Advances in Short-Term Cardiac Pacing Technology: From Bulky Beginnings to Bioresorbable Future

Abstract

Temporary cardiac pacemakers, unlike their permanent counterparts, are externally applied devices delivering electrical impulses through skin-penetrating electrodes (i.e., leads) for short-term heart rate regulation, notably in emergencies or specific medical interventions. Despite their prevalence in medical practice, temporary pacemakers have historically received less attention than permanent ones due to their transient nature. However, recent developments, including novel bioresorbable pacemakers, have spotlighted the solutions for limitations of existing temporary pacing and potential remedies. This thesis comprises two comprehensive chapters. The first extensively examines current commercialized temporary pacemakers, pivotal for providing demand-based atrial and/or ventricular pacing during transient bradycardia episodes lasting days or weeks. Initial sections elucidate the electrophysiological underpinnings of bradycardia, while subsequent portions delineate patient demographics necessitating temporary pacemaker implantation, dissecting scenarios involving extrinsic and intrinsic bradycardia causes. Additionally, a historical overview of temporary pacing devices is provided, encompassing various designs tailored to specific patient profiles or technological advancements. The chapter concludes with an exhaustive review of clinical complications encountered during device implantation, operation, and extraction procedures. The second chapter explores recent breakthrough in temporary cardiac pacing technology, with a particular focus on a novel bioresorbable material-based wireless device. Building upon insights gleaned from the first chapter, this section delves into the motivating factors behind these innovations, such as advancements in bioresorbable electronic materials, leadless and battery-free pacing therapies, and closed-loop systems for autonomous pacing. Through this thesis, a comprehensive review of temporary cardiac pacemakers is presented, spanning from their historical evolution to contemporary state-of-the-art solutions. Moreover, the thesis offers the future trajectory of temporary pacing, envisioning advancements in materials, device architectures, and pacing methodologies.

심장의 외벽 혹은 내벽에 부착된 전극선을 통해 전기 자극을 전달함으로써 느려진 심장박동을 조절할 수 있는 페이스메이커는 영구형과 임시형으로 구분된다. 임상적으로 임시형 페이스메이커는 널리 사용되고 있지만, 가역적으로 돌아올 수 있는 서맥이나, 영구형 페이스메이커 삽입 전 단계에서 사용된다는 특징 때문에 몸 안에 삽입되어 반영구적으로 사용하는 영구형 페이스메이커보다는 개발이 더디게 이루어지고 있다. 그럼에도 불구하고 전극선을 삽입하는 과정 중이나 이후에 발생할 수 있는 부작용의 위험성이 여전히 존재하기 때문에 이에 대한 개선점이 필요한 실상이다. 이 논문은 느린 맥이 발생하는 원인을 전기생리학적 관점에서 설명하고, 임시형 페이스메이커는 언제 임상적으로 사용되는지, 심장박동기의 역사와 재료는 어떤 발전과정을 거쳤는지를 다루었으며, 세계적인 시장 규모와 추세 역시 다뤘다. 이후 최근 새롭게 제시된 생체 흡수형 재료와 폐 루프 시스템을 이용한 임시형 페이스메이커를 소개한다. 본 논문의 결론부에서는, 기존 연구에 대한 요약과 함께, 차세대 임시형 심장박동기 개발에 대한 아이디어를 제시하였다.