DE10103289A1

DE10103289A1 - Device for the reversible cooling and heating of biological tissues

Info

Publication number: DE10103289A1
Application number: DE2001103289
Authority: DE
Inventors: Patrick Schauerte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2002-08-01
Also published as: WO2002058605A1

Abstract

The invention relates to a device which can be permanently and rigidly positioned in or on the heart of a living being in a location of fixture, such as the atrioventricular node, the sinus node, the myocardial conduction system or the autonomic nervous system of the human heart by means of a fixing device. The device is further provided with a temperature influencing device for changing the temperature in an area of the heart restricted to the surroundings of the location of fixture.

Description

Die Erfindung betrifft eine implantierbare Vorrichtung, über welche die Herzfrequenz und Herzpumpkraft reversibel durch eine lokale Abkühlung und/oder Erwärmung des Reizbildungs- und Reizleitungsgewebe des Herzens oder von autonomen Nervenfasern gesteigert oder vermindert werden kann.The invention relates to an implantable device, through which the heart rate and heart pumping power are reversible by local cooling and / or heating of the Tissue formation and conduction tissue of the heart or autonomic nerve fibers are increased or decreased can.

Unerwünschte Sinustachykardien oder tachykardes Vorhofflimmern stellen insbesondere bei Patienten mit einer eingeschränkten ventrikulären Pumpkraft ein bedeutendes klinisches Problem dar. Im Rahmen der Tachykardie kommt es zu einer verminderten diastolischen Füllungszeit des linken Ventrikels und konsekutiv zu einer Verminderung des Herzzeitvolumens. Der Herzmuskel wird überwiegend diastolisch über die Herzkranzgefäße mit Sauerstoff versorgt. Im Rahmen von Tachykardien verkürzt sich die Diastolenzeit, und somit die effektive Oxygenierung des Herzmuskels bei gleichzeitiger Erhöhung der myokardialen Sauerstoffnachfrage durch die schnelle Ventrikelkontraktion. Auch supraventrikuläre Tachykardien im Rahmen akuter, kardialer Ischämien stellen bei Patienten mit einer eingeschränkten ventrikulären Pumpfunktion eine therapeutische Herausforderung dar. Herkömmlich verwandte Medikamente zur Behandlung derartiger supraventrikuläre Tachykardien sind Digitalisglykoside, Beta-Rezeptoren-Blocker und Kalziumantagonisten. Viele der Herzinsuffizienzpatienten werden aber bereits mit Digitalisglykosiden behandelt, so daß zur Senkung der Herzfrequenz bei supraventrikuläre Tachykardien in erster Linie β-Blocker und Kalziumantagonisten zur Verfügung stehen. Diese Substanzen weisen jedoch in Dosen, die die Herzfrequenz senken, eine ausgesprochen negativ inotrope Wirkung auf, was zu einer weiteren Schwächung der Pumpleistung des Herzens und zu einem kritischen Abfall des arteriellen Blutdrucks führen kann.Unwanted sinus tachycardia or tachycardia Atrial fibrillation is particularly common in patients reduced ventricular pumping force significant clinical problem Tachycardia results in decreased diastolic Left ventricular filling time and consecutive too a decrease in cardiac output. The heart muscle is predominantly diastolic with the coronary arteries Oxygen supply. Shortened as part of tachycardia the diastolic time, and thus the effective Oxygenation of the heart muscle with simultaneous increase the myocardial oxygen demand through the fast Ventricular contraction. Also supraventricular tachycardia in the context of acute cardiac ischemia Patients with a restricted ventricular Pump function is a therapeutic challenge. Commonly used medication for treatment of such supraventricular tachycardias Digitalis glycosides, beta-receptor blockers and Calcium channel blockers. Many of the heart failure patients are already treated with digitalis glycosides, so that to lower heart rate at supraventricular Tachycardia primarily β-blockers and Calcium antagonists are available. This However, substances show in doses that affect the heart rate lower, a very negative inotropic effect, which further weakens the pumping capacity of the Heart and a critical drop in arterial Blood pressure.

Die biologische Aktivität von Körpergeweben ist wesentlich von der Gewebetemperatur abhängig. Die normale menschliche Gewebetemperatur beträgt 36°C bis 37°C. Eine Abkühlung des menschlichen Körpers führt zu einer verminderten Stoffwechselaktivität aber auch zu einem verminderten Sauerstoffverbrauch des Herzmuskels. Therapeutisch wird eine Unterkühlung des Körpers zur Reduktion des Sauerstoffbedarfs bei Herzoperationen eingesetzt. Hierbei wird die Herzpumpfunktion und Oxygenierung des Blutes zum Teil oder vollständig durch eine Herz-Lungenmaschine übernommen. Um die Organschäden eines dabei reduzierten Herzeitvolumens zu reduzieren, wird dabei das gesamte Blutvolumen und dadurch indirekt der menschliche Körper auf ca. 28-30°C abgekühlt.The biological activity of body tissues is depends essentially on the tissue temperature. The normal one human tissue temperature is 36 ° C to 37 ° C. A cooling down of the human body leads to one reduced metabolic activity but also to one decreased oxygen consumption of the heart muscle. Therapeutically, hypothermia in the body becomes Reduction of the oxygen requirement for heart operations used. Here the heart pump function and Partial or complete oxygenation of the blood a heart-lung machine. About organ damage to reduce a reduced heart volume, the total blood volume and thereby indirect the human body cooled to approx. 28-30 ° C.

