图4 除颤后的电位
除颤仪放电是什么原理?
我们都知道除颤仪在除颤之前需要充能,往往会直接开到最大,即单相360J,双相200J。自己多年来有一个疑问,为什么充能要描述能量,而不是描述电流或电压?这其实与除颤仪放电的原理有关。
除颤仪并不是由电池直接放电,因为体外除颤往往需要较大的电流,会烧坏电池,因而使用电容来进行充放电。
图5是一个简单的示意图,当我们把旋钮拧到最大时,相当于开关位于X的位置,电荷会因为电池电压的存在而逐渐向电容移动,直到电容两侧的电压达到与电池相同,电荷不再移动,充电完毕。
图5 除颤仪原理示意图
这时我们将电极紧贴在患者身上,按下放电按钮,这时相当于开关拨到了Y的位置。对于整个电路来说,患者相当于那个R——电阻,电容中储存的电能在很短时间内释放完毕,在R(患者)上造成一个强大的直流电流,完成一次除颤。
对于电容来讲,电压会随着储存电荷的减少而降低(U=Q/C;U=电压,Q=电量,C=电容),而患者电阻基本不变,电流也会逐渐减小(I=U/R;I=电流, R=电阻)。
此前有人推导出电容剩余电荷与时间的关系为Q=Q0e-t/CR,(Q=剩余电荷,Q0=开始放电时电容所带电荷,e=自然常数,t=放电时间),因此画出的电压与电流随时间变化如图6,并不固定,所以我们无法说“360V的除颤”;而根据电容储存的能量E=1/2CU2,由于电压与电容均不变,因此能量是恒定的,可以描述为“360J的单相除颤”。
图6 电容放电时电压(或电流)与时间的关系
因为患者的电阻不同,因而相同的除颤能量下产生的电流也不同。目前研究表明,在除颤中电流比能量更能预测除颤成功率,因此将来很有可能会出现固定除颤电流的除颤仪,也许以后我们除颤的时候就会说“双相20A”而不是“双相200J”了。
单相、双相,到底什么意思?
单相放电是指放电时一个电极固定为正极,而另一个电极固定为负极,使用单向电流除颤;而双相意为放电过程中正负极会交换一次,使除颤电流双向流动。
图7 单相(Monophasic)与双相(Biphasic)
无论在一般心动过速还是室颤中,既往研究表明双相电流复律更有效(可能与双相电流影响下不应期延长更明显),造成的损害更小(因为所需能量少)。由于单相除颤所需的能量大,对电源、电容、绝缘体的要求也就更高,现在很少使用。
在双相放电中,也存在着不同的流派,不同生产商有不同的偏好。图8中A为最早ICD使用的双相波形,后来逐渐为体外除颤仪所应用,主要特点为电流随时间呈指数下降,放电过程中电流不断减小;而B为近年来为体外除颤开发出来的新波形,电流在一定时间内可以保持稳定。目前的研究尚未发现两者除颤效果与损伤方面的差异。现在还有例如三相放电、脉冲放电等更多新技术出现,暂时也未发现优于经典双相放电。