DE2010724C3

DE2010724C3 - Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE2010724C3
Application number: DE2010724A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1969-03-26
Filing date: 1970-03-06
Publication date: 1981-01-15
Also published as: CH534524A; BR7017673D0; NO126899B; ES377899A1; BE747983A; IL33744A0; DE2010724B2; SE356903B; DK130771B; DK130771C; FR2040175A5; AT302522B; DE2010724A1; NL155453B; IL33744A; GB1307912A; JPS4940992B1; NL7003205A; US3595242A

Description

Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung P 19 16 088.4-33 ist ein Herzschrittmacher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bei einem bekannten Schrittmacher (US-PS 33 228) ist sowohl eine Elektrode für den Herzvorhof als auch eine Elektrode für die Herzkammer vorgesehen. Bei entsprechender Stellung eines Wählschalters wird von der am Vorhof angebrachten Elektrode ein der P-Zacke entsprechender Impuls abgeleitet, der über Verstärker- und Verzögerungseinrichtungen die Erzeugung eines der Herzkammer zugeführten Reizstrominv pulses bewirkt, Wenn der natürliche Herzschlag äusbleibti Werden Reizstromimpülse für die Herzkanv mer in konstanten Zeitabständen von einem freilaufen* den Oszillator erzeugt. Es gibt jedoch Fälle, in denen die P'Zäcke aufgrund einer Ungenügenden Vorhoftätigkeit nicht mehr erfaßbar ist, natürliche Kamrnerkörtträkliönen jedoch weiterhin auftreten'. Die dann mögliche Konkurrenz zwischen den Reizstromimpulsen des freilaufenden Oszillators und den natürlichen Herzschlagimpulsen kann bei der bekannten Anordnung dadurch vermieden werden, daß man den Wählschalter auf die an der Herzkammer vorgesehene Elektrode umschallet, so daß die künstlichen Reizstromimpulse dann von der R-Zacke ausgelöst werden und aufgrund der Zeitvei"zögerung in eine Phase der Herztätigkeit fallen, in der sie — bei Vorliegen des natürlichen

ίο Herzschlages — unschädlich sind.

Bei einem Bedarfsherzschrittmacher, wie er Gegenstand der eingangs angegebenen älteren deutschen Patentanmeldung P 19 16 088.4-33 ist, wird ein künstlicher Reizstromimpuls nur dann erzeugt, wenn nach e^:nem Herzschlag des Patienten eine Zeitspanne verstreicht, die größer ist als der zeitliche Impulsabstand der normalen Herzschlagfolge, ohne daß in dieser Zeitspanne ein Herzschlag aufgetreten ist, d. h., die künstlichen Reizstromimpulse werden nur dann erzeugt, wenn die natürlichen Herzschläge ausfallen.

Es gibt Patienten, die an Vnrhof-Bradykardie leiden, wobei jedoch die Reizleitung vom Vorhof zur Kammer normal ist. Bei einem solchen Patienten führt die niedrige Vorhoffrequenz auch zu einer Verlangsamung der Kammerfrequenz. Bisher ist diese Stoning durch die Verwendung von künstlichen Herzschrittmachern behandelt worden, mit denen die Herzkammer angeregt wird. Es wäre jedoch besser, bei solchen Patienten die Vorhöfe anzuregen, wodurch außer der Vorhoffrequenz über die natürlich arbeitende Reizleitung vom Vorhof zur Kammer auch die Kammerfrequenz gesteuert wird. Bei einer solchen Anregung der Vorhöfe wäre der Patient jedoch nicht gegen eine unvorhergesehene Blockierung der Vorhof-Kammer-Reizleitung geschützt. Daher muß auch für eine Anregung der Kammern im Bedarfsfall gesorgt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, pinen Herzschrittmacher der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß neben der Zuführung eines Reizstromimpulses zu der Herzkammer bei Ausfall der natürlichen Kammerkontraktion ?ueh eine Zuführung eines Reizstromimpulses ausschließlich zum Herzvorhof möglich ist. falls nur die natürliche Vorhofkontraktion ausfällt oder sich verzögert.

