DE69737367T2

DE69737367T2 - Einrichtung zur steuerung eines glatten muskels

Info

Publication number: DE69737367T2
Application number: DE69737367T
Authority: DE
Inventors: Shlomo Ben-Haim; Nissim Darvish; Yuval Mika; Maier Fenster; Bella Felzen; Isaac Shemer
Original assignee: Metacure Nv Willemstad; Metacure NV
Current assignee: Metacure Nv Willemstad; Metacure NV
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: US7765008B2; ES2283020T3; EP0996482A4; ATE353689T1; AU3458197A; US20070185540A1; EP1779890B8; US7966071B2; IL133902A0; US7221978B2; DE69737367D1; US20080058891A1; US20080058889A1; US20030055466A1; US8805507B2; US6947792B2; ATE426430T1; US20080051849A1; CA2296632A1; EP1779890A2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kontrolle der mechanischen und/oder elektrischen Aktivität von glattem Muskel durch Anlegen von elektrischen Feldern an den Muskel.
Hintergrund der Erfindung
In vielen Körpergeweben wird die Aktivität von einzelnen Zellen, besonders die Kontraktion, durch Änderungen in Transmembranpotentialen gestartet. Diese Gewebearten werden auch erregbare Gewebe genannt, da sie durch Aktivierung reagieren, wenn sie durch ein elektrisches Signal erregt werden. Einige Beispiele erregbarer Gewebe schließen Herzmuskel, Skelettmuskel, glatte Muskulatur und Nervengewebe ein. In vielen Fällen wird die Aktivität einer großen Zahl solcher erregbarer Gewebezellen durch die Fortleitung von elektrischen Aktivierungssignalen synchronisiert. Ein Aktivierungssignal ist ein elektrisches Signal, welches, wenn es eine erregbare Zelle erreicht, sie dazu bringt zu depolarisieren und ihre Aktivität durchzuführen. Zusätzlich schafft die Depolarisierung ein neues Fortleitungsaktivierungssignal, welches dann mit der Fortleitung in Richtung der nächsten nichtaktivierten Zelle weitermacht. In den meisten erregbaren Geweben ist die Zelle nach einer Depolarisation refraktär, so dass das Aktivierungssignal nicht unmittelbar zurücklaufen kann.
Der Gastrointestinal- (GI-)Trakt ist ein Beispiel eines bedeutenden physiologischen Systems, in welchem viele Aktivitäten durch die Fortpflanzung von elektrischen Aktivierungssignalen koordiniert werden. Der GI-Trakt umfasst einen Magen, einen Dünndarm und einen Dickdarm. Bei einem typischen Verdauungsvorgang wird Essen im Mund gekaut und tritt in den Magen zur Verdauung ein. Das Essen wird dem Antrum periodisch zum Zerkleinern zugeführt und dann zurück zum Magen geführt. Nach einem gewissen Zeitraum öffnet sich der Pylorussphinkter und das Essen wird dem Dünndarm zugeführt. Im Dünndarm wird das Essen durch eine rhythmische Bewegung der Därme aufgewühlt und vorwärts bewegt, bis es den Dickdarm erreicht. Ein Ein-Wege-Sphinkter erlaubt nur eine Bewegung vom Dünndarm zum Dickdarm. Wenn es sich erst einmal im Dickdarm befindet, wird das Essen weiter aufgewühlt und verfestigt durch Bewegungen der Dickdärme. Diese Bewegungen bewegen das verdaute Essen, nun Fäzes, zu einem Paar Auslasssphinkter voran, welche das Ende des GI-Traktes markieren.
Der GI-Trakt ist überwiegend aus glatter Muskulatur zusammengesetzt, welche sich, wenn sie depolarisiert wird, kontrahiert. Sämtliche der oben beschriebenen Bewegungen des GI-Traktes werden durch die Fortleitung von Aktivierungssignalen synchronisiert. Wie erkannt werden kann, werden in vielen Fällen diese elektrischen Signale nicht richtig aktiviert und/oder es wird erfolgt darauf kein richtiges Ansprechen, was in Krankheit resultiert. In einem Beispiel bewirkt ein Ulkus Entzündung des GI-Gewebes. Das entzündete Gewebe kann falsche Aktivierungssignale erzeugen, welche den Magen dazu bringen können, in einer chaotischen Weise zu kontrahieren. Das entzündete Gewebe kann auch das Aktivierungsprofil des Magens beeinflussen, indem Aktivierungssignale nicht weitergeleitet werden oder indem es eine andere Weiterleitungsgeschwindigkeit hat als gesundes Gewebe.
Schrittmachen des GI-Traktes ist in der Technik wohl bekannt, z. B. wie gezeigt in den US-Patenten 5,292,344 und 5,540,730. Das „730"-Patent beschreibt sowohl eine Zunahme als auch eine Abnahme der Erregbarkeit des GI-Traktes durch Stimulieren unterschiedlicher Bereiche des Vagusnervs. Das „344"-Patent beschreibt einen Schrittmacher, welcher direkt Teile des GI-Traktes stimuliert. Von elektrischer Stimulation des GI-Traktes ist auch bekannt, dass sie zum Stimulieren des GI-Traktes von Patienten verwendet wird, die an einem postoperativen Dämpfungssyndrom leiden, wie belegt durch SU 1039506 .
Der Uterus enthält ebenfalls glatte Muskulatur, welche sich in Antwort auf elektrische Aktvierungssignale kontrahiert. „Uterine electromyograhpy: A Critical Review" von D. Devedeux et al., am J. Obstet Gynecol 1993, 169, 16363-53, beschreibt die unterschiedlichen Arten an Uterusmuskulatur und elektrischen Signalen, die durch solche Muskeln erzeugt werden. Eine wichtige Erkenntnis, welche darin beschrieben ist, ist, dass elektrische Aktivität im Uterus vor dem Geburtsvorgang unkorreliert zu sein scheint, aber, wenn der Geburtsvorgang eröffnet ist, werden die Kontraktionen und die damit verbundene elektrische Aktivität hoch synchronisiert.
Bei der gegenwärtigen medizinischen Praxis kann der Geburtsvorgang durch die Verabreichung gewisser Arzneimittel verzögert werden. Die Wirkweise dieser Arzneimittel ist jedoch etwas unsicher. Zusätzlich kann der Geburtsvorgang induziert werden unter Verwendung von anderen Arzneimitteln, wie Oxytocin. Unglücklicherweise ist die erforderliche Dosierung von Oxytocin im Voraus nicht bekannt und Überdosierungen des Arzneimittels können in Überkontraktion resultieren, welche den Fötus und/oder die Mutter mechanisch beschädigen kann.
SU 709078 beschreibt das Stimulieren des Uterus nach der Geburt unter Verwendung einer von außen angelegten elektrischen Spannung, um die Kontraktionen zu steigern und bei dem Ausstoßen der Nachgeburt zu helfen und das Bluten durch schnelles Zusammenziehen des Uterus zu reduzieren.
Die Verwendung von lokal angelegten elektrischen Feldern zum Reduzieren von Schmerz ist in der Technik wohl bekannt. „Electrical field stimulation – Mediated Relaxation of Rabbit Middle Cerebral Artery", D.A. Van Ripper und J.A. Bevan, Circulatory Research 1992, 70, 1104 bis 1102, beschreibt das Verursachen der Relaxation einer Arterie durch Anlegen eines elektrischen Feldes. Das US-Patent 4,537,195 beschreibt die Behandlung von Schmerz unter Verwendung von TENS (Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation; Transkutane elektrische Nervenstimulation) zur Behandlung von Kopfschmerzen. Es wird in diesem Patent die Hypothese aufgestellt, dass die elektrische Stimulation die Konstriktion von Arterien durch Stimulierung des Muskels in den Arterienwänden verhindert, wodurch die Dilatation von Kapillaren verhindert wird, wobei die Dilatation eine Ursache von Kopfschmerzen ist.
SU 1147408 beschreibt ein Verfahren zum Ändern der Verteilung des Blutflusses in und um die Leber herum durch Anlegen von elektrischen Feldern an Arterien, wodurch die Frequenz des Feldes in Synchronie mit dem Herzrhythmus variiert wird.
Das US-Patent 5,447,526 beschreibt ein transkutanes elektrisches Kontrollgerät für glatte Muskulatur zum Inhibieren oder Reduzieren der Kontraktion von glatter Muskulatur, insbesondere Uterusmuskulatur. Das Kontrollgerät, welches auf die Außenseite des Abdomens aufgelegt wird, kann auch Muskelkontraktionen messen und inhibitorische oder stimulierende Impulse auf den Uterus als Ganzes in Abhängigkeit von der medizinischen Anwendung in Antwort auf die gemessenen Kontraktionen bewirken.
WO 93/18820 beschreibt ein Verfahren zum Steigern des Muskeltonus durch die Verwendung dessen, was beschrieben ist als „chronische unterschwellige elektrische Stimulation". Eine Kette elektrischer Signale wird an einem Muskel angelegt, was den Muskel dazu bringt, Spasmen auszubilden oder zu zucken. Die Parameter der Impulse werden experimentell bestimmt, indem sie so angepasst werden, dass sie die maximale Reaktion des Muskels erzeugen und noch, um die Fusion einer Anzahl der einfachen Spasmen, die in einer ersichtlich glatten, kontinuierlichen Kontraktion des Muskels erzeugt werden, zu verhindern.
WO 94/17855 beschreibt ein Gerät zum Erzeugen von Analgesie in einem Patienten. Das Gerät verwendet Oberflächenelektroden, um elektrische Signale anzulegen, deren Parameter so ausgewählt werden, dass sie die Stimulation im zentralen Nervensystem maximieren, während die Stimulation der zwischen den Elektroden und dem zentralen Nervensystem liegenden Nerven minimiert wird.
US 4,411,268 beschreibt ein System, welches zwei Signalarten auf Muskelgewebe anwendet. Das Muskelgewebe, an welches die Signale angelegt werden, ist Gewebe, welches aus einem Muskel im Körper entnommen worden ist und auf einen anderen Muskel transplantiert worden ist und hat als solche andere Eigenschaften als das Gewebe, welches es ersetzt. Die zwei Signalarten sind Schrittmachersignale, welche eine „funktionelle Kontraktion" des Muskels bewirken, und Signale, welche „konditionierende Stimulation" bewirken. Der Zweck der konditionierenden Stimulation ist, „bestimmte kontraktile Eigenschaften des Muskels zu transformieren oder aufrechtzuerhalten". Die konditionierenden Stimulationssignale induzieren keine funktionelle Stimulation. Ihre Wirkung auf das Muskelgewebe ist nicht unmittelbar und ihre Parameter sind so ausgewählt, dass sie Langzeitänderungen in der Antwortart des transplantieren Muskels bewirken, d. h. den Gewebetyp zu ändern und dadurch das transplantierte Muskelgewebe dazu zu bringen, dass es sich ähnlich verhält, wie das Gewebe des Wirtsmuskels.
US 5,083,564 beschreibt das Anlegen von „unterschwelligen Reizen" auf den A-V-Übergang des Herzens in der Nähe des HIS-Bündels, um die Symptome eines vollständigen AV-Blocks zu erzeugen oder zu erleichtern.
Zusammenfassung der Erfindunq
Es ist ein Ziel gewisser Aspekte der vorliegenden Erfindung, ein Gerät für die direkte und lokale Kontrolle der Kontraktion und/oder Kontraktionskraft von glatten Muskeln bereitzustellen. Solch eine Kontrolle wird besonders in bestimmten bevorzugten Ausführungen der Erfindung im Gastrointestinal- (GI-)Trakt, im Uterus, in der Blase, in den endokrinen Drüsen, in der Gallenblase und in den Blutgefäßen genutzt.
Die Erfinder fanden heraus, dass die Kontraktionskraft eines glatten Muskels sowohl gesteigert als auch reduziert werden kann durch eine kritische Anlegung eines nicht- anregenden elektrischen Feldes. Ein nicht-anregendes elektrisches Feld ist ein elektrisches Feld, welches ein sich fortpflanzendes Aktionspotential in dem glatten Muskel nicht induziert. Solch ein nicht-anregendes elektrisches Feld modifiziert jedoch die Reaktion des glatten Muskels auf ein exzitatorisches Feld. Die Erfinder fanden auch heraus, dass es möglich ist, glatte Muskulatur auf ein Aktivierungssignal unempfindlich zu machen, wodurch der desensibilisierte glatte Muskel auf ein Aktivierungssignal nicht anspricht und auch das Aktivierungssignal nicht weiterleitet.
