CZ299883B6

CZ299883B6 - Zarízení pro elektrickou stimulaci srdce

Info

Publication number: CZ299883B6
Application number: CZ20002634A
Authority: CZ
Inventors: M. Mower@Morton
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2008-12-17
Also published as: IL137321A; ATE279958T1; DK1064048T3; EP1064048B1; DE69921309D1; AP2002002486A0; SK286698B6; NO20003732D0; NO20003732L; NZ505749A; EP1064048A1; CA2318101A1; CA2318101C; CZ20002634A3; DE69921309T2; EA003163B1; US6136019A; ID26205A; SK10732000A3; IL137321A0

Abstract

Zarízení zahrnuje vodice pro aplikování elektrické stimulace do srdecní krevní náplne a stimulacní generátor pripojený k vodicum. Stimulacní generátor vytvárí dvoufázový elektrický signál, kterým se pres vodice stimuluje krevní nápln srdce tak, aby se dosáhlo stimulace srdce. Elektrický signál se skládá z první stimulacní fáze s polaritou první fáze, amplitudou (104, 204, 304, 406, 504) první fáze, tvarem první fáze a dobou trvání (106, 206, 306, 404) první fáze; a druhé stimulacní fáze s polaritou druhé fáze, amplitudou (104, 204, 304, 406, 504) druhé fáze, tvarem druhé fáze a dobou trvání (106, 206, 306, 404) druhé fáze, kde polarita prvnífáze je kladná.

Description

(57) Anotace:

Zařízení zahrnuje vodiče pro aplikování elektrické stimulace do srdeční krevní náplně a stimulační generátor připojený k vodičům. Stimulační generátor vytváří dvoufázový elektrický signál, kterým se pres vodiče stimuluje krevní náplň srdce tak, aby se dosáhlo stimulace srdce. Elektrický signál se skládá z první stimulační fáze s polaritou první fáze, amplitudou (104, 204,304,406, 504) první fáze, tvarem první fáze a dobou trvání (106,206,306,404) první fáze; a druhé stimulační fáze s polaritou druhé fáze, amplitudou (104, 204,304,406, 504) druhé fáze, tvarem druhé fáze a dobou trvání (.106,206, 306, 404) druhé fáze, kde polarita první fáze je kladná.

ČAS ms

Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro elektrickou stimulaci srdce, obecně stimulaci svalové tkáně. Vynález se týká zejména zařízení pro stimulaci srdce dvoufázovými stimulačními impulzy, které se vysílají do srdeční krevní náplně.

Dosavadní stav techniky

Činnost kardiovaskulárního systému je životně důležitá. Cirkulací krve získávají tělesné tkáně živiny a kyslík a zbavují se odpadních látek.

Pokud se cirkulace zastaví, začínají v buňkách nevratné změny, které vedou až k smrti.

Hnací silou cirkulace krve je svalová kontrakce srdce.

Svalová vlákna jsou v srdečním svalu propojena do rozvětvených sítí, které srdcem prochází ve všech směrech. Pokud se jedna část této sítě stimuluje, rozšíří se z místa stimulace do všech ostatních částí depolarizační vlna a celá struktura se stáhne (kontrahuje) jako celek.

Předtím, než lze svalová vlákna pro kontrakci stimulovat, musí se polarizovat jejich membrána.

Svalová vlákna zůstávají obecně polarizována až do stimulace, kterou může být nějaká změna v jejich prostředí. Membrána se může stimulovat elektricky, chemicky, mechanicky nebo změnou teploty. Nejmenší účinek stimulace potřebný pro vyvolání kontrakce je znám jako prahový podnět. Maximální stimulační amplituda, jakou lze působit bez vyvolání stimulace, se potom nazývá maximální podprahová amplituda.

³⁰

V případě, že se membrána stimuluje elektricky, závisí amplituda impulzu potřebného k vyvolání odezvy na několika faktorech. Prvním faktorem je doba trvání průchodu proudu. Protože celkový předaný náboj je roven součinu amplitudy proudu a doby trvání pulzu, prodloužení doby trvání podnětu je doprovázeno zmenšením prahové amplitudy proudu,

Za druhé, procento aplikovaného proudu, který skutečně projde membránou, se mění nepřímo úměrně velikosti elektrody. Za třetí, procento aplikovaného proudu, který skutečně projde membránou, se mění‘přímo úměrně vzdálenosti elektrody od tkáně.· A nakonec za čtvrté, amplituda impulzu potřebného k vyvolání odezvy závisí na načasování stimulace vzhledem k cyklu vzruši40 vosti.

