DE69029498T2

DE69029498T2 - Defibrillator mit Impulsabgabe basierend auf der Länge des Fibrillationszyklus.

Info

Publication number: DE69029498T2
Application number: DE69029498T
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Sweeney
Original assignee: Eli Lilly and Co
Current assignee: Cardiac Pacemakers Inc
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2010-09-26
Also published as: US4996984A; EP0420563A2; JP3000067B2; AU663824B2; IT9021561A0; IT1245627B; DK0420563T3; CA2026193A1; ATE146681T1; AU5776594A; GR3022647T3; IT9021561A1; EP0420563A3; ZA907655B; AU6320690A; ES2095239T3; JPH03133466A; EP0420563B1; DE69029498D1; DE4030306A1

Description

Die Erfindung liefert ein neues Gerät zur Verwendung in einem Defibrillierungsverfahren.
Das Kammerflimmern ist eine unkoordinierte Kontraktion und Relaxation der einzelnen Herzmuskelfasern, die keinen Blutfluß erzeugt und zum Tod führt, wenn nicht innerhalb von Minuten nach dem Einsetzen korrigierende Maßnhhmen durchgeführt werden. Eine Erholung vom Kammerflimmern kann mittels Arzneimitteln oder elektrischen Schocks erreicht werden. Das letztere wird bevorzugt, vor allem weil die Verabreichung von Arzneimitteln während eines Kreislaufstillstands einen geringen Nutzen bringt.
Die Verwendung von Elektroschocks zum Beenden des Kammerflimmerns führt dazu, daß elektrischer Strom durch das Myokard fließt, um das Herz zu seinem ursprünglichen Sinusrhythmus zurückzuführen. Ein herkömmlich verwendetes Verfahren der Elektroschocktherapie beinhaltet den Fluß eines einzelnen elektrischen Stromstoßes durch das Herz eines Patienten, der der Defibrillierung bedarf Dieser einzelne Stromstoß kann entweder transthorakal von Elektroden, die außerhalb des Körpers plaziert sind, oder innerlich von Elektroden innerhalb des Körpers ausgeführt werden, die normalerweise auf, im oder nahe dem Herzen angebracht sind. Darüberhinaus kann der elektrische Stromstoß aus einer monophasischen Wellenform oder einer multiphasischen Wellenform bestehen, beispielsweise einer biphasischen oder triphasischen Wellenform. Der Stromstoß kann auch auf einem oder mehreren Wegen durch das Herz verabreicht werden, was davon abhängt, wieviele Elektroden verwendet werden und welche Palse innerhalb des Stromstoßes durch einzelne Elektrodenpaare verabreicht werden. Obwohl sie bei der Behandlung der Dysrhythmie wirksam ist, erfordert das Therapieverfahren mit "einzelnen Stromstößen" die Verabreichung eines elektrischen Pulses mit ausreichend hoher Spannung, Stromstärke und Energie, so daß unerwünschte Nebenwirkungen, wie die Zerstörung von Herzgewebe und Unannehmlichkeiten beim Patienten, entstehen können.
Um diese unerwünschten Nebenwirkungen zu minimieren, verwendet ein zweites Verfahren der Elektroschocktherapie "mehrfache elektrische Stromstöße", die durch ein festgelegtes Zeitintervall voneinander getrennnt sind. Diese "mehrfachen Stromstöße" bestehen aus einzelnen elektrischen Strompulsen, die durch ein festgelegtes Zeitintervall in der Größenordnung von 70 bis 130 Millisekunden voneinander getrennt sind. Eine solche Therapie mit "mehrfächen Stromstößen" unterscheidet sich von der vorher angeführten Therapie mit "einzelnen Stromstößen" dadurch, daß zu einem beliebigen Zeitpunkt weniger Spannung, Stromstärke und Energie an das Patientenherz verabreicht werden muß, um eine Defibrillierung zu erreichen. Demnach kann die Defibrillierung der Kammer mit weniger Unannehmlichkeiten für den Patienten und geringerer Zerstörung von Herzgewebe erreicht werden.
Die US-A 4 559 946 beschreibt ein Gerät zur Defibrillierung eines Säugers, das gekennzeichnet ist durch
a) eine Meßvorrichtung zur Bestimmung der Defibrillierung,
b) eine Schockvorrichtung zur Verabreichung von elektrischem Strom, und
c) einer zeitlichen Abstimmvorrichtung, die elektrisch mit dieser Meßvorrichtung und dieser Schockvorrichtung zur Aktiervierung dieser Schockvorrichtung so verbunden ist, daß diese Vorrichtung eine Mehrzahl an elektrischen Stromstößen nacheinander an diesen Säuger verabreicht.
Das Flimmern entsteht, wenn viele Depolarisierungswellenfronten (die Stellen im Herzen, wo das Zellgewebe eine Depolarisierung durchläuft) in einer komplizierten Arrhythmie durch das Herz laufen. Wenn das Herz flimmert, passieren diese Depolarisierungswellenfronten jeden bestimmten Teil des Myokards mit einem sehr festen mittleren zeitlichen Abstand. Das mittlere Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Depolarisierungen an einer bestimmten Stelle des Myokards nennt man die Flimmerzykluslänge.
Bei früheren Defibrillierungsverfahren mit "mehrfachen Stromstößen" war es notwendig, daß das Zeitintervall zwischen den Stromstößen ein willkürlich ausgewähltes Intervall war. Solche Verfahren berücksichtigen nicht, daß die Defibrillierung mittels mehrfacher Stromstöße optimiert wird, wenn das Zeitintervall zwischen den Stromstößen durch die Flimmerzykluslänge bestimmt wird, und kein willkürlich gewähltes Zeitintervall ist. Die Einstellung des Zeitintervalls zwischen zwei Stromstößen gemäß der Flimmerzykluslänge ist wichtig, da die Flimmerzykluslänge von Säugerart zu Säugerart, von Individuum zu Individuum innerhalb einer Art, von Flimmerereignis zu Flimmerereignis im selben Individuum und von Zeit zu Zeit innerhalb desselben Ereignisses variieren kann.