Omstreeks 1960 waren de Groningse thorax chirurgen Homans van de Heide en Eerland op zoek naar structurele verbeteringen van de pacemaker, die in 1958 ontwikkeld was door de Zweedse onderzoekers Senning en Elmqvist. De Groningers zochten hoe een kunstmatige hartstimulator aangepast zou moeten worden zodat deze onafhankelijk en zo lang mogelijk binnen het menselijk lichaam zou kunnen functioneren.
Tot dan toe was een hartstimulator met batterij buiten de patiënt uitgevoerd, zoals bijvoorbeeld bij de ‘zeepdoos’ uitvoering uit 1960, die bedacht was door mensen van de Leidse afdeling Cardiologie. Dunne elektrische snoeren verbond de stimulator in een zeepdoosje met het hart.
De Groningers vonden in professor Van den Berg, Laboratorium voor Medische Fysica, Universiteit van Groningen een gedreven onderzoeker die hen kon helpen. Van den Berg onderzocht energie-efficiënte manieren van elektronische circuits die het hart kon aansturen. Ook bekeek hij uitgebreid naar betrouwbaarheid en mechanische stabiliteit om te bepalen hoe je het beste elektroden met het elektronische circuit en het hart kon verbinden. Na een serie experimenten, waarbij de Groningse pacemakers werden getest bij honden, rapporteerde Van den Berg en team op 21 Maart 1962 succesvolle klinische toepassing bij een patiënt in de Groningse Universitaire Thorax kliniek. De belangrijkste componenten van de Groningse pacemaker bestonden uit een transistor-gestuurde generator, gevoed door kwik-zink batterijen. De pacemaker voert elektrische pulsen via twee dunne roestvrijstalen draden naar platinum pinnetjes, die aan het hart bevestigd zijn. De generator kon in twee snelheden werken, die van buiten het lichaam met een magneet eenvoudig kon worden omgeschakeld. De hele pacemaker, ingepakt in epoxy en omgeven in rubber, werd onder de thorax van de patiënt geplaatst. Van den Berg schatte in zijn Juni 1962 KNAW artikel dat de pacemaker ongeveer 5 jaar zou meegaan. Naar later bleek was die schatting veel te optimistisch. In April 1963 voegde student-assistent Hilbert Thalen zich bij het team. Vele jaren later werd hij hoofd van de Pacemaker kliniek, Universiteit Groningen.
Met de eerste successen van de nieuwe pacemaker groeide het aantal patiënten bij wie in de Groningse kliniek er een werd geïmplanteerd. Het Laboratorium was echter niet in staat om steeds grotere aantallen pacemakers te produceren. Van den Berg moest dus op zoek om ergens anders productiecapaciteit te vinden. Hij vond die in Vitatron, een klein Amsterdams bedrijf dat al enkele jaren – ook voor het Groningse Laboratorium - apparatuur voor de klinische chemie vervaardigde.
Vitatron pacemaker naar Van den Bergs ontwerp
Productie in Dieren
In Juli 1963 begon Vitatron in de Gelderse plaats Dieren met de productie van pacemakers naar Van den Bergs ontwerp. Hij en Thalen werden als wetenschappelijke adviseurs aan de staf van Vitatron toegevoegd. Twee jaar later, gebruikmakend van voortgaande klinische ervaringen in binnen- en buitenland, werd de Vitatron MIP-100 pacemaker geïntroduceerd.
Vitatron MIP-100 pacemaker
Naast pacemakers ontwikkelde Vitatron ook haar eigen elektrodes. Verder werd apparatuur geproduceerd om de werking van de pacemaker voor en na implantatie beter te kunnen beoordelen. Vitatron groeide internationaal; in juni 1966 werd de MIP-100 ook in de VS uitgebracht.
Vanaf het begin van de productie van de pacemakers werkten al deze instrumenten op een 'asynchrone' manier. Een generator levert kunstmatig op een vast ritme pulsen aan het hart. Eventuele 'eigen' hartritmes worden niet onderkend. Halverwege de 60-er jaren ontwikkelden pacemaker producenten - naast de 'asynchrone' elementen - een tweede concept. Kort gezegd: als het hart geen (eigen) hartslag maakt, detecteert de pacemaker dat en begint de kunstmatige hartslag. Maakt het hart zelf wel weer slagen, dan detecteert de pacemaker dat ook. De kunstmatige hartslag stopt dan. Thalen had voor zijn proefschrift al uitgebreid aandacht aan dit tweede concept besteed. Vitatron kon daarom snel de overgang van ‘onderzoek’ naar ‘ontwikkeling’ voor deze 'demand' pacemaker maken toen daaraan behoefte ontstond.
De eerste series elektrodes die Vitatron produceerde waren intramuraal: de elektrode wordt aan de buitenzijde van het hart bevestigd. Volgend op het idee dat de Amerikaan Seymour Furman al in 1958 had onderzocht, ontwikkelde Vitatron intra-cardiale elektrodes, waarbij de elektroden via de ader van binnenuit met het hart bevestigd wordt.
