DE4030306A1

DE4030306A1 - Defibrillationsverfahren und vorrichtung

Info

Publication number: DE4030306A1
Application number: DE4030306A
Authority: DE
Inventors: Robert Joseph Sweeney
Original assignee: Eli Lilly and Co
Current assignee: Eli Lilly and Co
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1991-04-04
Also published as: DE69029498T2; IT1245627B; EP0420563A3; IT9021561A1; EP0420563B1; CA2026193A1; GR3022647T3; US4996984A; ZA907655B; AU5776594A; JPH03133466A; ATE146681T1; AU663824B2; ES2095239T3; EP0420563A2; IT9021561A0; DE69029498D1; DK0420563T3; JP3000067B2; AU6320690A

Description

Die Erfindung liefert ein neues Verfahren zur Defibrillation eines Säugetiers, das eine Defibrillation braucht und eine Vor richtung zur Verwendung für ein solches Defibrillationsverfah ren.

Kammerflimmern ist eine unkoordinierte Kontraktion und Relaxa tion der einzelnen Fasern des Herzes, das keinen Blutfluß er zeugt und zum Tod führt, wenn nicht innerhalb von Minuten nach dem Beginn Korrektivmaßnahmen angewendet werden. Eine Erholung von dem Kammerflimmern kann erreicht werden unter Verwendung von Arzneimitteln oder Elektroschocks. Letzteres ist bevorzugt, hauptsächlich weil die Verabreichung von Arzneimitteln bei fehlendem Kreislauf von geringem Nutzen.

Die Verwendung von Elektroschocks, um das Kammerflimmern zu be enden, erfordert, daß ein elektrischer Strom durch das Myokard geleitet wird, so daß das Herz seinen natürlichen Sinusrhythmus wiederfindet. Ein allgemein verwendetes Verfahren zur Elektro schocktherapie betrifft das Durchleiten eines einzigen Strom stoßes durch das Herz eines Patienten, der eine Defibrillation braucht. Dieser einzelne Stoß kann auf das Herz entweder transthorakal mit Elektroden, die außerhalb des Körpers ange bracht sind, oder intern mit Elektroden innerhalb des Körpers, die normalerweise auf, in oder in der Nähe des Herzes angeordnet sind, angewendet werden. Weiterhin kann der Stromstoß ein phasige oder mehrphasige Wellenform, zum Beispiel zweiphasige oder dreiphasige Wellenform haben. Der Stoß kann auch auf einem oder verschiedenen Wegen durch das Herz abhängig von der Anzahl der verwendeten Elektroden und abhängig davon, welche Pulse innerhalb des Stoßes über die einzelnen Elektroden paare angewendet werden, abgegeben werden. Die "Einzel stoß"-Methode der Therapie erfordert, obwohl sie zur Behand lung der Disrhythmie wirksam ist, daß das Herz des Patien ten einen elektrischen Puls erhält mit genügend hoher Spannung, Stromstärke und Energie, so daß unerwünschte Nebenwirkungen, wie Schädigung des Herzgewebes und Beschwerden bei dem Patienten sich ergeben können.

Um diese unerwünschten Nebenwirkungen zu minimieren, werden bei einem zweiten Verfahren der Elektroschocktherapie "multiple Stromstöße", die durch ein fixiertes Zeitintervall getrennt sind, verwendet. Diese multiplen Stöße bestanden aus einzelnen Strompulsen, die durch ein fixiertes Zeitintervall im Bereich von 70 bis 130 Millisekunden getrennt waren. Diese "multiple Stoß"-Therapie unterscheidet sich von der "Einzelstoß"-Therapie, die oben diskutiert wurde, darin, daß weniger Spannung, Stromstärke und Energie an das Herz des Patienten zu irgendeinem Zeitpunkt abgegeben werden, um die Defibrillation zu erreichen. Daher kann eine Kammerdefibrillation erhalten werden mit weniger Beschwer den für den Patienten und weniger Schädigung des Herzgewebes.

Flimmern tritt auf, wenn viele Depolarisationswellenfronten (die Stellen im Herzen, wo das Zellgewebe einer Depolarisierung unterliegt) sich in einer komplizierten Arrythmie durch das Herz bewegen. Wenn das Herz flimmert, erstrecken sich diese Depolarisierungswellenfronten über irgendeinen speziellen Teil des Myokards in einer sehr gleichbleibenden durchschnittlichen zeitlichen Abfolge. Das Durchschnittszeitintervall zwischen auf einanderfolgenden Depolarisierungen an einer bestimmten Stelle im Myokard wird als Flimmerzylkluslänge bezeichnet.

