DE2717659A1 - Herzschrittmacher - Google Patents

Description

• Herzschrittmacher
• Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher mit einer Einrichtung zur Regelung der den körperlichen Belastungsverhältnissen des Patienten angepaßten Stimulationsfrequenz.
• Die Elektrostimulation des Herzens stellt heute die Therapie der Wahl einer Reihe bradykarder Herzrhytmusstörungen dar, die durch medikamentöse Behandlung kaun oder zumindest nicht auf längere Sicht hin beeinflußt werden können und deren Prognose vor der Schrittmacherära sehr ernst war. Primäres Ziel der Schrittmacheranwendung war es zunächst, den Herzstillstand (Asystolie) zu verhindern, der sich in anfallsweise auftretendem Bewußtseinsverlust, oft mit den Folgen eines Schlaganfalls oder auch mit tödlichem Ausgang äußerte.
• Dieses Ziel ist heute weitgehend erreicht und die Schrittmachermethode wird bei Patienten mit derartigen Syndromen überall mit großem Erfolg praktiziert.
• Eine zweite Indikation zur Herschrittmacher-Therapie stellt in zunehmendem Maße die bradykarde Herzinsuffizienz, d.h.
• also die Entwicklung einer Herzschwäche aufgrund einer unzureichenden Frequenzregulation dar. Während nämlich das gesunde Herz durch Erhöhung der Herzfrequenz seine Leistung den körperlichen Bedürfnissen entsprechend steigern kann, sind herzkranke Patienten mit bradykarden Herzrhythmusstörungen vielfach hierzu nicht mehr in der Lage. Auch die bisher durchgeführte Form der Herzschrittmacher-Stimulation bringt hier keine entscheidende Besserung, da die Reizfrequenz (im allgemeinen 70/min) festgelegt und nicht variabel ist.
• Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die Schrittmacher-Stimulationsfrequenz über physiologische Parameter, wie etwa die Atemfrequenz oder den pH-Wert des venösen Blutes, zu steuern, mit dem Ziel, bei entsprechender Änderung dieser Meßgrößen die Reizfrequenz zu erhöhen. Diese Systeme geben Jedoch eine Reihe neuer Probleme auf: Die Implantation eines atem-frequenzgesteuerten Schrittmachers macht die Notwendigkeit einer Thoraieröffnung zur Einpflanzung eines Drucksensors in den Pleuraspalt notwendig, was gegenüber der üblichen Operationsmethode der transvenösen Elektrodenverlegung einen ungleich größeren Eingriff darstellt. Beim pH-Wertgesteuerten Schrittmacher ist das Problem einer zuverlässigen pH-Wert-Messung über lange Zeit bisher nicht völlig gelöst; zudem kann der pH-Wert nicht als optimale Größe zur Steuerung der Herzschrittmacherfrequenz gelten, da dieser Parameter nicht nur vom Herzzeitvolumen, sondern auch von anderen Größen, wie der Atmung, der Pufferkapazität des Blutes, der Nierenfunktion und der Applikation gewisser Medikamente abhängig ist.
• Diese Mängel werden erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 beseitigt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
• Der vorgeschlagene Herzschrittmacher bedient sich der Messung der Blutsauerstorfeättigung (Abkürzung: HbO2 für Blut, dessen Hämoglobin sauerstoffgesättigt ist, Hb für Blut, dessen Hämoglobin nicht sauerstoffgesättigt ist) zur Regelung der Schrittmacher-Frequenz. Die Bestimmung der prozentualen Sauerstoffsättigung des venösen Blutes stellt eine seit langem pr tetaivierte Methode zur Berechnung des Herzzeitvolumens, also pro Minute von der Herspumpe geförderten Blutvolumene dar. Eine unzureichende Förderleistung des Herzens ftlhrt immer über den Mechanismus einer vermehrten Sauerstoffaussohöpfung in der rörperperipherie zu einer Sauerstoffuntersättigung des zentralvenösen Blutes und es wird deshalb nach der Erfindung dieser Parameter als Regelgröße verwendet. Dabei ist die in-vivo-Bestimmung der Blutsauerstoffsättigung über Lichtleiter-Sonden an sich bekannt. Nach diesem Prinzip arbeitende Geräte finden auf kardiologischen Wachstationen oder in Herzkatheterlabors seit ca. 2 Jahren Verwendung. In der Zeichnung ist der Herzschrittmacher nach der Erfindung näher erläutert.