Diese Aufgabe -.ird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Herzschrittmacher nach der Erfindung hat den Vorteil, daß bei Patienten, die nur unter Vorhof-Bradykardie leiden, während die Vorhof-Kammer-Reizleitung normal arbeitet, nur die Vorhöfe angeregt werden, woraufhin die weitere Herztätigkeit auf natürliche

π Weise ohne weitere künstliche Stimulierung abläuft. Nur wenn aufgrund einer Blockierung der Vorhof-Kammer-Reizleitung dieser natürliche weitere Ablauf gestört ist, wird auch der an der Herzkammer angeordneten Elektrode ein Reizstromimpuls zuge-

W) führt.

Ein Ausführüngsbeispiel der Erfindung geht aus der nachfolgenden Zeichnung hervoh Es zeigt

Fig. 1 eine bedarfsabhähgig arbeitende Herzschritu rnachefschaltüng gemäß der eingangs genannten älteren deutschen Patentanmeldung P 19 16 088.443, wobei die für einen Herzschrittmacher nach der Erfindung zusätzlich benötigten Schaltelemente und Leitungen dick eingezeichnet sind,

on 1 π ίο a

Zm \J J. \J i £m~X

F i g. 2 ein typisches Elektrokardiogramm,

F i g. 3 eine Vorhofreizschaltting, die zusammen mit der Schaltung nach Fig, 1 einen Herzschrittmacher nach der Erfindung bildet,

F i g. 4 das Schema, nach dem die F i g. 1 und 3 zusammenzusetzen sind, und

F i g. 5 ein Zeitdiagramm von Signalen, die in der aus F i g. 1 und 3 gebildeten Schaltung auftreten.

Der Leiter 11 erstreckt sich direkt von der Elsktrode JE¹I zu dem Kondensator 17, d. h. es befindet sich in dem Signalleitweg kein Feldeffekt-Schalttransistor 92. Die ElektrGden E\ und E2 werden in das Herz des Patienten eingebettet. Dabei sind die neutrale Elektrode E2 und die Elektrode £"1 so angeordnet, daß sie die Herzkammern des Patienten anregen. Bei geschlossenem Schalter S arbeitet der Herzschrittmacher derart, daß er ständig elektrische Impulse mit einer festgelegten Frequenz abgibt. Beim bedarfsabhängigen Betrieb ist der Schalter Soffen; zwischen den Elektroden £"1 und E2 fließt daher ein Strom zum Anregen der Kammern nur, wenn ein elektrischer Reiz erforderlich ist

Wenn ein Reizimpuls erforderlich ist, dient der Kondensator 65 als Stromquelle. In diesem Zeitpunkt leitet der Transistor Γ9 und wird der Kondensator über die Elektroden entladen. Der Kondensator 57 wird über die Potentiometer 35 und 37 geladen, bis die an dem Kondensator liegende Spannung bewirkt, daß die Transistoren Tl und 7"8 leiten. Jetzt wird der Kondensator 57 über die Transistoren 7"7 und 7~8 entladen, der Transistor Γ9 leitet und von dem Kondensator 65 wird ein Impuls an das Herz des Patienten abgegeben. Die Einstellung des Potentiometers 37 bestimmt die Entladezeit des Kondensators 57 bzw. die Dauer jedes Impulses. Die Einstellung des Potentiometers 35 bestimmt die Zeit, die erforderlich ist, um den Kondensator 57 auf das Potential zu laden, bei dem die Transistoren Tl und T8 leitfähig werden, und damit das Impulsintervall bzw. die Impulsperiode. Bei gesperrtem Transistor 7"6 würde der Kondensator 57 ständig ge- und entladen und würden dem Herz des Patienten Impulse in durch die Einstellung des Potentiometers 35 festgelegten Intervallen zugeführt werden.