Bisher bekannte "multiple Stromstoß"-Defibrillationsmethoden erforderten, daß das Zeitintervall zwischen den Stromstößen ein willkürlich ausgewähltes Intervall ist. Bei solchen Me thoden wurde nicht erkannt, daß die Defibrillation unter Ver wendung multipler Stromstöße optimiert wird, wenn das Zeitinter vall zwischen den Stromstößen durch die Flimmerzykluslänge statt durch irgendein willkürlich festgesetztes Zeitintervall bestimmt wird. Das Anpassen des Zeitintervalls zwischen den Stromstößen an die Flimmerzykluslängen ist wesentlich, da die Flimmerzykluslänge von Säugetierart zu Säugetierart und von Individuum zu Individuum innerhalb einer Art, von einem Auftreten des Kammerflimmerns zu einem anderen Auftreten des Kammerflimmerns beim selben Individuum und von einem Zeit punkt zum anderen Zeitpunkt innerhalb desselben Auftretens sich ändern kann.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Defibrilla tion des Herzens eines Säugetieres, das eine Defibrillation be nötigt, das multiple Stromstöße verwendet, die dem Säugetier herzen zugeführt werden, zeitlich abgestimmt auf die Flimmerzyklus länge des Säugetiers. Die vorliegende Erfindung liefert auch eine Vorrichtung, um die Defibrillation gemäß dem vorliegenden De fibrillationsverfahren durchzuführen. Das vorliegende De fibrillationsverfahren und die vorliegende Vorrichtung lassen eine Defibrillation bei niedrigeren Spannungshöchstwerten und Stromstärken zu, wodurch die Defibrillation mit einem Miniumum an Beschwerden für den Patienten und Schädigung des Herzgewebes einhergeht. Die Verringerung der Spannungshöchstwerte und Strom stärken, die bei dem vorliegenden Verfahren und der vorliegenden Vorrichtung notwendig sind, um die Defibrillation zu bewirken, kann auch zu Verbesserungen in der Gestaltung der Defibrillator- Hardware und zu einer längeren Lebensdauer implantierter De fibrillatoren führen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur De fibrillation eines Säugetiers, das eine Defibrillation benötigt, geliefert, das daraus besteht, daß man zuerst die Kammerflimmer zykluslänge des Säugetiers bestimmt und dann dem Säugetier eine Vielzahl von Stromstößen, die aufeinanderfolgend abgegeben wer den, verabreicht, wobei die zeitliche Steuerung zwischen den Stromstößen auf der Kammerflimmerzykluslänge des Säugetiers basiert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Defibrillation eines Säugetiers, das eine Defibrillation be nötigt, geliefert, umfassend:

a) ein Meßglied zur Bestimmung der Kammerflimmerzykluslänge eines Säugetiers;
b) eine Elektroschock-Vorrichtung zur Verabreichung von Strom stößen an ein Säugetier; und
c) einen Zeitmesser, der elektrisch mit dem Meßglied und der Elektroschockvorrichtung verbunden ist, um die Elektroschock vorrichtung so zu aktivieren, daß sie eine Vielzahl von Stromstößen aufeinanderfolgend an das Säugetier verabreicht, wobei die zeitliche Abstimmung zwischen den Stromstößen auf der Kammerflimmerzykluslänge, die durch das Meßglied bestimmt wird, basiert.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren und eine Vor richtung, um dieses durchzuführen, für eine effektivere De fibrillation eines Säugetierherzes mit Kammerflimmern, indem zuerst die Kammerflimmerzykluslänge des Säugetiers bestimmt wird und dann die Anzahl, zeitliche Aufeinanderfolge und/oder Intensität einer Folge elektrischer Stromstöße ausgewählt wird, die dem Säugetier verabreicht werden, bezogen auf die gemessene Kammerflimmerzykluslänge. Eine bevorzugte Säugetierart, bei der das Defibrillationsverfahren der vorliegenden Erfindung durch geführt werden kann, ist der Mensch.

Normale Herzzellen haben eine Spannungsdifferenz von etwa 90 Millivolt zwischen dem Äußeren und dem Inneren der Zelle. Wenn die Zellen aktiviert werden, bricht diese elektrische Polari sierung zusammen, und die Zellen werden als "depolarisiert" be zeichnet. Herzgewebe, das depolarisiert ist und nicht ausreichend Zeit hatte, um die Spannungsdifferenz wieder aufzubauen, wird als refraktäres Gewebe bezeichnet.

Sehr kurz nachdem die Zellen depolarisiert worden sind, be ginnen sie die Spannungsdifferenz wieder aufzubauen, was als "Repolarisieren" bezeichnet wird. Es kann wenige Hundert Milli sekunden dauern, bis die Zellen die Repolarisierung beendet ha ben. Gewebe, das genug Zeit hatte, um eine ausreichend große Spannungspolarisierung wiederherzustellen, d. h. Gewebe, das wieder für eine Depolarisierung empfänglich ist, wird als nicht-refraktäres Gewebe bezeichnet. Das Zeitintervall, das er forderlich ist, nachdem eine Zelle depolarisiert worden ist, bis sie nicht-refraktär ist, wird als Refraktärphase bezeichnet.

Wenn die Spannungspolarisierung einer Zelle zusammenbricht, ist sie fähig, naheliegende Zellen zu aktivieren. Diese naheliegen den Zellen verlieren dann wiederum ihre Spannungspolarisierung und stimulieren noch weitere Zellen. Auf diese Weise kann sich die Depolarisierungsaktivität durch das ganze Herz fortpflanzen.

Zu jedem Zeitpunkt werden die Stellen, wo das Gewebe depolari siert ist, als Depolarisationswellenfronten bezeichnet. Wenn Depolarisationswellenfronten sich durch das Herz bewegen, lassen sie eine Spur refraktären Gewebes hinter sich. Dieses refraktäre Gewebe wird schließlich nicht-refraktär, wenn genügend Zeit ver gangen ist.

Wenn die Depolarisationswellenfront Gewebe erreicht, das nicht refraktär geworden ist, kann es das Gewebe wieder depolarisieren. Wenn dies passiert, kann die Depolarisationswellenfront wieder sich durch das Herz über denselben Weg fortpflanzen. Dieses Ver halten wird als Erregungsrückkehr bezeichnet,und der Leitungs weg wird als Reflexion bezeichnet.