Převážnou část srdce tvoří shluky a pletence specializované srdeční svatové tkáně. Tato tkáň zahrnuje srdeční systém šíření impulzů a slouží k inicializaci a distribuci depolarizačních vln po celém myokardiu. Interference nebo blokáda ve vedení srdečních impulzů může způsobit arytmii nebo znatelnou změnu v rychlosti nebo rytmu srdce.

Někdy se dá pacientovi, který trpí poruchami vodivosti, pomoci umělým kardiostimulátorem. Takové zařízení obsahuje malou baterií napájený elektrický stimulátor.

Při instalaci umělého kardiostimulátoru se obvykle elektrody zavedou žilami do pravé komory, případně do pravé síně a pravé komory, a stimulátor se uloží pod kůži na rameni nebo na břichu. Vodiče se umístí do těsného kontaktu se srdeční tkání. Kardiostimulátor poté k srdci vysílá rytmické elektrické impulzy a myokardium odpovídá rytmickými stahy. Imp lanto vatel ná zařízení pro stimulaci srdce jsou odborníkům dobře známa a v humánní medicíně se používají zhruba od

-1-.

poloviny šedesátých let.

Ke stimulaci myokardia lze použít jak katodický, tak anodický proud. Anodický proud je však pro klinické použití považován za nevhodný. Katodický proud tvoří elektrické pulzy záporné polarity. Tento typ proudu depolarizuje buněčnou membránu vybitím kondenzátoru membrány a přímo snižuje potenciál membrány směrem k prahové hodnotě. Katodický proud má při snižování potenciálu klidové membrány k prahové hodnotě v pozdní diastole o jednu polovinu až o jednu třetinu nižší prahový proud než je anodický. Anodický proud tvoří elektrické pulzy kladné polarity. Účinkem anodického proudu je hyperpolarizace klidové membrány. Při náhlém skončení anodického pulzu se potenciál, membrány vrací ke klidové hodnotě, setrvačností překročí práh a dojde k šíření depolarizační vlny. Použití anodického proudu ke stimulaci myokardia se obecně kvůli vyššímu stimulačnímu prahu, kteiý vede k použití větších proudů, rychlejšímu vybíjení baterie implantovaného zařízení a následně zkrácení její životnosti, nedoporučuje. Navíc existuje podezření, že použití anodického proudu ké stimulaci myokardia může, zejména při vyšších napětích, přispívat k aiytmogenezi.

Téměř všechny umělé kardiostimulátory pracují se stimulačními pulzy záporné polarity, v případě bipolámích systémů je katoda blíže myokardiu než anoda. Tam, kde se použití anodického proudu připouští, jde obvykle o náboj zanedbatelné velikosti .sloužící pouze pro rozptýlení zbyt20 kového náboje na elektrodě. Takový anodický proud samotné myokardium neovlivňuje. Podrobnosti lze nalézt v patentu US 4 543 956, jehož autorem je Herscovici.

Trojfázová vlna byla popsána Whighamem a kol. v patentech US 4 903 700 a US 4 821 724, a Calsem a kol. v patentu US 4 343 312. První a třetí fáze nemají nic do činění s vlastním myokar25 diem, ale slouží pouze k ovlivnění povrchu elektrody. Tedy, náboj přiváděný v těchto fázích má velmi malou amplitudu.

Nakonec, dvoufázovou stimulaci popisuje Duggan v patentu US 4 402 322. Cílem tohoto patentu je zdvojení napětí aniž by bylo potřeba velkého kondenzátoru ve výstupním obvodu. Obě fáze dvoufázové stimulace mají stejnou důležitost a dobu trvání.

Existuje tedy potřeba zlepšeného prostředku pro elektrickou stimulaci svalové tkáně, který vyvolá lepší kontrakci svalu a minimalizuje možnost poškození tkáně, se kterou elektroda bezprostředně sousedí.