Die Elektrode E1 ist über den Leiter 11 mit der Basis des Transistors T1 verbunden. F i g. 2 zeig! ein typisches Elektrokardiogramm. Die Transistoren TX und T2 leiten, wenn die Elektrode EX eine Kammerkontraktion erfaßt, die zur Erzeugung einer R-Zacke führt. Zu starke Signale werden durch die Zenerdiode 67 kurzgeschlossen, damit der Transistor Ti nicht beschädigt wird. Wenn diest Transistoren leiten, wird an die Basis des Transistors 7"6 ein positiver Impuls angelegt, worauf der Kondensator 57 über den jetzt leitenden Transistor T6 entladen wird und ein neues Austastintervall v> beginnt. Dieser Kondensator war in Aufladung auf ein Potential begriffen, das zum Erzeugen eines Impulses geführt hätte. Durch diese Überwachungsanordnung wird gewährleistet, daß beim Auftreten eines natürlichen Herzschlages kein Impuls erzeugt wird. Das Austastintervall ist so gewählt, daß die Impulse mit einer Periode erzeugt werden, die etwas langer ist als die gewünschte Periode der natürlichen Herzschläge, so daß ein Reizimpuls nur erzeugt wird, wenn kein natürlicher Herzschlag stattgefunden hat.

Die übrigen Transistoren der Schaltung Verhindern ein Leiten des TransisUifs T6 beim Auftreten von Raüschsignalen. Ein beim Auftreten von Rauschsignalen leitend werdender Transistor Γ6 würde nämlich die Erzeugung eines Impulses verhindern, w^nn ein Impuls erforderlich ist. Wenn daher der Herzschrittmacher Rauschsignale erfaßt, wird ein Arbeiten des Transistors T6 verhindert, wodurch der Herzschrittmacher Impulse mit einer festgelegten Frequenz abgeben kann.

Die in Fig.3 gezeigte Schaltung entspricht weitgehend der Schaltung auf der rechten Seite der F i g. 1. In F i g. 3 sind die verschiedenen Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie die entsprechenden Elemente in Fig. 1, jedoch unter Nachsetzen eines Striches ('). Der Leiter 80 verbindet das Potentiometer 35' und den Widerstand 59' mit einem Pol der Batterie 7. In F i g. 1 sind das Potentiometer 35 und der Widerstand 59 mit demselben Pol verbunden. Der Leiter 81 verbindet die Basis des Transistors TT mit dem anderen Pol der Batterie 7. In F i g. 1 ist die Basis des Transistors Tl mit demselben Pol verbunden. Der Leiter 82 verbindet die Basis des Transistors T6' mit der rechten Seite des Kondensators 53.

In Fig.! ist die Basis des Transistors TS ebenfalls mit der rechten Seite des Kondensators 53 verbunden. Der Leiter 83 stellt einen gemeinsamen Nulleiter für die Schaltungen nach F i g. 1 und 3 dar. Schließlich dient der Leiter 84 zur Abgabe eines Signals, das den Feldeffekt-Schalttransistor 92 unwirksam macht; dies wird nachstehend beschrieben.

Die in F i g. 3 gezeigte Elektrode £3 wird in das Her/? des Patienten eingesetzt und dient zum Anregen der Vorhöfe. Die Schaltung nach F i g. 3 arbeitet ebenso wie die Schaltung auf der rechten Seite in Fig. 1. doch bewirkt jeder Reizimpuls eine Vorhofkontraktion anstatt einer Kammerkontraktion. Der Kondensator 57' wird über die Potentiometer 35' und 37' geladen. Nach einem vorherbestimmten Zeitintervall hat die Kondensatorspannung den Pegel erreicht, bei dem die Transistoren TT und 7"8' leitend werden, so daß sie jetzt an den Basis-Emitter-Übergang des Transistors Γ9' eine Durchlaßvorspannung anlegen. Die Ladung des Kondensators 65' fließt über den Transistor Γ9' und die "Elektroden £"2 und £3. Die Dauer jedes Impulses ist von der Einstellung des Potentiometers 37' abhängig, das die Zeit bestimmt, die zum Entladen des Kondensators 57' über die Transistoren Tl und Γ8' erforderlich ist. Die Dauer der Impulslücke ist von der Einstellung des Potentiometers 35' abhängig, das die Zeit bestimmt, die zum Laden des Kondensators 57' auf den Pegel erforderlich ist, bei dem die Transistoren TT und TS' leitfähig werden