In einem flimmernden Herzen bewegen sich die Depolarisations wellenfronten durch das Myokard entlang von Reflexionsleitungs wegen in einer komplizierten Arrythmie. Obwohl die Fortpflanzung der Wellenfronten durch das Myokard komplex ist, werden einzel ne Gewebebereiche im Myokard in einem überraschend beständigen Zeitverlauf aktiviert. Dieser Zeitverlauf stellt die Zeit dar, die erforderlich ist, daß eine Depolarisationswellenfront einen Kreislauf entlang einem Reflexionsleitungsweg durchläuft. Die durchschnittliche Zeitdauer, die erforderlich ist, daß eine Wellenfront eine Hin- und Rückleitung im gleichen Leitungsweg vervollständigt, wird als Kammerflimmerzykluslänge bezeichnet. Viele Depolarisierungswellenfronten können in einem flimmern den Herzen existieren, wobei jede sich entlang ihres eigenen Re-Entrance-Weges bewegt. Jedoch ist die Kammerflimmerzyklus länge auch überraschend beständig zwischen verschiedenen Ge webestellen.

Wegen des Rückkehrens des Flimmerns wird zu jedem einzelnen Augenblick während des Kammerflimmerns Gewebe in allen mög lichen Zuständen in dem Zyklus zwischen den Aktivierungen sein. Innerhalb eines einzelnen Reflexionsweges wird der Zeit ablauf des Gewebes in seinem Zyklus bestimmt durch die Bewe gung der Depolarisierungswellenfront entlang dieses Leitungs weges, wobei Gewebe direkt hinter der Wellenfront sich am Be ginn des Zyklus und Gewebe direkt vor der Wellenfront sich am Ende seines Zyklus befindet. Da ein Defibrillationselektro schock alle Gewebe zur selben Zeit trifft, erleiden verschie dene Gewebe entlang des Reflexionsleitungsweges den Schock zu verschiedenen relativen Zeitpunkten in ihrem elektrischen Zyk lus.

Es wurde gefunden, daß die Wirkung des Schocks auf Myokard gewebe die Refraktärphase des Gewebes verlängert. Außerdem hängt die Verlängerung von der Intensität des Schocks und auch von der relativen zeitlichen Steuerung des Schocks inner halb des Zyklus des Gewebes ab. Daher wird der Einfluß eines Defibrillationselektroschocks auf verschiedene Gewebe entlang eines Reflexionsleitungsweges verschieden sein.

Wenn kein Stromstoß abgegeben wird, wird sich das Gewebe rund um den Reflexionsleitungsweg richtig in derselben Weise repo larisieren, wie die vorhergehende Depolarisationswellenfront sich bewegte. Jedoch kann der Einfluß eines Defibrillations elektroschocks selektiv die Zeit verzögern, die erforderlich ist, daß sich das Gewebe entlang des Reflexionsleitungsweges repolarisiert. Da Depolarisierungswellenfronten repolarisier tes Gewebe erfordern, um sich fortzupflanzen, kann ein erfolg reicher Defibrillationselektroschock verwendet werden, um die Depolarisationswellenfronten durch diesen Mechanismus zu be enden.

Ein unterhalb des Schwellenwertes liegender Elektroschock, d.h. eine elektrische Stimulierung, die nicht ausreicht, um die Fort pflanzung der Depolarisierungswelle selbst zu beenden, kann noch verwendet werden, um den Zeitverlauf der Depolarisierungs wellenfront entlang ihres Reflexionsleitungsweges zu ändern, auch wenn die Wellenfront nicht beendet wird. Dies geschieht, weil die Depolarisationswellenfront, auch wenn sie durch den Schock nicht beendet wird, durch die Wirkung des unterhalb des Schwellenwertes liegenden Schocks in den Zeitverlauf der Ge weberepolarisierung entlang des Reflexionsleitungsweges, in den sich die Wellenfront fortpflanzen muß, gezwungen wird. Daher liefern spätere nachfolgende Elektroschocks, vorausgesetzt, sie werden in einer sorgfältigzeitlich abgestimmten Art abgegeben, ein anderes Ansprechmuster als der erste Schock, da das Gewebe ein anderes Repolarisierungsverlaufsmuster hat als dann, wenn der erste Elektroschock verabreicht wird. Daher können die Wir kungen eines oder mehrerer nachfolgender Schocks unterhalb des Schwellenwertes, wenn sie mit der Wirkung, die durch einen An fangsschock unterhalb des Schwellenwertes vereinigt werden, verwendet werden, um die Fortpflanzung einer Depolarisations wellenfront zu beenden, auch wenn keiner der Schocks selbst ausreicht, um die Fortpflanzung zu beenden.