Das Herz ist durch eine spontane diastolische Depolarisation vorwiegend des Sinusknotens zur spontanen Impulsbildung fähig. Der im Sinusknoten generierte elektrische Impuls wird dann über die Herzvorhöfe zur atrioventrikulären Grenze geleitet. Diese Grenze ist durch die 2 atrioventrikulären Klappen gekennzeichnet, die in einem bindegewebigen Aufhängeapparat, dem sogenannten Klappenring verankert sind. Mehr als 98% des atrioventrikuläen Grenze besteht aus derartigem elektrisch nicht leitfähigem bindegewebigen Gewebe. Lediglich an einer Stelle, dem sogenannten atrioventrikulären Knoten (AV-Knoten), der in das His- Bündel übergeht, erfolgt eine Überleitung der elektrischen Erregung von den Vorhöfen auf die Herzkammern. Nachdem die Herzkammern, die für die Erzeugung einer arteriellen Pulswelle verantwortlich sind, über den AV-Knoten und das His-Bündel elektrisch erregt worden sind, kommt es dann über eine zelluläre elektromechanische Kopplung zur eigentlichen Herzmuskelkontraktion.The heart is through a spontaneous diastolic Depolarization predominantly from the sinus node to spontaneous Capable of generating impulses. The one generated in the sinus node electrical impulse then becomes via the auricles atrioventricular border. That limit is characterized by the 2 atrioventricular valves, which in a connective tissue hanging device, the so-called flap ring are anchored. More than 98% of the Atrioventricular border consists of such electrically non-conductive connective tissue. Only at one point, the so-called atrioventricular node (AV node) that enters the His- Bundle passes over, the electrical excitation from the atria to the Ventricles. After the ventricles that are for the Generation of an arterial pulse wave responsible are electrical via the AV node and the His bundle have been excited, it then comes across a cellular electromechanical coupling to the actual Heart muscle contraction.

Eine Abkühlung des spezifischen Reizbildungs- und Reizleitungsgewebes des Herzens bewirkt eine verlangsamte myokardiale elektrische Reizbildung, was sich klinisch bei unterkühlten Patienten in einer Verlangsamung der Sinusknotenfrequenz bemerkbar macht. Darüber hinaus führt eine Abkühlung des Vorhof- und Herzkammergewebes zu einer verzögerten atrialen und ventrikulären elektrischen Erregungsausbreitung, was zum Teil an breiten QRS- Komplexen im Oberflächen-EKG zu erkennen ist. Eine Unterkühlung des Körpers führt aber auch zu einer Abkühlung des atrioventrikulären Knotens sowie des nachgeschalteten His-Bündels, was sich klinisch in einer verlangsamten atrioventrikulären Überleitung bis hin zur AV-Blockierung äußern kann.A cooling of the specific stimulus and Heart conduction tissue causes a slowed down myocardial electrical stimulus, which is clinical in hypothermic patients in a slowdown of the Makes the sine node frequency noticeable. In addition leads a cooling of the atrial and ventricular tissue to one delayed atrial and ventricular electrical Spread of excitation, which is partly due to broad QRS Complexes can be seen in the surface ECG. A Hypothermia of the body also leads to one Cooling of the atrioventricular node and the downstream His bundle, which is clinically in a slowed atrioventricular conduction up to AV blocking can express.

Eine Temperaturerhöhung hingegen führt zu einer Beschleunigung von Stoffwechselprozessen im menschlichen Körper. So kommt es z. B. im Rahmen einer Sepsis unter anderem auch durch die Temperaturerhöhung auf bis zu 40 °C bis 41°C regelhaft zu einer Herzfrequenzbeschleunigung (Sinustachykardie) bzw. supraventrikulären Tachykardien sowie zu einer Beschleunigung der atrioventrikulären Überleitung über den AV-Knoten und das His-Bündel.However, an increase in temperature leads to a Acceleration of metabolic processes in human Body. So it happens z. B. under sepsis also by increasing the temperature up to 40 ° C to 41 ° C regularly to one Heart rate acceleration (sinus tachycardia) or supraventricular tachycardia as well as one Acceleration of atrioventricular conduction via the AV node and the His bundle.

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine transvaskulär im atrioventrikulären (AV-)Knoten, Sinusknoten bzw. myokardialen Reizleitungssystem oder im autonomen Nervensystem chronisch implantierbare Thermoregulationselektrode, über die eine lokale Kühlung oder Erwärmung dieser Gewebe erzielt werden kann.The present invention is a transvascular in the atrioventricular (AV) node, Sinus node or myocardial conduction system or in autonomic nervous system chronically implantable Thermoregulation electrode over which local cooling or heating of these tissues can be achieved.

Zur lokalen Abkühlung/Erwärmung des AV-Knotens wird die Thermoregulationselektrode im AV-Knoten oder seinen atrialen Inputs (sogenannter "slow und fast pathway") oder im unmittelbar an den AV-Knoten angrenzenden atrialen Myokard fixiert. Die Plazierung wird unter Röntgendurchleuchtung oder anderen bildgebenden Verfahren wie z. B. Magnetresonanztomographie oder Ultraschall durchgeführt. Die Plazierung im AV-Knoten kann anatomisch orientiert erfolgen. Hierbei wird die Sonde zwischen der Mündung des Koronarvenensinus und dem His-Bündel im septalen atrialen Myokard fixiert. Alternativ kann der AV-Knoten anhand von monophasischen Aktionspotentialen oder bipolaren AV-Knoten Elektrogrammen, die von der Spitze der Thermoregulationselektrode oder einer zweiten Hilfselektrode abgeleitet werden, identifiziert werden. Eine alternative Plazierungstechnik einer Verweilelektrode ist die Plazierung im His-Bündel. Eine lokale Abkühlung des AV-Knoten oder His-Bündel Gewebes auf eine Temperatur von ca. 20°C bis 35°C führt zu einer verlangsamten atrioventrikulären Überleitung und löst dadurch eine Senkung der Kammerfrequenz bei supraventrikulären Tachykardien bzw. tachykardem Vorhofflimmern aus.For local cooling / heating of the AV node, the Thermoregulation electrode in the AV node or its atrial inputs (so-called "slow and fast pathway") or in the area immediately adjacent to the AV node fixed atrial myocardium. The placement is under X-rays or other imaging techniques such as B. magnetic resonance imaging or ultrasound carried out. The placement in the AV node can be anatomical oriented. Here, the probe is between the Mouth of the coronary vein sinus and the His bundle in the septal atrial myocardium fixed. Alternatively, the AV nodes based on monophasic action potentials or bipolar AV node electrograms that are from the Tip of the thermoregulation electrode or a second one Auxiliary electrode are derived, identified. An alternative placement technique one The indwelling electrode is the placement in the His bundle. A local cooling of the AV node or His bundle of tissues to a temperature of about 20 ° C to 35 ° C slowed atrioventricular conduction and thereby resolves a lowering of the chamber frequency supraventricular tachycardia or tachycardia Atrial fibrillation.

