護隊が到着した時点で持続性心室細動または心室頻拍の状態にある人を蘇生させる唯一の実証済みの方法です。

植込み型除細動器の開発（下記参照）を基盤とした除細動器の設計の段階的な改良により、自動体外式除細動器（AED）が利用可能になった。これらの装置は、心臓のリズムを自動的に分析し、除細動が必要なリズムを診断し、治療に必要な充電を行うことができる。つまり、使用に専門的な知識は必要なく、一般の人々でも緊急事態に効果的に対応できる。

1990年代半ばまで、体外式除細動器は、主に単相性の特性を持つ、減衰の大きい正弦波パルスであるLown型波形（ Bernard Lownを参照）を出力していました。二相性除細動ではパルスの方向が交互に切り替わり、約12ミリ秒で1サイクルが完了します。二相性除細動はもともと植込み型除細動器用に開発され、使用されていました。体外式除細動器に適用すると、除細動を成功させるために必要なエネルギーレベルが大幅に低下し、火傷や心筋損傷のリスクが軽減されます。

単相除細動器による1回の電気ショックで治療された心停止患者の60%で、心室細動（VF）が洞調律に戻る可能性がある。ほとんどの二相除細動器は、初回ショック成功率が90%以上である。^{[ 43 ]}

除細動のさらなる発展は、植込み型除細動器（ICD）として知られる植込み型デバイスの発明によってもたらされた。これは、ピッツバーグの産業協力者であるインテック・システムズの協力を得て、スティーブン・ヘイルマン、アロイス・ランガー、ジャック・ラトゥーカ、モートン・モワー、ミシェル・ミロウスキー、ミル・イムランを含むチームによって、ボルチモアのシナイ病院で開拓された。^{[ 44 ]}ミロウスキーはモワーとスタエウェンとチームを組み、1969年に研究を開始した。しかし、最初の患者を治療するまでには11年かかった。同様の開発作業は、ミズーリ大学のシュダーとその同僚によって行われた。

不整脈や突然死の分野における一流の専門家の間では疑問の声が上がっていたが、研究は開始された。彼らのアイデアが臨床的に実現するのかどうか疑問視されていた。1962年、バーナード・ローンは体外式直流除細動器を導入した。この装置は放電コンデンサから胸壁を通して心臓に直流電流を流し、心房細動を停止させるものであった。^{[ 45 ]} 1972年、ローンは医学誌『Circulation』で次のように述べている。「心室細動の発作が頻繁に起こる非常にまれな患者は、冠状動脈集中治療室での治療が最適であり、効果的な抗不整脈プログラム、または不十分な冠血流や心室機能不全の外科的矯正の方が適している。実際、植込み型除細動器システムは、妥当で実用的な応用を模索している不完全な解決策である。」^{[ 46 ]}

克服すべき課題は、心室細動または心室頻拍を検出できるシステムの設計であった。資金援助や助成金が不足していたにもかかわらず、彼らは研究を続け、1980年2月にジョンズ・ホプキンス病院で、ヴィヴィアン・トーマスの協力を得て、レヴィ・ワトキンス・ジュニア医師によって最初のデバイスが植え込まれた。現代のICDは開胸手術を必要とせず、ペースメーカー機能、除細動機能、および心臓電気的除細動機能を備えている。

埋め込み型医療機器の発明は、定期的に心臓疾患を抱える一部の人々にとって非常に貴重なものであるが、一般的には既に心臓発作を起こしたことのある人にのみ投与される。

これらの機器を使用することで、人々は長く普通の生活を送ることができます。多くの患者は複数の機器を埋め込んでいます。テキサス州ヒューストンのある患者は、1994年に18歳で、アントニオ・パシフィコ医師によって埋め込み手術を受けました。彼は1996年に「除細動器を装着した最年少患者」として表彰されました。