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Gerät zur Defibrillierung des Herzens eines Säugers, der einer Defibrillierung bedarf, das die Verabreichung von mehrfachen elektrischen Stromstößen an ein Säugerherz in einer zueinander abgestimmten Beziehung verwendet, die auf der Flimmerzykluslänge des Säugers basiert. Das vorliegende Defibrillierungsgerät erlaubt die Defibrillierung bei geringeren Spitzenspannungen und Spitzenstromstärken, wobei eine Defibrillierung mit einem Minimum an Unannehmlichkeiten für den Patienten und Zerstörung von Herzgewebe erreicht wird. Das vorliegende Gerät, das die zur Erreichung der Defibrillierung erforderlichen Spitzenspannungen und Spitzenstromstärken verringert, kann auch eine verbesserte Auslegung der Defibrillatorausstattung und längere Implantathalbwertszeiten des Defibrillators erlauben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Defibrillierung eines Säugers bereitgestellt, der einer Defibrillierung bedarf, das gekennzeichnet ist durch eine vorangehende Bestimmung der Flimmerzykluslänge des Säugers und einer anschließenden Verabreichung einer Vielzahl an elektrischen Stromstößen an diesen Säuger, die nacheinander an diesen Säuger verabreicht werden, wobei die zeitliche Abstimmung zwischen diesen Stromstößen auf der Flimmerzykluslänge des Säugers basiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Gerät zur Defibrillierung eines Säugers geliefert, der einer Defibrillierung bedarf, umfassend
a) eine Meßvorrichtung zur Bestimmung des Flimmerns
b) eine Schockvorrichtung zur Verabreichung von elektrischen Stromstößen an einen Säuger, und
c) eine zeitliche Abstimmvorrichtung, die elektrisch an diese Meßvorrichtung und diese Schockvorrichtung zur Aktivierung dieser Schockvorrichtung angeschlossen ist, so daß diese Vorrichtung eine Mehrzahl an elektrischen Stromstößen nacheinander an diesen Säuger verabreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung zur Bestimmung der Flimmerzykluslänge des Säugers angepaßt ist und die Abstimmung zwischen den Stromstößen auf der Flimmerzykluslänge basiert, die durch die Meßvorrichtung bestimmt wurde.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Gerät zur wirkungsvolleren Defibrillierung eines flimmernden Sängerherzens, wobei zuerst die Flimmerzykluslänge des Säugers bestimmt wird und dann die Anzahl, die zeitliche Abfolge und/oder die Intensitäten einer Reihe an elektrischen Stromstößen ausgewählt werden, die dem Säuger in einer aufeinander abgestimmten Beziehung verabreicht werden, die auf der gemessenen Flimmerzykluslänge basiert. Eine bevorzugte Säugerart, die gemäß der vorliegenden Erfindung defibrilliert werden kann, ist der Mensch.
Normale Herzzellen weisen Spannungsunterschiede von etwa 90 Millivolt zwischen der Außen- und der Innenseite der Zelle auf. Wenn die Zellen aktiviert werden, bricht diese elektrische Polarisierung zusammen und die Zellen werden als "depolarisierend" bezeichnet. Herzgewebe, das depolarisiert wurde und nicht ausreichend Zeit zum Wiederaufbau der Spannungsdifferenz hatte, wird refraktäres Gewebe genannt.
Sehr früh nachdem die Zellen depolarisieren, beginnen sie die Spanungsdifferenz wiederaufzubauen und werden als "repolarsierend" bezeichnet. Es kann einige hundert Millisekunden dauern, bis die Zellen das Repolarisierungsverfahren abgeschlossen haben. Gewebe, das genug Zeit hatte, eine ausreichend große Spannungspolarisation wieder aufrubauen, das heißt Gewebe, das erneut für eine Depolarisation zuganglich ist, wird nicht- refraktäres Gewebe genannt. Das Zeitintervall, das erforderlich ist, nachdem eine Zelle depolarisiert wurde bis sie nicht-refraktär ist, wird Refraktionsperiode genannt.
Wenn die Spannungspolarisation einer Zelle zusammenbricht, ist sie zur Aktivierung von Nachbarzellen flilüg. Diese Nachbarzellen verlieren dann wiederum ihre Spannungspolarisation und stimulieren wieder andere Zellen. Auf diese Weise kann sich die Depolarisationsaktivität durch das Herz fortpflanzen.
Zu jedem Zeitpunkt werden die Stellen, an denen das Gewebe depolarisiert, Depolarisierungswellenfronten genannt. Wenn Depolarisierungswellenfronten durch das Herz wandern, lassen sie Spuren an refraktärem Gewebe hinter sich. Dieses refraktäre Gewebe wird schließlich nicht-refraktär, wenn ausreichend Zeit vergangen ist.
Falls die Depolarisierungswellenfront Gewebe erreicht, das nicht-refraktär geworden ist, kann sie dieses Gewebe erneut depolarisieren. Wenn dies eintritt, kann die Depolarsierungswellenfront erneut das Herz auf demselben Weg durchlaufen. Dieses Verhalten wird Re-entry genannt und der Weg wird als Re-entry-Weg bezeichnet.
In einem flimmernden Herzen laufen Depolarisierungswellenfronten in einer komplizierten Arrhythmie durch das Myokard entlang von Re-entry-Wegen. Obwohl die Fortpflanzung von Wellenfronten durch das Myokard komplex ist, werden einzelne Gewebeabschnitte im Myokard in überraschend festen Zeitabständen aktiviert. Diese Zeitabstände stellen die Zeit dar, die eine Depolarisierungswellenfront benötigt, um einen Kreislauf entlang einiger Re-entry-Wege zu durchqueren. Die mittlere Zeit, die die Wellenfront benötigt, um einen Re-entry- Kreislauf zu vervollständigen, wird Flimmerzykluslänge genannt. Es können viele Depolarisierungswellenfronten in einem flimmernden Herzen existieren, wobei jede auf ihrem eigenen Re-entry-Weg läuft. Die Flimmerzykluslänge stimmt jedoch zwischen verschiedenen Gewebestellen überraschend überein.