Zoals bij andere producenten had Vitatron van tijd tot tijd ook tegenslagen. In een presentatie over de betrouwbaarheid van pacemakers gaf Thalen aan dat tussen 1962 en 1966 na 1.5 jaar ongeveer 50% (!) van de pacemakers die Vitatron produceerde defecten vertoonden. Chirurgische interventie was dan noodzakelijk om een nieuwe pacemaker te plaatsen. Toen er wijzigingen in de compositie van de omhullende epoxy werden aangebracht, waren deze problemen goeddeels verholpen. Thalen's proefschrift “The artificial cardiac pacemaker'' uit 1969 bleek een baanbrekend werk te zijn, dat in vele talen vertaald werd.
Betrouwbaarheid
Aan het begin van 1972 introduceerde Vitatron een nieuwe serie pacemakers, waarbij de aandacht nog meer dan voorheen was gericht op 'betrouwbaarheid'. De nieuwe pacemakers op basis van kwik-zink batterijen boden 100% betrouwbaarheid voor 30 maanden. Het bedrijf kon dit doen door alle stappen van het productieproces te optimaliseren. Door ruime ervaring was de productie verbeterd en de elektronica geoptimaliseerd. Magnetische schakelingen werden vervangen door elektronische versies, gebruikmakend van de nieuwste Amerikaanse specificaties. Ook voor de cardioloog, die zijn patiënten op gezette tijden zag, was controle van de pacemaker een veel simpelere activiteit geworden. Speciale Vitatron technologie maakte het mogelijk dat belangrijke pacemaker parameters eenvoudig konden worden gecontroleerd, zonder dat chirurgische interventies noodzakelijk waren.
Tot aan het eind van 1979 produceerde Vitatron maar liefst 268.000 exemplaren. Het overgrote deel daarvan waren 'demand' pacemakers, de rest waren 'asynchrone’ versies.
Vitatron 'demand' pacemakers tot eind 1979
Betere batterijen
Ondanks de vele verbeteringen die werden aangebracht, bleef de levensduur van kwik-zink batterijen een belangrijke beperking. In 1967 had Catalyst Research Corporation, een kleine batterijen producent uit Baltimore, USA, een batterij uitgevonden op basis van een lithium anode / jodium kathode. Het bedrijf had echter moeite om commerciële toepassingen te vinden. Toen iemand uit de Amerikaanse pacemaker wereld dat hoorde, zag hij onmiddellijk grote toepassingen van de lithium batterij voor pacemakers. Lithium batterijen hadden immers een veel grotere energie dichtheid. In tegenstelling tot de kwik-zink batterijen heeft de lithium versie ook geen last van 'zelfontlading'. Pacemakers op basis van lithium batterijen konden derhalve volledig hermetisch afgesloten worden. Beide uitgangspunten betekenden dat de lithium pacemaker in relatief korte tijd de kwik-zink versie zou gaan vervangen.
In 1976 begon Vitatron met een nieuwe serie pacemakers. Naast de toepassing van lithium batterijen werden stapsgewijs ook andere ontwikkelingen toegepast. Zo werd elektronica, die tot dan toe uitgevoerd was in individuele onderdelen, steeds meer als grotere analoge en digitale eenheden uitgevoerd. Met hulp van de Amerikaanse Stanford University kon Vitatron de gehele besturing van de nieuwe pacemaker uitvoeren via een enkele chip. Het geheel werd in titanium opgesloten. Vergeleken met die uit 1972 had Vitatron zowel in volume als in gewicht de nieuwe pacemaker in 1979 gehalveerd, terwijl de levensduur met een factor drie of meer kon worden verlengd. Toen pacemakers kleiner werden konden deze ook makkelijker verplaatst worden, vaak in een klein zakje boven op de borst.
Pacemaker model P 4122, Vitatron 1979-1990 (collectie Rijksmuseum Boerhaave V34052)
Naast de ontwikkelingen van de pacemaker maakte Vitatron ook belangrijke voortgang in haar elektrodes technologie. In 1975 patenteerde Thalen de 'low output electrode' waardoor de levensduur van de batterij nog verder verlengd werd. Een andere verbetering was Vitatrons meest succesvolle elektrode, de Helifix endocardiale elektrode. Deze spiraalvormige elektrode kon met twee of drie slagen in het hart vast gezet worden.
Overgang naar software pacemakers
De pacemakers die Vitatron tot dan toe had geproduceerd werden met elektronische circuits ontwikkeld, eerst als individuele elementen maar later als geïntegreerde systemen. In 1981 introduceerde Vitatron de eerste microprocessor gestuurde pacemaker.