Unmittelbar nachdem das Feld entfernt wird, sind seine Wirkungen beseitigt. Es sollte erkannt werden, dass viele glatte Muskeln durch vielfache Faserschichten gekennzeichnet sind, wobei die Fasern in jeder Schicht eine bevorzugte Orientierung haben. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden einzelne Schichten selektiv kontrolliert, indem das elektrische Feld so angelegt wird, dass es im Wesentlichen parallel zu der Faserorientierung ist. (In dem Fall ist das Feld hocheffektiv). Wenn ein geringerer Grad an Wechselwirkung zwischen der Muskelschicht und dem Feld gewünscht wird, wird das Feld bevorzugt rechtwinklig zu den Muskelfasern angelegt.
Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um den GI-Trakt präziser zu kontrollieren, als es unter Verwendung von Arzneimitteln und/oder einzelnem Schrittmachen oder Schrittmachen an mehreren Orten möglich ist. Vorzugsweise wird die Kontraktionskraft eines Teils des GI-Traktes gesteigert, wie z. B. um eine geschwächte Kontraktion auszugleichen und/oder um einen ansonsten feststeckenden Klumpen fortzubewegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Kontraktionskraft reduziert werden, um einen Patienten mit überempfindlichem Darm zu behandeln. Alternativ oder zusätzlich kann ein Abschnitt der Därme desensibilisiert oder von elektrischen Aktivierungssignalen abgeblockt werden, um die Heilung einer Läsion in dem Abschnitt zu fördern. Das Reduzieren oder Hemmen der Kontraktion ist auch nützlich bei der Behandlung von akuter Diarrhöe und um Leckage aus einem Stoma zu stoppen, wenn solch eine Leckage unerwünscht ist. Zusätzlich oder alternativ wird das Aktivierungsprofil des GI-Traktes, welches normalerweise eine vorwärts bewegende Welle und eine rückkehrende Welle einschließt, geändert, z. B. durch Blockieren der rückkehrenden Welle (der Reflux), um die Motilität des Darmes zu steigern. Das Hemmen der rückkehrenden Welle kann durch Desensibilisieren eines oder mehrerer Segmente des Darmes durchgeführt werden, nachdem die Vorwärtswelle passiert hat, so dass die rückkehrende Welle an dem desensibilisierten Segment gestoppt wird. Alternativ wird die gesamte Länge der Därme für die Dauer der rückkehrenden Welle desensibilisiert. Nachdem die rückkehrende Welle gestoppt worden ist, wird das desensibilisierende Feld bevorzugt gestoppt, um es der Vorwärtswelle zu ermöglichen, richtig fortzuschreiten. Die vorwärts- und rückkehrenden Wellen können entweder durch ihre mechanische Aktivität oder bevorzugter durch ihre elektrische Aktivität detektiert werden.
In einer besonders bevorzugten Verwendung der vorliegenden Erfindung wird die Spannung des unteren Endes des Kolons reduziert, um die lokale Blutversorgung zu verbessern und um bei der Heilung von Hämorrhoiden und Analfissuren zu helfen. Es wurde kürzlich vorgeschlagen, dass der meiste in Zusammenhang mit Hämorrhoiden stehende Schmerz durch Ischämie des Gewebes verursacht wird, welche wiederum durch anomale gesteigerte Spannung des unteren Kolons verursacht wird. Solch eine Spannung wurde bis jetzt unter Verwendung von topisch aufgetragenen Arzneimitteln wie Nitroglycerin behandelt.
Ein Endoskop kontrolliert in Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Verwendung der vorliegenden Erfindung lokal die Aktivität des Darmes, um die glatte Muskulatur dazu zu bringen, das Endoskop nach vorne zu bewegen und/oder zurückzuziehen. Alternativ oder zusätzlich wird lokale elektrische Desensibilisierung als ein Ersatz und/oder zusätzlich zur Relaxation der Eingeweide unter Verwendung von Arzneimitteln verwendet.
Obwohl gewisse Anwendungen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf ein Endoskop oder ein Koloskop beschrieben worden sind, sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie allgemein mit invasiven Sonden und mit Endoskopen, Koloskopen, Hysteroskopen und Rektoskopen im besonderen verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um den Geburtsvorgang präziser zu kontrollieren, einschließlich der Verzögerung und/oder Beschleunigung des Einsetzens des Geburtsvorgangs, der Steigerung oder Reduktion der Länge des Geburtsvorgangs und/oder um den Geburtsvorgang vom Fortschreiten abzuhalten, nachdem er begonnen hat oder wenn er sich immer noch in den vorgeburtlichen Stadien befindet. Das Anhalten des Geburtsvorgangs ist besonders wichtig zur Behandlung von Fällen des vorzeitigen Einsetzens der Geburt. Solch eine Kontrolle wird bevorzugt ausgeübt durch Reduzieren der Kontraktilität der Uterusmuskeln, Steigern ihrer Kontraktilität oder indem sie desensibilisiert werden, so dass synchronisierte Kontraktionen nicht geschehen können. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass die Wehen ein selbst erhaltender Prozess sind, wo gesteigerte Kontraktionskräfte noch stärkere Kontraktionskräfte im nächsten Kontraktionszyklus erzeugen. Indem die Kontraktionskraft gedämpft wird, kann solch eine Rückkopplungsschleife durchbrochen werden. Zusätzlich können, wenn der Uterus desensibilisiert wird, Kontraktionen nicht geschehen und der Geburtsvorgang wird wenigstens teilweise gestoppt, ohne signifikante Gefahr für den Fötus, wie sie von Arzneimitteln erwartet werden könnte. Der auf diese Weise unterbrochene Geburtsvorgang kann schnell erneut gestartet werden, ohne die im Zusammenhang mit durch Arzneimittel beendetem Geburtsvorgang stehenden Probleme. Vorzugsweise werden unechte elektrische Aktivierungssignale, die aus anomalen Bereichen des Uterus wie Gebärmutterleiomyom enthaltenden Bereichen stammen, welche Aktivierungssignale Frühgeburt bewirken können, durch lokale Desensibilisierung und/oder Hemmung des Uterusgewebes reduziert.
Vorzugsweise werden durch die Menstruation vermittelte Kontraktionen des Uterus (Krämpfe) behandelt, indem solche Krämpfe detektiert werden und ein desensibilisierendes elektrisches Feld auf den Uterus angelegt wird, um solche Krämpfe zu dämpfen. Alternativ kann solch ein desensibilisierendes elektrisches Feld während der Zeit angelegt werden, in der erwartet wird, dass solche Krämpfe geschehen können.
Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um die Kontraktilität der Blase zu kontrollieren. Vorzugsweise wird die Blase so desensibilisiert, dass sie nicht spontan kontrahiert, wenn solch eine Kontraktion unerwünscht ist. Vorzugsweise schließt ein Gerät zum Kontrollieren der Blase einen Rückkopplungsmechanismus ein, welcher seine Aktivität stoppt, wenn die Blase übervoll wird. Zusätzlich oder alternativ wird die Kontraktionskraft der Blase während des Wasserlassens erhöht. Vorzugsweise wird die Kontraktionskraft der Blase bei Patienten gesteigert, welche Blasenhypertrophie haben, so dass die Blase schrittweise schrumpfen wird. Solch eine Behandlung wird vorzugsweise mit Arzneimittelbehandlung und/oder Implantation eines Stents kombiniert, welche Behandlungen verwendet werden können, um die Blockade der Harnröhre zu reduzieren.
Vorzugsweise wird die Ausschüttungsrate endokriner oder neuroendokriner Drüsen durch Anlegen eines desensibilisierenden elektrischen Feldes kontrolliert, vorzugsweise reduziert. Vorzugsweise wird ein desensibilisierendes elektrisches Feld auf die Beta-Inselzellen des Pankreas angelegt, um die Insulinerzeugung in Patienten, die an Hyperinsulinämiespiegeln leiden, zu reduzieren. Vorzugsweise wird solch eine Kontrolle ohne Messen der elektrischen Aktivität der Beta-Inselzellen angewandt. Alternativ oder zusätzlich wird solch eine Kontrolle angewendet während der Blutglucosespiegel überwacht wird. Das desensibilisierende Feld ist vorzugsweise ein lokal angelegtes DC-Feld, dessen Polarität mit einer sehr niedrigen Frequenz gewechselt wird, wie z. B. einmal pro Stunde, um eine Polarisation der Elektroden und/oder Schädigung des Gewebes zu vermeiden.
Eine andere Verwendung der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Gefäßspasmen, Angina pectoris und/oder anomalem Blutdruck durch das elektrische Kontrollieren von großen Blutgefäßen im Körper. In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Verwendung der Erfindung werden große Venen, wie die Abdominalvenen, durch Anlegen eines lokalen inhibitorischen elektrischen Feldes an diese relaxiert. Alternativ oder zusätzlich werden große Arterien, wie die Aorta, durch Anlegen eines lokalen inhibitorischen elektrischen Feldes an diese relaxiert. Alternativ oder zusätzlich werden exzitatorische Felder an die Arterien und/oder Venen so angelegt, dass sie verengt werden. Wie erkannt werden kann, kann die Änderung des Volumens der Arterien und Venen direkt den Blutdruck und/oder die kardiovaskuläre Leistung eines Patienten beeinflussen. Zusätzlich reduziert eine Entspannung der Venen die Vorlast des Herzens, was eine Ischämieepisode, z. B. Angina pectoris, anhalten kann. Ferner ist das Entspannen der Aorta nützlich in Fällen von Gefäßspasmen, welche in vielen Fällen die Ursache von Angina pectoris sind.
Das relaxierende elektrische Feld wird vorzugsweise auf die spastischen Blutgefäße angelegt, welche in gewissen Fällen koronare Blutgefäße sein können. Elektrisch induzierte Relaxation von Blutgefäßen kann anstelle von oder zusätzlich zu Pharmazeutika verwendet werden. Weiter ist eine erzwungene Relaxation von Arterien und Venen nützlich für die Behandlung eines akuten ischämischen Ereignisses. Typischerweise bewirkt das ischämische Ereignis eine gesteigerte Herzrate, welche das ischämische Herzgewebe weiter überlastet. Indem die Vorlast und/oder Nachlast des Herzens reduziert wird, wird die kardiale Beanspruchung reduziert, was den Sauerstoffbedarf der ischämischen Gewebe reduziert und/oder eine besser Perfusion der ischämischen Gewebe erlaubt. Zusätzlich oder alternativ kann die Diastole ausgedehnt sein, um bei der Perfusion des Herzmuskels zu unterstützen. Das Ausdehnen der Diastole kann z. B. erreicht werden durch Desensibilisieren wenigstens eines Teils des Herzens unter Verwendung von Techniken, wie z. B. jene die beschrieben sind in PCT IL97/00012, „Electrical Muscle Controller", angemeldet am B. Januar 1997.
Verfahren und Vorrichtungen, die aus dem Schutzumfang der Ansprüche herausfallen, werden hierin rein zur Erläuterung der Erfindung und ihrer Verwendung offenbart.
Es wird deshalb ein Gerät, wie es in Anspruch 1 definiert ist, bereitgestellt.