Aufgrund der Re-entry-Art des Flimmerns existiert zu jedem Zeitpunkt während des Flimmerns Gewebe in allen möglichen Zykluszeiten zwischen den Aktivierungen. Entlang eines einzelnen Re-entry-Wegs wird die zeitliche Abstimmung des Gewebes in dessen Zyklus bestimmt durch die Geschwindigkeit der Depolarisierungswellenfront entlang ihres Wegs, mit Gewebe unmittelbar hinter der Wellenfront am Beginn des Zyklus und Gewebe unmittelbar vor der Wellenfront am Ende des Zyklus. Da ein Defibrillierungsschock von allen Geweben zur gleichen Zeit wahrgenommen wird, erleben unterschiedliche Gewebe entlang des Re-entry-Weges den Schock zu verschiedenen relativen Zeitpunkten in ihrem elektrischen Zyklus.
Es wurde festgestellt, daß die Wirkung des Schocks auf Myokardgewebe auf der Erhöhung der Refrakarperiode des Gewebes beruht. Darüberhinaus hängt die Erhöhung von der Intensität des Schocks und auch von der relativen zeitlichen Abstimmung des Schocks innerhalb des Gewebezyklusses ab. Daher ist der Einfluß eines Defibrillierungsschocks auf verschiedene Gewebe entlang des Re-entry-Wegs unterschiedlich.
Falls kein Schock verabreicht wird, repolarisiert das Gewebe entlang des Re-entry-Wegs auf dieselbe Weise, wie die vorhergehende Depolarisierungswellenfront lief. Der Einfluß eines Defibrillierungsschocks kann jedoch die Zeit selektiv verzögern, die das Gewebe entlang des Re-entry-Wegs zur Repolarisierung benötigt. Da Depolarisierungswellenfronten zur Fortpflanzung repolarisiertes Gewebe benötigen, kann ein erfolgreicher Defibrillierungsschock verwendet werden, um die Depolarisierungswellenfronten durch diesen Mechanismus zu beenden.
Ein unter dem Schwellenwert liegender Schock, das heißt ein elektrischer Stimulus, der zum Beenden der Fortpflanzung der Depolarisierungswellenfronten an sich nicht ausreicht, kann immer noch zur Veränderung der zeitlichen Abstimmung der Depolarisierungswellenfront entlang ihrer Re-entry-Wege verwendet werden, auch wenn die Wellenfront nicht beendet wird. Das kommt dadurch zustande, daß die Depolarisierungswellenfront, auch wenn sie nicht durch den Schock beendet wird, von der Wirkung des unter dem Schwellenwert liegenden Schocks auf die zeitliche Abstimmung der Geweberepolarisierung entlang des Re-entry-Wegs beeinflußt wird, in den die Wellenfront sich fortpflanzen muß. Demnach erezeugen sich später anschließende Schocks, vorausgesetzt sie werden in einer sorgfältig abgestimmten Art verabreicht, ein unterschiedliches Reaktionsmuster wie der erste Schock, da das Gewebe ein zeitlich unterschiedliches Repolarisierungsmuster, wie das bei der Verabreichung des ersten Schocks aufweist. Daher können die Wirkungen eines anschließenden unter dem Schwellenwert liegenden Schocks oder mehrerer Schocks, wenn sie mit der Wirkung kombiniert werden, die vom ersten unter dem Schwellenwert liegenden Schock erzeugt wurde, verwendet werden, um die Fortpflanzung der Depolarisierungswellenfront zu beenden, obwohl kein Schock an sich zur Beendigung der Fortplanzung ausreicht.
Wie oben erwehnt müssen bei einer Reihe an unter dem Schwellenwert liegenden Schocks die Schocks in einer sorgiältig abgestimmten Weise verabreicht werden, um die Beendigung der Depolarisierungswellenfront zu bewirken. Falls die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schocks zu kurz ist, hat die Depolarisierungswellenfront, die sich nach dem ersten Schock fortgesetzt hat, nicht genug Zeit, um zum Gewebe des Re-entry- Wegs zurückzukehren, dessen Repolarisationsabstimmung durch den ersten Schock verändert wurde. Andererseits, falls die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schocks zu lang ist, dann hat die Depolarisierungswellenfront, die sich nach dem ersten Schock fortgesetzt hat, ausreichend Zeit, um hinter den Teil des Re-entry-Wegs zu kommen, dessen Repolarisationsabstimmung durch den ersten Schock verändert wurde. In jedem Fall wird die Fähigkeit des vorhergehenden Schocks, den Einfluß von anschließenden Schocks zu verstärken, verringert.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Gerät zur Defibrillierung, das eine Reihe an unter dem Schwellenwert liegenden Schocks verwendet, um einen Säuger zu defibrillieren, der einer Defibrillierung bedarf. Um sicherzustellen, daß der oder die anschließenden unter dem Schwellenwert liegenden Schocks zum optinialsten Zeitpunkt (in Bezug auf die Depolarisierung zur Wellenfrontbeendigung) verabreicht werden, erfordert die vorliegende Erfindung die Bestimmung der Flimmerzykluslänge des Flimmerereignisses, bevor der erste Schock verabreicht wird. Wenn einmal die Flimmerzykluslänge bestimmt wurde, wird die zeitliche Abstimmung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schocks auf der Grundlage eines bestimmten Prozentsatzes der Flimmerzykluslänge bestimmt. Auf diese Weise kann ein zweiter Schock verabreicht werden, nachdem eine Depolarisierungswellenfront einen bekannten Prozentsatz ihres Re-entry-Wegs relativ zu ihrer Position bei der Verabreichung des ersten Schocks vervollständigt hat. Dann kann ein dritter Schock relativ zum zweiten Schock abgestimmt werden und so weiter. Die Ausrichtung der Verabreichungszeit einer Vielzahl an Schocks an der Flimmerzykluslänge stellt die Verabreichung der Schocks in einer optimaleren Defibrillierweise sicher, als sie erhalten werden kann, wenn die elektrischen Stromstöße auf der Grundlage von einem willkürlich gewählten festgesetzten Zeitintervall zwischen den Stromstößen verabreicht werden.
