DE2717659C2 - Herzschrittmacher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Elektrostimulation des Herzens stellt heute die Therapie der Wahl einer Reihe bradykarder Herzrhythmusstörungen dar, die durch die medikamentöse Behandlung kaum 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 Herzschrittmacher-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, gemäß US-PS 40 09 721, 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 Thoraxeröffnung zur Einpflanzung eines Drucksensors in den Pleuraspale notwendig, was gegenüber der üblichen Operationsmethode der transvenösen Elektrodeuverlegung einen ungleich größeren Eingriff darstellt

Aus der US-PS 40 09 721 ist bekannt, daß sich bei Kraftanstrengung des Körpers das folgende metabolische Bild ergibt: Anstieg der Milchsäure, Anstieg des PCO₂, Abnahme des PO₂ im arteriellen Blut und Anstieg der Wasserstoffionenkonzentration im koronaren, venösen und arteriellen Blut In dieser Veröffentlichung wird die Frequenzregelung als Funktion des Blut-pH-Wertes beschrieben.

Beim pH-Wert-gesteuerten 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

Aufgabe der Erfindung ist einen Herzschrittmacher zur Verfügung zu stellen, bei dem unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten, oben aufgeführten Nachteile die Stimulationsfrequenz durch eine Änderung eines Blutparameters geregelt wird, der ausschließlich durch das Herzzeitvolumen und den Belastungsgrad des Patienten bestimmt wird, und der eine lange Funktionszeit ermöglicht

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der vorgeschlagene Herzschrittmacher bedient sich der Messung der Blutsauerstoffsättigung (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 praktizierte Methode zur Berechnung des Herzzeitvolumens, also des pro Minute von der Herzpumpe geförderten Blutvolumens dar. Dabei wird in der DE-OS 23 04 046 auch die Bestimmung des zentralvenösen Sauerstoffgehaltes anter Verwendung von zwei Licht verschiedener WeI-lenlänge emittierenden Dioden, die pulsweise angesteuert werden, beschrieben. Auch ist die Verwendung der Wellenlängen 660 und 805 nm für die Reflexionsoximetrie aus der DE-AS 22 15 984 bekannt.

Eine unzureichende Föderleistung des Herzens führt immer über den Mechanismus einer vermehrten Sauerstoffausschöpfung in der Körperperipherie zu einer Sauerstoffuntersättigung des zentrplvenösen 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 Störungsein-

flüssen (Hämatokrk, Strömungseffekte) bedient man sich neben der Meßwellenlänge von 660 nm zusätzlich einer Referenzwellenlänge von 805 nm, die beide durch Lumineszenzdioden erzeugt werden. Wie F i g. 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-Kurven bei 805 nm). Nach Auswertung beider Reflexionsintensitäten erhält man als Ergebnis die HbCVSättigung des Blutes, mit der die Stimulationsfrequenz des Schrittmachers nach Vergleich mit einem Referenzwert geregelt wird.

Diese in-vivo-Oximetriemethode vermeidet aufgrund der verwendeten Iangzeitkonstanten Lichtieiterkatheter und Lumineszenzdioden praktisch jegliche NuIlpunktsdrift und bietet damit die für die Implantierbarkeit des Blutsauerstoff-sättigungsgeregelten Schrittmachersystems notwendige Voraussetzung. Zur ausführlichen Erläuterung der Schaltungsfunkiion des Schrittmachers wird auf F i g. 2a, 2b verwiesen, die -sine beispielhafte Ausführung zeigen. Ein Oszillator 1 gibt im eingeschwungenen Zustand der Regelschaltung 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 τ verzögert der Treiberstufe 5 einer Lumineszenzdiode 7 mit 805 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 (F i g. 2c) befindet sich eine optische öffnung 23, aus der die Lichtimpulse austreten und vom Blutnrom reflektiert (22) über den Lichtleiter 8 zum optischen Empfänger 11 zurückgeführt werden. Die dort nacheinander 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. Jm Funktionsblock 18 findet der Vergleich dieses Istwerts 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 Söllwertabweichungen der 6ö 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 F i g. 2b dar. Darin bedeutet B die Schaltung für die Sauerstoffsättigungsmessung. Fig.2c stellt ein Detail

von F i g. 2b dar.

In F i g. 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 /w und damit des Herzminutenvolumens auf diesen Normalwert zurückgeführt Die Stellgröße /«ist im Bereich von 60 ... 125 (l/min), bei einer negativen Regelabweichung zwischen 0... 10% vom Sollwert 70% (BlutsauerstoffsättigungX der Blutsauerstoffsättigung proportional.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Herzschrittmacher mit einer Oszillatorvorrichtung zur elektrischen Stimulation des Herzens, wobei bei Kreftanstrengung des Trägers des Herzschrittmachers eine Veränderung des Blutes bestimmt und ein Signal als Funktion der Veränderung erzeugt wird, das die Stimulationsfrequenz der Oszillatorvorrichtung als Funktion der Veränderung regelt, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Reflexionsoximetrie-Vorrichtung aufweist, die als Veränderung des Blutes die Zu-/Abnahme des venösen Blutsauerstoff-Sättigungswertes (HbOrSättigung) kurzzeitig und in Meßintervallen mißt, die automatisch in Abhängigkeit seines Gradienten der Blutsauerstoffsättigung variieren.

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsoximetrie-Vorrichtung (1, ^lichtquellen mit einer Meßwellenlänge von ca. 660 nm und zusätzlich einer Referenzwellenlänge von ca. 805 nm enthält.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß als Lichtquellen Lumineszenzdioden mit den Lichtwellenlängen ca. 660 und ca. 805 nm vorgesehen sind.

4. Herzschrittmacher nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stimulationselektrode (9) vorgesehen ist, die den Faserlichtleiter (8) umgibt, der sich transvenös bis in die rechte Herzkammer erstreckt