Wie oben angegeben müssen, wenn eine Reihe von Schocks unter halb des Achwellenwertes angewendet wird, die Schocks in einer sorgfältig zeitlich abgestimmten Art abgegeben werden, um die Beendigung der Depolarisierungswellenfronten zu bewirken. Wenn die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Schocks zu kurz ist, hat die Depolarisierungswellenfront, die sich nach dem ersten Schock fortsetzt, nicht genug Zeit, um zu dem Ge webe des Reflexionsleitungsweges zurückzukehren, dessen Repo larisierungszeitverlauf durch den ersten Schock geändert wur de. Andererseits hat, wenn die Zeitdauer zwischen aufeinander folgenden Schocks zu lange ist, die Depolarisationswellenfront, die sich nach dem ersten Schock fortsetzt, ausreichend Zeit, über den Teil des Reflexionsleitungsweges zu laufen, dessen Repolarisierungszeitrahmen durch den ersten Schock geändert wurde. In jedem Fall wird die Fähigkeit des vorhergehenden Schocks, den Einfluß nachfolgender Schocks zu verbessern, redu ziert.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren und eine Vor richtung zur Defibrillation, bei der eine Reihe von Schocks unterhalb des Schwellenwertes verwendet wird, um ein Säugetier, das eine Defibrillation benötigt, zu defibrillieren. Um sicher zustellen, daß der oder die nachfolgende(n) Schock(s) unterhalb des Schwellenwertes zum optimalsten Zeitpunkt (bezüglich der Beendigung der Depolarisierungswellenfront) abgegeben werden, erfordert die vorliegende Erfindung, daß die Kammerflimmer zykluslänge der Kammerflimmerepisode bestimmt wird, bevor der erste Schock verabreicht wird. Sobald die Kammerflimmerzyklus länge festgestellt worden ist, wird der Zeitverlauf zwischen aufeinanderfolgenden Schocks bestimmt als bestimmte Prozent angabe der Kammerflimmerzykluslänge. Auf diese Art kann ein zweiter Stromstoß abgegeben werden, nachdem die Depolarisie rungswellenfront einen bekannten Prozentanteil ihres Reflexions leitungsweges relativ zu ihrer Position, als der erste Strom stoß abgegeben wurde, beendet hat. Ein dritter Schock kann dann zeitlich relativ zu dem zweiten Schock gesteuert werden und so weiter. Wenn man die Abgabezeit einer Vielzahl von Elektro schocks auf Basis der Kammerflimmerzykluslänge berechnet, stellt man sicher, daß die Schocks in einer optimaleren de fibrillierenden Art gegeben werden, als erreicht werden kann, wenn die elektrischen Entladungen verabreicht werden auf Ba sis eines willkürlich ausgewählten fixierten Zeitintervalls zwischen den Stromstößen.

Der Anfangsschritt des vorliegenden Verfahrens zur Defibrillie rung eines Säugetiers, das eine Defibrillation benötigt, erfor dert, daß die Kammerflimmerzykluslänge des Patienten bestimmt wird. Daher ist ein Element der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Meßglied, das verwendet werden kann, um die Kammerflimmerzykluslänge eines Säugetiers zu bestimmen.

Meßglieder zur Bestimmung der Kammerflimmerzykluslänge eines flimmernden Herzens sind dem Fachmann auf diesem Gebiet wohlbe kannt. Solche Vorrichtungen umfassen typischerweise eine übliche Meßelektrode oder -elektroden, die in oder auf dem Herzen ange bracht werden an einer Stelle, die geeignet ist zur Überwachung der elektrischen Aktivität, die mit einem flimmernden Herzen verbunden ist; einen Verstärker, der die Signale der elektri schen Aktivität, die durch die Meßelektrode oder Meßelek troden gemessen werden, verstärkt; und eine Signalverarbeitungs einrichtung (typischerweise ein Computer) zur Bestimmung der Kammerflimmerzykluslänge aus der mit der Meßelektrode oder den Meßelektroden gemessenen elektrischen Aktivität. Eine solche Bestimmung kann unter Verwendung einer Vielzahl dem Fachmann auf diesem Gebiet wohlbekannter Verfahren durchgeführt werden, einschließlich einer Anzahl von Signalverarbeitungsverfahren, wie der Kreuz-Korrelation, Auto-Korrelation, schnellen Fourier- Transformation, Zählen der R-Wellen des Elektrokardiogramms über einen bestimmten Zeitraum und Bestimmen der R-R-Intervalle eines individuellen Elektrokardiogramms. Die Verwendung der Auto-Korrelation zur Bestimmung der Kammerflimmerzykluslänge wird dargestellt in Artikeln wie Angelakos et al., Cir. Res., 5, 657 (1957) und Chen et al., Med. and Biol. Eng. and Computing, 25, 241 (1987). Die folgenden Literaturstellen stellen die Verwendung der schnellen Fourier-Transformation zur Bestimmung der Kammerflimmerzykluslänge dar: Carlisle, Br. Heart J., 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. J. Pharmac., 63, 587 (1978) und Worley et al., Am. J. Cardiol., 55, 813 (1985) eine Zähl technik über einen bestimmten Zeitraum oder messen R-R-Inter valle, um die Kammerflimmerzykluslänge zu bestimmen. Die Leh ren dieser Literaturstellen werden durch Bezugnahme mitaufge nommen.

Bei einigen Patienten kann die Kammerflimmerzykluslänge von einem Kammerflimmerereignis zum nächsten Kammerflimmerereignis relativ konstant sein. Für diese Patienten ist es mit dem vor liegenden Verfahren nur einmal nötig, die Kammerflimmerzyklus länge zu bestimmen, da bei jedem nachfolgenden Kammerflimmer ereignis die Kammerflimmerzykluslänge ungefähr gleich der, die ur sprünglich gemessen wurde, ist. Bei anderen Patienten verän dert sich jedoch die Kammerflimmerzykluslänge von Kammerflim merereignis zu Kammerflimmerereignis. Bei diesen Patienten ist es gemäß dem vorliegenden Verfahren notwendig, die Kammerflim merzykluslänge bei jedem Kammerflimmerereignis zu bestimmen.

Wenn die Rammerflimmerzykluslänge eines Patienten einmal be stimmt worden ist, kann die Defibrillation erreicht werden, indem dem Patienten aufeinanderfolgend eine Vielzahl von Stromstößen, d.h. Schocks, verabreicht wird. Daher ist ein zweites Element der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zur Verabreichung von Elektroschocks an ein Säugetier.