• Die Extinktion (Absorption und Streuung) von Licht der Wellenlänge 660 nm ist bei menschlichem Blut eine Funktion von dessen Blutsauerstoffgehalt (Fig. 1). Zur Eliminierung von Störungseinflüssen (Hämatokrit, Strömungseffekte) bedient man sich neben der Meßw.llenlänge von 660 nm zusätzlich einer Referenzwellenlänge von 805 nm, die beide durch Lumineszenzdioden erzeugt werden. Wie Fig. 1 weiterhin zeigt, ist die Reflexion von Licht der Wellenlänge 805 nm durch strömendes Blut (statistische Verteilung) der Blutkörperchen) nicht von dessen Sauerstoffsättigung, im Gegensatz zur Wellenlänge 660 nm, abhängig (Schnittpunkt der Hb- und HbO2-Eurven bei 805 nm). Nach Auswertung beider Reflexionsintensitäten erhält man als Ergebnis die Hb02-Sättigung des Blutes, mit der die Stimulationsfrequenz des Schrittmachers nach Vergleich mit einem Referenzwert geregelt wird.
• Diese in-vivo-Oximetriemethode vermeidet aufgrund der verwendeten langzeitkonstanten Lichtleiterkatheter und Lumineszenzdioden praktisch jegliche Nullpunktsdrift und bietet damit die für die Implantierbarkeit des Blutsauerstoff-sättigungsgeregelten Schrittmachersystem notwendige Voraussetzung.
• Zur ausführlichen Erläuterung der Schaltungsfunktion des Schrittmachers wird auf Fig. 2a, 2b verwiesen, die eine beispielhafte Ausführung ziegen. Ein Oszillator 1 gibt im eingeschwungenen Zustand der Regolechaltung etwa eine Schwingung pro Minute ab. Aus diesem Signal formt ein Monoflop 2 einen Rechteckimpuls von 0,5... 1 ms Dauer. Dieser wird der Treibstufe 3 einer Lumineszenzdiode 6 mit 660 nm Lichtwellenlänge unmittelbar und in einem Verzögerungsglied 4 (zwei aufeinanderfolgende Monoflops, wobei das erste die Verzögerung bewirkt und das zweite den ursprünglichen Impuls regeneriert) um die Zeit# verzögert der Treiberstufe 5 einer Lumineszenzdiode 7 mit 8C5 nm Lichtwellenlänge zugeführt. Die in diesen Dioden erzeugten Lichtblitze pflanzen sich, gegeneinander um r zeitlich versetzt, entlang eines gemeinsamen Lichtleiters 8, der transvenös bis in die rechte Herzkammer verlegt ist (Herzmuskel 10), fort. Am distalen Katheterende (Fig 2c) befindet sich eine optische Öffnung 23, aus der die Lichtimpulse austreten und vom Blutstrom reflektiert (22) über den Lichtleiter 8 zum optischen Empfänger 11 zurückgeführt werden. Die dort najheinander eintreffenden reflektierten Signale werden zwei gesteuerten Schaltern 12 und 13 zugeführt, die jeweils durch das unmittelbare und das mit r verzögerte Signal von Monoflop 2 für die Impulsdauer geöffnet werden. So geordnet gelangen die Reflexionssignale auf die Sample & Hold-Schaltungen 14 und 15, um von dort als Nenner und Zähler zur Quotientenbildung an die Eingänge der Divisionsschaltung 16 weitergeleitet zu werden. Das in dieser Divisionsschaltung gebildete Ergebnis stellt den Istwert der Blutsauerstoffsättigung dar. Im Funktionsblock 18 findet der Vergleich dieses Istwers mit dem vom Referenzspannungsgeber 17 gelieferten Sollwert statt. Eine resultierende Regelabweichung wird zur Frequenzbeeinflussung des Schrittmacheroszillators 19 benutzt und dient gleichzeitig zur Anpassung der Häufigkeit der Blutsauerstoffsättigungsmessungen an die physiologischen Verhältnisse, indem sie innerhalb bestimmter Grenzen auch die Frequenz des Oszillators 1 beeinflußt. Dies bezweckt eine schnellere Ausregelung von Sollwertabweichungen der Blutsauerstoffsättigung. Die Schwingungen vom Schrittmacheroszillator 19 werden nunmehr durch Monoflop 20 zu Stimulationsimpulsen aufbereitet und gelangen auf die den Faserlichtsleiter 8 umgebende Stimulationselektrode 9.
• Fig. 2a stellt ein vereinfachtes Blockschaltbild von Fig.
• 2b dar. Darin bedeutet B die Schaltung für die Sauerstoffsättigungsmessung. Fig. 2c stellt ein Detail von Fig. 2b dar.
• In Fig. 3 ist ein Beispiel für eine (idealisierte) Regelkennlinie des durch die Regelabweichung beeinflußten Schrittmachergenerators 19 dargestellt. Die Sauerstoffsättigung des Blutes wird bei den in der Praxis auftretenden Abweichungen von ca. -10 % vom Referenz-(Soll-)wert (70 %) durch die Änderung der Herzfrequenz u und damit des Herzminutenvolumens auf diesen Normalwert zurtekgeführt. Die Stellgröße fH ie ist im Bereich von 60...
• 125 (1/min), bei einer negativen Regelabweichung zwischen 0... 10 % vom Sollwert 70 %(Blutsauerstoffsättigung), der Blutsauerstoffsättigung proportional.