Obwohl die vorliegende Erfindung hierin hauptsächlich durch die verwendeten Verfahren beschrieben werden kann, sollte erkannt werden, dass der Schutzumfang der Erfindung das Gerät einschließt, das so angepasst ist, dass diese Verfahren durchgeführt werden. Besonders schließt der Umfang der Erfindung programmierbare Generatoren eines elektrischen Feldes ein, welche so programmiert sind, dass ein elektrisches Feld in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung geliefert wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung schließen die programmierbaren Variablen Wellenformen, Amplituden, Frequenzen, Dauer, Verzögerungen, Synchronisation und Antwort auf lokal gemessene Parameter der Muskelaktivität ein. Es sollte erkannt werden, dass das Verhalten eines Muskels, in einem Teil davon durch Anlegen eines elektrischen Feldes an einen zweiten Teil davon modifiziert werden kann, z. B. durch Inhibieren der Fortleitung eines Aktivierungssignals zu dem einen Teil oder durch Änderung der Gestalt von Kräften, die auf den einen Teil wirken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird deutlicher verstanden werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, zusammen mit den begleitenden Figuren, in welchen:
1 eine schematische Darstellung eines Gastrointestinal- (GI-)Traktes ist;
2 eine schematische Darstellung eines ungefalteten GI-Traktes ist, wodurch verschiedene bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung erläutert werden;
3 eine teilgeschnittene schematische Darstellung eines freigelegten Teils des GI-Traktes ist, wobei die Orientierung von glatten Muskelfasern des GI-Traktes gezeigt wird;
4 ein Verfahren des Vorbewegens eines Koloskops unter Verwendung von lokaler Kontrolle des GI-Traktes erläutert;
5 eine schematische Darstellung einer Kapsel für die Behandlung von Hämorrhoiden in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
6 ein schematisches Diagramm eines Uterus ist, wobei das Beaufschlagen mit lokalen inhibitorischen elektrischen Feldern auf kleine Bereich des Uterus in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert wird;
7 einen implantierbaren Vielfachstimulator/Inhibitor, der an einen Uterus befestigt ist, in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erläutert;
8 eine ballonartige Einlage für einen Uterus zum Kontrollieren von Krämpfen erläutert;
9 ein Steuergerät erläutert, welches die Ausschüttung einer Drüse wie des Pankreas modifiziert;
10 ein Blutdruck- und/oder Herzlaststeuerungsgerät erläutert, das an die Hauptblutgefäße angeschlossen ist, in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung;
11 eine schematische Darstellung eines Versuchsaufbaus ist, der verwendet worden ist, um die Wirkungen eines nicht-anregenden Feldes auf glatte Muskelzellen zu bestimmen;
12 eine Grafik mit Versuchsergebnissen ist, die eine Zunahme in der Kontraktionskraft eines glatten Muskels zeigt, als ein Ergebnis des Anlegens eines nicht-anregenden elektrischen Feldes in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung;
13 bis 17 Grafiken von Versuchsergebnissen sind, die jeweils eine signifikante Abnahme in der Kontraktionskraft eines glatten Muskels als ein Ergebnis des Anlegens eines nicht-anregenden elektrischen Feldes in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigen;
18 eine Grafik von Versuchsergebnissen ist, die eine Zunahme in der Kontraktionskraft eines glatten Muskels der Harnblase zeigen als ein Ergebnis des Anlegens eines nicht-anregenden elektrischen Feldes in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung; und
19 eine Grafik aus Versuchsergebnissen ist, die eine Zunahme in der Kontraktionskraft eines glatten Muskels eines unstimulierten Uterus als ein Ergebnis des Anlegens eines nicht-anregenden elektrischen Feldes in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigen.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
1 ist eine schematische Darstellung eines Gastrointestinal- (GI-)Traktes 22 eines Patienten 20. In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die lokale Kontrolle der Kontraktionskraft und/oder der Empfindlichkeit von Teilen des GI-Traktes auf Exzitation durch Anlegen an lokalen, nicht-anregenden elektrischen Feldern direkt an den zu kontrollierenden Teil erzielt. Obwohl solche nicht-anregenden elektrischen Felder kein fortschreitendes Aktionspotential in dem kontrollierten Teil schaffen, modifizieren die Felder das Ansprechen des Teils auf ein künstliches oder natürliches vorkommendes Aktivierungssignal, wenn es ankommt. Genauer fanden die Erfinder heraus, dass es möglich ist, die Kontraktionskraft eines Teils des GI-Traktes zu steigern oder zu reduzieren. Zusätzlich ist es möglich, ein Muskelsegment so zu desensibilisieren, dass es eine reduzierte Reaktion hat oder dass es überhaupt nicht auf normale Amplituden von Aktivierungssignalen reagiert. Diese Desensibilisierung kann, obwohl sie reversibel ist, dazu gebracht werden, dass sie einen gewissen Zeitraum nach der Entfernung des kontrollierenden elektrischen Feldes anhält.
Zwei bestimmte Wellenformen an nicht-anregenden elektrischen Feldern wurden als günstig befunden. Eine erste Art ist ein im Wesentlichen konstantes Feld (dessen Polarität gelegentlich gedreht werden kann, um ionische Polarisierungswirkungen zu reduzieren). Dieses Feld kann ohne irgendwelche Synchronisation an den kontrollierten Muskel angelegt werden. Die Erfinder fanden es jedoch nützlich, das inhibierende Feld zu stoppen, kurz bevor das Aktivierungssignal an dem kontrollierten Muskel ankommt, um die Amplitude des Aktivierungssignals, die erforderlich ist, den kontrollierten Muskel zu erregen, zu reduzieren. Eine zweite Art eines nicht-anregenden Feldes ist ein Impuls, der synchron mit der Ankunft eines Aktivierungssignals gegeben wird. Der Impuls wird entweder vor, während der Ankunft des Signals oder mit einer Verzögerung nach seiner Ankunft gegeben (wobei eine ausreichend lange Verzögerung nach der Aktivierung äquivalent mit der Beaufschlagung des Impulses vor der Aktivierung ist). Die Erfinder glauben, dass ein nicht-anregendes elektrisches Feld, das nach dem Aktivierungssignal angelegt wird, dazu neigt, die Kontraktionskraft des kontrollierten Muskels zu steigern, indem eine Plateaudauer der Muskelkontraktion gesteigert wird. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass ein nicht-anregendes Feld, das mit einer größeren Verzögerung nach der Ankunft des Aktivierungssignals angelegt wird, die Refraktionszeit verlängert (möglicherweise indem die Muskelzellen hyperpolarisiert werden, so dass das Aktivierungssignal eine Depolarisierung nicht bewirkt). Als ein Ergebnis sprechen wenigstens einige der Muskelzellen nicht auf das Aktivierungssignal an und die Kontraktionskraft des Muskels ist reduziert. Folglich werden, je stärker das nicht-anregende Signal ist, desto mehr Zellen hyperpolarisiert werden und desto niedriger wird die Kontraktionskraft sein. In einem Extremfall werden keine Muskelzellen auf das Aktivierungssignal ansprechen und seine Fortleitung wird inhibiert sein. Es ist auch möglich, dass das nicht-anregende Feld direkt die durch eine einzelne Muskelfaser erzielte Kontraktionskraft reduziert/beeinträchtigt.
Es sollte bemerkt werden, dass verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung, wie hierin beschrieben, in Verbindung mit Arzneimittetherapien verwendet werden können, mit einer synergistischen Wechselwirkung und/oder um eine reduzierte Dosis des Arzneimittels zu ermöglichen, um eine gewünschte Wirkung zu erzeugen und/oder um erhöhte Dosierungen von zu verwendenden Arzneimitteln zu ermöglichen, während ihre Nebenwirkungen unter Verwendung von elektrischer Kontrolle begrenzt werden. Zusätzlich kann eine solche elektrische Kontrolle zusammen mit elektrischer Stimulation des GI-Traktes, einschließlich Vielortstimulation, praktiziert werden. In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann im Wesentlichen jedes Aktivierungsprofil des GI-Traktes durch selektives Stimulieren von Bereichen des GI-Traktes und durch die Schaffung von desensibilisierten Regionen zwischen den stimulierten Bereichen erzielt werden, so dass ein Aktivierungssignal sich nicht von einem stimulierten Teil zum nächsten fortpflanzt. Zusätzlich kann eine solche Kontrolle auch in Kombination mit elektrischer Stimulation eines Vagusnervs ausgeübt werden.
Der Begriff "elektrisches Feld" wurde verwendet, um das nicht-anregende Feld zu beschreiben, das verwendet wurde, um einen Muskel zu kontrollieren. Die Begriffe „Felder" und „Stromstoß" werden hierin austauschbar verwendet, da im Körper beide erzeugt werden, wenn ein Spannungspotential zwischen zwei Elektroden erzeugt wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Feld durch die Aufrechterhaltung eines konstanten Stromes zwischen wenigstens zwei Elektroden angelegt. Alternativ kann anstelle der Kontrolle des Stroms ein Spannungspotential kontrolliert werden.
Muskelgewebe passt sich allgemein an die häufige und/oder intensive Aktivierung an, indem seine Masse erhöht wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Stimulationsörtlichkeit so gewählt, dass die Stärke des Muskels an der Örtlichkeit erhöht wird. Vorzugsweise wird die Umgebung um die Örtlichkeit desensibilisiert, so dass das Aktivierungssignal nicht zum Rest des GI-Traktes fortschreitet. Alternativ oder zusätzlich wird lokale Muskelmasse gesteigert, indem die Kontraktionskraft an der Örtlichkeit modifiziert wird. Allgemein ist eine maximale Kontraktionskraft erwünscht, da sie allgemein die stärkste Zunahme an Muskelmasse bewirken wird.
2 ist eine schematische Zeichnung eines GI-Traktes 22, der für Erläuterungszwecke ungefaltet ist, um verschiedene bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Der GI-Trakt 22 schließt einen Magen 24, ein Duodenum 26, einen Dünndarm 27 und einen Dickdarm 29 ein.
In Übereinstimmung mit einer ersten bevorzugten Verwendung der Erfindung wird ein Teil des GI-Traktes desensibilisiert und/oder elektrisch von Aktivierungssignalen isoliert. Die Isolation von elektrischen Signalen kann erreicht werden durch die Desensibilisierung von Gewebe, welches den Bereich umgibt.
Geschwüre erzeugen Entzündungen des GI-Trakt-Gewebes, welches entzündete Gewebe überzählige Aktivierungssignale erzeugen kann. Alternativ kann das entzündete Gewebe eine sehr niedrige Erregbarkeitsschwelle zeigen. Beide Anomalien können Arrhythmien im Magen 24 bewirken. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein Geschwür 28 daran gehindert, anomale elektrische Aktivität im Magen 24 zu erzeugen, indem das Gewebe, welches das Geschwür umgibt, desensibilisiert wird. In Abhängigkeit von der exakten Konfiguration kann das Geschwür 28 selbst desensibilisiert werden. Alternativ oder zusätzlich wird ein nicht-anregendes Feld an Regionen, welche das Geschwür 28 umgeben, angelegt werden, um es durch Gewebe, das Aktionspotentiale nicht weiterleitet, einzuzäunen.
Der Begriff einzäunen, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf die elektrische Isolierung eines Segments eines Muskels von anderen Segmenten, indem elektrische Aktivität in dem Gewebe inhibiert wird, welches das eine Segment umgibt. Folglich kann ein Aktivierungssignal weder in das eine Segment eindringen noch es verlassen. Alternativ zum vollständigen Einschließen eines Segments können Zäune verwendet werden, um ein Aktivierungssignal entlang eines gewünschten Weges zu kanalisieren, indem Zäune auf jeder Seite des gewünschten Pfads geschaffen werden. Es sollte bemerkt werden, dass es beim Kanalisieren ausreichend sein kann, die Fortleitungsgeschwindigkeit in dem Gewebe, wo der Zaun angewendet wird, zu reduzieren, da dies ebenfalls den Fortleitungsvektor der Aktivierungsfront modifizieren wird.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Gewebedesensibilisierung durch ein Steuergerät 32 bewerkstelligt, umfassend eine Elektrode 30, die in Kontakt mit dem Gewebe ist, das das Geschwür 28 umgibt. Obwohl bei dieser Ausführung das Steuergerät so gezeigt wird, dass es sich außerhalb des Magens 24 befindet und entweder innerhalb oder außerhalb des Körpers, wird in einer alternativen bevorzugten Ausführung der Erfindung das Steuergerät 32 innerhalb des Magens implantiert, bevorzugt platziert mit Hilfe eines Endoskops und/oder einer die elektrische Aktivität kartierenden Sonde, und wird bevorzugt an den Magenwänden 24 fixiert, wie z. B. durch die Verwendung von Clips.
In Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Verwendung der Erfindung wird der Schrittmacherteil des Magens 24, der sich gewöhnlich im oberen Bereich des Magens 24 befindet, elektrisch von anderen Bereichen des Magens isoliert. In 2 wird dies bewerkstelligt durch das Anlegen eines Zauns 25 in einem Band um den Magen 24 herum. Alternativ oder zusätzlich kann der Rest des Magens 24 desensibilisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schrittmacherregion selbst desensibilisiert werden, um ihre Exzitationsrate zu reduzieren. Die Desensibilisierung des Magens 24 ist nützlich zur Behandlung von Übelkeit, Übelkeit in Zusammenhang mit Schwangerschaft, Reflexerbrechen und anderen Magenzuständen, die durch eine unerwünschte Aktivierung des Magens gekennzeichnet sind.
Ein besonderes Beispiel eines Zustands ist die Behandlung von Fettleibigkeit, behandelbar durch die Magendesensibilisierung, wo das Verzögern des Entleerens des Magens 24 zu einem „Voll"-Gefühl führt und die Nahrungsaufnahme durch den Patienten reduziert. Desensibilisierung des Magens wird bevorzugt zusammen mit der Stimulation des Magens angewendet, um die gewünschte Aktivierung des Magens zu erzielen. Alternativ oder zusätzlich werden die Gedärme 27 auch in einer ähnlichen Weise kontrolliert, besonders dadurch, dass elektrische Aktivierungssignale vom Magen 24 davon abgehalten werden am Darm 27 anzukommen, wie z. B. durch das Anlegen eines Zauns am Duodenum 26 und/oder am Antrum. In solchen Beispielen ist das Steuergerät 32 bevorzugt von außerhalb des Körpers kontrollierbar, wie z. B. durch die Verwendung von magnetischen Reedschaltern oder durch die Verwendung von RF-Telemetrie. Folglich kann das Steuergerät 32 aktiviert und deaktiviert werden, wenn es der Patient braucht. Alternativ oder zusätzlich schließt die Steuerung 32 Sensoren ein, welche verschiedene Zustände des GI-Traktes 22 messen, einschließlich der Örtlichkeit von Nahrung in einem Teil davon und von lokaler elektrischer Aktivität. In solch einer Ausführung kann die Steuerung 32 das Aktivierungsprofil des GI-Traktes 22 modifizieren, in Antwort auf das Vorhandensein und die Position von Nahrungsmaterial darin.
In Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Verwendung der Erfindung wird ein Teil eines GI-Traktes 22 desensibilisiert und/oder eingezäunt, um ihm zu erlauben zu heilen. 2 zeigt eine genähte Region 38 und ein Steuergerät 40, welches ein Zaunpaar 42 und 44 so anlegt, dass die Region 38 elektrisch isoliert sein wird und dass lokale Muskelaktivität die Naht nicht beschädigen wird. Die Region 38 könnte auch einen Bereich umfassen, aus welchem ein Geschwür kürzlich entfernt worden ist. In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird solch ein Steuergerät in einen Anastomosenknopf eingebaut, welcher verwendet wird, um zwei Darmabschnitte miteinander zu verbinden. Vorzugsweise misst solch ein Anastomosenknopf elektrische Aktivität an einer Seite davon und legt ein exzitatorisches Signal an der gegenüberliegenden Seite davon an, um eine natürliche Kontraktion der Gedärme sicherzustellen. Alternativ zum vollständigen Inhibieren der elektrischen Aktivität an der Region 38 kann es wünschenswert sein, periodisch lokale elektrische und/oder mechanische Aktivität zuzulassen. Alternativ oder zusätzlich kann die lokale Kontraktionskraft wesentlich reduziert sein, um lokales Dehnen der Nähte zu reduzieren. In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung werden Elektroden im behandelten Bereich während eines laparoskopischen Vorgehens (oder einer offenen Bauchraumprozedur) implantiert. Ein inhibitorisches elektrisches Feld wird solange angelegt, bis es durch medizinisches Gutachten für unnötig erachtet wird.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Elektroden mit einem äußerlichen Muskelsteuergerät verbunden. Wenn das Feld nicht mehr notwendig ist, können die Elektroden zurückgezogen werden, z. B. unter Verwendung von herausziehbaren Elektroden, wie sie in der Technik bekannt sind, z. B. durch Drehen der Elektroden oder durch Lösen einer Naht, welches die Elektrode an dem Muskel befestigt.
In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird das Entleeren eines Stomas durch Desensibilisieren von wenigstens wenigen Inches des Stomas inhibiert, solange bis sein Entleeren gewünscht wird. Eine Steuerung für ein Stoma schließt vorzugsweise Elektroden ein, die entlang der wenigstens wenigen Inches des Stomas implantiert sind, um inhibitorische oder exzitatorische Impulse anzulegen. Eine Stomasteuerung schließt vorzugsweise auch einen äußeren Kontrollknopf ein, der es dem Patienten erlaubt, zwischen Inhibieren des Stomas, um das Austreten von festen Abfällen zu stoppen, und Anhalten des Inhibierens und/oder Stimulieren des Stomas zu wählen, um die Passage von festen Abfällen entlang des Stomas zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird ein elektrisches Steuergerät anstelle eines Pharmazeutikums verwendet, um den Darm zu entspannen. Ein Beispiel, bei welchem solch eine Verwendung wünschenswert ist, ist bei der spastischen Verstopfung, wo ein typischer Kreislauf aus Anspannung-Schmerz-Verstopfung gebrochen werden kann durch Relaxieren der Anspannung in den Dickdärmen. Ein entspannendes elektrisches Feld kann transkutan angelegt werden, durch implantierte Elektroden oder kann unter Verwendung einer eingeführten Sonde angelegt werden.
In einer anderen bevorzugten Verwendung der Erfindung können durch Ischämie der Därme verursachte Schmerzen reduziert werden durch Reduzieren der Kontraktilität des Muskels im erkrankten Bereich, wodurch Sauerstoffverbrauch reduziert wird und/oder eine bessere Durchblutung ermöglicht wird. Vorzugsweise schließt solch ein Steuergerät einen Drucksensor ein und das Steuergerät wird so angepasst, dass die Kontraktionskraft reduziert wird, nachdem eine voreingestellte lokale Kontraktionskraft erreicht wird.
In einer anderen bevorzugten Verwendung der Erfindung wird akute Diarrhöe behandelt durch Entspannen des Dünndarms 27 und/oder Dickdarms 29, so dass sie keine Flüssigkeiten ausstoßen. Solche eine Behandlung kann vorteilhafterweise verwendet werden unter Verwendung einer Sonde mit daran befestigten Elektroden. Die Elektroden sind vorzugsweise Federelektroden, welche sich (radial) von der Sonde aus erstrecken, um einen guten Kontakt mit der Darmwand sicherzustellen. Diese Behandlung ist auch für Patienten mit chronischem Reizdarm nützlich, wie z. B. Patienten, die eine starke Medikation verwenden, und AIDS-Patienten. In Patienten mit einem chronischen Problem werden die Elektroden vorzugsweise auf der Außenseite von Teilen des GI-Traktes implantiert.
Ein anderer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf die Steigerung der Kontraktilität von wenigstens einem Teil des GI-Traktes 22, typischerweise, um einen medizinischen Zustand zu kompensieren, bei welchem die Kontraktilität von wenigstens einem Teil des GI-Traktes 22 auf Werte unter Normalwerten reduziert ist. Solche Zustände sind bei älteren Patienten typisch. Subnormale Kontraktionskräfte werden auch in Patienten gefunden, in welchen ein Teil des Darms denerviert ist, besonders in Patienten mit Aklasie (erworben oder chronisch) und in anderen Störungen wie systemische multiple Sklerose, diabetische Enteropathie und primäre viszerale Myopathien. In solchen Zuständen wird das nicht-anregende elektrische Feld vorzugsweise angelegt unter Verwendung von Drahtelektroden, die entweder an der Innenseite des GI-Traktes 22 befestigt sind, in den Muskel des GI-Traktes 22 selbst implantiert sind, und/oder unter Verwendung von Elektroden, die auf die äußeren Oberflächen des GI-Traktes 22 implantiert sind. Vorzugsweise werden solche Elektroden durch das Vorschieben einer chirurgischen Sonde entlang der Außenseite des GI-Traktes 22 und durch das Anheften von Elektroden an Örtlichkeiten entlang der Außenseite des Traktes implantiert. Alternativ kann eine Vielzahl von verkapselten Steuerungen an einer Vielzahl von Punkten entlang des GI-Traktes 22 implantiert werden. Jedes verkapselte Steuergerät schließt eine Energiequelle, Elektroden und eine Steuerung ein, welche durch äußeren Befehl aktiviert werden kann, um ein nicht-anregendes Feld anzulegen. Alternativ umfasst jedes solche verkapselte Steuergerät eine Induktionsspule, welche RF-Strahlung umwandelt, welche der Spule aus einer äußeren Quelle übermittelt wird, in ein nicht-anregendes elektrisches Feld umwandelt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das gleichzeitige Anwenden von etlichen unterschiedlichen Kontrollarten, um eine präzisere Kontrolle des Aktivierungsprofils des GI-Traktes 22 zu erzielen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Motilität des Dünndarms 27 und/oder Dickdarms 29 durch Inhibieren einer zurückkehrenden Welle gesteigert. In einem normal aktivierten Darm gibt es eine Vorwärtswelle, welche Nahrungsmaterial in dem Darm vorwärts bewegt, und auch eine rückkehrende Welle, welche die Nahrung dazu bringt, sich entlang des Darms zurückzuziehen und dabei hilft, die Nahrung zu durchmengen. Bei dieser bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Vorwärtswelle nicht inhibiert und die rückkehrende Welle wird inhibiert, um für eine größere Motilität zu sorgen. Vorzugsweise wird die rückkehrende Welle an ihrem Ursprung inhibiert, am Ende des Darms, indem ein Zaun an der Stelle angelegt wird. 2 zeigt ein Steuergerät 46, welche einen Zaun 48 am Ende des Dünndarms 27 anlegt. Vorzugsweise verwendet das Steuergerät 46 einen Sensor 52 und/oder einen Sensor 50, um die Vorwärtswelle und/oder die rückkehrende Welle zu detektieren, entweder durch ihre elektrische Aktivität oder durch ihre mechanische Wirkung. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Zaun 48 mit der Vorwärtswelle synchronisiert und nur während einer Zeitdauer angelegt, die ausreichend ist, um die rückkehrende Welle zu hemmen. Das Steuergerät 46 wird vorzugsweise unter Verwendung eines Endoskops eingeführt, vorzugsweise von der Innenseite des Dünndarms aus.
In Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Verwendung der Erfindung wird elektrische Kontrolle verwendet, um einen festsitzenden Bolus 56 fortzubewegen. Um den Bolus 56 fortzubewegen, wird elektrische Kontrolle an einen Bereich 60, vor dem Bolus 56, angelegt, um ihn zu relaxieren. Ein Bereich 58, hinter und um den Bolus 56 herum, wird vorzugsweise kontrolliert, um seine Kontraktilität zu steigern. Ein Steuergerät 54 kann permanent an der Örtlichkeit 58 implantiert sein, falls aufgrund von Beschädigung von Nerven und/oder Muskel, von Boli erwartet wird, dass sie an dieser Örtlichkeit stecken bleiben. In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird ein signifikanter Teil des GI-Traktes 22 verkabelt. Eine Vielzahl von Sensoren wird entlang des Bereichs platziert, um einen Bolus in dem Bereich zu detektieren. Danach wird das oben beschriebene Verfahren zum Fortbewegen des Bolus an der detektierten Örtlichkeit angewendet. Die Vielzahl von Sensoren können Impedanzsensoren sein, welche vorzugsweise dieselben Elektroden wie die das Feld anlegenden Elektroden verwenden.
3 ist eine teilweise geschnittene schematische Darstellung eines offen gelegten Teils 72 des GI-Traktes 22, wobei die Orientierung von glatten Muskelfasern des GI-Traktes gezeigt wird. Der GI-Trakt 22 besteht typischerweise aus drei Muskelschichten, einer dünnen, elektrisch leitenden Schicht (nicht gezeigt), einer inneren Schicht 72 aus Fasern, die allgemein entlang der Länge des GI-Traktes 22 angeordnet sind, und einer äußeren Faserschicht 74, die im allgemeinen rechtwinklig zu den Fasern in der Schicht 72 angeordnet sind. Die Schicht 72 kontrolliert lokale Änderungen über die Länge des GI-Traktes 22, während die Schicht 74 lokale Änderungen im Durchmesser des GI-Traktes 22 kontrolliert.
In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird ein nicht-anregendes elektrisches Feld selektiv entweder auf die Schicht 72 oder auf die Schicht 74 angelegt, um entweder die lokale Kontraktionskraft zu steigern oder zu reduzieren. Diese Selektivität kann durch Anordnen der Richtung des elektrischen Feldes entweder parallel zu den Fasern in der Schicht 72 oder parallel zu den Fasern in der Schicht 74 erzielt werden. Es sollte bemerkt werden, dass dieser Selektivitätstyp nicht möglich ist, wenn ein exzitatorisches elektrisches Feld verwendet wird, da solch ein Feld beide Schichten 72 und 74 erregt.
In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird eine Netzelektrode 76 mit einer Vielzahl von Einzelelektroden 78 verwendet, um diese Selektivität zu bewirken. Falls das Netz so platziert wird, dass seine Hauptachsen parallel zu den Faserrichtungen sind, kann ein elektrisches Feld mit einer Richtung, die parallel zu einer der Schichten verläuft, durch das Auswählen von ausgewählten Elektroden 78 erzeugt werden. Einzelne Elektroden 78 können auch so ausgewählt werden, dass ein Feld angelegt wird, welches diagonal zu Fasern in beiden Schichten ist. Alternativ oder zusätzlich werden die Elektroden 78 alternativ elektrifiziert, so dass elektrische Felder in beiden Richtungen alternativ angelegt werden. Insbesondere kann ein inhibitorisches Feld in eine Richtung angelegt werden, während ein die Kontraktilität steigerndes Feld in der dazu rechtwinkligen Richtung angelegt werden kann. Wie erkannt werden kann, können Elektroden 78 auch verwendet werden, um ein Schrittmachersignal zuzuführen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden Elektroden 78 auch verwendet, um lokale elektrische Aktivität zu messen, um das nicht-anregende Feld zeitlich besser abzustimmen.