Solche Einrichtungen sind dem Fachmann auf dem Gebiet elektri scher Impulsdefibrillation wohlbekannt. Typische derartige Einrichtungen umfassen üblicherweise eine Energiespeicher quelle, die mit einer oder mehreren Elektroschocks abgebenden Elektroden verbunden ist. Solche Elektroden haben einen be kannten Aufbau, siehe zum Beispiel US Patent Nr. 42 70 549 und US Patent Nr. 39 42 536. Weiterhin können die Meßelektro de oder die Meßelektroden und die Elektroschock abgebende Elektrode oder Elektroden teilweise oder vollständig verbun den sein. Die Energiespeicherquelle, die üblicherweise ein Kondensator ist, kann in einem üblichen Ladezyklus unter der Kontrolle der Zeitmeßvorrichtung wieder aufgeladen werden.

Interne oder externe Verfahren zur Verabreichung von Strom stößen können verwendet werden, um die Vielzahl von Strom stößen, die gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, zu verabreichen. Interne Methoden der Verabreichung, d. h. das Abgeben der Schocks an das Herz des Patienten, sind bevorzugt.

Weiterhin kann, wenn mehr als zwei Elektroden verwendet werden, um den Elektroschock abzugeben, der Schock über mehrere ver schiedene Wege abgegeben werden. Normalerweise werden die ver schiedenen Leitungswege im wesentlichen zur selben Zeit mit einem Elektroschock versetzt, wobei üblicherweise etwa 0,2 Millisekunden-Zeiträume zwischen den Schocks liegen. Jedoch kann in bestimmten Fällen jeder Weg zu verschiedenen Zeiten einen Stromstoß erhalten. Alle oben angegebenen Methoden zur Verabreichung von Elektroschocks sind dem Fachmann wohlbekannt und liegen deshalb im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Der Zeitverlauf zwischen den Schocks, der ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, basiert auf der Kammer flimmerzykluslänge des Patienten. Im allgemeinen wird jeder nachfolgende Schock nach einem ausgewählten Zeitintervall abge geben, das im Bereich von etwa 30% bis etwa 200% der Kammer flimmerzykluslänge des Patienten liegt, nachdem der vorher gehende Schock verabreicht worden ist. Ein bevorzugter Zeit intervallbereich zur Verabreichung nachfolgender Schocks liegt bei etwa 60% bis etwa 85% der Kammerflimmerzykluslänge. Aufein anderfolgende Schocks werden am bevorzugtesten mit einem zeit lichen Abstand verabreicht, der etwa 75% bis etwa 85% der Kam merflimmerzykluslänge des Patienten ist.

Da die zeitliche Steuerung zwischen den Schocks ein wesent liches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, ist das letzte Element der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Zeit meßvorrichtung, die elektrisch mit dem Meßglied und der Ein richtung zur Verabreichung von Elektroschocks verbunden ist, um die Einrichtung zur Verabreichung von Elektroschocks so zu aktivieren, daß sie eine Vielzahl von Stromstößen aufeinander folgend an den Patienten abgibt, wobei der Zeitraum zwischen den Stromstößen sich nach der Kammerflimmerzykluslänge, die mit Hilfe des Meßgliedes bestimmt wurde, richtet. Die Zeitmeß vorrichtung bestimmt das geeignete Zeitintervall zwischen den Stromstößen, indem sie den Wert für das Zeitintervall der Kammerflimmerzykluslänge, der vom Meßglied an die Zeitmeßvor richtung übertragen wurde, mit einem vorher bestimmten Wert multipliziert. Dieser Wert wird so ausgewählt, daß der zweite, nachfolgende Defibrillationsschock stattfindet nach einem Zeit raum, der ein Prozentanteil der Kammerflimmerzykluslänge ist, nach Verabreichung des ersten Defibrillationsschocks (d. h., wenn es erwünscht ist, aufeinanderfolgende Schocks in einem Zeitintervall abzugeben, das 75% der Kammerflimmerzykluslänge des Patienten beträgt, wird der Wert, mit dem multipliziert werden soll, auf 0,75 festgesetzt). Wenn einmal die Zeitmeß vorrichtung das Zeitintervall zwischen den Defibrillations schocks bestimmt hat, gibt es ein entsprechendes Signal an die Vorrichtung zur Abgabe der Elektroschocks, um den ersten Schock an den Patienten abzugeben. Ein zweiter, nachfolgender Schock wird dann an den Patienten abgegeben durch die Einrichtung zur Abgabe von Elektroschocks, wenn einmal das Zeitintervall, das durch die Zeitmeßeinrichtung vorgegeben wurde, nach Verab reichung des ersten Schocks abgelaufen ist.

Die Anzahl der Schocks unterhalb des Schwellenwertes, die er forderlich ist zur Defibrillation, ist nicht kritisch. Obwohl die Defibrillation unter Verwendung von zwei Schocks bevorzugt ist, liegt auch eine Defibrillation unter Verwendung von drei, vier, fünf oder sogar mehr Schocks im Bereich der vorliegen den Erfindung, vorausgesetzt, der zeitliche Verlauf der auf einanderfolgenden Schocks richtet sich nach der vorher be stimmten Kammerflimmerzykluslänge. Wenn mehr als zwei Schocks verabreicht werden, muß das Zeitintervall zwischen dem zweiten und dritten Schock, dem dritten und vierten Schock, etc., nicht das gleiche Zeitintervall sein, das bei den vorher ver abreichten Schocks verwendet wurde.