Der erste Schritt des vorliegenden Verfahrens zur Defibrillierung eines Säugers, der einer Defibrillierung bedarf, erfordert die Bestimmung der Flimmerzykluslänge des Patienten. Denmach ist ein Element des erfindungsgemäßen Geräts eine Meßvorrichtung, die zur Bestimmung der Flimmerzykluslänge eines Säugers verwendet werden kann.
Meßvorrichtungen zur Bestimmung der Flimmerzykluslänge sind dem Fachmann gut bekannt. Solche Vorrichtungen umfassen typischerweise eine herkömmliche Meßelektrode oder Meßelektroden, die im oder um das Herz an einer Stelle positioniert sind, die zur Aufzeichnung einer im Zusammenhang mit einem flimmernden Herzen auftretenden elektrischen Aktivität geeignet sind, einen Verstärker zur Verstärkung der elektrischen Aktivitätssignale, die von der Meßelektrode oder den Meßelektroden aufgezeichnet werden, und eine signalverarbeitende Vorrichtung (typischerweise einen Computer) zur Bestimmung der Flimmerzykluslänge aus der elektrischen Aktivität, die von der oder den Meßelektroden gemessen wird. Eine solche Bestimmung kann mit einer Viezahl an Verfahren durchgeführt werden, die dem Fachmann gut bekannt sind, einschließlich mehreren Signalverarbeitungsverfahren, wie der Kreuzkorrelation, Autokorrelation, schnellen Fourier-Transformation und dem Zahlen der R Wellen des Elektrokardiogramms über einen festgelegten Zeitraum und die Bestimmung der R-R Intervalle von einzelnen Elektrokardiogrammen. Die Verwendung der Autokorrelation zur Bestimmung der Flimmerzykluslänge ist in Literaturquellen beschrieben, wie Angelakos et al., Cir. Res., 5, 657 (1957) und Chen et al., Med. and Biol. Eng. and Computing, 25, 241 (1987). Die folgenden Literaturangaben beschreiben die Verwendung der schnellen Fourier-Transformation zur Bestimmung der Flimmerzykluslänge, Carlisle, Br. Heart 3., 59, 85 (1988) und Strootbandt et al., Pace, 8, 502, (1985). Schließlich verwenden Black et al., J.A.C.C., 9(2), 142A (1987), Farges et al., Br. 3. Pharmac., 63, 587 (1978) und Worley et al., Am. J. Cardiol., 55, 813 (1985) eine Zähltechnik über einen festgelegten Zeitraum oder messen die R-R Intervalle zur Bestimmung der Flimmerzykluslänge. Die Beschreibungen dieser Literaturangaben sind hiermit eingeführt.
Bei einigen Patienten kann die Flimmerzykluslänge von Flimmerereignis zu Flimmerereignis relativ konstant sein. Für diese Patienten erfordert die vorliegende Erfindung nur die einmalige Bestimmung der Flimmerzykluslänge, da bei jedem anschließenden Flimmerereignis die Flimmerzykluslänge etwa zu der ursprünglich gemessenen äquivalent ist. Bei anderen Patienten variiert jedoch die Flimmerzykluslänge von Flimmerereignis zu Flimmerereignis. Für diese Patienten erfordert das vorliegende Verfahren die Bestimmung der Flimmerzykluslänge für jedes Flimmerereignis.
Wenn einmal die Flimmerzykluslänge eines Patienten bestimmt wurde, kann die Defibrillierung durch die Verabreichung von einer Vielzahl an aufeinanderfolgenden elektrischen Stromstößen, das heißt Schocks an den Patienten erreicht werden. Demnach ist ein zweites Element des erfindungsgemäßen Geräts eine Schockvorrichtung zur Verabreichung von elektrischen Stromstößen an einen Säuger.
Solche Schockvorrichtungen sind dem Fachmann der Defibrillierung durch elektrische Impulse bekannt. Typische Schockvorrichtungen umfassen gewöhnlich eine Energiespeichereinheit, die an eine oder mehrere Schock-verabreichende Elektroden angeschlossen ist. Der Aufbau solcher Elektroden ist bekannt, siehe beispielsweise US-A 4270 549 und 3 942 536. Ferner können die Meßelektrode oder die Meßelektroden und die Schockverabreichende Elektrode oder die Elektroden teilweise oder vollständig kombiniert werden. Die Energiespeichereinheit, die typischerweise ein Kondensator ist, kann durch einen herkömmlichen Ladestromkreis unter der Kontrolle der zeitlichen Abstimmvorrichtung wiederaufgeladen werden.
Interne oder externe Verfähren zur Verabreichung von elektrischen Stromstößen können zur Verabreichung der Vielzahl an elektrischen Stromstößen verwendet werden, die bei der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Interne Verabreichungsverfhren, das heißt die Verabreichung der Schocks an das Herz des Patienten sind bevorzugt.
Darüberhinaus kann der Schock, falls mehr als zwei Elektroden zur Verabreichung des Schocks verwendet werden, auf mehreren unterschiedlichen Wegen verabreicht werden. Normalerweise werden die mehreren Wege im wesentlichen zur gleichen Zeit mit einem Schock versehen, wobei zwischen den Schocks gewöhnlich eine Zeitspanne von etwa 0,2 Millisekunden liegt. Jedoch kann in bestimmten Fällen jeder Weg zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit einem Schock versehen werden. Alle oben erwähnten Verfahren zur Verabreichung von Schocks sind dem Fachmann gut bekannt und liegen daher innerhalb der vorliegenden Erfindung.
Die zeitliche Abstimmung zwischen den Schocks, die ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, basiert auf der Flimmerzykluslänge des Patienten. Im allgemeinen wird jeder folgende Schock innerhalb eines gewählten Zeitintervalls verabreicht, das in dem Bereich von 30 % bis 200 % der Flimmerzykluslänge des Patienten liegt, nach dem der vorangehende Schock verabreicht wurde. Eine bevorzugte Zeitintervallspanne zur Verabreichung von nachfolgenden Schocks beträgt 60 % bis 85 % der Flimmerzykluslänge. Nachfolgende Schocks werden vor allem innerhalb eines Zeitintervalls verabreicht, das 75 % bis 85 % der Flimmerzykluslänge des Patienten beträgt.