Jeder infolge der Anzeige einer R-Zacke über den Kondensator 53 gehende Impuls bewirkt, daß außer dem Transistor Tb auch der Transistor Γ6' leitfähig wird. Gleichzeitig mit dem Entladen des Kondensators 51 über den Transistor 7"6 wird der Kondensator 57' über den Transistor 7~6' entladen. In diesem Fall wird das Austastintervall der Schaltung nach F i g. 3 nicht zu Ende geführt und kein Vorhof-Reizimpuls erzeugt, sondern ein neues Austastintervall eingeleitet.

In Fig. 5 sind wei R-Zacken dargestellt, die zwei aufeinanderfolgenden Schlagen (Kammerkontraktionen) des Herzens des Patienten entsprechen, Der Zeitabstand zwischen diesen Schlagen beträgt typi* scherweise 760 ms. Es ist ferner gezeigt, daß der zweiten R-Zacke eine P-Zacke Vorausgeht.

Das Potentiometer 35' hat einen solchen Wert, daß der Kondensator 57' 600 ms nach seiner letzten Entladung auf den Pegel geladen ist, der erforderlich ist, damit die Transistoren TT und TS' leitend werden.

Dies bedeutet, daß der Vofhofreizimpuls 600 ms nach der ersten R-Zacke auftritt. Die Vorhöfe werden nach der P-Zacke eines mit normaler Frequenz erfolgenden Herzschlages angeregt. Das Auftreten einer P-Zacke zeigt an, daß sich die Vorhöfe zusammengezogen haben und an die Elektrode £3 kein Vorhofreizimpuls angelegt zu werden braucht. Wenn jedoch nach einer natürlichen Vorhöfköntraktiön, ά h. wahrend des Refraktärintervaiis der Vorhöfe, ein derartiger Impuls erzeugt wird, hat er keinen Einfluß auf den Herzschlag des Patienten. (Die Erzeugung eines Vorhofreizimpulses vor der natürlichen Vorhofkontraktion ist nicht erwünscht.)

Das Potentiometer 35 in Fig. 1 hat einen solchen Wert, daß das Austastintervall für das Anregen der Kammern 800 ms beträgt. In F i g. 5 tritt daher der mit E1 bezeichnete Impuls 800 ms nach der ersten R-Zacke auf, d. h. etwas später als die zweite R-Zacke bei natürlichem Herzschlag auftreten würde. Wenn die Elektrode Ei die zweite R-Zacke erfaßt, werden beide Austastkreise zurückgesetzt und wird an die Elektrode El kein Impuls angelegt. Auf diese Weise wird die gewünschte bedarfsabhängige Arbeitsweise erhalten. Wenn innerhalb von 800 ms nach dem letzten Herzschlag kein weiterer Herzschlag auftritt, wird an die Elektrode Ei ein Impuls angelegt, der die Kammerkontraktion anregt.