Eine andere Elektrodenart, welche für die Verwendung bei der Kontrolle von glatter Muskulatur bevorzugt wird, ist eine verlängerte Elektrode, die zum Anlegen eines inhibierenden elektrischen Feldes nützlich ist, um einen Zaun zu schaffen. Die Fortpflanzung eines Aktivierungssignals wird am vorteilhaftesten kontrolliert (gesteigert oder reduziert) durch das Anlegen eines elektrischen Feldes, welches sich parallel zu den Fasern in der innersten Schicht des Muskels befindet, da jene Muskelschicht das Aktivierungssignal fortleitet. Die Fortpflanzung des Aktivierungssignals kann durch Anlegen eines die Kontraktilität steigernden elektrischen Feldes an der inneren Schicht gesteigert werden. Ein anderes Verfahren, um selektiv ein elektrisches Feld an nur einer Schicht anzulegen, ist, die Elektroden in den Muskel zwischen die Schichten einzuführen, so dass sich im Wesentlichen nur eine Schicht innerhalb des Feldes befindet.
Zahlreiche Geräte und Verfahren zum Anlegen eines nicht-anregenden elektrischen Feldes am Herzmuskel sind in sechs PCT-Anmeldungen beschrieben, eingereicht durch die Anmelderin New Technologies (SA-YSY) Ltd. et al. beim Israelischen Anmeldeamt: PCT-Anmeldung PCT/IL97/00012, „Electrical Muscle Controller", angemeldet am 8. Januar 1997, und fünf PCT-Anmeldungen, die am 9. Juli 1997 angemeldet worden sind: PCT/IL97/00231, „Apparatus and Methods for Controlling the Contractility of Muscles", PCT/IL97/00232, „Drug-Device Combination for Controlling the Contractility of Muscles", PCT/IL97/00233, „Fencing of Cardiac Muscle", PCT/IL97/00235, „Cardiac Output Controller", und PCT/IL97/00236, „Cardiac Output Enhanced Pacemaker". Genauer beschreiben diese PCT-Anmeldungen verschiedene Wellenformen, welche verwendet werden können, um nicht-anregende elektrische Felder anzulegen, einschließlich DC-Feldern, AC-Feldern, unipolaren und bipolaren Feldern, und Kombinationen solcher Felder. Weiter beschreibt PCT/IL97/00012 auch die Möglichkeit der Verwendung von leichter Strahlung und RF-Strahlung, um einen Calciumtransfer in Herzmuskelzellen zu bewirken und dadurch ihre Kontraktionskraft zu beeinflussen. Diese Geräte können in Übereinstimmung mit bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung angepasst werden, um glatte Muskeln mit nicht-anregenden elektrischen Feldern zu versorgen.
Wenn das hierin beschriebene Gerät an eine bestimmte Physiologie angepasst wird, wird erwartet werden, dass die Amplituden, Verzögerungen und Frequenzen des nicht-anregenden Feldes angepasst werden müssen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Gerät durch RF-Strahlung programmierbar. Folglich kann es implantiert werden und verschiedene Einstellungen an Impulsparametern können getestet werden, um eine optimale Einstellung zu bestimmen. Zusätzlich brauchen diese Parameter nach einer gewissen Zeit nicht angepasst zu werden, aufgrund von Adaptation des kontrollierten Muskels, Änderungen in der Impedanz der Elektroden oder Änderungen der Funktion der Steuerung.
Wie erkannt werden wird, werden gewisse Patienten nur eine kurze Behandlungsdauer erfordern, während andere Patienten längere Verläufe erfordern, in gewissen Fällen wird eine dauerhafte Behandlung erforderlich sein. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das hierin beschriebene Gerät so angepasst, dass es in den Körper implantiert werden kann. Alternativ wird solch ein Gerät so angepasst, dass es in den Körper eingeführt werden kann, für einen kürzeren Zeitraum wie unter einem Monat. Diese Anpassung kann die Verwendung von unterschiedlichen Materialien für die Elektroden und eine unterschiedliche Beziehung zwischen Batterielebensdauer und Grad der Kontrolle vorsehen. Alternativ wird solch ein Gerät so angepasst, dass es sich außerhalb des Körpers befindet, entweder vom Patienten getragen oder freistehend. Vorzugsweise werden wenigstens die Elektroden in den Körper implantiert oder in ein Körperlumen inseriert.
Es sollte auch bemerkt werden, dass die Aktivität von glatten Muskeln auch durch ihre Spannung modifiziert wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung schließt eine Steuerung für glatten Muskel Sensoren ein, welche die Spannung in dem Muskel messen und in Antwort auf die gemessene Spannung das angelegte Feld modifizieren. Vorzugsweise wird die Spannung auf der Außenseite des Lumens des glatten Muskels gemessen. Alternativ oder zusätzlich wird die Spannung innerhalb des durch die glatte Muskulatur gebildeten Lumens gemessen. Alternativ oder zusätzlich wird die Spannung innerhalb des glatten Muskels gemessen.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Orientierung und Polarität des elektrischen Feldes im Verhältnis zu den Muskelfasern ebenfalls variiert, um eine optimale Orientierung und/oder Polarität zu bestimmen, welche die gewünschte Kontrolle auf den Muskel bewirkt. Es sollte bemerkt werden, dass die beiden rechtwinkligen Muskelschichten unterschiedliche Eigenschaften haben, wie z. B. Ruhespannung, und möglicherweise ein unterschiedliches Ansprechen auf das nicht-anregende Feld.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden verschiedene Orientierungen des elektrischen Feldes zu den Muskelfasern, wie z. B. 0°, 5°, 10°, 30° und 45°, ohne Bewegen der Elektroden getestet. Dies wird vorzugsweise erzielt, unter Verwendung einer netzartigen Elektrode, wo jede Verbindung des Netzes einzeln elektrifiziert werden kann. Folglich kann im Wesentlichen jede effektive Feldrichtung und Polarität getestet werden, ohne die Elektroden zu bewegen. Solch eine Netzelektrode kann auch als ein Sensornetz verwendet werden, um genauer die Fortpflanzungsrichtung einer Aktivierungsfront zu bestimmen, da diese Fortpflanzungsrichtung allgemein rechtwinklig zu isochronen Linien sein wird, welche gleiche Aktivierungszeiten kennzeichnen. Zusätzlich können Änderungen in dem Aktivierungsprofil, wie z. B. die Wirkung der kontrollierenden Felder und/oder Arrhythmien, aus Änderungen in den elektrischen Signalen detektiert werden, die an der Vielzahl von Verbindungen des Netzes gemessen werden. Zusätzlich kann mechanische Aktivität durch Impedanzmessung zwischen einzelnen Verbindung lokalisiert werden, entweder benachbarten Verbindungen, in welchem Fall Eigenschaften des Muskels gemessen werden, oder von Verbindungen, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des glatten Muskels befinden, in welchem Fall das Beschäftigtsein des GI-Traktes bestimmt werden kann.
Es sollte bemerkt werden, dass die Frequenz der Kontraktion des glatten Muskels gewöhnlich viel niedriger ist als die vom Herzmuskel, was die Verwendung von einfacherer Elektronik und von langsamer ansprechenden Energiequellen zum Kontrollieren von glatter Muskulatur erlaubt. Ferner ist die Fortpflanzungszeit entlang von glatter Muskulatur gewöhnlich viel langsamer als bei Herzmuskel. Als ein Ergebnis davon können etliche Sekunden zwischen der Aktivierungszeit an einer Örtlichkeit und der Aktivierungszeit an einer zweiten Örtlichkeit vergehen. Folglich ist, um eine genaue Verzögerung zwischen lokaler Aktivierung und lokalen Anlegens eines nicht-anregenden Feldes sicherzustellen, die lokale Bestimmung der Aktivierungszeit besonders bevorzugt für die Kontrolle von glatter Muskulatur. Solch eine lokale Bestimmung wird bevorzugt durchgeführt durch das lokale Messen, in anderen bevorzugten Ausführungen der Erfindung wird jedoch die lokale Aktivierungszeit berechnet unter Verwendung einer geschätzten Fortpflanzungsgeschwindigkeit.
4 erläutert ein Verfahren des Vorschiebens eines Koloskops 90 unter Verwendung von lokaler Kontrolle eines Teils 92 des GI-Traktes 22. Mit zunehmender Akzeptanz von minimalinvasiven Verfahren wird die periodische Untersuchung des Dickdarms unter Verwendung eines Koloskops und des Dünndarms unter Verwendung eines Endoskops üblicher. Bei der Kolonuntersuchung wird das Koloskop in den Anus eingeführt und entlang des Kolon vorgeschoben. Periodisch wird das Vorschieben gestoppt und das Kolon, welche die Spitze des Koloskops umgibt, wird mit Luft gefüllt, um das Vorschieben des Koloskops zu unterstützen und um bei der Untersuchung die Kolonwand zu unterstützen. Arzneimittel, welche das Kolon entspannen, werden gewöhnlich vor der Untersuchung verabreicht.
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Verwendung der Erfindung hat ein Koloskop 90 eine Vielzahl von Elektroden 94 wenigstens an seiner Spitze. In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung werden diese Elektroden verwendet, um ein entspannendes elektrisches Feld am Kolon anzulegen und folglich den Luftdruck zu reduzieren, der erforderlich ist, um es mit Luft zu befüllen. Zusätzlich reduziert solch ein Entspannen die für das Vorschieben des Koloskops erforderliche Kraft, wodurch die Gefahr der Perforation reduziert wird. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Elektroden von der Spitze des Koloskops 90 ausstreckbar, so dass sie den Kolonteil 92 sogar dann in Eingriff nehmen können, wenn er aufgebläht ist. Vorzugsweise können die Elektroden vorübergehend an den Kolonteil 92 angeheftet werden.
In Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Verwendung der Erfindung werden die Elektroden 94 so elektrifiziert, dass der Kolonbereich 92 selbst dazu gebracht wird, das Koloskop 90 vorzuschieben oder bei dessen Vorschieben zu helfen. Dieses Vorschieben kann auf einem von zwei Wegen erzielt werden, entweder durch Hemmen der Vorwärtswelle und indem der rückkehrenden Welle erlaubt wird, das Koloskop 90 vorzuschieben oder indem selektiv Muskelfasern in den Schichten 72 und 74 (3) erregt werden, um das Koloskop vorzuschieben. Ein System selektiver Erregung schließt ein: Kontrollieren der Schicht 74, um das Koloskop 90 an seiner Spitze enger zu umschließen, und Erregen der Schicht 72, um das Koloskop 92 vorzuschieben. Die Reihenfolge der Erregung und der Punkt, von welchem aus das Kolon erregt wird, wird stark die Richtung des Transports des Koloskops 92 bestimmen. Vorzugsweise werden zusätzliche Elektroden des Koloskops 90 (nicht gezeigt) verwendet, entweder, um dieselbe Vorschubwirkung durchzuführen oder um die Schicht 74 entlang der Länge des Koloskops 92 zu entspannen, um bei dessen Vorschieben zu unterstützen. Die selektive Erregung einer bestimmten Orientierung von Muskelfasern kann erzielt werden, indem zuerst die andere Orientierung von Muskelfasern inhibiert wird und dann ein exzitatorischer Stimulus angelegt wird. Das Zurückziehen des Koloskops kann unterstützt werden, indem der Kolonbereich 92 an der Spitze des Koloskops 90 stimuliert wird, um den natürlichen Rhythmus des Kolonteils 92 zu verwenden, um das Koloskop 90 zurückzuziehen.
Wie erkannt werden kann, was für ein Koloskop beschrieben worden ist, trifft gleichermaßen für ein Endoskop zu, insbesondere um es zurückzuziehen. In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung schließt das Koloskop 90 Elektroden ein, welche ein zäunendes Feld anlegen, das jegliche lokale Exzitationen davon abhält, zum Rest des GI-Traktes 22 fortzuschreiten.
In Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Verwendung der Erfindung schließt ein Endoskop, das zum Eindringen in den Gallengang verwendet wird, Elektroden an seiner Spitze ein, um ein relaxierendes elektrisches Feld anzulegen, um den Sphinkter des Gallengangs in den Darm zu vergrößern. Vorzugsweise wird solch eine Vergrößerung, wenn sie durch eine Vorrichtung angewendet wird, die den Gallengang nicht verschließt, in Verbindung mit Behandlungen zur Zerstörung von Gallensteinen verwendet, um das Austreten der gebrochenen Steinfragmente in den Darm zu unterstützen. Alternativ wird solche eine Vorrichtung verwendet, um die Kontraktilität des Gallenganges anzuregen und/oder zu steigern, um den Transport solcher Steine zu unterstützen und/oder sein normales Funktionieren zu unterstützen. Eine nicht verschließende Vorrichtung kann von außen in den Gallenblasengang implantiert sein, wie z. B. innerhalb des Dünndarms 27, und es brauchen nur die Leitungen für die Elektroden in dem Gang zu sein. Alternativ werden die Leitungen ebenfalls außerhalb des Ganges implantiert.