Da die zeitliche Abstimmung zwischen den Schocks ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, ist ein letztes Element des erfindungsgemäßen Geräts eine zeitliche Abstimmvorrichtung, die elektrisch mit der Meßvorrichtung und der Schockvorrichtung zur Aktivierung der Schockvorrichtung angeschlossen ist, so daß diese Vorrichtung eine Vielzahl an elektrischen Stromstößen nacheinander an den Patienten verabreicht, wobei die zeitliche Abstimmung zwischen diesen Stromstößen auf der Flimmerzykluslänge basiert, die durch die Meßvorrichtung bestimmt wurde. Die zeitliche Abstimmvorrichtung bestimmt das geeignete Zeitintervall zwischen den Stromstößen durch Multiplikation des Intervallwerts der Flimmerzykluslänge, der von der Meßvorrichtung an die zeitliche Abstimmvorrichtung übermittelt wurde, mit einem vorher gewählten Wert. Dieser Wert wird so gewählt, daß der zweite nachfolgende Defibrillierungsstoß nach dem gewünschten Prozentsatz der Flimmerzykluslänge nach der Verabreichung des ersten Defibrillierungsstoßes auftritt (das heißt falls es gewünscht wird, nachfolgende Schocks in einem Zeitintervall zu verabreichen, das 75 % der Flimmerzykluslänge des Patienten beträgt, wird der Multiplikationswert auf 0,75 eingestellt). Wenn einmal die zeitliche Abstimmvorrichtung das Zeitintervall zwischen den Defibrillierungsschocks bestimmt hat, gibt es ein geeignetes Signal an die Schockvorrichtung ab, um den ersten Schock an den Patienten zu verabreichen. Ein zweiter nachfolgender Schock wird denn durch die Schockvorrichtung an den Patienten verabreicht, wenn das durch die zeitliche Abstimmvorrichtung ermittelte Zeitintervall nach der Verabreichung des ersten Schocks verstrichen ist.
Die Anzahl an unter dem Schwellenwert liegenden Schocks, die zur Defibrillierung erforderlich sind, ist nicht entscheidend. Während eine Defibrillierung mittels zwei Schocks bevorzugt ist, ist eine Defibrillierung mittels drei, vier, fünf oder sogar noch mehr Schocks ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung enthalten, vorausgesetzt, die zeitliche Abstimmung zwischen aufeinanderfolgenden Schocks basiert auf der vorher bestimmten Flimmerzykluslänge. Falls mehr als zwei Schocks verabreicht werden, muß das Zeitintervall zwischen dem zweiten und dem dritten Schock, dem dritten und dem vierten Schock usw. nicht dasselbe Zeitintervall sein, das zwischen vorher verabreichten Schocks verwendet wurde.
Die Stromstärke, die Spannung, der Typ und die Dauer von verwendeten elektrischen Stromstößen kann breit variieren, solange der entstehende Schock ein unter dem Schwellenwert liegender Schock ist. Die Stromstöße können aus monophasischen oder multiphasischen, einschließlich biphasischen oder triphasischen Wellenformen bestehen. Darüberhinaus müssen die zur Erzeugung der erfindungsgemäß erforderlichen nachfolgenden unter dem Schwellenwert liegenden Schocks verwendeten elektrischen Stromstöße nicht identisch sein, das heißt der erste elektrische Stromstoß kann sich vom zweiten Stromstoß unterscheiden, der sich vom dritten unterscheiden kann usw. Typische Bereiche für die Stromstärke, die Spannung und die Dauer der elektrischen Stromstöße, wie auch die Arten der elektrischen Stromstöße, die verwendet werden können, sind im folgenden beschrieben.
Der im folgenden beschriebene Spannungsbereich ist für interne Verabreichung von elektrischen Stromstößen geeignet. Die externe Verabreichung von elektrischen Stromstößen erfordert, wie es dem Fachmann bekannt ist, deutlich höhere Spannungen, als sie im folgenden beschrieben werden. Geeignete Spannungsbereiche für die Defibrillierung mit externen elektrischen Impulsen sind dem Arzt bekannt und werden daher im folgenden nicht beschrieben.
Die vom elektrischen Stromstoß gelieferte Stromstärke kann von 0,4 Ampere bis 16 Ampere variieren. Ein bevorzugter Stromstärkenbereich reicht von 4 Ampere bis 10 Ampere.
Die durch den elektrischen Stromstoß verabreichte Spannung variiert von 20 bis 800 Volt. Ein bevorzugterer Spannungsbereich reicht von 100 bis 500 Volt. Der elektrische Stromstoß verabreicht am bevorzugtesten 200 bis 300 Volt.
Die Dauer eines elektrischen Stromstoßes, der zur Bereitstellung eines unter dem Schwellenwert liegenden Schocks verwendet wird, kann von 1 Millisekunde bis 40 Millisekunden, insbesondere von 5 Millisekunden bis 25 Millisekunden variieren. Die bevorzugteste Dauer eines elektrischen Stromstoßes beträgt 8 Millisekunden bis 15 Millisekunden.
Die Art des in der vorliegenden Erfindung verwendeten elektrischen Stromstoßes kann jede Art einer Wellenform eines elektrischen Stromstoßes sein, die in der Technik bekannt ist. Beispiele für solche Wellenformen sind unter anderem standardisiert abgeflachte exponentielle Wellenformen, wie sie von Schuder et al., Trans. Am. Soc. Artif. Organs, 15, 207 (1970) beschrieben werden, rechteckig gepulste Wellenformen, trapezförmige Wellenformen, qüadratisch gepulste Wellenformen und dergleichen. Eine standardisiert abgeflachte exponentielle Wellenform ist zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
Um das vorliegende beanspruchte Defibrillierungsverfahren und seine Vorteile im Vergleich zu anderen Defibrillierungstechniken zu erläutern, werden die folgenden Experimente ausgeführt. Durch diese Experimente soll der Schutzumfang der Erfindung in keiner Weise beschränkt werden.