Claims (6)

1. Patentansprüche 9 Herzschrittmacher mit einer Einrichtung zur Regelung der den körperlichen Belastungsverhältnissen des Patienten angepaßten Stimulationsfrequenz, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Regeleinrichtung (18) vorgesehen ist, die den zentralvenösen Blutsauerstoffsättigungswert als Regelgröße für die Stimulationsfrequenz benützt, wobei zur Bestimmung des Blutsauerstoffsättigungswertes ein Gerät (1,B) vorgesehen ist, das nach dem bekannten Prinzip der in-vivo Reflexionsoximetrie arbeitet.
2. 2) Herzschrittmacher nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gerät zur Blutsauerstoffsättigungsmessung (1,3) Lichtquellen mit einer Meßwellenlänge von ca. 660 nm u.

   zusätzlich einer Referenzwellenlänge von ca. 805 nm enthält.
3. 3) Herzschrittmacher nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Lichtquellen Lumineszenzdioden mit den Lichtwellenlängen ca. 660 und ca. 805 nm vorgesehen sind.
4. 4) Herzschrittmacher nach Anspruch 1 bis S, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die Sauerstoffsättigungsmessung nur kurzzeitig und in bestimmten Meßintervallen ermöglichen.
5. 5) Herzschrittmacher nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h ne t, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die Meßintervalle automatisch in Abhängigkeit zum Gradienten der Blutsauerstoffsättigung variieren.
6. 6) Herzschrittmacher nach Anspruch 1 bis 5, da dur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Einrichtungen vorgesehen sind ,die eine Anpassung des Sollwertes der Sauerstoffsättigung sowie der Regelcharakteristik der Stimulationsfrequenzregelung an die individuellen Bedürfnisse des Patienten ermöglichen.