Zlepšené činnosti myokardia se dosáhne dvoufázovou stimulací pomocí zařízení podle vynálezu. Kombinace katodických a anodických pulzů buď stimulující nebo stav upravující povahy si zachovává zlepšenou vodivost a kontrakti litu anodické stimulace a odstraňuje nevýhodu zvýšení stimulačního prahu. Výsledkem je depolarizační vlna se zvýšenou rychlostí šíření. Zvýšení rych40 losti šíření depolarizační vlny má za následek lepší kontrakci srdce, která vede ke zlepšení krevního oběhu. Zlepšení stimulace na nízkých napěťových úrovních vede rovněž ke snížení spotřeby energie a následnému prodloužení životnosti zdrojů kardiostimulátoru. A nakonec, zlepšená stimulace podle vynálezu umožňuje stimulaci srdce bez nutnosti umístit elektrické vodiče do těsného kontaktu se srdeční tkání. Standardní podněty provedené do krevní náplně srdce na myo45 kardium nepůsobí, protože nejsou dostatečně silné a nepřekračují stimulační práh. Ϊ když je možné zvýšit napětí pulzního generátoru na úroveň, kdy podněty na srdce působit začnou, je tato úroveň většinou tak vysoká, že působí i na svaly kosterní, Pulzy potom způsobují bolestivé cukání hrudní stěny i když byla žádoucí pouze stimulace srdce. Jak bude podrobně uvedeno dále, použitím vynálezu je možné zlepšit srdeční funkce stimulací srdeční krevní náplně.

Stejně jako sval srdeční lze elektricky, chemicky, mechanicky nebo změnou teploty stimulovat příčně pruhované svalstvo. Tam, kde se svalové vlákno stimuluje motorickým neuronem, vyšle neuron impulz, který aktivuje všechna svalová vlákna ve svém dosahu, tj. svalová vlákna ve své motorické jednotce. Depolarizace v jedné oblasti membrány stimuluje k depolarizaci i oblasti přilehlé, takže od místa stimulace se po membráně šíří do všech směrů depolarizační vlna. Tedy,

-2CZ 299883 B6 když motorický neuron vyšle impulz, jsou všechna vlákna v jeho motorické jednotce stimulována k tomu, aby se stáhla zároveň. Nejmenší síla, která vyvolá kontrakci, se nazývá prahový podnět. Všeobecně se věří, že zvýšení úrovně podnětu nad prahovou hodnotu kontrakci nijak nezvýší. Dále, protože svalová vlákna v rámci každého svalu jsou organizována do motorických jednotek a každá motorická jednotka je řízena jediným motorickým neuronem, stimulují se všechny svaly v motorické jednotce zároveň.

Ovšem, sval jako celek je řízen mnoha různými motorickými jednotkami, které reagují na různé stimulační prahy. Jinými slovy, působí-li na sval daný podnět, mohou některé motorické jednot10 ky reagovat a jiné nikoliv. .

Kombinace katodických a anodických pulzů generovaných zařízením podle vynálezu slouží rovněž k zajištění zlepšené svalové kontrakce v případech, kdy je elektrická svalová stimulace předepsána kvůli nervovému nebo svalovému poškození. Dojde-ti k poškození nervových vláken ' následkem zranění nebo nemoci, mají svalová vlákna v oblastí příslušné poškozenému nervovému vláknu sklon atrofovat nebo zanikat. Sval, který nemůže být namáhán, se může zmenšit na polovinu obvyklé velikosti v několika málo měsících. Tam, kde není stimulace, se svalová vlákna nejenom zmenšují, ale i rozpadají a degenerují a jsou nahrazována pojivovou tkání. Pomocí elektrické stimulace lze udržovat tonus svalu, takže po uzdravení nebo regeneraci nervového vlákna je svalová tkáň zachována.

Elektrickou stimulací lze udržovat tonus svalu například v případech léčení nebo regenerace nervového vlákna, kdy je odpovídající svalová tkáň zachována.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení podle předloženého vynálezu. Tato přihláška jě zčásti pokračováním US patentové přihlášky nazvané „Zvýšení elektrické vodivosti a kontrakti30 lity dvoufázovou srdeční stimulací“, pořadové číslo 08/699,552, podané 8. srpna 1996. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle vynálezu zahrnuje vodiče upravené pro aplikování elektrické stimulace do srdeční krevní náplně, aniž by docházelo k jejich styku se srdeční tkání a stimulační generátor, propojený s vodiči, pro vytváření dvoufázového elektrického signálu pro stimulaci srdce prostřednictvím krevní náplně. Generovaný elektrický signál se skládá z první stimu35 lační fáze s polaritou první stimulační fáze, amplitudou první stimulační fáze, tvarem první stimulační fáze a dobou trvání první stimulační fáze; a druhé stimulační fáze s polaritou druhé stimulační fáze, amplitudou druhé stimulační fáze, tvarem druhé stimulační fáze a dobou trvání druhé stimulační fáze. Podstata vynálezu spočívá v tom, že polarita první stimulační fáze je kladná.