Mehrfache Stromstöße - Festgelegtes Zeitintervall gegenüber einem auf einem Prozentsatz der Flimmerzykluslänge basierenden Zeitintervall

Thorax geöffneten, mit Pentobarbital betäubten Hunden werden mit einer Federnapf-Konfiguration Defibrillierelektroden und zwölf versenkbare Aufzeichnungelektroden in die linke und die rechte Seite des Myokards implantiert. Bei den Tieren wird elektrisch ein Flimmern hervorgerufen. Es wird ein Computer zur Aufzeichung der Elektrogramme von den Aufnahmeelektroden während der ersten 15 Sekunden des Flimmerereignisses und zur Bestimmung der Flimmerzykluslänge durch Bestimmung des mittleren R-R Intervalls von einzelnen Elektrokardiogrammen verwendet.
Der Computer löst dann den Defibrillierungsversuch durch die Aktivierung von zwei Defibrillatoren so aus, daß die zeitliche Abstimmung zwischen den verabreichten Schocks ein vorbestimmter Prozentsatz der Flimmerzykluslänge ist. Jeder Defibrillator erzeugt einen monophasischen, abgeflachten exponentiellen Schock mit einer Neigung von 63 % und mit identischen Leitkantenspannungen (leading edge voltages). Die Tiere werden dann beobachtet, um zu sehen, ob die Schocks zur Umwandlung des Kammerflimmerns in einen normalen Sinusrhythmus fähig waren.
Falls ein normaler Sinusrhythmus wiederhergestellt wurde, wird ein weiteres Flimmern nach einer Pause von drei Minuten hervorgerufen. Falls kein normaler Sinusrhythmus wiederhergestellt wurde, wird das Tier sofort mit einem Schock von 15 bis 20 Joules gerettet und es wird ein weiteres Flimmern nach einer Pause von drei Minuten hervorgerufen. In Abhängigkeit vom Ergebnis des vorhergehenden Defibrillierungsversuchs wird die Energie der Defibrillierungsschocks gemäß einem festen Protokoll herauf- oder heruntergestellt, was zur Schwelle des 50 prozentigen Defibrillierungserfolgs führt (das heißt die Energie (pro Schock), von der zu SO Prozent der Versuche eine Defibrillierung erwartet wird). Das obige Verfahren wird dann mit vier verschiedenen vorbestimmten Prozentsätzen der Flimmerzykluslänge wiederholt.
Dieselbe Experimentreihe wird dann wiederholt, nachdem Clofilium an die Testtiere verabreicht wurde. Clofilium verlangsamt das Flimmern, wobei die Flimmerzykluslänge erhöht wird. Die Schwellenwertenergien der Defibrillierung von nicht mit Clofilium behandelten Tieren werden mit denen von mit Clofilium behandelten Tieren verglichen, um zu bestimmen, ob die Defibrillierungsschwellenergie der absoluten Zeittrennung (DT) zwischen den Schocks oder einem Zeitintervall entspricht, das auf einem Prozentsatz der Flimmerzykluslänge basiert. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen I und II angegeben.
Die Tabelle I liefert die Testergebnisse, die von einem Testtier erhalten wurden. Die Spalte 6 der Tabelle I liefert den Prozentsatz der Flimmerzykluslänge (FCL), mit dem der zweite elektrische Schock verabreicht wurde. Die Spalten 5 und 7 liefern jeweils die gemessenen Flimmerzykluslängen in Millisekunden der nicht mit Clofilium und mit Clofilium behandelten Experimente. Die Spalten 4 und g beschreiben jeweils die absolute Zeittrennung (DT) zwischen den Schocks in den nicht mit Clofilium und mit Clofilium behandelten Experimenten. Die Spalten 3 und 9 beschreiben die jeweiligen Defibrillierungsschwellenergien (DFT), die wie oben beschrieben erhalten wurden. Schließlich liefern die Spalten 1, 2, 10 und 11 die elektrischen Spannungen und Stromstärken, die den DFT Energien der Spalten 3 und 9 entsprechen.
Die Tabelle II liefert die Testergebnisse, die mittels eines zweiten Versuchstiers erhalten wurden. Die Tabellenautteilung ist dieselbe, wie sie für die Tabelle 1 beschrieben wurde. TABELLE I Absolutes Zeitintervall gegen Zeitintervall, das auf einem Prozentsatz der FCL basiert TABELLE II Absolutes Zeitintervall gegen Zeitintervall, das auf einem Prozentsatz der FCL basiert
*Basiert auf der Annahme, daß das Herz einen Widerstand von etwa 50 Ohm hat.
Wie man aus den obigen Tabellen I und II sieht, erhält man sowohl in den nicht-Clofilium als auch in den Clofilium Experimenten die minimale Energie, die zur Defibrillierung erforderlich ist, wenn die elektrischen Stromstöße in einem Zeitintervall verabreicht wurden, das 75 % der Flimmerzykluslänge entspricht. In den nicht- Clofilium Experimenten sind 75 % der Zykluslänge 6,92 ± 4,7 Millisekunden. Nach einer Behandlung mit Clofilium, sind 75 % der Zykluslänge nun 81,8 ± 5,7 Millisekunden. So zeigt die Tatsache, daß das optimale Zeitintervall (optimal in Bezug auf die Fähigkeit, mit der geringsten Menge an zur Verfügung gestellter Energie zu defibrillieren) sich zwischen den beiden Experimenten unterscheidet, daß das optimale Intervall zwischen den mehrfachen Schockstromstößen am besten erhalten werden kann, wenn die zeitliche Abstimmung zwischen den Stromstößen auf der Flimmerzykluslänge basiert.
Das vorliegende Defibrillierungsverfahren und ein Gerät zur Durchführung desselben liefert mehrere Vorteile gegenüber den Defibrillierungstechniken mit "mehrfachen Stromstößen", die ein willkürlich gewähltes festes Zeitintervall zwischen den Stromstößen verwenden. Da das vorliegende Verfahren und das vorliegende Gerät eine optimale zeitliche Abstimmung zwischen den Defibrillierungsschocks sicherstellen, liefern das beanspruchte Verfahren und das beanspruchte Gerät eine Defibrillierung mit einem geringeren maximalen Energieeinsatz. Demnach liefern das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Gerät eine Defibrillierung mit weniger Gewebezerstörung und weniger Unanehmlichkeiten für den Patienten.
Zweitens ist die Energie, die durch die Schockvorrichtung des vorliegenden Geräts verabreicht werden muß, da das vorliegende Verfahren und das vorliegende Gerät eine Defibrillierung bei einer niedrigeren Energie liefern, geringer als dies bei einer Verwendung von herkömmlichen Defibrillierungsvertahren mit "mehrfachen Stromstößen" (festgelegtes Zeitintervall) erforderlich wäre. Je geringer die Energie ist, die von der Schockvorrichtung verabreicht werden muß, desto kleiner ist die für das Defibrillierungsgerät erforderliche Batteriegröße. Dies erlaubt wiederum Defibrillatorgerätkonstruktionen die aufgrund der kleineren erforderlichen Größe der Ausstattung ästhetischer und praktischer sind.
Falls man schließlich dieselbe Defibrillatorbatteriegröße wählt, führen die durch das vorliegende Verfahren und das vorliegende Gerät erforderlichen geringeren Energien zu längeren Batterielebensdauern. Ein solcher Vorteil ist speziell im Fall von implantierbaren Defibrillatoren wichtig, wo der Austausch einer entladenen Batterie eine Operation erfordert.