Eine selektive lokale Kühlung des AV-Knotens kann die Kammerfrequenz bei supraventrikulären Tachykardien senken, ohne daß es zu einer Reduktion der Pumpkraft der Herzkammern kommt.A selective local cooling of the AV node can Chamber rate in supraventricular tachycardia lower without reducing the pumping force of the Ventricles coming.

Umgekehrt bewirkt eine lokale Erwärmung des AV-Knotens auf ca. 39°C bis 41°C eine Beschleunigung der atrioventrikulären Überleitung.Conversely, local warming of the AV node causes to an acceleration of approx. 39 ° C to 41 ° C atrioventricular conduction.

Zur lokalen Abkühlung/Erwärmung des Sinusknotens wird die Thermoregulationselektrode im Sinusknoten oder im unmittelbar an den Sinusknoten angrenzenden atrialen Myokard fixiert. Die Plazierung wird unter Röntgendurchleuchtung oder anderen bildgebenden Verfahren wie z. B. Magnetresonanztomographie oder Ultraschall durchgeführt. Die Plazierung im Sinusknoten kann elektrophysiologisch erfolgen. Da die Herzerregung vom Sinusknoten ihren Ursprung nimmt, wird über die Ableitung eines bipolaren Elektrogramms von der Spitze der thernoregulationselektrode oder eines zweiten steuerbaren Hilfskatheters der Ort der frühesten atrialen Erregung aufgesucht (Mapping) und die Elektrode alsdann an diesem Ort implantiert. Eine lokale Abkühlung des Sinusknoten auf eine Temperatur von ca. 20°C bis 35°C führt zu einer verlangsamten spontanen diastolischen Depolarisation des Sinusknoten und konsekutiv zu einer Verringerung der Sinusknotenfrequenz.For local cooling / heating of the sinus node, the Thermoregulation electrode in the sinus node or in directly adjacent to the sinus node Myocardium fixed. The placement is under X-rays or other imaging techniques such as B. magnetic resonance imaging or ultrasound carried out. The placement in the sinus node can electrophysiologically. Since the heart excitement from Sinus node originates from the derivation of a bipolar electrogram from the top of the thermoregulation electrode or a second controllable Auxiliary catheters the site of the earliest atrial arousal sought (mapping) and then the electrode on this Implanted in place. Local cooling of the sinus node to a temperature of about 20 ° C to 35 ° C a slowed spontaneous diastolic Depolarization of the sinus node and consecutive to one Reduction of the sinus node frequency.

Umgekehrt löst eine lokale Erwärmung des Sinusknotens auf ca. 39°C bis 41°C eine Beschleunigung der Sinusknotenfrequenz aus. Conversely, local warming of the sinus node dissolves an acceleration of approx. 39 ° C to 41 ° C Sine node frequency.

Zur lokalen Abkühlung/Erwärmung von parasympathischen Herznerven, die den atrioventrikulären Knoten innervieren, wird die Thermoregulationselektrode entweder in der rechten oder linken Vena jugularis, der oberen Hohlvene, im proximalen Koronarvenensinus bzw. am posterioren Rand der Mündung des Koronarvenensinus oder in der rechten oder linken Pulmonalarterie implantiert.For local cooling / heating of parasympathetic Cardiac nerves that make up the atrioventricular node innervate, the thermoregulation electrode will either in the right or left jugular vein, the upper one Vena cava, in the proximal coronary vein sinus or on posterior margin of the mouth of the coronary artery sinus or implanted in the right or left pulmonary artery.

Zur lokalen Abkühlung/Erwärmung von parasympathischen Herznerven, die den Sinusknoten innervieren, wird die Thermoregulationselektrode entweder in der rechten oder linken Vena jugularis, der oberen Hohlvene oder der rechten oder linken Pulmonalarterie implantiert.For local cooling / heating of parasympathetic Cardiac nerves that innervate the sinus node become the Thermoregulation electrode in either the right or left jugular vein, the superior vena cava or the right or left pulmonary artery implanted.

Zur lokalen Abkühlung/Erwärmung von parasympathischen Herznerven, welche die Vorhöfe oder Ventrikel innervieren, wird die Thermoregulationselektrode entweder in der rechten oder linken Vena jugularis, der oberen Hohlvene, im distalen Koronarvenensinus oder der rechten oder linken Pulmonalarterie implantiert.For local cooling / heating of parasympathetic Cardiac nerves, which are the atria or ventricle innervate, the thermoregulation electrode will either in the right or left jugular vein, the upper one Vena cava, in the distal coronary sinus or the right or left pulmonary artery implanted.

Zur lokalen Abkühlung/Erwärmung von sympathischen Herznerven, die den Sinusknoten, den AV-Knoten, die Vorhöfe oder Ventrikel innervieren, wird die Thermoregulationselektrode in der rechten oder linken Arteria oder Vena subclavia implantiert. Zur lokalen Abkühlung/Erwärmung von sympathischen Herznerven, die die Herzkammern innervieren wird die Thermoregulationselektrode im posterioren und lateralen Koronarvenensinus (Nervus ventrolateralis) implantiert.For local cooling / warming of sympathetic Cardiac nerves, the sinus node, the AV node, the Innervate atria or ventricles, the Thermoregulation electrode in the right or left Artery or subclavian vein implanted. To the local Cooling / warming of sympathetic cardiac nerves that affect the The heart will innervate the Thermoregulation electrode in the posterior and lateral Coronary vein sinus (ventrolateral nerve) implanted.