Stromstärke, Spannung, Art und Dauer der angewendeten Stromstöße kön nen in weitem Bereich variieren, solange der entstehende Strom stoß ein Schock unterhalb des Schwellenwertes ist. Die Strom stöße können einphasig oder mehrphasig, einschließlich zwei phasig oder dreiphasig, sein. Weiterhin müssen die Stromstöße, die verwendet werden, um die aufeinanderfolgenden Elektro schocks unterhalb des Schwellenwertes zu liefern, die gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, nicht identisch sein, d. h. der erste Stromstoß kann sich von dem zweiten Strom stoß unterscheiden, der sich wiederum von dem Dritten unter scheiden kann, etc.. Typische Bereiche für Stromstärke, Spannung und Dauer des Stromstoßes ebenso wie die Arten des Stromstoßes, die angewendet werden können, sind wie unten beschrieben.

Der unten beschriebene Spannungsbereich ist geeignet für die interne Verabreichung von Stromstößen. Die externe Verab reichung von Stromstößen erfordert, wie es dem Fachmann wohl bekannt ist, wesentlich höhere Spannungsbereiche als die unten angegebenen. Geeignete Spannungsbereiche für die externe Elek troimpulsdefibrillation sind dem Fachmann wohlbekannt und wer den deshalb unten nicht beschrieben.

Die Stromstärke des abgegebenen Stromstoßes kann von 0,4 Ampere bis etwa 16 Ampere variieren. Ein bevorzugter Stromstärkebereich ist etwa 4 Ampere bis etwa 10 Ampere.

Die für den Stromstoß gelieferte Spannung variiert von etwa 20 bis etwa 800 Volt. Ein bevorzugter Spannungsbereich ist etwa 100 bis etwa 500 Volt. Der Stromstoß wird am bevorzugtesten etwa 200 bis etwa 300 Volt haben.

Die Dauer des Stromstoßes, der verwendet wird, um einen Schock unterhalb des Schwellenwertes zu liefern, kann von 1 Millise kunde bis etwa 40 Millisekunden variieren, bevorzugter etwa 5 bis etwa 25 Millisekunden. Am meisten bevorzugt ist eine Strom stoßdauer im Bereich von etwa 8 Millisekunden bis etwa 15 Milli sekunden.

Die Art des gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Strom stoßes kann jede Art von im Stand der Technik bekannter Strom stoßwellenform sein. Beispiele solcher Wellenformen schließen abgestumpfte Standard-Exponential-Wellenformen, wie die von Schuder et al. in Trans. Am. Soc. Artif. Organs, 15, 207 (1970) beschriebenen; Rechteckimpuls-Wellenformen; trapezförmige Wellenformen; Quadratimpuls-Wellenformen und dergleichen ein. Eine abgestumpfte Standard-Exponential-Wellenform ist für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt.

Um das hier beanspruchte Verfahren zur Defibrillation und seine Vorteile gegenüber anderen Defibrillationstechniken zu zeigen, wurden die folgenden Versuche durchgeführt. Die Versuche sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung in irgendeiner Hinsicht beschränken.

Multiple Stromstöße - Fixiertes Zeitintervall verglichen mit Zeitintervall basierend auf einem Prozentanteil der Kammer flimmerzykluslänge

Hunden, die mit Pentobarbital anästhesiert worden waren und einen offenen Brustkorb hatten, wurden Defibrillationselektro den in spring-patch-Anordnung und zwölf Einstechaufzeich nungselektroden in die linke und rechte Seite des Myokards implantiert. Bei den Tieren wurde ein Kammerflimmern elektrisch induziert. Ein Computer wurde verwendet, um die Elektrogramme der Aufzeichnungselektroden während der ersten 15 Sekunden des Kammerflimmerereignisses aufzunehmen und die Kammerflimmer zykluslänge zu bestimmen, indem das durchschnittliche R-R- Intervall der einzelnen Elektrokardiogramme festgestellt wurde.

Der Computer triggerte dann den Defibrillationsversuch durch Aktivieren von zwei Defibrillatoren in solcher Weise, daß die Zeitabstände zwischen den abgegebenen Elektroschocks eine Länge hatten, die einem vorbestimmten Prozentanteil der Kam merflimmerzykluslänge entsprach. Jeder Defibrillator erzeugte einen einphasigen, abgestumpften exponentiellen Schock mit einer 63%-igen Neigung und identischen Vorderflankenspannungen. Die Tiere wurden dann beobachtet, um festzustellen, ob die Elektroschocks das Kammerflimmern in einen normalen Sinus rhythmus umwandeln konnten.

Sobald sich der normale Sinusrhythmus wieder einstellte, wurde nach einer dreiminütigen Pause ein weiteres Kammerflimmern initiiert. Wenn sich der normale Sinusrhythmus nicht einstellte, wurden die Tiere sofort mit einem Schock von 15 bis 20 Joule gerettet, und nach einer dreiminütigen Pause wurde ein weiteres Flimmern initiiert. Abhängig von dem Verlauf des vorherigen De fibrillationsversuches wurde die Energie des Defibrillations schocks nach oben oder unten verändert gemäß einem vorgegebenen Protokoll, was die 50% Defibrillationserfolgsschwelle lieferte (d. h. die Energie (pro Schock), von der zu erwarten ist, daß sie 50% der Zeit defibrilliert). Das obige Verfahren wurde dann mit vier verschiedenen vorbestimmten Prozentanteilen der Kammer flimmerzykluslänge wiederholt.