Defibrillierung mit einzelnen Stromstößen gegen Defibrillierung mittels mehrfachen Stromstößen mit einem Zeitintervall das auf einem Prozentsatz der Flimmerzykluslänge basiert.

Thorax geöffneten, mit Pentobarbital betäubten Hunden werden Defibrillierelektroden und Aufzeichnungselektroden implantiert, wie dies oben beschrieben wurde. Das Flimmern wird hervorgerufen und es wird ein Computer zur Bestimmung der Flimmerzykluslänge mittels der Aufzeichnungselektroden und zur Auslösung des Defibrillierungsversuchs verwendet. Die Effektivität von einzlnen Defibrillierungsschockversuchen und zweitachen Defibrillierungsschockversuchen (jeder Schock hat die Hälfte der Gesamtenergie des einzelnen Schocks) werden durch die häufige Wiederholung der Flimmeridefibrillierungs-Abfolge verglichen und es wird der Prozentsatz der erfolgreichen Defibrillierungsversuche notiert. Einem erfolglosen Versuch folgt immer ein Rettungsschock mit 15-20 Joules. Wenn zwei Defibrillierungsschocks verwendet werden, ist die zeitliche Abstimmung zwischen den Schocks ein vorbestimmter Prozentsatz der Flimmerzykluslänge. Alle Schocks sind monophasische, abgeflachte exponentielle Wellenformen mit einer Neigung von 63 % und mit identischen Leitkantenspannungen (leading edge voltages).
Die Ergebnisse des obigen Experiments werden in den folgenden Tabellen III und IV gezeigt. Die Tabelle III beschreibt die Ergebnisse, die mit einem einzelnen Defibrillierungsschock erhalten wurden. In Tabelle III zeigt die Spalte 1 die an die Veruchstiere verabreichte Gesamtenergie des Schocks. Die Spalten 2, 3 und 4 beschreiben jeweils die Energie, die Spannung und die Stromstärke des verabreichten elektrischen Stromstoßes Schließlich beschreibt die Spalte 5 die Anzahl an erfolgreichen Defibrillierungsversuchen 1 Anzahl an versuchten Defibrillierungen.
Die Tabelle IV beschreibt die Ergebnisse, die mit mehrfachen Defibrillierungsschocks erhalten wurden. In Tabelle IV zeigt die Spalte 1 die an die Versuchstiere verabreichte Gesamtenergie des Schocks. Die Spalten 2, 3 und 4 beschreiben jeweils die Energie, die Spannung und die Stromstarke jedes verabreichten elektrischen Pulses. Schließlich beschreiben die Spalten 5, 6 und 7 die Anzahl an erfolgreichen Defibrillierungsversuchen / Anzahl an versuchten Defibrillierungen, wenn mehrfache Schocks in Zeitintervallen verabreicht werden, die jeweils 33 %, 75 % und 100 % der Flimmerzykluslänge entsprechen. TABELLE III Einzelner Defibrillierungsstromstoß TABELLE IV Mehrfache Defibrillierungsstromstöße
*Basiert auf der Annahme, daß das Herz einen Widerstand von etwa 50 Ohm hat.
Wie man den obigen Tabellen III und IV entnehmen kann, kann das Defibrillierungsverfahren mit mehrlachen Stromstößen und das Gerät der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um einen Patienten zu defibrillieren, der einer Defibrillierung bedarf Tatsächlich ist es so, daß bei einer Verabreichung der Schocks in einem Zeitintervall, das etwa 75 % der Flimmerzykluslänge des Patienten entspricht, das vorliegende Defibrillierungsgerät eine Defibrillierungserfolgsrate aufweist, die vergleichbar ist mit der, die mittels Defibrillierungstechniken mit "einzelnen Stromstößen" erreicht werden kann. Demnach liefert das vorliegende Gerät wichtige Vorteile gegenüber herkömmlichen Defibrillierungsverfahren mit "einzelnen Stromstößen" in Bezug auf die Minimierung der Unannelimlichkeiten für den Patienten und der Gewebeschädigung, da weniger Spannung, Stromstarke und Energie an den Patienten zu irgendeinem Zeitpunkt verabreicht werden muß, um die Defibrillierung zu erreichen.