5 ist eine schematische Darstellung einer Kapsel 102 für die Behandlung einer Hämorrhoide 100 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Verwendung der vorliegenden Erfindung. Es wurde kürzlich festgestellt, dass eine Hauptursache von Hämorrhoiden und ein Hauptfaktor beim nicht Abheilen von Hämorrhoiden und Analfissuren eine erhöhte Spannung im unteren Kolon ist. Die erhöhte Spannung reduziert den Blutfluss, wodurch Heilung verzögert wird und zur selben Zeit Schmerz verursacht wird. Es sollte bemerkt werden, dass Spannung im unteren Teil des Kolons Blut vom Rektalbereich abhält, d. h. in einer gewissen Distanz davon hält. Topisch aufgetragenes Nitroglycerin (sowohl auf die Hämorrhoiden als auch innerhalb des Kolons) wurde vorgeschlagen, um die Spannung im unteren Kolon zu reduzieren. Dieses Arzneimittel hat jedoch etliche Nebenwirkungen, wie z. B. Schwindel. In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird die Kapsel 102 in das untere Kolon eingeführt, wo sie relaxierende elektrische Felder anlegt, welche entweder vollständig die lokale Kontraktion inhibieren oder sie wenigstens reduzieren. Die Kapsel 102 schließt vorzugsweise eine Vielzahl von Elektroden 104, eine Spannungszufuhr 106, um die Elektroden zu elektrifizieren, und vorzugsweise einen Fortsatz 110, um die Kapsel 102 leicht zu entfernen, ein. Vorzugsweise misst die Kapsel 102 unter Verwendung eines Druckwandlers (nicht gezeigt) anomale Drucke im Kolon und legt ein relaxierendes elektrisches Feld nur zu jenen Zeitpunkten an oder nachdem solch ein anomaler Druck für einen signifikanten Zeitraum fortdauerte. Alternativ oder zusätzlich werden ein Spannungssensor und/oder ein elektrischer Aktivitätssensor verwendet, um die lokale Aktivität des Kolons aufzunehmen.
In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung, geeignet für weibliche Patienten, wird die Kapsel 102 so angepasst, dass sie in eine Vagina eingeführt werden kann und ein elektrisches Feld wird anlegt, welches das untere Kolon beeinflusst. Vorzugsweise werden die Elektroden 104 so angeordnet, dass das Feld asymmetrisch angelegt wird und am meisten in Richtung des Kolons, da es allgemein unerwünscht ist, ein relaxierendes Feld auf die Muskeln der Blase oder den rektalen Sphinkter zu bewirken. Folglich sind die Elektroden 104 vorzugsweise nur auf einer Seite der Kapsel 102 angeordnet. Die Kapsel 102 schließt vorzugsweise eine Markierung ein, so dass der Patient es in der richtigen Orientierung einführen wird. Alternativ kann eine Steuerung 108 außerhalb des Kolons implantiert sein, um eine Kapsel zu verwenden.
6 ist ein schematisches Diagramm eines Uterus 120, wobei das Anlegen von lokalen inhibitorischen elektrischen Feldern auf kleine Teile davon erläutert wird. Unerwünschte elektrische Aktivität im Uterus kann Frühgeburt bei Frauen auslösen. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass solch eine unerwünschte elektrische Aktivität in vielen Fällen durch kleine Geweberegionen, z. B. in der Nähe von Gebärmutterleiomyomen oder Myomen, wo die Dehnung des Uterus maximal sein kann, oder an entzündeten Örtlichkeiten verursacht sein kann. Anders als beim Herzen mag es nicht wünschenswert sein, Teile des Uterus operativ zu entfernen, da dies die Fertilität reduzieren kann und/oder irreversibel den Uterus schädigen kann. In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird die elektrische Erregung aus einem Gebärmutterleiomyom 122 davon abgehalten sich fortzupflanzen, indem das Gebärmutterleiomyom eingezäunt oder indem das Gebärmutterleiomyom 122 und es umgebendes Gewebe desensibilisiert wird. 6 zeigt ein Steuergerät 124, welches solche nicht-anregenden elektrischen Felder unter Verwendung einer Vielzahl von Elektroden 126 verabreicht. Vorzugsweise befindet sich das Steuergerät 124 außerhalb des Uterus 120, aber es ist vorzugsweise innerhalb des Körpers implantiert. In anderen Verwendungen der Erfindung werden jedoch nur die Elektroden 126 des Steuergeräts 124 in den Körper eingeführt, z. B. unter Verwendung eines laparoskopischen Vorgehens. Elektroden, welche auf die Rückseite des Uterus eingeführt werden müssen, können durch den Darm eingeführt werden.
Uterusbereiche, welche solche verfrühte elektrische Aktivität verursachen können, können entzündetes Gewebe, Narbengewebe, Gebärmutterleiomyome und deformierte Bereiche des Uterus einschließen. Diese Gewebearten können entweder durch Sichtinspektion (unter Verwendung eines Hysteroskops) oder vorzugsweise unter Verwendung einer elektrischen Kartographiesonde, wie es in der Technik der Elektrophysiologie bekannt ist, detektiert werden. Solch eine Kartographie kann auch während der Schwangerschaft durchgeführt werden, in welchem Fall die Elektroden von der Innenseite des Uterus während oder kurz nach dem Kartographievorgang implantiert werden können. Das Steuergerät wird sich dann vorzugsweise außerhalb des Körpers oder möglicherweise in der Vagina befinden.
Es wurde vorgeschlagen, dass es eine kleine Uterusregion gibt, gezeigt in 6 als Region 128, welche ein Schrittmachersignal für den gesamten Uterus erzeugt, zumindest während des Geburtsvorgangs. In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird der Geburtsvorgang verzögert, indem dieser Bereich selektiv inhibiert wird oder indem er eingezäunt wird, unter Verwendung von nicht-anregenden elektrischen Feldern.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Bereitstellung einer genaueren Kontrolle über den Geburtsvorgang als es unter Verwendung von Arzneimitteln möglich ist. Etliche Situationen, wo die Ansprechzeit von Arzneimitteln nicht ausreichend ist, die Nebenwirkungen zu groß und die exakte Dosierung schwierig einzustellen ist, schließen ein:

(a) Abbrechen einer Frühgeburt;
(b) Abbrechen des Geburtsvorgangs, wo ein Kaiserschnitt indiziert ist;
(c) Situationen, wo eine Feinkontrolle der Kontraktionskraft des Uterus erforderlich ist;
(d) Unterstützen des Geburtsvorgangs, wenn er nicht richtig fortschreitet; und
(e) Unterbrechen des Geburtsvorgangs, bevor er überhaupt beginnt, wo es kontraindiziert ist.
(f) Vorschreiben eines bevorzugten Kontraktionsprofils während des Geburtsvorgangs.

7 stellt einen implantierbaren Mehrstellenstimulator/Inhibitor 130 dar; befestigt am Uterus 120, in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung. Das Steuergerät 130 schließt eine Vielzahl von Elektroden 132 ein, die vorzugsweise so angeordnet sind, dass im Wesentlichen der gesamte Uterus 120 bedeckt wird. Diese Elektroden können auf der Außenseite des Uterus 120 befestigt werden, z. B. während eines laparoskopischen Vorgehens. Alternativ werden die Elektroden 132 auf der Innenseite des Uterus 120 befestigt, wie z. B. durch ein hysteroskopisches Vorgehen. Alternativ können sich diese Elektroden außerhalb des Körpers befinden, wie z. B. auf der Haut, und möglicherweise in den zum Uterus benachbarten Darm eingeführt werden. In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung werden die Elektroden 132 vor einer Schwangerschaft implantiert, wie z. B. während eines vorangegangenen Kaiserschnitts und/oder unter Verwendung eines laparoskopischen Vorgehens. Alternativ oder zusätzlich werden Elektroden für die Kontrolle von glatter Muskulatur in die Blutgefäße implantiert, welche benachbart zum glatten Muskel liegen, wie z. B. die Gefäße, welche die glatte Muskulatur versorgen. Vorzugsweise wird die Elektrifizierung von einzelnen Elektroden 132 zeitlich mit lokaler elektrischer Aktivität abgestimmt. Elektroden 132 können auch verwendet werden, um ein stimulierendes Signal bereitzustellen, welches sowohl den Geburtsvorgang induzieren als auch aufrechterhalten wird.
In Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Verwendung der Erfindung wird Mehrortschrittmachen verwendet, um eine bevorzugte Aktivierung (Kontraktion) des Uterus vorzuschreiben. Vorzugsweise wird Mehrortschrittmachen durch lokale Kontrolle der Kontraktionskraft ergänzt (gewöhnlich Steigerung). Alternativ oder zusätzlich können am Uterus Zäune angelegt werden, um die Aktivierungssignale in einer gewünschten Weise zu kanalisieren. Es sollte bemerkt werden, dass Zäunen selbst angewendet werden kann, in Kombination mit einer einzelnen Schrittmacherörtlichkeit oder in Kombination mit mehreren Aktivierungsörtlichkeiten, in verschiedenen bevorzugten Ausführungen der Erfindung.
In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird der Geburtsvorgang vorangetrieben und/oder unterstützt, indem die Kontraktionskraft gesteigert wird. Die Steigerung der Kontraktionskraft bewirkt eine positive Rückkopplungswirkung, welche weiter die Kontraktionskraft erhöht. Eine Steigerung der Kontraktionskraft ist ebenfalls nützlich, um bei künstlichen Abtreibungen zu unterstützen. In anderen Situationen mag die Kontraktionskraft reduziert werden müssen oder der Geburtsvorgang mag vollständig abgebrochen werden müssen, wie z. B. in Fällen von fetaler Notsituation oder wo die Gefahr einer Uterusruptur besteht, in welchen Fällen ein Kaiserschnitt durchgeführt werden muss. In Fällen von fehl gebildeten oder stark vernarbten Uteri und bei Patienten mit einer vorangegangenen Geschichte an Frühgeburten wird das Steuergerät 130 vorzugsweise verwendet, um den Geburtsvorgang abzubrechen, bevor er überhaupt auftritt. Vorzugsweise werden die Elektroden 132 elektrifiziert, um ein inhibierendes elektrisches Feld zu erzeugen. Vorzugsweise werden sie nur dann elektrifiziert, wenn das Steuergerät 130 lokale elektrische Aktivität detektiert. Alternativ oder zusätzlich werden die Elektroden 132 in Antwort auf die Kontraktionsfrequenz des Uterus 120 elektrifiziert.
In Übereinstimmung mit einer anderen bevorzugten Verwendung der Erfindung wird ein Geburtskanal 134 und/oder die Zervix des Uterus 120 unter Verwendung eines lokal angelegten elektrischen Feldes relaxiert, um das Austreten des Babys durch diese hindurch zu unterstützen. Alternativ wird die Kontraktionskraft des Geburtskanals vor dem Geburtsvorgang gesteigert, um eine Fehlgeburt zu vermeiden. Alternativ oder zusätzlich werden die Muskeln des Geburtskanals auch stimuliert unter Verwendung von exzitatorischen Signalen, um ihre Kontraktion zu bewirken und eine Fehlgeburt zu verhindern.
Es sollte erkannt werden, dass der Uterus 120 während des Verlaufs einer Schwangerschaft sehr signifikante Änderungen in der Größe durchmacht. Folglich werden die Leitungen der Elektroden 132 vorzugsweise sehr flexibel und elastisch gemacht. In einer bevorzugten Verewendung der vorliegenden Erfindung werden die Leitungen aus einem gewundenen Draht gebildet, so dass sich, falls die Leitung gedehnt wird, die Windung strafft, anstatt dass der Draht bricht. Vorzugsweise ist die Windung um einen flexiblen Kern herum gewunden. Vorzugsweise schließen die Leitungen der Elektroden 132 geschwächte Stellen ein, so dass die Leitung, falls Zug über einen vorbestimmten Wert auf die Leitung beaufschlagt wird, an einem der vorgewählten Punkte brechen wird, statt dass Gewebestrukturen benachbart zu der Leitung beschädigen werden.
In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung umfasst jede der Elektroden 132 eine verkapselte Stromzufuhr und das Steuergerät 130 koordiniert die einzelnen Elektroden unter Verwendung von drahtloser Kommunikation. Folglich brauchen die Elektroden 132 nicht durch Drähte verbunden werden. Alternativ koordinieren die Elektroden 132 ihre Elektrifizierung unter Verwendung von in der Technik der verteilten Verarbeitung wohl bekannten Techniken und ohne ein Zentralsteuergerät. Alternativ zum Synchronisieren ihrer Aktivität spricht jede der Elektroden 132 auf lokale Aktivität an.