Bei einem natürlich schlagenden Herzen regt der Herzschrittmacher die Kammern nicht an. jedoch wird ein Vorhofreiz erzeugt, weil die Schaltung nach Fig.3 ein Austastintervall von 600 ms hat, das kürzer ist als das natürliche Impulsintervall. Wenn eine natürliche Vorhofkontraktion ausfällt, ist ein Vorhofreiz erforderlich, damit die Leistung des Herzens verbessert wird. Durch den Kammerreiz wird natürlich die Wirkung einer Blockierung der Vorhof-Kammer-Reizleitung aufgehoben. Eine normale Kammerkontraktion erfolgt etwa 120 bis 160 ms nach der Vorhofreizung. In der Schaltung nach Fig. 3 ist das Kammerreizungs-Austastintervall 200 ms langer als das Vorhofreizungs-Austastintervall in der Schaltung nach Fig. 1. Ehe ein Kammerreizimpuib erzeugt wird, ist aiso genügend Zeit fur eine natürliche Kammerkontraktion vorhanden. Im allgemeinen soll das Kammerreizungs-Austastintervall um 160 bis 250 ms länger sein als das Vorhofreizungs-Austastintervall.

Die Funktion der Schaltung nach Fig.3 ist an das Auftreten einer Kammerkontraktion, die durch die Schaltung nach F i g. 1 angezeigt wird, angepaßt. Es ist sehr zweckmäßig, wenn die Schaltung nach Fig.3 in Abhängigkeit von dem Herzschlag des Patienten arbeitet Bei der Verwendung eines selbstschwingenden Generators zum Anregen der Vorhöfe könnte der zeitliche Ablauf des Herzschlages des Patienten stark beeinträchtigt werden. Beispielsweise könnte sich der natürliche zeitliche Ablauf verändern, während der zeitliche Ablauf der Funktion der Schaltung unveränderlich bliebe. Aus diesem Grunde wird der Kondensator 57' nach jedem Herzschlag des Patienten entladen. Theoretisch wäre es möglich, eine Vorhofkontraktion bzw. eine P-Zacke anzuzeigen und den Kondensator 57' zu entladen, ehe das entsprechende Austastintervall beendet ist; in diesem Fall würde kein Vorhofreizimpuls erzeugt werden, wenn keiner erforderlich ist Die P-Zacke ist jedoch so klein; daß sie viel schwieriger anzuzeigen ist als die R-Zacke. Daher wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch die Wiedereinieitung des Aüstästintervails der Schaltung nach Fig.3 durch die Anzeige der R-Zacke bewirkt. Bei normal schlagendem Herzen führt diese Anordnung natürlich zum ständigen Beaufschlagen der Elektrode £3 mit Impulsen, wogegen an die Elektrode Ei keine impulse angelegt werden. An die Elektrode E3 werden Impulse angelegt, weil die R-Zäcke angezeigt wird, nachdem der Impuls die Elektrode £3 beaufschlagt hat. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Erzeugen eines Vorhofreizimpulses während des Refraktärintervaiis der Vorhöfe den natürlichen Herzschlag eines Patienten nicht stört. Dies gilt nicht für die Erzeugung eines Kammerreizimpulses nach einer Kammerkontraktion: dies ist der Hauptgrund für die Verwendung eines bedarfsabhängigen Herzschrittmachers.
In manchen Fällen führt die Vorhofkontraktion zu einer Beaufschlagung der Elektrode £"1 mit einem elektrischen Signal, welches bewirkt, daß der Transistor Ti leitend wird und die beiden Austastintervalle eingeleitet werden. Aus diesem Grunde ist der Feldeffekt-Schalttransistor 92 in dem Leiter 11 zwisehen der Elektrode Ei und dem Kondensator 17 in dem Basiskreis des Transistors Ti angeordnet Normalerweise leitet der Schalttransistor, weil er über den Widerstand 94 mit dem Nulleiter 9 verbunden ist Der an die Elektrode E3 angelegte negative Impuls wird über den Leiter 84 und die Diode 95 an den Kondensator 93 angelegt Der Kondensator wird geladen und sperrt den Feldeffekt-Schalttransistor. Am Ende des Vorhofreizimpulses (nach einer Dauer von beispielsweise 2 ms) wird der Kondensator 93 über den Widerstand 94 entladen.