Je výhodné, je-li stimulační generátor upraven pro vytvoření první stimulační fáze a druhé stimulační fáze, zaváděné do srdeční krevní náplně, bezprostředně za sebou.

S výhodou je stimulační generátor upraven pro vytvoření amplitudy první stimulační fáze, jež je maximální podprahovou amplitudou.

Jiné výhodné provedení zařízení podle vynálezu se vyznačuje tím, že stimulační generátor upraven pro vytvoření maximální podprahové amplitudy asi 0,5 až 3,5 voltu.

Další varianta zařízení má stimulační generátor upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž doba trvání je nejméně tak dlouhá, jako doba trvání druhé stimulační fáze.

Zařízení má s výhodou stimulační generátor upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž doba trvání je asi jedna až devět milisekund.

-3CZ 299883 B6

Kombinace katodických a anodických pulzů generovaných zařízením podle vynálezu slouží rovněž k zajištění zlepšené svalové kontrakce v případech, kdy je elektrická svalová stimulace předepsána kvůli nervovému nebo svalovému poškození. Dojde-li k poškození nervových vláken následkem zranění nebo nemoci, mají svalová vlákna v oblasti příslušné poškozenému nervo5 vému vláknu sklon atrofovat nebo zanikat. Sval, který nemůže být namáhán, se může zmenšit na polovinu obvyklé velikosti v několika málo měsících. Tam, kde není stimulace, se svalová vlákna nejenom zmenšují, ale i rozpadají a degenerují a jsou nahrazována pojivovou tkání. Pomocí elektrické stimulace lze udržovat tonus svalu, takže po uzdravení nebo regeneraci nervového vlákna je svalová tkáň zachována.

Elektrickou stimulací předmětným zařízením lze udržovat tonus svalu například v případech léčení nebo regenerace nervového vlákna, kdy je odpovídající svalová tkáň zachována. Zlepšené svalové kontrakce se dosáhne dvoufázovou stimulací podle vynálezu. Kombinace katodických a anodických pulzů buď stimulující nebo stav upravující povahy vede ke kontrakci většího počtu motorických jednotek při nižší úrovni napětí a tudíž lepší reakci svalu.

Cílem vynálezu je zajistit zlepšenou stimulaci srdeční tkáně. Dalším cílem vynálezu je zvýšit výkon srdce pomocí větší kontrakce, která povede k většímu objemu zdvihu.

Dalším cílem vynálezu je zvýšit rychlost šíření impulzu.

Dalším cílem vynálezu je prodloužit životnost baterie zařízení.

Dalším cílem vynálezu je zajistit účinnou srdeční stimulací při nižších napěťových úrovních.

Dalším cílem vynálezu je zrušit nutnost umístění elektrických vodičů do bezprostředního styku s tkání, která se má stimulovat.

Dalším cílem vynálezu je zajistit zlepšenou stimulaci svalové tkáně.

Dalším cílem vynálezu je zajistit kontrakci většího počtu svalových motorických jednotek při nižších napěťových úrovních.

Zařízení pro svalovou stimulaci podle vynálezu zahrnuje působení dvoufázové stimulace na sva35 lovou tkáň, v níž se působí jak katodickými, tak anodickými pulzy. V prvním aspektu vynálezu se touto stimulací působí na myokardium s úmyslem zlepšit jeho činnost.

V dalším aspektu vynálezu se touto stimulací působí na srdeční krevní náplň. Tím je umožněna srdeční stimulace i bez bezprostředního styku elektrických vodičů se srdeční tkání.

V dalším aspektu vynálezu se stimulací působí na příčně pruhovanou svalovou tkáň k vyvolání svalové reakce.

Elektronické obvody zařízení podle vynálezu jsou uspořádány tak, aby generovaly pulzy, které jsou popsány v této přihlášce.

Zařízení podle vynálezu vytváří první a druhou stimulační fázi, každá stimulační fáze má polaritu, amplitudu, průběh nebo tvar a dobu trvání. U výhodného provedení zařízení mají první a druhá fáze různé polarity. V prvním alternativním provedení mají první a druhá fáze různé amplitudy. V druhém alternativním provedení mají první a druhá fáze různé doby trvání. Ve třetím alternativním provedení se první fáze skládá z několika samostatných impulzů. Ve čtvrtém alternativním provedení amplituda první fáze nabíhá postupně. V pátém alternativním provedení se první fází působí 200 milisekund po ukončení srdečního cyklu. V přednostním alternativním provedení je první fází stimulace anodický pulz s maximální podprahovou amplitudou s dlouhou dobou trvání a druhou fází stimulace je kratší katodický pulz s velkou amplitudou. Rozumí se, že

-4CZ 299883 B6 výše uvedená alternativní provedení se mohou různými způsoby kombinovat. Rozumí se také, že alternativní provedení jsou pouze příkladná, a vynález se na ně v žádném případě neomezuje.