8 erläutert eine ballonartige Einlage 140 für den Uterus 120, um Krämpfe zu kontrollieren. Die Einlage 140 umfasst eine Vielzahl von Elektroden 142, angeordnet auf der Außenseite der Vorrichtung, welche Elektroden durch eine Energiequelle 144 elektrifiziert werden. Die Einlage 140 ist vorzugsweise aufblasbar, um einen besseren Kontakt mit der inneren Wand des Uterus 120 sicherzustellen. In einer bevorzugten Arbeitsweise dienen zahlreiche Elektroden 142 als elektrische Aktivitätssensoren. Wenn solche elektrische Aktivität gemessen wird, wird ein inhibierendes Feld an jenen Örtlichkeiten angelegt, um das zukünftige Auftreten von elektrischer Aktivierung zu verhindern und/oder um ihre Fortleitung zu verhindern. Alternativ legt solch eine Vorrichtung kontinuierlich ein inhibitorisches elektrisches Feld an. In einer bevorzugten Verwendung der Erfindung wird das inhibitorische elektrische Feld zwischen den Elektroden 142 und einer äußerlichen Elektrode, die auf dem Abdomen und/oder auf dem Rücken platziert ist, angelegt. Obwohl in der Figur Punktelektroden gezeigt werden, sollte erkannt werden, dass andere Elektrodenformen, wie verlängerte Elektroden, ebenfalls verwendet werden können. Vorzugsweise wird die Vorrichtung vom Körper entfernt, wenn Krämpfe nicht erwartet werden.
9 zeigt ein Steuergerät 150, welches die Ausschüttung aus einer Drüse, wie z. B. ein Pankreas 152, modifiziert. In gewissen Drüsen, wie der Pankreas 152, wird die Exkretion von Hormonen in ein Blutgefäß 154 durch elektrische Erregung der hormonproduzierenden Zellen (Beta-Inselzellen im Falle der Pankreas) übermittelt. Die elektrische Erregung wird wie in vielen glatten Muskeln durch chemische Signale gestartet. In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Verwendung der Erfindung werden die hormonausscheidenden Zellen desensibilisiert, so dass sie nicht auf diese chemischen Signale ansprechen, oder, falls gewisse der Zellen nicht ansprechen, können diese Zellen ein Fortpflanzen des Aktivierungssignal nicht bewirken, da die umgebenden Zellen elektrisch deaktiviert sind. Folglich wird die Menge an ausgeschütteten Hormonen reduziert. Dieses Verfahren ist besonders nützlich bei Erkrankungen wie Tumoren, wo eine Drüse ihr Hormon überproduziert.
Das Steuergerät 150 schließt vorzugsweise eine Elektrode 158 und vorzugsweise eine zweite Elektrode 156 ein, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, welches die elektrische Aktivität der Hormon produzierenden Zellen inhibiert oder reduziert. Das Gehäuse des Steuergeräts 150 kann als die zweite Elektrode bei dieser und bei den anderen oben beschriebenen bevorzugten Verwendungen verwendet werden. Wie erkannt werden kann, sind die Hormonspiegel im Blut und die elektrische Aktivität der Hormon produzierenden Zellen unter Verwendung von gegenwärtiger Technologie relativ schwierig zu detektieren. Folglich wird in einer bevorzugten Verwendung der Erfindung ein im Wesentlichen konstantes inhibitorisches elektrisches Feld angelegt. Vorzugsweise wird die Polarität des Feldes periodisch geändert, um eine ionenvermittelte Schädigung und die ionisierung der Elektroden 156 und 158 zu verhindern. Alternativ kann das Steuergerät 150 lokale elektrische Aktivität, Hormonspiegel, messen oder es kann einen Körperindikator, wie z. B. Glukosespiegel messen, welcher in Zusammenhang mit dem Hormonspiegel steht, und eine Spannung auf die Elektroden 158 und 158 anlegen, wie indiziert.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf das Kontrollieren des Blutdrucks und/oder anderer zirkulatorischer Parameter, wie die Last auf einem Herzen. Vorzugsweise wird die Kontrolle in Zusammenhang mit der Verwendung eines kardialen Steuergeräts, wie z. B. in den oben zitierten PCT-Anmeldungen beschrieben, ausgeübt. 10 zeigt ein Blutdruck- und/oder Herzlaststeuergerät 160, das mit großen Blutgefäßen verbunden ist. Ein Herz 162 erhält Blut aus einer abdominalen Vena cava 168 und pumpt es zu einer Aorta 164 und von dort zu einer Bauchaorta 166. Im Falle eines Spasmus in der Aorta 164 zieht sie sich stark zusammen, wodurch die Nachlast des Herzens steigt. In vielen Fällen werden diese Arten an Spasmen Schwindel verursachen. In Patienten mit verengten Koronararterien kann die gesteigerte Herzlast auch eine schmerzhafte Episode an Angina pectoris bewirken.
Vorzugsweise wird die Nachlast des Herzens 162 momentan reduziert, indem große Arterien relaxiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorlast des Herzens 162 momentan reduziert werden, indem große Venen relaxiert werden. Indem entweder die Vorlast und/oder die Nachlast reduziert werden, wird die vom Herzen 162 beförderte Arbeit reduziert und in vielen Fällen der Schmerz der Angina pectoris gestoppt werden. Alternativ oder zusätzlich werden während einer akuten Episode an Bluthochdruck die Wände der großen Blutgefäße relaxiert, um den Blutdruck zu senken. Alternativ können die Blutgefäße verengt werden, wie z. B. während einer akuten Episode an niedrigem Blutdruck. Das Reduzieren der Last des Herzens 162 ist besonders günstig, wenn es während der Verlängerung der Diastole des linken Ventrikels des Herzens 162 praktiziert wird, wie z. B. durch Verlängern der Refraktionsperiode der darin befindlichen Muskelzellen, z. B. wie beschrieben in den oben erwähnten PCT-Anmeldungen.
Die Wahl des bestimmten zu relaxierenden Blutgefäßes hängt unter anderem von der Art an Last ab, welche reduziert werden soll, davon, ob die Hypertonie pulmonär oder systemisch ist und im Falle eines Spasmus, ob die einen Spasmus aufweisenden Gefäße implantierte Elektroden haben.
Vorzugsweise wird das spasmatische Gefäß detektiert unter Verwendung der Messung von Änderungen in der Impedanz zwischen den das Blutgefäß umgebenden Elektroden.
Alternativ werden sämtliche verkabelten Blutgefäße relaxiert, anstatt dass bestimmt wird, welches Gefäß spastisch ist.
Vorzugsweise schließt das Steuergerät 160 ein Paar an Elektroden 170 und 172 zum Kontrollieren der abdominalen Vena cava 168 ein. Alternativ oder zusätzlich schließt das Steuergerät 160 ein Paar an Elektroden 174 und 176 zum Kontrollieren der Abdominalaorta ein. Alternativ oder zusätzlich schließt das Steuergerät 160 ein Paar an Elektroden 178 und 180 zum Kontrollieren der Aorta, vorzugsweise am oder um den Aortenbogen, ein. Vorzugsweise sind die Elektroden netzartige Elektroden, da die Muskelfasern in Blutgefäßen am häufigsten rechtwinklig zu der Richtung des Blutflusses orientiert sind, und ein zur Blutflussrichtung rechtwinklig befindliches Feld ist wünschenswert. Alternativ sind die Elektroden verlängerte Elektroden, die parallel zum Blutfluss angeordnet sind, um zwischen den Elektrodenpaaren ein zu dem Blutfluss im rechten Winkel liegendes Feld anzulegen. Vorzugsweise ist das Steuergerät 160 von außen kontrollierbar, so dass es ein Patient aktivieren kann, wenn er Schmerz und/oder Schwindel fühlt. Alternativ oder zusätzlich schließt das Steuergerät 160 einen Blutdrucksensor (nicht gezeigt) für eine automatisierte Regelkreisblutdruckkontrolle ein. Alternativ oder zusätzlich schließt das Steuergerät 160 einen EKG-Sensor oder einen Blutflusssensor ein, so dass das Anlegen des Feldes auf das Gefäßsystem mit dem Herzrhythmus synchronisiert werden kann. Vorzugsweise schließt das Steuergerät 160 eine ausfallsichere Abschaltung ein, welche den Patienten daran hindert, den Blutdruck über annehmbare Grenzen zu reduzieren oder zu erhöhen.
11 bis 16 beschreiben Experimente, welche zeigen, dass die Kontraktionskraft eines glatten Muskels durch das Anlegen von nicht-anregenden elektrischen Feldern direkt an den Muskel gesteigert oder reduziert werden kann.
Männliche New-Zealand-White-Kaninchen (1 bis 2 kg Körpergewicht) wurden präpariert und verschiedene Teile ihres GI-Traktes wurden entfernt und für die folgenden Experimente verwendet. Die Tiere wurden unter Verwendung von Pentobarbiton (Ceva, Frankreich), 60 mg/kg Körpergewicht, durch IV-Injektion anästhesiert. Die Bauchdecke wurde eröffnet, um die Bauchorgane freizulegen. Erforderlich Teile des GI-Traktes wurden entfernt und in eine kalte (4 °C) oxygenierte (95/5 O₂/CO₂) Krebs-Henseleit-Lösung, enthaltend (in mM): KCl 4,5, NaCl 118, NaHCO₃ 24, MgSO₄ 1,19, KH₂PO₄ 1,18, Glucose 11 und CaCl₂ 2,52), gegeben. Die entfernten Teile wurden dann weiter in einer Sezierkammer (Hugo Sachs Elektronik (HSE), Deutschland) präpariert, um einen einzelnen Streifen aus GI-Muskel zu erzeugen, welcher dann in ein Organbad gegeben wurden. Das Organbad ist eines des Typs 813 (I-18E) von HSE und schließt eine Temperatursteuerung des Typs 319 und einen Kraftwandler des Typs F30 mit einem Verstärker des Typs 660 ein. Die Zeit, die das Entfernen dauert, beträgt ungefähr 3 bis 5 Minuten.
11 ist eine schematische Darstellung einer experimentellen Anordnung, die verwendet wurde, um die Wirkungen eines nicht-anregenden Feldes auf glatte Muskelzellen zu bestimmen. Ein GI-Muskelteil 200 wird in einer Organbadkammer fixiert, wobei das eine Ende an der Kammer unter Verwendung einer Plastikklammer befestigt wird, während das andere Ende an einem Druckwandler 202 eingehakt wird. Die Länge des GI-Muskels wird so eingestellt, dass eine maximale isometrische Kraft ermöglicht wird. Das Organbad ist temperaturkontrolliert und der GI-Muskel wird kontinuierlich mit der oben beschriebenen oxygenierten Lösung perfundiert (7 bis 12 ml/min), gehalten bei ungefähr 36,1 °C. Der Muskel durfte in dem Organbad für eine Equilibriumzeitdauer von 30 Minuten vor den Experimenten bleiben.
Das Organbad schließt zwei Ag-AgCl-Elektroden 206 ein, welche verwendet wurden, um einen stimulierenden Impuls anzulegen, wo es das Versuchsprotokoll erforderte. Diese Elektroden wurden vor jedem Experiment chloriert. Der Stimulationsreiz wurde durch eine konstante Stromquelle bereitgestellt. Die stimulierende Wellenform war ein Vieleckwellenimpuls. Ein nicht-anregendes elektrisches Feld wurde unter Verwendung von Kohlenstoffelektroden 208 (geformt aus Kohlenstoffstäben, bereitgestellt von Goodfellow, UK) angelegt, welche ungefähr 2 bis 3 Millimeter entfernt platziert wurden. Die Elektroden wurden mit einer konstanten Stromquelle 210 elektrifiziert. Die beiden konstanten Stromquellen waren hausgemachte Stromquellen, deren Stromstärke durch Computerkontrolle modifiziert wurde. Die Ausgabe aus diesen Stromquellen wurde kontinuierlich überwacht, um sicherzustellen, dass ein konstanter Strom erzeugt wurde. Das gesamte Experiment wurde durch einen Computer 212 kontrolliert und die Daten wurden unter Verwendung von geeigneten Datenaufnahmeschaltungen, wie z. B. PCI-MIO-16XE50 oder AT-MIO-16E-2 (National Instrument, USA), aufgenommen. Das Organbad wurde auf einen Antivibrationstisch (TMC, USA) gestellt. Sowohl der stimulierende Strom als auch der nicht-anregende Strom waren konstante Stromimpulse. Die Amplitude des Stimulierens ist zwischen den folgenden Experimenten unterschiedlich, hauptsächlich, um Polarisation der Elektroden entgegenzuwirken. Die Verzögerung des nicht-anregenden Feldes (NT-Strom) besteht vom Start des stimulierenden Signals.
Die 12 bis 17 zeigen Versuchsergebnisse unter Verwendung eines Schnittes des GI-Traktes aus dem Jejunum. Die Felder wurden angelegt und die vom Wandler gemessene Kraft verlief annähernd entlang der Richtung des GI-Traktes. Wie oben beschrieben, können Variationen in der Orientierung die Wirkung des nicht-anregenden Impulses ändern. Die Polarität des Feldes wurde manchmal ausgewählt, um eine Kraft steigernde Wirkung zu bewirken, und manchmal, um eine Kraft reduzierende Wirkung zu bewirken.
