Il pacemaker, una storia lunga 60 anni

La contrazione cardiaca è governata da impulsi elettrici che hanno origine in regioni ben definite del cuore e seguono vie di conduzione composte da cellule specializzate. Per semplificare, è possibile immaginare il cuore come una pompa (muscolo) comandata da una centralina (cellule del nodo senoatriale) attraverso una rete di cavi (tessuto di conduzione). Quando la centralina o la rete di cavi si ammalano, il cuore può andare incontro a rallentamenti del battito cardiaco (bradiaritmie) che possono presentarsi anche in modo improvviso e pericoloso.

Mentre esistono molti farmaci in grado di rallentare il cuore quando questo batte a una frequenza troppo elevata, di fatto non esistono principi attivi in grado di ottenere in modo stabile l’effetto opposto. La cura definitiva per le bradiaritmie è infatti l’impianto di un pacemaker (PM), cioè un piccolo computer che è in grado di sentire l’attività elettrica cardiaca ed eventualmente di stimolarla in caso di necessità. Se oggi diamo quasi per scontata l’esistenza di questo presidio medico, i moderni pacemaker hanno alle spalle una storia pluridecennale che merita un breve resoconto.

Fin dalla fine dell’800, con gli esperimenti su animali prima e con l’invenzione dell’elettrocardiogramma poi, era ormai piuttosto chiaro quali fossero l’origine e il percorso degli impulsi elettrici all’interno del cuore, ma non c’era modo di intervenire attivamente per modificarli. Negli anni ‘30 del secolo scorso furono realizzati
prototipi di stimolatore cardiaco che, attraverso una dinamo, erano in grado di generare impulsi elettrici con l’obiettivo teorico di stimolare il muscolo cardiaco. Teorico, perché in quegli anni non si avevano ancora le competenze chirurgiche e tecnologiche per produrre e impiantare fili biocompatibili che potessero stimolare un cuore vivente.

Si dovette infatti attendere altri due decenni perché, nei primi mesi del 1958, un giovane cardiologo statunitense, Seymour Furman, applicasse il primo impianto di pacemaker provvisorio a un paziente anziano affetto da blocco atrioventricolare. Il sistema, costituito da un singolo elettrocatetere fatto passare dalla vena femorale fino al cuore, funzionò correttamente, ma aveva il non trascurabile svantaggio di richiedere un generatore di impulsi esterno delle dimensioni di una lavatrice, e senza la possibilità di essere
alimentato a batterie.

La strada era aperta e solo pochi mesi dopo i danesi Rune Elmqvist e Ake Senning (rispettivamente ingegnere e cardiologo) svilupparono il primo pacemaker interamente impiantabile. Il primo paziente a essere sottoposto all’intervento fu un altro ingegnere quarantenne, di nome Arne Larsson, e la sua storia sarà indissolubilmente legata a quella della moderna elettrofisiologia.

Il “prototipo” che gli fu impiantato nel 1958 dal cardiochirurgo Senning aveva infatti degli enormi limiti, primo fra tutti le dimensioni, paragonabili (insieme al peso) a quelle di una scatoletta di tonno, che costrinsero ad impiantare il sistema all’interno della pancia. Inoltre, il sistema era “cieco e sordo”, dato che ignorava qualsiasi impulso spontaneo proveniente dal cuore, stimolando a una frequenza fissa e non programmabile e non potendosi quindi adeguare alle esigenze fisiologiche dell’organismo. Il problema
principale, però, non era questo: la scarsa affidabilità dei materiali e della tecnologia dell’epoca portò Larsson a un secondo intervento nel giro di poche ore dall’impianto per guasto del primo apparecchio, e poi ancora dopo una settimana per malfunzionamento dei cateteri.

Stimolato dalle dure prove cui fu sottoposto, ma anche affascinato dalla nuova branca scientifica nella
quale fu suo malgrado coinvolto, l’ingegner Larsson decise di collaborare con i suoi curanti allo sviluppo
della tecnologia dei pacemaker. Le sue ricerche diedero luogo a una tecnologia che ebbe modo di sperimentare su se stesso in prima persona, e che lo annoverano fra i pionieri della cardiologia, nell’insolito
doppio ruolo di innovatore e “cavia” dei propri esperimenti.

Dagli anni ’60-’70 in poi lo sviluppo fu inarrestabile: i pacemaker iniziarono a sentire l’attività cardiaca spontanea (evitando di stimolare quando non necessario), cominciarono ad avere funzioni regolabili (dapprima mediante tecnologie analogiche, poi tramite personal computer) e acquisirono la capacità di sentire e stimolare contemporaneamente diverse camere cardiache. Con l’avvento dell’era digitale, poi, i PM si sono trasformati in moderni PC in grado di adattarsi al meglio alle esigenze del singolo paziente, in certi casi comunicando in tempo reale eventuali anomalie mediche o tecniche attraverso la rete internet.

Parallelamente, i pacemaker sono diventati negli anni sempre più piccoli, affidabili e longevi, con un occhio di riguardo al comfort e all’estetica oltre che alla sicurezza e all’efficacia. Le ultime frontiere della cardiostimolazione sono i pacemaker senza fili che, grazie all’estrema miniaturizzazione, sono arrivati a dimensioni tali da poter essere impiantati direttamente all’interno del cuore senza necessità di elettrocateteri e incisioni chirurgiche, riducendo così drasticamente il rischio di infezione.

In futuro ci si aspetta una diffusione capillare di questi sistemi, soprattutto se andranno in porto le attuali ricerche che mirano a dotarli di tecnologie in grado di ottenere energia elettrica direttamente dalla contrazione cardiaca. Nel frattempo, i pazienti di oggi portatori di pacemaker possono ringraziare il loro illustre predecessore danese, che si è spento nel 2001 dopo oltre 20 interventi chirurgici di impianti, re-impianti e revisioni dei suoi PM, vivendo peraltro più a lungo dei suoi “colleghi” e curanti.