Přehled obrázků na výkresech .

Na obr. 1 je schematické znázornění dvoufázové stimulace s první fází anodickou, prováděné zařízením podle předmětného vynálezu.

Na obr. 2 je schematicky znázorněn průběh pulzů generovaných zařízením pro dvoufázovou stimulaci s první fází katodickou,

Na obr. 3 je schematické znázornění první anodické stimulace nízké úrovně a dlouhé doby trvání, po které následuje obvyklá katodická stimulace.

Na obr. 4 je schematické znázornění první anodické stimulace s postupně nabíhající amplitudou nízké úrovně a s dlouhou dobou trvání, po které následuje obvyklá katodická stimulace.

Na obr. 5 je schematické znázornění první anodické stimulace nízké úrovně a krátké doby trvání rozdělené do série několika pulzů, po které následuje obvyklá katodická stimulace.

Na obr. 6 je graf závislosti vodivosti napříč vlákny na době trvání stimulačního pulzu dvoufázové stimulace s první fází anodickou.

Na obr. 7 je graf závislosti vodivosti podél vláken na době trvání stimulačního pulzu dvoufázové stimulace s první fází anodickou.

Příklady provedení vynálezu

Vynález se týká zařízení pro dvoufázovou elektrickou stimulaci svalové tkáně.

Na obr. 1 je znázorněna dvoufázová elektrická,stimulace pomocí zařízení podle vynálezu, jejíž první stimulační fází je anodický podnět 102 s amplitudou 104 první stimulační fáze a dobou trvání 106 první stimulační fáze. Po první stimulační fázi bezprostředně následuje druhá stimulační fáze, kterou je katodická stimulace 108 stejné intenzity a doby trvání.

Na obr. 2 je znázorněna dvoufázová elektrická stimulace pomocí zařízení podle vynálezu, jejíž první stimulační fází je katodický podnět 202 s amplitudou 204 první stimulační fáze a dobou trvání 206 první stimulační fáze.

Po první stimulační fází bezprostředně následuje druhá stimulační fáze, kterou je anodická stimulace 208 stejné intenzity a doby trvání.

Na obr. 3 je výhodné provedení vynálezu, v němž první stimulační fázi tvoří nízkoúrovňová a dlouho trvající anodická stimulace 302 s amplitudou 304 první stimulační fáze a dobou trvání

306 první stimulační fáze. Na první stimulační fázi bezprostředně navazuje druhá stimulační fáze s katodickou stimulací 308 obvyklé intenzity a doby trvání. V alternativním provedení vynálezu má anodická stimulace 302 maximální podprahovou amplitudu. U dalšího alternativního provedení zařízení má anodická stimulace 302 amplitudu menší než 3 V. V dalším alternativním provedení zařízení podle vynálezu trvá anodická stimulace 302 po dobu 2 až 8 ms. U dalšího alter50 nativního provedení zařízení má katodická stimulace 308 krátkou dobu trvání. V dalším alternativním provedení zařízení trvá katodická stimulace 308 po dobu 0,3 až 0,8 ms. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 308 velkou amplitudu. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 308 amplitudu v přibližném rozsahu, 3 až 20 V. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 308 dobu trvání menší než

-5CZ 299883 B6

0,3 ms a napětí větší než 20 V. V dalším alternativním provedení vynálezu se anodická stimulace 302 provede více než 200 ms po úderu srdce. V zařízeních podle těchto provedení, případně u jejich alternativa úprav zřejmých z uvedeného popisu, se v první stimulační fázi dosáhne maximálního potenciálu membrány, avšak bez její aktivace.