12 ist eine Grafik aus Versuchsergebnissen, die eine Zunahme in der Kontraktionskraft eines glatten Muskels zeigt, als ein Ergebnis des Anlegens eines nicht-anregenden elektrischen Feldes in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung. Das nicht-anregende Feld ist als ausgefüllter Balken, gekennzeichnet mit „NT", gezeigt. Bei diesem Experiment geschah die Stimulation bei 0,15 Hz, 30 ms Dauer und 3 mA Strom. Das nicht-anregende Feld war ein 200 ms dauernder Stromimpuls mit 10 mA, angelegt mit einer Verzögerung von 50 ms nach der Stimulation. Wie in 12 zu sehen ist, wurde eine Steigerung der Kontraktionskraft von ungefähr 300 % erzielt.
Die 13 bis 16 sind Grafiken von Versuchsergebnissen, die eine signifikante Abnahme in der Kontraktionskraft eines glatten Muskels zeigen, als ein Ergebnis des Anlegens eines nicht-anregenden elektrischen Feldes in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung.
In 13 wurde eine 70 %ige Reduktion der Kontraktionskraft erzielt. Die Stimulation war dieselbe wie in 12, während der nicht-anregende Impuls für 100 ms angelegt wurde, mit einer Verzögerung von 100 ms nach der Stimulation und mit 10 mA. Es sollte bemerkt werden, dass die Wirkung des nicht-anregenden Feldes für einen gewissen Zeitraum nach seinem Entfernen anhielt. Zusätzlich reduzierte das nicht-anregende Feld auch den Basistonus des Muskels, d. h. es relaxierte ihn.
In 14 wurde eine wesentliche Reduktion der Kontraktionskraft erzielt. Die Stimulation war schneller als in den 12 und 13: 0,25 Hz, 30 ms Dauer und 10 mA Amplitude. Der nicht-anregende Impuls wurde für 50 ms angelegt, mit einer Verzögerung von 50 ms nach dem Schrittmachen und mit einer Amplitude von 10 mA. Bei diesem Experiment wurde ebenfalls eine Reduktion im Muskeltonus beobachtet.
In 15 wurde eine wesentliche Reduktion der Kontraktionskraft erzielt. Das Stimulieren war von jenem der 14 unterschiedlich: 0,25 Hz, 30 ms Dauer und 3 mA Amplitude. Der nicht-anregende Impuls wurde für 60 ms angelegt, mit einer Verzögerung von 200 ms nach der Stimulation und bei 10 mA. Bei diesem Experiment wurde ebenfalls eine Reduktion im Muskeltonus beobachtet.
In 16 wurde eine wesentliche Reduktion der Kontraktionskraft erzielt. Das Stimulieren war ähnlich wie jenes der 12 und 13: 0,15 Hz, 30 ms Dauer und 3 mA Amplitude. Der nicht-anregende Impuls wurde für 100 ms angelegt, mit einer Verzögerung von 50 ms nach der Stimulation und bei 10 mA. Bei diesem Experiment wird ebenfalls eine Reduktion im Muskeltonus beobachtet.
In 17 wurde eine wesentliche Reduktion der Kontraktionskraft unter Verwendung eines im Wesentlich konstanten nicht-anregenden Feldes erzielt. Das Stimulieren geschah mit 0,25 Hz, 2 ms Dauer und 5 mA Amplitude. Der nicht-anregende Impuls wurde für 3990 ms angelegt, mit einer Verzögerung von 5 ms nach der Stimulation und bei einer Amplitude von 15 mA. Eine annähernd vollständige Hemmung der Kontraktion wird beobachtet. Bei diesem Experiment wird ebenfalls eine Reduktion im Muskeltonus beobachtet.
18 ist eine Grafik aus Versuchsergebnissen, die eine Zunahme der Kontraktionskraft eines glatten Muskels einer Harnblase zeigen, als ein Ergebnis des Anlegens eines nicht-anregenden elektrischen Feldes, in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung. Das Blasensegment wurde wie oben beschrieben präpariert. Es wurde mit 0,2 Hz, 30 ms Dauer und 6 mA Amplitude stimuliert. Das nicht-anregende Feld war ein Impuls mit einer Dauer von 60 ms, angelegt mit einer Verzögerung von 30 ms nach der Stimulation und mit einer Amplitude von 10 mA. Es sollte bemerkt werden, dass die Ruhespannung des Blasensegments auch als ein Ergebnis des Anlegens eines nicht-anregenden Feldes anstieg.
19 ist eine Grafik aus Versuchsergebnissen, die eine Zunahme der Kontraktionskraft eines glatten Muskels eines Kaninchenuterus zeigen, als ein Ergebnis des Anlegens eines nicht-anregenden elektrischen Feldes in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung. Das Uterussegment wurde, wie oben beschrieben, präpariert. Das Muskelsegment wurde nicht künstlich stimuliert, es war selbst stimuliert. Das nicht-anregende Feld war ein Impuls mit einer Dauer von 20 ms, einer Amplitude von 10 mA und wurde mit 0,2 Hz angelegt. Es sollte bemerkt werden, dass nicht nur die Kontraktionskraft signifikant reduziert wurde, nach ungefähr 30 Sekunden Anlegen des nicht-anregenden Feldes wurde die Kontraktion des Gewebes ersichtlich vollständig inhibiert. Die Wirkungen des Feldes dauerten auch für eine kurze Zeit nach seinem Entfernen an.
Es wird von einem Fachmann erkannt werden, dass, obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungen beschrieben worden, ist, der Schutzumfang der Erfindung nicht durch jenes beschränkt ist, was bis jetzt beschrieben worden ist.
Insbesondere die Anpassung der oben beschriebenen Zeitdauern, Amplituden und Verzögerungen von nicht-anregenden Signalen auf bestimmte Patienten werden als innerhalb der Fähigkeit eines Fachmanns angesehen und auch als innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Folglich wird der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nur durch die nun folgenden Ansprüche beschränkt.

Claims

Gerät zur Steuerung der lokalen Aktivität mindestens eines Teils eines glatten Muskels in vivo, umfassend: eine Vielzahl von Elektroden (30, 76, 78, 94, 104, 126, 132, 142, 156, 158, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 206, 208), die so angepasst ist, dass sie in Kontakt mit einem Teil von zu steuerndem glatten Muskel ist; und ein Steuergerät (32, 40, 46, 54, 124, 130, 150, 160), das mindestens einige dieser Elektroden mit einem elektrischen Feld als Reaktion auf eine Aktivierung dieses Teils dieses glatten Muskels elektrifiziert; dadurch gekennzeichnet, dass dieses elektrische Feld mindestens ein nicht-anregendes elektrisches Feld umfasst, das kein sich ausbreitendes Aktionspotential in diesem glatten Muskel erzeugt und das die Reaktion des glatten Muskels auf ein Aktivierungssignal, unmittelbar oder kurz nachdem dieses Steuergerät diese Elektroden elektrifiziert hat, modifiziert.
Gerät nach Anspruch 1, worin die Aktivierung dadurch generiert wird; dass ein Schrittmachersignal zu Verfügung gestellt wird.
Gerät nach Anspruch 1, worin die Aktivierung eine durch einen Sensor ermittelte spontane Aktivität des Teils des glatten Muskels ist.
Gerät nach Anspruch 1, das einen elektrischen Aktivitätssensor (50, 52) umfasst, der elektrische Aktivität an dem Teil detektiert und worin dieses Steuergerät (32, 40, 46, 54, 124, 130, 150, 160) diese Elektroden (30, 76, 78, 94, 104, 126, 132, 142, 156, 158, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 206, 208) als Reaktion auf Signale des Sensors elektrifiziert.
Gerät nach Anspruch 4, worin diese Elektrifizierung an jeder dieser Elektroden (30, 76, 78, 94, 104, 126, 132, 142, 156, 158, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 206, 208) als Reaktion auf deren lokale elektrische Aktivität erfolgt.
Gerät nach Anspruch 4, worin dieser elektrische Aktivitätssensor (50, 52) elektrische Aktivität durch einige dieser Vielzahl von Elektroden (30, 76, 78, 94, 104, 126, 132, 142, 156, 158, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 206, 208) erfasst.
Gerät nach Anspruch 1, das einen Impedanzsensor umfasst, der mindestens eine Impedanz zwischen einigen ausgewählten dieser Vielzahl von Elektroden (30, 76, 78, 94, 104, 126, 132, 142, 156, 158, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 206, 208) erfasst.
Gerät nach Anspruch 1, umfassend einen Kraftwandler, der mechanische Aktivität an dem Teil erfasst und worin dieses Steuergerät (32, 40, 46, 54, 124, 130, 150, 160) diese Elektroden (30, 76, 78, 94, 104, 126, 132, 142, 156, 158, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 206, 208) als Reaktion auf Signale dieses Sensors (50, 52) elektrifiziert.
Gerät nach Anspruch 8, worin das Steuergerät (32, 40, 46, 54, 124, 130, 150, 160) den Muskel mit einem hemmenden elektrischen Feld beaufschlagt, wenn diese mechanische Aktivität oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt.
Gerät nach Anspruch 8, worin die Elektrifizierung an jeder dieser Elektroden (30, 76, 78, 94, 104, 126, 132, 142, 156, 158, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 206, 208) auf die lokale mechanische Aktivität reagiert.
Gerät nach Anspruch 1, worin dieses nicht-anregende Feld mechanische Aktivität an dem Teil inhibiert.
Gerät nach Anspruch 1, worin dieses nicht-anregende Feld die Kontraktionskraft an dem Teil reduziert.
Gerät nach Anspruch 1, worin dieses nicht-anregende Feld die Kontraktionskraft an dem Teil erhöht.
Gerät nach Anspruch 1, worin dieses Steuergerät (32, 40, 46, 54, 124, 130, 150, 160) mindestens eine dieser Elektroden (30, 76, 78, 94, 104, 126, 132, 142, 156, 158, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 206, 208) mit einem anregenden elektrischen Feld elektrifiziert.
Gerät nach Anspruch 1, worin diese Vielzahl von Elektroden (76) in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet ist.
Gerät nach Anspruch 1, worin dieses Steuergerät (32, 40, 46, 54) selektiv einige dieser Vielzahl von Elektroden (76) elektrifiziert, um selektiv eines von zwei senkrecht aufeinander stehenden elektrischen Feldern zu generieren.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, worin dieses Steuergerät (32) so angepasst ist, um in einen Magen implantiert und an der Magenwand befestigt zu werden.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, worin dieses Steuergerät (124, 130) so angepasst ist, um in einen Uterus implantiert und an der Uteruswand befestigt zu werden.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, worin dieses Steuergerät (32, 40, 46, 54) so angepasst ist, um innerhalb des Körpers implantiert und außerhalb eines Teils des Gastrointestinaltraktes befestigt zu werden.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, worin dieses Steuergerät (124, 130) so angepasst ist, um innerhalb des Körpers implantiert und außerhalb eines Uterus befestigt zu werden.
Gerät nach Anspruch 20, worin dieses Steuergerät (124, 130) eine Frequenz von Kontraktionen im Uterus festlegt und worin dieses Steuergerät diese Elektroden (126, 132, 142) als Reaktion auf diese festgelegte Frequenz elektrifiziert.
Gerät nach Anspruch 20, worin diese Elektroden (126, 132) elastische Leitungen enthalten.
Gerät nach Anspruch 20, worin diese Elektroden (126, 132) mit einer Vielzahl entfernter Regionen dieses Uterus befestigt sind.
Gerät nach Anspruch 23, worin dieses Steuergerät (124, 130) mechanische Aktivität im Wesentlichen des gesamten Uterus erfasst und hemmt.
Gerät nach Anspruch 23, worin dieses Steuergerät (124, 130) die Kontraktionskraft im Wesentlichen des gesamten Uterus erhöht.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei sich dieses Steuergerät in einer Kapsel (102) befindet, die angepasst ist, um in ein Rektum eingeführt zu werden.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, worin diese Elektroden (30, 76, 78, 94, 104, 126, 132, 142, 156, 158, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 206, 208) angepasst sind, um in den Körper implantiert zu werden, während dieses Steuergerät (32, 40, 46, 54, 124, 130, 150, 160) so angepasst ist, außerhalb des Körpers platziert zu werden.
Gerät nach Anspruch 27, worin diese Elektroden (30, 76, 78, 94, 104, 126, 132, 142, 156, 158, 170, 172, 174, 176, 178, 180, 206, 208) so angepasst sind, um von diesem glatten Muskel von außerhalb des Körpers getrennt zu werden.