De op software gebaseerde pacemaker biedt ruime mogelijkheden om een groot aantal verschillende algoritmes en parameters te introduceren. Electrische ingang signalen moeten omgezet worden naar digitale versies. Hart activiteiten worden omgezet naar specifieke algoritmes en terugvertaald naar uitgebreide besturingssystemen, die de kunstmatige hartslag bepalen. Om dit mogelijk te maken had Vitatron uitgebreide technologische en grote financiële investeringen moeten doen. Het had verregaande staf trainingen moeten uitvoeren, voordat het bedrijf klaar was om de overgang naar de software pacemakers aan te gaan. Vitatron moest kunnen aantonen dat haar nieuwe software uitvoeringen op zijn minst even betrouwbaar als haar voorgaande oplossingen waren. Ook moest het bedrijf een universeel programmeer systeem introduceren om nieuwe Vitatron pacemakers te kunnen blijven ontwikkelen. Een Vitatron lees/schrijf kop verzorgde het digitale tweerichtingsverkeer tussen een geïmplanteerde pacemaker en een HP-85 tafel computer.
Quintech DPG microprocessor
Met deze volledig nieuwe infrastructuur introduceerde Vitatron in 1981 haar eerste software oplossing, de Quintech DPG microprocessor. Functioneel was deze pacemaker gelijk aan een eerdere ‘demand’ pacemaker. Een uitgebreid pakket in de pacemaker zorgt er ook voor dat uitgebreide hartritme analyses en histogrammen worden gemaakt en opgeslagen. Zo kan een cardioloog via de pacemaker variaties in het hartritme bestuderen; met een paar klikken kunnen variaties opgevraagd worden en nieuwe waarden kunnen worden ingesteld.
In 1982 kwam Vitatron met de Quintech TX Rate Response pacemaker. Naast de standaard functionaliteit voorziet de TX in de mogelijkheid om de kunstmatige hartslag tijdelijk te versnellen of te vertragen. Van den Bergs magneet besturing met twee snelheden uit 1962 werd daarmee vervangen door een automatische Rate Response. De principes die Vitatron introduceerde zijn in volgende generaties nader uitgewerkt in 1995 tot een patent. Dat patent werd later ook genomineerd voor de European Inventor Award 2007; de winnaar in dat jaar werd echter de Bosch airbag.
Pacemaker Quintech DDD Model 931, Vitatron, 1984-1990 (collectie Rijksmuseum Boerhaave V32995)
In 1984 kwam de derde microprocessor gestuurde pacemaker beschikbaar. De Quintech DDD is een twee kamer / twee elektrodes uitvoering. Deze pacemaker is speciaal bedoeld voor de behandeling van de hartslag bij atriale aritmie - te snel, te traag of onregelmatig. Een ‘vliegwiel’ modus in de pacemaker stabiliseert de hemodynamica.
Financieel balanceren
Na de eerste jaren, toen het bedrijf eigen R&D doelen gericht op ‘betrouwbaarheid’ kon behalen, bereikte Vitatron zo’n 2 miljoen gulden winst bij een omzet van ca. 50 miljoen gulden per jaar (1977 - 1979). Verdere technische ontwikkelingen en wereldwijde marketing vroegen echter om nog meer financiering. In 1979 deed Vitatron een stap om fondsen aan te trekken door een eerste uitgifte (IPO) van haar aandelen op de London Stock Exchange.
Naast een verlenging van de levensduur van pacemakers, stagneerde echter de vraag naar nieuwe pacemakers. Ook pacemaker competitie nam toe. Verder werden ziekenhuizen steeds kritischer op eigen kosten en -budgets. Een van de gevolgen was dat Vitatron in de jaren 1981-1983 flink moest saneren in haar bedrijfsvoering. Pas aan het eind van 1984 boekte het bedrijf weer een positief resultaat.
Investeerders vonden pacemakers in het algemeen een te riskante belegging. Vitatron probeerde om samen te gaan met Philips Medical Systems, maar die gaf ‘niet thuis’. Het grote Amerikaanse bedrijf Medtronic bleek wel geïnteresseerd toen Vitatron in 1982 zijn Rate Response technologie introduceerde. Toen Medtronic belangstelling toonde voor Vitatrons geavanceerde technologie en ook bereid bleek haar sterke financiële positie aan te wenden voor verdere projecten, gaf Vitatrons Raad van Bestuur haar aandeelhouders het advies de aandelen van Vitatron aan Medtronic te verkopen. Daardoor veranderde de Nederlandse Vitatron NV in Maart 1986 in de Amerikaanse dochteronderneming Vitatron Inc, nu van Medtronic.
Tot slot
Toen Vitatron Inc Nederland verliet, kreeg Rijksmuseum Boerhaave in November 2008 een uitgebreide collectie pacemakers en elektrodes. Halverwege 2018 liep ik in het depot van Rijksmuseum Boerhaave tegen mappen en dozen met Vitatron materiaal aan. Al vrij snel maakte ik contact met enkele oud-Vitatron werknemers. In November 2018 sprak ik ook uitgebreid met de oprichter en directeur van Vitatron, dhr. A.E. Eikmans.
Een uitgebreid artikel over de Nederlandse periode van Vitatron verschijnt in December 2020 in het Engelse Bulletin van de Scientific Instrument Society.
Kees Ruitenbeek