Na obr. 4 je znázorněna činnost alternativního výhodného provedení zařízení, při níž první stimulační fázi tvoří anodická stimulace 402 s postupně se zvětšující amplitudou 406 první stimulační fáze a dobou trvání 404 první stimulační fáze. Průběh stoupající intenzity 406 může být lineární nebo nelineární, sklon se může měnit. Na anodickou stimulaci bezprostředně navazuje i o druhá stimulační fáze s katodickou stimulací 408 obvyklé intenzity a doby trvání. V alternativním provedení vynálezu anodická stimulace 402 stoupá k maximální podprahové amplitudě. V dalším alternativním provedení vynálezu anodická stimulace 402 stoupá k maximální amplitudě, která je menší než 3 V. V dalším alternativním provedení vynálezu trvá anodická stimulace 402 po dobu až 8 ms. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 408 krátkou dobu trvání, V dalším alternativním provedení vynálezu trvá katodická stimulace 408 po dobu 0,3 až 0,8 ms. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 408 velkou amplitudu. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 408 amplitudu v přibližném rozsahu 3 až 20 V. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 408 dobu trvání menší než 0,3 ms a napětí větší než 20 V. V dalším alternativním prove20 dění vynálezu se anodická stimulace 402 provede více než 200 ms po úderu srdce. Ve způsobech podle těchto provedení, případně jejich alternativa úprav zřejmých z uvedeného popisu, se v první fázi stimulace dosáhne maximálního potenciálu membrány, avšak bez její aktivace.

Na obr. 5 je alternativní výhodné provedení vynálezu, v němž první stimulační fázi tvoří série

5 02 anodických pulzů s amplitudou 504 první stimulační fáze. V jednom provedení je klidová perioda 506 stejně dlouhá jako stimulační perioda 508 a její amplituda má základovou (nulovou) hodnotu. V alternativním provedení se délka klidová periody 506 liší od délky stimulační periody 508 a její amplituda má základovou hodnotu. Klidová perioda 506 následuje za každou stimulační periodou 508 s výjimkou poslední stimulační periody, za kterou bezprostředně následuje druhá stimulační fáze s katodickou stimulací 510 obvyklé intenzity a doby trvání. V alternativním provedení vynálezu má celkový náboj, předaný sérií 502 anodické stimulace, maximálně podprahovou úroveň. V dalším alternativním provedení vynálezu se první stimulační pulz série 502 provede více než 200 ms po úderu srdce. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 510 krátkou dobu trvání. V dalším alternativním provedení vynálezu trvá kato35 dická stimulace 510 po dobu 0,3 až 0,8 ms. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 510 velkou amplitudu. V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 510 amplitudu v přibližném rozsahu 3 až 20 V, V dalším alternativním provedení vynálezu má katodická stimulace 510 dobu trvání méňší než 0,3 ms a napětí větší než 20 V.

Příklad 1

Stimulační a vodivostní charakteristiky myokardia byly studovány na odděleném srdcí s použitím pulzů různých polarit a fází generovaných zařízením podle vynálezu. Experimenty se prováděly na.pěti oddělených králičích srdcích připravených podle Langěndorffa. Vodivost (rychlost šíření vlny) na epikardiu se měřila pomocí řady bipolámích elektrod. Měřilo se v rozmezí mezi šesti a devíti milimetry od stimulovaného místa. Tranšmembránový potenciál se zaznamenával pomocí . plovoucí vnitrobuněčné mikroelektrody. Zkoumány byly následující režimy: jednofázový katodický pulz, jednofázový anodický pulz, dvoufázový pulz začínající katodickou fází a dvoufázový pulz začínající anodickou fází.

V tabulce 1 jsou pro každý stimulační režim uvedeny rychlosti šíření ve směru příčném k vláknům pro stimulace třemi, čtyřmi a pěti volty a dobou trvání pulzů dvě milisekundy.

-6cz zvwls bo

Tabulka 1

Rychlost šíření [cm/s] ve směru příčném k vláknům, trvání 2 ms

	3V	'4V	5V
Katodický jednofázový	18,9+2,5	21,4±2,6	23,3±3,0
Anodický jednofázový	24,0±2,3	27,5+2,1	31,3±1,7
Dvoufázový, první katodický	27,1+1,2	28,2±2,3	27,5±1,8
Dvoufázový, první anodický	26,8+2,1	28,5+0,7	29,7±1,8

V tabulce 2 jsou pro každý režim uvedeny rychlosti šíření ve směru podélném s vlákny pro stimulace třemi, čtyřmi a pěti votty a dobou trvání pulzů dvě milisekundy,

Tabulka 2

Rychlost šíření [cm/s] ve směru podélném s vlákny, trvání 2 ms

	3V	4V	5V
Katodický jednofázový	45,3+0,9	47,4±1,8	49,7+1,5
Anodický jednofázový	48,lil,2	51,8+0,5	54,9±0,7
Dvoufázový, první katodický	50,8±0,9	52,6±1,1	52,8+1,7
Dvoufázový, první anodický	52,6±2,5	55,3+1,5	54,2±2,3