Eine lokale Abkühlung des parasympathischen Nervengewebes auf eine Temperatur von 20°C bis 35°C oder eine lokale Erwärmung von sympathischen Herznerven auf ca. 39°C bis 41°C führt zu einer Beschleunigung der Sinusknotenfrequenz, der atrioventrikulären Überleitung sowie zu einer Steigerung der atrialen und ventrikulären Pumpkraft sowie zu einer Verkürzung der atrialen und ventrikulären Repolarisationszeiten.A local cooling of the parasympathetic nerve tissue to a temperature of 20 ° C to 35 ° C or a local one Warming of sympathetic cardiac nerves to approx. 39 ° C up to 41 ° C accelerates the Sinus node rate, the atrioventricular conduction as well as an increase in the atrial and ventricular Pumping force as well as a shortening of the atrial and ventricular repolarization times.

Eine lokale Erwärmung parasympathischen Herznerven auf eine Temperatur von 39°C bis 41°C oder eine lokale Abkühlung von sympathischen Herznerven auf ca. 20°C bis 35°C bewirkt eine Verlangsamung der Sinusknotenfrequenz, eine Verlängerung der atrioventrikulären Überleitung sowie eine Verminderung der atrialen und ventrikulären Pumpkraft. Eine Kühlung parasympathischer und sympathischer Herznerven kann die atriale Refraktärzeit verlängern und damit protektiv gegen Vorhofflimmern wirken, während eine Erwärmung parasympathischer oder Kühlung sympathischer Nerven, die die Herzhauptkammern innervieren, zu einer Verlängerung der ventrikulären Refraktärzeit führen kann, wodurch das Auftreten von ventrikulären tachykarden Rhythmusstörungen verhindert werden kann.Local warming up parasympathetic nerves a temperature of 39 ° C to 41 ° C or a local Cooling of sympathetic cardiac nerves to approx. 20 ° C to 35 ° C slows down the sinus node frequency, an extension of the atrioventricular conduction as well as a decrease in atrial and ventricular Pumping power. A cooling parasympathetic and sympathetic cardiac nerves can be the atrial refractory period lengthen and thus protect against atrial fibrillation act while heating or parasympathetic Cooling sympathetic nerves affecting the main chambers of the heart innervate to an extension of the ventricular Refractory period can lead to the occurrence of ventricular tachycardia arrhythmia prevented can be.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Thermoregulationsgerätes und der Thermoregulationssonde wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:An advantageous embodiment of the Thermoregulation device and the thermoregulation probe will be closer to the drawings described. Show it:

Fig. 1 eine schematische Übersicht über das Thermoregulationsgerät und eine Thermoregulationselektrode, Fig. 1 is a schematic overview of the thermoregulation device and a thermoregulation electrode,

Fig. 2 eine schematische Darstellung typischer Implantationsorte der Thermoregulationselektrode Fig. 2 is a schematic representation of typical implantation sites of the thermoregulation electrode

Fig. 1 gibt eine vorteilhafte Ausführung eines Thermoregulationsgerätes und einer Thermoregulationselektrode wieder. Typischerweise besteht das Thermoregulationseinheit 1 aus einer Kälteerzeugungseinheit 3 sowie einer Wärmeerzeugungseinheit 4, die subkutan oder submuskulär im Bereich der rechtsseitigen oder linksseitigen Pektoralmuskulatur implantiert wird. In einzelnen Fällen kann auch eine abdominelle Implantation in/auf der Rektusscheide notwendig sein. Fig. 1 shows an advantageous embodiment of a thermoregulation device and a thermoregulation electrode again. Typically, the thermoregulation unit 1 consists of a cold generation unit 3 and a heat generation unit 4 , which is implanted subcutaneously or submuscularly in the region of the right-hand or left-hand pectoral muscles. In some cases, an abdominal implantation in / on the rectus sheath may be necessary.

In einer typischen Variante weist die Kälteerzeugungseinheit einen Kompressor auf, der ein Kühlgas unter Druck setzen kann. Auf der Außenseite bzw. in der Außenhülle des Thermoregulationsgerätes 1 verlaufen Kondensationsspulen, in denen das durch den Kompressor komprimierte Gas (z. B. CCl₂F₂) abkühlt, bevor es durch eine Ventilklappe in eine im Aggregat inkorporierte Evaporationsspule gelangt. Die Evaporationsspule ist von einer Kühlflüssigkeit umflossen (typischerweise H₂O), die durch eine in der Zirkulationseinheit 7 befindliche Pumpe in die Thermoregulationselektrode 2 befördert wird. In typischer Ausführung besteht die Wärmeerzeugungseinheit 4 aus einer Stromerzeugungseinheit, die mittels elektromagnetischer Wellen über 2 Elektroden in der Zirkulationseinheit 7 eine Erwärmung der Kühlflüssigkeit bewirkt.In a typical variant, the refrigeration unit has a compressor that can pressurize a cooling gas. Condensation coils run on the outside or in the outer shell of the thermoregulation device 1 , in which the gas compressed by the compressor (e.g. CCl ₂ F ₂ ) cools before it reaches a evaporation coil incorporated in the unit through a valve flap. The evaporation coil is surrounded by a cooling liquid (typically H ₂ O), which is conveyed into the thermoregulation electrode 2 by a pump located in the circulation unit 7 . In a typical embodiment, the heat generation unit 4 consists of a power generation unit which heats the cooling liquid by means of electromagnetic waves via 2 electrodes in the circulation unit 7 .

Die Thermoregulationselektrode 2 weist ein Doppellumen 9 zur Zirkulation und Rezirkulation (Kreislauf) der Kühlflüssigkeit auf. In einer Modifikation der Thermoregulationselektrode kann die Thermoregulationselektrode anstelle einer zirkulierenden Kühlflüssigkeit jeden beliebigen Wärme-/Kälteleiter beinhalten, der die von der Wärme/Kälteerzeugungseinheit gelieferte Wärme/Kälte in das biologische Gewebe überträgt.The thermoregulation electrode 2 has a double lumen 9 for the circulation and recirculation (circulation) of the cooling liquid. In a modification of the thermoregulation electrode, instead of a circulating cooling liquid, the thermoregulation electrode can include any heat / cold conductor that transfers the heat / cold supplied by the heat / cold generation unit into the biological tissue.