Claims

1. Gerät zur Defibrillierung eines Säugers, der einer Defibrillierung bedarf; gekennzeichnet durch

a) eine Meßvorrichtung zur Bestimmung des Flimmerns

b) eine Schockvorrichtung zur Verabreichung von elektrischen Stromstößen an einen Säuger, und

c) eine zeitliche Abstimmvorrichtung, die elektrisch an diese Meßvorrichtung und diese Schockvorrichtung zur Aktivierung dieser Schockvorrichtung angeschlossen ist, so daß diese Vorrichtung eine Mehrzhl an elektrischen Stromstößen nacheinander an diesen Säuger verabreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung zur Bestimmung der Flimmerzykluslänge des Säugers angepaßt ist und die Abstimmung zwischen den Stromstößen auf der Flimmerzykluslange basiert, die durch die Meßvorrichtung bestimmt wurde.

2. Gerät nach Anspruch 1, worin die Mehrzahl an Stromstößen aus zwei Stromstößen besteht.

3. Gerät nach Anspruch 1, worin die Mehahl an Stromstößen aus drei Stromstößen besteht.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, worin der zeitliche Abstand zwischen jedem elektrischen Stromstoßpaar 30 % bis 200 % der Flimmerzykluslänge des Säugers beträgt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, worin der zeitliche Abstand zwischen jedem elektrischen Stromstoßpaar 60 % bis 85 % der Flimmerzykluslänge des Säugers beträgt.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, worin der zeitliche Abstand zwischen jedem elektrischen Stromstoßpaar 75 % bis 85 % der Flimmerzykluslänge des Säugers beträgt.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der Strom jedes Stoßes 4 Ampere bis 10 Ampere, die Spannung jedes Stoßes 200 Volt bis 300 Volt und die Dauer jedes Stoßes 8 Millisekunden bis 15 Millisekunden beträgt.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin jeder Stromstoß ein Stromstoß mit standardmäßig abgeflachter exponentieller Wellenform ist.