Rozdíly v rychlosti šíření (vodivosti) mezi jednofázovým katodickým pulzem, jednofázovým anodickým pulzem, dvoufázovým pulzem začínajícím katodickou fází a dvoufázovým pulzem začínajícím anodickou fází jsou významné (p<0,001). Při měření transmembránového potenciálu se zjistilo, že maximální gradient ((dV/dt)max) akčního potenciálu dobře odpovídá změnám rychlosti šíření v podélném směru. Pro 4 V pulz o době trvání 2 ms bylo (dV/dt)max pro katodické pulzy 63,5 ± 2,4 V/s a pro anodické pulzy 75,5 ± 5,6 V/s.

Příklad 2

Vliv různých stimulačních režimů na srdeční elektrofyziologii byl zkoumán na oddělených králičích srdcích připravených Langendorffovou metodou. Stimulaci tvořily obdélníkové pulzy o konstantním napětí. Zkoumaly se následující režimy: jednofázový anodický pulz, jednofázový katodický pulz, dvoufázový pulz začínající anodickou fází a dvoufázový pulz začínající katodic30 kou fází. Použité napětí se měnilo v rozmezí od jednoho do pěti voltů s krokem jeden volt pro všechny stimulační režimy. Doba trvání pulzu se měnila v rozmezí od dvou do desíti milisekund s krokem dvě milisekundy. Epikardiální rychlosti šíření se měřily podél a napříč směru ventrikulárních vláken mezi vzdálenostmi tři a šest milimetrů od volné stěny levé komory. Na obr. 6 a 7 je ukázán vliv doby trvání stimulačního pulzu a stimulačního režimu na rychlosti šíření.

Na obr. 6 jsou rychlosti měřené mezi třemi a šesti milimetry příčně ke směru vláken. V této oblasti vykazuje v celém zkoušeném rozsahu délek pulzu nejmenší rychlost šíření jednofázová katodická stimulace 602. Poté následuje jednofázová anodická stimulace 604 a dvoufázová stimulace s první katodickou fází 606. Nej rychlejší šíření vlny (nej lepší vodivost) vykazuje dvoufá40 zová stimulace s první anodickou fází 608.

Na obr. 7 jsou rychlosti šíření měřené mezi třemi a šesti milimetry rovnoběžně se směrem vláken. V této oblasti vykazuje v celém zkoušeném rozsahu délek pulzu nejmenší vodivost jednofázová katodická stimulace 702.

-7CZ 299883 B6

Výsledky jednofázové anodické stimulace 704 a dvoufázové stimulace s první katodickou fází 706 jsou prakticky shodné, jednofázová anodická stimulace vykazuje nepatrně větší vodivost. Nej rychlejší šíření vlny vykazuje dvoufázová stimulace s první anodickou fází 708.

V jednom aspektu vynálezu zařízení působí elektrickou stimulací na srdeční sval. Anodická složka dvoufázové elektrické stimulace zvyšuje kontraktilitu srdce hyperpolarizací tkáně před excitací, což vede k rychlejšímu šíření impulzu a uvolnění většího množství vnitrobuněčného vápníku a tím nakonec k lepší kontrakci.

io

Katodická složka stimulace eliminuje nedostatky anodické stimulace. Výsledkem je účinná srdeční stimulace při napětí nižším, než by bylo potřeba pouze s anodickou stimulací. Tím se dále jednak šetří baterie zařízení a také zmenšuje poškození tkáně.

Ve druhém aspektu vynálezu se dvoufázová elektrická stimulace provádí do srdeční krevní náplně, tj. krve, která vstupuje do srdce a obklopuje jej. Tím je umožněna stimulace srdce bez přímého styku elektrod se srdeční tkání, čímž se minimalizuje riziko poškození takové tkáně. Stimulační práh dvoufázové stimulace prováděné přes krevní náplň leží ve stejném rozsahu jako standardní podněty prováděné přímo do srdečního svalu. Využitím dvoufázové elektrické stimu20 láce prováděné do srdeční krevní náplně je tedy možné dosáhnout zlepšené kontrakce srdce bez stahů kosterních svalů, poškození srdečního svalu i nepříznivých vlivů na krevní náplň.

Ve třetím aspektu vynálezu se dvoufázovou elektrickou stimulací působí na příčně pruhované svalstvo. Kombinace anodické a katodické stimulace vede ke kontrakci většího počtu svalových motorických jednotek při menším napětí, tj. lepší svalové odezvě.