Um eine Wärmeaufnahme entlang der Sonde im Gefäßverlauf zu vermeiden, ist die Sonde entlang ihrer Achse mit einer Isolierung 13 versehen. Lediglich an der Spitze der Sonde ist eine nicht isolierte Fläche vorhanden, an der der Wärme-/Kälteleiter aus der Thermoregulationselektrode austritt und in eine Verankerungsvorrichtung 8 übergeht. Der Wärme-/Kälteleiter kann beim Austritt aus der Thermoregulationselektrode zunächst in Form einer flächenhaften Kühl-/Erwärmungsplatte 10 ausgebildet sein (z. B. doppellumenhaltige Röhrenschnecke), die einen freien Wärme-/Kälteaustausch bei Kontakt mit dem Zielgewebe ermöglicht. Zusätzlich oder ausschließlich besteht aber die Verankerungsvorrichtung 8 selbst aus einem Kälte-/ Wärmeleiter, der im biologischen Zielgewebe fixiert wird und so eine unmittelbare Abkühlung/Erwärmung des Zielgewebes gewährleistet. An der Spitze der Thermoregulationselektrode ist weiterhin ein Temperatursensor 15 angebracht, der die lokale Gewebstemperatur mißt und diese Information an die Meß- und Vergleichseinheit 6 weiterleitet.In order to avoid heat absorption along the probe in the course of the vessel, the probe is provided with insulation 13 along its axis. Only at the tip of the probe is there a non-insulated surface on which the heat / cold conductor emerges from the thermoregulation electrode and merges into an anchoring device 8 . When exiting the thermoregulation electrode, the heat / cold conductor can first be designed in the form of a flat cooling / heating plate 10 (e.g. double-lumen tubular screw), which enables free heat / cold exchange on contact with the target tissue. In addition or exclusively, however, the anchoring device 8 itself consists of a cold / heat conductor, which is fixed in the biological target tissue and thus ensures immediate cooling / heating of the target tissue. At the tip of the thermoregulation electrode there is also a temperature sensor 15 which measures the local tissue temperature and forwards this information to the measuring and comparison unit 6 .

Die hier dargestellte Methode der Kühlung/Erwärmung ist nur exemplarisch zu betrachten. Grundsätzlich kann jede nach dem jeweiligen Stand der jeweiligen Technik geeignete Kühlungs-/Erwärmungsmethode, die ausreichend miniaturisierbar ist, in dem implantierbaren Thermoregulationsgerät angewandt werden.The cooling / heating method shown here is to consider only as an example. Basically everyone can according to the respective state of the art appropriate cooling / heating method that is sufficient is miniaturizable in the implantable Thermoregulation device can be applied.

Insbesondere kann in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch ein elektrisches Thermoelement zum Kühlen oder Erwärmen eingesetzt werden, das bei Zufuhr von elektrischer Energie Kälte oder Wärme erzeugt, beispielsweise durch Nutzung des Peltier-Effekts. Derartige Elemente haben den Vorzug, bei extrem kleinen Bauformen auf engem Raum konzentriert Kälte und/oder Wärme abgeben zu können. Sie können daher an der Spitze der Thermoregulationselektrode 2 montiert werden, an der sie dann mit dem Verankerungselement 8 in wärmeleitendem Kontakt stehen. Da wegen der nur geringen Energieaufnahme gleichzeitig die für die Versorgung des Thermoelements mit elektrischer Energie erforderlichen Leitungen nur einen geringen Querschnitt besitzen müssen, läßt sich bei Verwendung derartiger elektrischer Thermoelemente die Baugröße der Thermoregulationselektrode ebenfalls auf ein Minimum reduzieren.In particular, an electrical thermocouple for cooling or heating can be used in a device according to the invention, which generates cold or heat when electrical energy is supplied, for example by using the Peltier effect. Such elements have the advantage of being able to emit cold and / or heat concentrated in extremely small designs in a confined space. They can therefore be mounted on the tip of the thermoregulation electrode 2 , where they are then in heat-conducting contact with the anchoring element 8 . Since the lines required for supplying the thermocouple with electrical energy only have to have a small cross section due to the low energy consumption, the size of the thermoregulation electrode can also be reduced to a minimum when using such electrical thermocouples.

Neben der Vorrichtung für eine Wärme-/Kälteerzeugung weist das Thermoregultationsgerät Meßsensoren auf, die biologische Meßparameter wie Herzfrequenz, Blutdruck, Herz-/Thoraximpedanz, Sauerstoffsättigung und die Gewebstemperatur registrieren und an die Meß- und Vergleichseinheit 6 weiterleiten. Die Meßsensoren sind über eine Konnektionseinheit 11 mit der Meß- und Vergleichseinheit 6 verbunden. Die erfaßten Meßwerte werden durch die Vergleichseinheit mit den programmierten Soll- und Grenzwerten verglichen. Bei Abweichungen von den Soll- und Grenzwerten wird durch die Steuerungseinheit 5 im Sinne einer Rückkopplung die Meßgröße durch entsprechende Erwärmung/Abkühlung des biologischen Gewebes automatisch an die Sollwerte angepaßt.In addition to the device for heat / cold generation, the thermoregulation device has measurement sensors which register biological measurement parameters such as heart rate, blood pressure, cardiac / thoracic impedance, oxygen saturation and the tissue temperature and pass them on to the measurement and comparison unit 6 . The measurement sensors are connected to the measurement and comparison unit 6 via a connection unit 11 . The measured values are compared by the comparison unit with the programmed target and limit values. In the event of deviations from the target and limit values, the control unit 5 automatically adjusts the measured variable to the target values by means of appropriate heating / cooling of the biological tissue.