Das RC-GWed hat eine solche Zeitkonstante, daß der Feldeffekt-Schalttransistor noch etwa 6 Sekunden länger gesperrt bleibt, damit nicht während einiger auf das Abklingen aller Einschwingvorgänge folgender Millisekunden unerwünschterweise eine Kammerkontraktion angezeigt werden kann. Auf diese Weise wird die Überwachungsvorrichtung während jedes Vorhofreizes und wahrend eines kurzen darauffolgenden Zeitraums unwirksam gemacht Der Kondensator 91 dient zum Kurzschließen von hochfrequenten Einschwingvorgängen, die auf die Schaltfunktion des Feldeffekttransistors zurückzuführen sind, an den Leiter 9.

Die Dauer der in F i g. 5 gezeigten Austastintervalle von 600 ms und 800 ms ist nicht kritisch, sondern kann in weiten Bereichen gewählt werden. Im allgeme^; en soll das Austastintervall der Schaltung nach Fig.3 so lang sein, daß nach einer vorhergehenden R-Zacke in irgendeinem Zeitpunkt zwischen der P- und der R-Zacke ein Impuls an die Elektrode EZ angelegt wird.

Das Austastintervall für die Schaltung nach F i g. 1 soll so gewählt sein, daß an die Elektrode Ei ein Impuls angelegt wird, wenn nach der letzten R-Zacke eine Zeit verstrichen ist die länger ist als die gewünschte Herzschlagperiode.

Man erkennt, daß der vorgeschlagene Herzschrittmacher einerseits den als Vorhof-Bradykardie bezeichneten Zustand korrigiert und andererseits vor einer Kammer-Asystolie schützt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Herzschrittmacher mit einem Reizstromimpulse liefernden Impulsgenerator, dessen Ausgang mit einer an der Herzkammer angeordneten Elektrode verbindbar ist und bei dem der zeitliche Impulsabstand der erzeugten Reizstromimpulse geringfügig größer gewählt ist als der zeitliche Impulsabstand der natürlichen Herzschlagfolge, und mit einer auf einen natürlichen Herzschlag des Patienten ansprechenden Überwachungsvorrichtung, die auf einen solchen Herzschlag hin einen Steuerimpuls erzeugt, der zur Unterdrückung der Abgabe des nächstfälligwerdenden Reizstromimpulses den Impulsgenerator beaufschlagt und eine neue Impulsperiode desselben einleitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Reizstromimpulse liefernder Impulsgenerator (35', 37', 57', 77', 78', 79', 65') vorgesehen ist, dessen Ausging mit einer am Herzvorhof anzuordnenden Elektrode (Ej) verbindbar ist und bei dem der zeitliche Impulsabstand der erzeugten Reizstromimpulse kleiner gewählt ist als der zeitliche Impulsabstand der natürlichen Herzschlagfolge, jedoch größer gewählt ist als der Impulsabstand zwischen einem natürlichen Vorhofimpuls und dem vorausgegangenen natürlichen Kammerimpuls, und daß der Steuerimpuls der Überwachungsvorrichtung (17, 71, 72) zur Unterdrückung der Abgabe eines Reizstromimpulses auch den zweiten Impulsgenerator (?5', 37', 57', 77', 78', 79', 65') beaufschlagt und eine neue Impulsperiode desselben einleitet.

2. Herzschrittmacher l.ach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden mpulsgeneratoren (35,37,57, 77. 78, 79,65; 35', 37',57', 77', 78', 79', 65') eine gemeinsame Leitung aufweisen, die zu einer am Herzen angeordneten Elektrode (E2) führt.

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Überwachungsvorrichtung (17. 71. 72) über einen von dem Ausgangskreis des zweiten Impulsgenerators (35', 37', 57'. 77', 78'. 79'. 65') auf Sperrung gesteuerten Transistor (92) mit dem Ausgang des ersten Impulsgenerators (35, 37, 57. 77. 78. 79, 65) verbunden ist.