Dieselbe Versuchsfolge wurde dann wiederholt nach Verabreichung von Clofilium an die Testtiere. Clofilium verlangsamt das Kam merflimmern und erhöht dadurch die Kammerflimmerzykluslänge. Die Defibrillationsschwellenenergie von nicht mit Clofilium be handelten Tieren wurde verglichen mit der von mit Clofilium be handelten Tieren, um zu bestimmen, ob die Defibrillations schwellenenergie dem absoluten Zeitabstand (DT) zwischen den Schocks entspricht oder einem Zeitintervall, das auf einen Prozentteil der Kammerflimmerzykluslänge bezogen ist. Die Er gebnisse sind in den Tabellen I und II unten aufgeführt.

Tabelle I liefert die Testergebnisse, die von einem Testtier erhalten wurden. Spalte 6 von Tabelle I liefert den Prozent teil der Kammerflimmerzykluslänge (FCL), d. h. den Zeitpunkt, zu dem der zweite Elektroschock abgegeben wurde. Die Spalten 5 und 7 zeigen die gemessenen Kammerflimmerzykluslängen in Millise kunden ohne Behandlung mit Clofilium bzw. bei Behandlung mit Clofilium. Die Spalten 4 und 8 zeigen den absoluten Zeitabstand (DT) zwischen den Elektroschocks ohne Behandlung mit Clofilium bzw. bei Behandlung mit Clofilium. Die Spalten 3 und 8 zeigen die jeweilige Defibrillationsschwellenenergie (DFT), die wie oben beschrieben erhalten wurde. Schließlich zeigen die Spalten 1, 2, 10 und 11 die Spannungen und Stromstärken, die der DFT- Energie der Spalten 3 und 9 entsprechen.

Tabelle II liefert die Testergebnisse, die mit einem zweiten Testtier erhalten wurden. Die Spalten sind genau wie in Tabelle I aufgeteilt.

Wie aus den Tabellen I und II oben zu ersehen ist, wurde die minimale Energie, die zur Defibrillierung erforderlich ist, erhalten, sowohl bei den Versuchen mit nicht mit Clofilium be handelten Tieren als auch bei den Versuchen mit mit Clofilium behandelten Tieren, wenn die Stromstöße mit einem Zeitinter vall verabreicht wurden, das 75% der Kammerflimmerzykluslänge entsprach. Bei den Versuchen mit nicht mit Clofilium behandel ten Tieren entsprach 75% der Zykluslänge 69,2 ± 4,7 Millisekun den. Bei Behandlung mit Clofilium entsprach 75% der Zykluslänge 81,8 ± 5,7 Millisekunden. Daher bestätigt die Tatsache, daß das optimale Zeitintervall (optimal bezogen auf die Fähigkeit, mit der geringsten Menge an zugeführter Energie zu defibrillieren) zwi schen den zwei Versuchen sich unterscheidet, daß das optimale Intervall zwischen multiplen Elektroschockstößen am besten er halten wird, wenn der zeitliche Ablauf zwischen den Stromstößen, bezogen auf die Kammerflimmerzykluslänge, berechnet wird.

Die vorliegende Defibrillationsmethode und die Vorrichtung zur Durchführung derselben liefert mehrere Vorteile gegenüber den "multiplen Stromstoß"-Defibrillationstechniken, bei denen ein willkürlich ausgewähltes festes Zeitintervall zwischen den Stromstößen verwendet wird. Zuerst liefert das beanspruchte Verfahren und die beanspruchte Vorrichtung eine Defibrillation mit einem geringeren maximalen Energieeinsatz, da das vorliegen de Verfahren und die vorliegende Vorrichtung einen optimalen zeitlichen Ablauf zwischen den Defibrillationsschocks sichert. Daher liefern Verfahren und Vorrichtung der vorliegenden Er findung eine Defibrillation mit geringerer Schädigung des Ge webes und weniger Beschwerden für den Patienten.

Zweitens ist die Energie, die durch die den Elektroschock lie fernde Einrichtung der vorliegenden Vorrichtung geliefert wer den muß, geringer als die, die erforderlich wäre, wenn übliche (mit fixiertem Zeitintervall) "multiple Stromstoß"-Defibrilla tionsmethoden angewendet würden, da erfindungsgemäß ein geringer Energieeinsatz benötigt wird. Je geringer die Energie ist, die von der die Stromstöße liefernden Einrichtung geliefert wer den muß, je geringer ist die für die Defibrillationsvorrich tung erforderliche Batteriegröße. Dies läßt wiederum zu, daß das Design für die Hardware des Defibrillators ästhetischer und vor allem praktischer ist wegen der geringeren erforder lichen Größe des Geräts.

Schließlich sorgt der niedrigere Energieaufwand, der bei dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung er forderlich ist, für eine längere Batterielebensdauer bei gleicher Batteriegröße. Dieser Vorteil ist insbesondere wich tig im Fall implantierbarer Defibrillatoren, wo der Ersatz einer verbrauchten Batterie einen chirurgischen Eingriff erfordert.