Das Thermoregulationsgerät beinhaltet ferner eine Impulserzeugungseinheit 14, die elektrische Impulse über eine Konnektionseinheit 12 an myokardiale Stimulationselektroden abgeben kann. Typischerweise liegen die Stimulationsspannungen zwischen 0,5 und 10 V bei einer Impulsdauer von 0,5 bis 10 ms und einer Stimulationsfrequenz von 30 bis 300 Schlägen/min. Die Pulserzeugungseinheit ermöglicht die myokardiale antibradykarde Stimulation (atriale oder ventrikuläres "Pacing") zur Vermeidung hämodynamischer bedeutsamer Bradykardien während einer Abkühlung des Myokardgewebes bzw. einer Erwärmung parasympathischer oder Kühlung sympathischer Nervenfasern.The thermoregulation device further includes a pulse generation unit 14 , which can emit electrical pulses via a connector unit 12 to myocardial stimulation electrodes. The stimulation voltages are typically between 0.5 and 10 V with a pulse duration of 0.5 to 10 ms and a stimulation frequency of 30 to 300 beats / min. The pulse generation unit enables myocardial anti-bradycardia stimulation (atrial or ventricular "pacing") to avoid hemodynamically important bradycardia during cooling of the myocardial tissue or heating of parasympathetic or cooling of sympathetic nerve fibers.

Bevorzugte Implantationsorte der Thermoregulationselektrode sind in Fig. 2 exemplarisch dargestellt:
Preferred implantation locations of the thermoregulation electrode are shown by way of example in FIG. 2:

- Implantation einer Thermoregulationssonde im oder in der Nähe des AV Knoten 21, seiner atrialen "Inputs" 22a-c oder des His-Bündels 23 (schraffierte Fläche in Fig. 2). Über diese Sonde kann eine reversible Kühlung/Erwärmung des AV Knotens vorgenommen werden und dadurch die atrioventrikuläre Überleitung verlangsamt/beschleunigt werden. Das Ausmaß der Kühlung/Erwärmung wird durch die ventrikuläre Frequenz bestimmt, die gleichzeitig über die Thermoregulationssonde oder ein zusätzliche Sonde im Ventrikel gemessen wird. Steigt die Kammerfrequenz über eine zuvor programmierte obere Frequenzgrenze, wird die lokale Gewebstemperatur des AV-Knotens/His- Bündels erniedrigt, so daß es zu einer verminderten atrioventrikulären Überleitung kommt und dadurch die Kammerfrequenz gesenkt werden kann. Sollte durch die Abkühlung die Kammerfrequenz unter einen zuvor programmierten Grenzwert fallen, wird die Kühlung beendet und das AV Knoten Gewebe durch die Wärme der umgebenden Gewebe bzw. die konvektive Erwärmung durch das umgebende Blut wieder erwärmt, so daß es wieder zu einer Beschleunigung der atrioventrikulären Überleitung und zu einem Anstieg der Kammerfrequenz kommt. Eine Modifikation des Thermoregulationsgerätes sieht beim Unterschreiten einer zuvor programmierten unteren ventrikulären Herzfrequenz eine lokale Erwärmung des AV Knoten vor, wodurch es zu einer Beschleunigung der atrioventrikulären Überleitung kommt. Die Frequenzgrenzen können dynamisch sein und durch Messung biologischer Parameter wie körperklicher Aktivität, Herz-/Thoraximpedanz oder z. B. QT-Zeiten an die jeweiligen Erfordernisse des Patienten angepaßt werden. Auch sind in typischer Ausführung mehrere Frequenzzonen vorgesehen, für die jeweils unterschiedliche Steilheiten der Temperaturanpassung programmierbar sind, um zu schnelle Herzfrequenzsprünge bei Temperaturänderungen zu vermeiden.- Implantation of a thermoregulation probe in or near the AV node 21 , its atrial "inputs" 22 a-c or the His bundle 23 (hatched area in FIG. 2). This probe can be used to reversibly cool / warm the AV node, thereby slowing down / accelerating the atrioventricular conduction. The extent of cooling / warming is determined by the ventricular rate, which is measured simultaneously via the thermoregulation probe or an additional probe in the ventricle. If the ventricular rate rises above a previously programmed upper frequency limit, the local tissue temperature of the AV node / His bundle is lowered, so that there is a reduced atrioventricular conduction and the ventricular rate can thereby be reduced. If the ventricular rate falls below a previously programmed limit due to the cooling, the cooling is stopped and the AV node tissue is warmed up again by the warmth of the surrounding tissues or the convective warming by the surrounding blood, so that the atrioventricular conduction is accelerated again and there is an increase in the ventricular rate. A modification of the thermoregulation device provides for local warming of the AV node when the temperature falls below a previously programmed lower ventricular heart rate, which leads to an acceleration of the atrioventricular conduction. The frequency limits can be dynamic and by measuring biological parameters such as physical activity, cardiac / thoracic impedance or z. B. QT times can be adapted to the respective requirements of the patient. In a typical embodiment, several frequency zones are also provided, for which different steepnesses of the temperature adjustment can be programmed in order to avoid rapid heart rate jumps when the temperature changes.
- Implantation einer Thermoregulationssonde im oder in der Nähe des Sinusknoten 24 zur Regelung der Sinusknotenfrequenz.- Implantation of a thermoregulation probe in or near the sinus node 24 to regulate the sinus node frequency.
- Implantation einer Thermoregulationssonde im oder in der Nähe des rechten Tawaraschenkels 25 oder linken Tawaraschenkels 26 oder des ventrikulären Myokards 27 zur Beseitigung von Schenkelblöcken durch Erwärmung der Tawaraschenkel oder zur Kühlung eines arrhythmogenen ventrikulären Substrats zur Verhinderung ventrikulärer Tachykardien. - Implantation of a thermoregulation probe in or near the right tawara leg 25 or left tawara leg 26 or the ventricular myocardium 27 to remove leg blocks by heating the tawara leg or to cool an arrhythmogenic ventricular substrate to prevent ventricular tachycardia.
- Implantation einer Thermoregulationssonde im oder in der Nähe des lateralen rechtsatrialen parasympathischen "fat pad" 28, der die parasympathischen Nervenfasern für den Sinusknoten und das angrenzende atriale Myokard enthält zur reversiblen Frequenzsenkung/-erhöhung des Sinusknoten durch Kühlung/Erwärmung des rechtsatrialen "fat pad".- Implantation of a thermoregulation probe in or in close to the lateral right atrial parasympathetic "fat pad" 28, which the Parasympathetic nerve fibers for the sinus node and the adjacent atrial myocardium contains reversible frequency decrease / increase of the sinus node by cooling / heating the right atrial "fat pad".
- Implantation einer Thermoregulationssonde im oder in der Nähe des inferioren atrialen parasympathischen "fat pad" 29, der die parasympathischen Nervenfasern für den atrioventrikulären Knoten und das angrenzende atriale Myokard enthält zur reversiblen Überleitungsbeschleunigung/-verlangsamung des atrioventrikulären Knoten durch Kühlung/Erwärmung des rechtsatrialen "fat pad". Hierzu kann die Thermoregulationssonde auch im Bereich des proximalen Koronarsinusostiums 210 implantiert werden.- Implantation of a thermoregulation probe in or in the vicinity of the inferior atrial parasympathetic "fat pad" 29, which contains the parasympathetic nerve fibers for the atrioventricular node and the adjacent atrial myocardium for the reversible acceleration / deceleration of the atrioventricular node by cooling / warming the right atrial node pad ". For this purpose, the thermoregulation probe can also be implanted in the area of the proximal coronary sinus ostium 210 .
- Implantation einer Thermoregulationssonde in der Nähe der parasympathischen Nerven entlang der rechten 211 und linken Pulmonalarterie 212, die die parasympathischen Nervenfasern für den Sinusknoten, atrioventrikulären Knoten und das rechts- und linksatriale Myokard enthalten, zur reversiblen Frequenzsenkung/-erhöhung des Sinusknoten oder zur reversiblen Überleitungsverlangsamung/-beschleunigung des atrioventrikulären Knoten sowie zur reversiblen Verkürzung/Verlängerung der atrialen Refraktärzeit durch Erwärmung/Kühlung des atrialen "fat pad".- Implantation of a thermoregulation probe in the vicinity of the parasympathetic nerves along the right 211 and left pulmonary artery 212 , which contain the parasympathetic nerve fibers for the sinus node, atrioventricular node and the right and left atrial myocardium, for the reversible decrease / increase in frequency of the sinus node or for the reversible conduction slowdown Acceleration / acceleration of the atrioventricular node as well as the reversible shortening / lengthening of the atrial refractory period by heating / cooling the atrial "fat pad".
- Implantation einer Thermoregulationssonde in der Nähe der parasympathischen Nerven entlang der oberen Hohlvene 213, die die parasympathischen Nervenfasern für den Sinusknoten, atrioventrikulären Knoten und das rechts- und linksatriale Myokard sowie das ventrikuläre Myokard enthalten, zur reversiblen Frequenzsenkung/-erhöhung des Sinusknoten oder zur reversiblen Überleitungsverlangsamung/-beschleunigung des atrioventrikulären Knoten sowie zur reversiblen Verkürzung/Verlängerung der atrialen Refraktärzeit bzw. Verlängerung/Verkürzung der ventrikulären Refraktärzeit durch Erwärmung/Kühlung parasympathischer Nerven entlang der Pulmonalarterien.- Implantation of a thermoregulation probe in the vicinity of the parasympathetic nerves along the superior vena cava 213 , which contain the parasympathetic nerve fibers for the sinus node, atrioventricular node and the right and left atrial myocardium as well as the ventricular myocardium, for reversible lowering / increasing the frequency of the sinus node or for reversible Deceleration / acceleration of conduction of the atrioventricular node as well as for the reversible shortening / lengthening of the atrial refractory period or lengthening / shortening of the ventricular refractory period by warming / cooling parasympathetic nerves along the pulmonary arteries.
- Implantation einer Thermoregulationssonde im oder in der Nähe des Vagusnerven entlang der rechten und linken Jugularvene zur reversiblen Frequenzsenkung/- erhöhung des Sinusknoten oder zur reversiblen Überleitungsverlangsamung/-beschleunigung des atrioventrikulären Knoten sowie zur reversiblen Verkürzung/Verlängerung der atrialen Refraktärzeit bzw. Verlängerung/Verkürzung der ventrikulären Refraktärzeit oder zur Verminderung/Erhöhung der gastrointestinalen Motilität durch Kühlung/Erwärmung des Vagusnerven.- Implantation of a thermoregulation probe in or in close to the vagus nerve along the right and left jugular vein for reversible frequency reduction / - elevation of the sinus node or reversible Transfer slowdown / acceleration of atrioventricular nodule as well as reversible Shortening / lengthening the atrial refractory period or lengthening / shortening of the ventricular Refractory period or to reduce / increase the gastrointestinal motility through cooling / warming of the vagus nerve.
- Implantation einer Thermoregulationssonde im oder in der Nähe der sympathischen Nerven die entlang der rechten Arteria oder Vena subclavia 214 oder der linken Arteria oder Vena subclavia 215 verlaufen, zur reversiblen Frequenzsenkung/-erhöhung des Sinusknoten, zur reversiblen Überleitungsverlangsamung/- beschleunigung des atrioventrikulären Knotens, zur reversiblen Verlängerung/Verkürzung der atrialen Refraktärzeit bzw. Verlängerung/Verkürzung der ventrikulären Refraktärzeit und zur Verringerung/Erhöhung der ventrikulären oder atrialen Kontraktilität durch Kühlung/Erwärmung dieser sympathischen Nerven.- Implantation of a thermoregulation probe in or in close to the sympathetic nerves along the right artery or subclavian vein 214 or the left artery or subclavian vein 215 run to the reversible frequency decrease / increase of the sinus node, for reversible transfer slowdown / - acceleration of the atrioventricular node, for reversible lengthening / shortening of the atrial Refractory period or extension / shortening of the ventricular refractory period and Reduction / increase in ventricular or atrial Contractility through cooling / heating this sympathetic nerves.
- Implantation einer Thermoregulationssonde im mittleren Koronarsinus zur Erhöhung/Verminderung der ventrikulären Kontraktilität und zur Verkürzung/Verlängerung der ventrikulären Refraktärzeit durch Erwärmung/Kühlung sympathischer Nervenfasern (u. a. nervus ventrolateralis).- Implantation of a thermoregulation probe in the middle Coronary sinus to increase / decrease the ventricular contractility and for Shortening / lengthening of the ventricular Refractory period through warming / cooling more sympathetic Nerve fibers (including ventrolateral nerve).
- Implantation einer Thermoregulationssonde im distalen Koronarsinus zur Erhöhung/Verminderung der ventrikulären Kontraktilität und zur Verkürzung/Verlängerung der ventrikulären Refraktärzeit durch Kühlung/Erwärmung parasympathischer Nervenfasern (u. a. craniomedialer ventrikulärer "fat pad").- Implantation of a thermoregulation probe in the distal Coronary sinus to increase / decrease the ventricular contractility and for Shortening / lengthening of the ventricular Refractory period due to cooling / heating parasympathetic nerve fibers (including craniomedial ventricular "fat pad").

Die in den Abbildungen dargestellten Implantationsorte sind beispielhaft beschrieben. Es liegt im Wesen der Erfindung, daß eine Thermoregulationssonde grundsätzlich an jedem intravaskulären/intrakardialen Ort zur Kühlung/Erwärmung von Nerven- oder Muskelgewebe implantiert werden kann.The implantation locations shown in the pictures are described as examples. It is in the nature of Invention that a thermoregulation probe basically at any intravascular / intracardiac location Cooling / warming of nerve or muscle tissue can be implanted.

Die Fixation der Thermoregulationssonde an allen genannten Implantationsorten kann durch bekannte aktive Fixationsmechanismen wie Schraub- oder Anker-Elektroden erfolgen. Für die Besonderheit der Implantation der Thermoregulationssonden in Gefäße sieht die Erfindung sogenannte Stent- oder Spulenelektroden vor, die durch aktive oder passive Expansion im Gefäß verankert werden, und deren Oberfläche als Wärme-/Kälteaustauschfläche dient.The fixation of the thermoregulation probe to all mentioned implantation sites can be by known active Fixation mechanisms such as screw or anchor electrodes respectively. For the peculiarity of the implantation of the The invention provides thermoregulation probes in vessels so-called stent or coil electrodes, which by active or passive expansion are anchored in the vessel, and their surface as a heat / cold exchange surface serves.

Claims

1. Vorrichtung, die mit einer Befestigungseinrichtung, mittels der sie im oder am Herzen eines Lebewesens an einem Befestigungsort, wie dem atrioventrikulären Knoten, Sinusknoten, myokardialen Reizleitungssystem oder autonomen Nervensystem des menschlichen Herzens, dauerhaft fest positionierbar ist, und mit einer Temperaturbeeinflussungseinrichtung zum Ändern der Temperatur in einem auf die Umgebung des Befestigungsortes beschränkten Bereich des Herzens ausgestattet ist.1. Device with a fastening device, by means of which they are in or at the heart of a living being a site of attachment, such as the atrioventricular Node, sinus node, myocardial conduction system or autonomic nervous system of the human heart, is permanently positionable, and with a Temperature influencing device for changing the Temperature in one on the environment of the Location of the restricted area of the heart Is provided.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Temperaturbeeinflussungseinrichtung die Temperatur im Bereich der Umgebung des Befestigungsortes auf 20°C bis 35°C, insbesondere 29°C bis 35°C, absenkbar ist.2. Device according to claim 1, characterized characterized in that by means of Temperature influencing device the temperature in Area around the mounting location at 20 ° C up to 35 ° C, especially 29 ° C to 35 ° C, lowerable is.

3. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Temperaturbeeinflussungseinrichtung die Temperatur im Bereich der Umgebung des Befestigungsortes auf bis zu 41°C anhebbar ist.3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the temperature influencing device Temperature in the vicinity of the Fastening location can be raised up to 41 ° C.

4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbeeinflussungseinrichtung eine Kälteerzeugungseinheit (3) umfaßt.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature influencing device comprises a refrigeration unit ( 3 ).

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbeeinflussungseinrichtung mit einem Temperaturübertragungselement thermisch verbunden ist, welches bei fertig positionierter Vorrichtung mit der Umgebung des Befestigungsortes in thermischer Verbindung steht.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature influencing device with a Temperature transfer element thermally connected which is when the device is fully positioned with the surroundings of the attachment site in thermal Connection is established.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbeeinflussungseinrichtung in thermisch leitender Verbindung mit der Befestigungseinrichtung steht.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature influencing device in thermal conductive connection with the fastening device stands.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturübertragungselement gegenüber der Umgebung thermisch isoliert ist.7. The device according to claim 5 and 6, characterized characterized that the Temperature transmission element to the environment is thermally insulated.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbeeinflussungseinrichtung durch ein Peltier-Element gebildet ist.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature influencing device by a Peltier element is formed.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Temperaturübertragungsabschnitt aufweist, der bei fertig positionierter Vorrichtung in thermisch leitender Verbindung mit der Umgebung des Befestigungsortes steht.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a temperature transmission section, which with the device in position thermally conductive connection with the environment of the Place of attachment stands.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturübertragungsabschnitt durch ein infolge einer Verformungskraft ihren Umfang veränderndes Gewebe gebildet ist.10. The device according to claim 9, characterized characterized in that the Temperature transfer section by a result a deformation force changing its scope Tissue is formed.

11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung durch ein Schraubenelement gebildet ist.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fastener by a Screw element is formed.

12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht.12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening device from an electrical conductive material.