Vergleich einer Einzelstromstoßdefibrillation gegenüber einer multiplen Stromstoßdefibrillation unter Verwendung eines auf Basis eines Prozentanteils der Kammerflimmerzykluslänge berech neten Zeitintervalls

Hunden, die mit Pentobarbital anästhesiert worden waren und einen offenen Brustkorb hatten, wurden Defibrillationselektro den und Aufzeichnungselektroden wie oben beschrieben einge pflanzt. Ein Kammerflimmern wurde induziert und ein Computer wurde verwendet, um die Kammerflimmerzykluslänge über die Auf zeichnungselektroden zu bestimmen und den Defibrillationsver such zu steuern. Die Effektivität eines Einzelschockdefibrilla tionsversuchs und eines Defibrillationsversuchs mit zwei Elek troschocks (wobei jeder Schock die Hälfte der Gesamtenergie des Einzelschocks hatte) wurden verglichen, indem die Kammer flimmer-Defibrillationsfolge viele Male wiederholt wurde und die Prozentzahl erfolgreicher Defibrillationsversuche notiert wurde. Bei einem nicht erfolgreichen Versuch wurde immer sofort anschließend ein Rettungselektroschock von 15 bis 20 Joule an gewendet. Wenn zwei Defibrillationselektroschocks angewendet wurden, war der zeitliche Abstand zwischen den Schocks ein vor bestimmter Prozentteil der Kammerflimmerzykluslänge. Alle Elektroschocks waren monophasige, abgestumpfte Exponential wellenformen mit 63% Neigung und mit identischen Vorderflanken spannungen.

Die Ergebnisse des obigen Versuchs sind in den Tabellen III und IV unten angegeben. Tabelle III zeigt die Ergebnisse, die mit einem Einzeldefibrillationsschock erhalten wurden. In Ta belle III zeigt Spalte 1 die Gesamtschockenergie, die an die Testtiere abgegeben wurde. Die Spalten 2, 3 und 4 zeigen Ener gie, Spannung bzw. Stromstärke des verabreichten Stromstoßes. Schließlich zeigt Spalte 5 die Anzahl erfolgreicher Defibrilla tionsversuche/Anzahl insgesamt durchgeführter Defibrillations versuche.

Tabelle IV zeigt die Ergebnisse, die unter Verwendung von mul tiplen Defibrillationselektroschocks erhalten wurden. In Ta belle IV zeigt Spalte 1 die Gesamtelektroschockenergie, die die Testtiere erhielten. Die Spalten 2, 3 und 4 zeigen Energie, Spannung bzw. Stromstärke jedes abgegebenen elektrischen Im pulses. Schließlich zeigen die Spalten 5, 6 und 7 die Anzahl erfolgreicher Defibrillationsversuche/Anzahl insgesamt durch geführter Defibrillationen, wenn multiple Schocks verabreicht wurden mit Zeitabständen von 33%, 75% bzw. 100% der Kammer flimmerzykluslänge.

Tabelle III

Einzeldefibrillationsstromstoß

Tabelle IV

Multiple Defibrillationsstromstöße

Wie aus den Tabellen III und IV oben zu entnehmen ist, kann das Defibrillationsverfahren und die -vorrichtung der vorlie genden Erfindung unter Verwendung multipler Stromstöße ver wendet werden, um einen Patienten, der eine Defibrillation be nötigt, zu defibrillieren. Tatsächlich haben das Defibrilla tionsverfahren und die -vorrichtung der vorliegenden Erfin dung, wenn die Elektroschocks mit einem Zeitintervall verab reicht werden, das ungefähr 75% der Kammerflimmerzykluslänge des Patienten entspricht, eine Erfolgsrate, die vergleichbar ist der, die erreicht werden kann bei Einsatz von "Einzel stromstoß"-Defibrillationsmethoden. Daher liefern Verfahren und Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wesentliche Vorteile gegenüber üblichen "Einzelstromstoß"-Defibrillationsmethoden, da sie die Beschwerden des Patienten und die Schädigung des Herzgewebes minimieren, da weniger Spannung, Stromstärke und Energie dem Patienten zu irgendeinem Zeitpunkt verabreicht wer den muß, um die Defibrillation zu bewirken.

Claims

1. Verfahren zur Defibrillation eines Säugetiers, das eine Defibrillation benötigt, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) zuerst die Kammerflimmerzykluslänge des Säugetiers bestimmt und
b) dann dem Säugetier eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Stromstößen verabreicht, wobei die Zeitabstände zwischen den Stromstößen berechnet werden auf Basis der Kammer flimmerzykluslänge des Säugetiers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stromstöße verabreicht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Stromstöße verabreicht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand zwischen jedem Paar von Stromstößen unabhängig etwa 30 bis etwa 200% der Kammer flimmerzykluslänge des Säugetiers beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand zwischen jedem Paar von Stromstößen unabhängig etwa 60 bis etwa 85% der Kammer flimmerzykluslänge des Säugetiers beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand zwischen jedem Paar von Stromstößen unabhängig etwa 75 bis etwa 85% der Kammer flimmerzykluslänge des Säugetiers beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stromstöße innerhalb des Körpers des Säugetiers abgegeben werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stromstärke jedes Stromstoßes etwa 4 bis etwa 10 Ampere ist; die Spannung jedes Stromstoßes etwa 200 bis 300 Volt ist; und die Dauer jedes Stromstoßes etwa 8 Millisekunden bis etwa 15 Millisekunden ist.

9. Vorrichtung zur Defibrillation eines Säugetiers, das eine Defibrillation benötigt, gekennzeichnet durch:

a) ein Meßglied zur Bestimmung der Kammerflimmerzykluslänge des Säugetiers;
b) eine Einrichtung zur Verabreichung von Elektroschocks an ein Säugetier; und
c) eine Zeitmeßeinrichtung, die elektrisch mit dem Meßglied und der Einrichtung zur Verabreichung von Elektroschocks verbunden ist, zur Aktivierung der Einrichtung zur Verab reichung von Elektroschocks so, daß die Einrichtung eine Vielzahl von Stromstößen aufeinanderfolgend an ein Säuge tier abgibt, wobei der zeitliche Abstand zwischen den Strom stößen auf der Kammerflimmerzykluslänge, die durch das Meß glied bestimmt wurde, basiert.