Zvýše popsaného základního konceptu vynálezu je jistě odborníkům zřejmé, že uvedený popis provedení vynálezu je pouze příkladný, nikoliv omezující. Odborníkům jsou jistě zřejmé mnohé možné změny, zlepšení či úpravy, které v této patentové přihlášce popsány nejsou. Všechny takové změny, zlepšení či úpravy by proto měly být posouzeny v duchu a rozsahu připojených patentových nároků,

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce, zahrnující vodiče upravené pro aplikování elektric40 ké stimulace do srdeční krevní náplně, aniž by docházelo k jejich styku se srdeční tkání a stimulační generátor, propojený s vodiči, pro vytváření dvoufázového elektrického signálu pro stimulaci srdce prostřednictvím krevní náplně, přičemž elektrický signál se skládá z první stimulační fáze s polaritou první stimulační fáze, amplitudou (104, 204, 304, 406, 504) první stimulační fáze, tvarem první stimulační fáze a dobou trvání (106, 206, 306, 404) první stimulační

45 fáze;a druhé stimulační fáze s polaritou druhé stimulační fáze, amplitudou (104, 204, 304, 406, 504) druhé stimulační fáze, tvarem druhé stimulační fáze a dobou trvání (106, 206, 306, 404) druhé stimulační fáze, vyznačující* se t í m , že polarita první stimulační fáze je kladná.

50
2. Zařízení podle nároku 1, vy zn ač uj íeí se t í m , že stimulační generátor je upraven pro vytvoření první stimulační fáze a druhé stimulační fáze, zaváděné do srdeční krevní náplně, bezprostředně za sebou.

-8CZ 299883 B6
3. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 1,vyznačující se t í m , že stimulační generátor je upraven pro vytvoření amplitudy (104, 204, 304, 406, 504) první stimulační fáze, jenž je maximální podprahovou amplitudou.
5 4. Zařízení podle nároku 3,vyznačující se tím, že stimulační generátor je upraven pro vytvoření maximální podprahové amplitudy asi 0,5 až 3,5 voltu.

5. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že stimulační generátor je upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž doba trvání (106, 206, 306, 404) je nejméně tak dlouhá, io jako doba trvání (106,206,306,404) druhé stimulační fáze.
6. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že stimulační generátor je upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž doba trvání (106, 206, 306, 404) je asi jedna až devět milisekund.
7. Zařízení pro elektrickou stimulaci srdce podle nároku 1, vyznačující se tím, že stimulační generátor je upraven pro vytvoření druhé stimulační fáze, jejíž doba trvání (106, 206, 306,404) je asi 0,2 až 0,9 milisekundy.

20
8. Zařízení podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že stimulační generátor je upraven . pro vytvoření druhé stimulační fáze, jej íž amplituda je asi dva až dvacet voltů,
9. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se t í m , že stimulační generátor je upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jež je zahájena více než 200 milisekund po dokončení cyklu

25 úderu srdce.
10. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se t í m , že stimulační generátor je upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž amplituda (104, 204, 304, 406, 504) je menší než amplituda (104,204, 304, 406, 504) druhé stimulační fáze.
11. Zařízení podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se t í m , že stimulační generátor je upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž amplituda (104, 204, 304, 406, 504) je zvětšována postupně od základní hodnoty na druhou hodnotu.

35
12. Zařízení podle nároku 11,vyznačující se t í m , že stimulační generátor je upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž druhá hodnota amplitudy (104, 204, 304, 406, 504) je rovna amplitudě (104, 204, 304,406, 504) druhé stimulační fáze.
13. Zařízení podle nároku 11,vyznačující se t í m , že stimulační generátor je upraven

40 pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž druhá hodnota amplitudy (104, 204, 304, 406, 504) je rovna maximální podprahové amplitudě.
14. Zařízení podle nároku 13,vyznačující se tím, že stimulační generátor je upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž druhá hodnota amplitudy (104, 204, 304, 406, 504) je

45 rovna maximální podprahové amplitudě, jež je asi 0,5 až 3,5 voltu.
15. Zařízení podle nároku 11, v y z n a č u j í c í se t í m , že stimulační generátor je upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž doba trvání (106, 206, 306, 404) je nejméně tak dlouhá, jako doba trvání (106, 206, 306,404) druhé stimulační fáze.
16. Zařízení podle nároku 11,vyznačující se tím, že stimulační generátor je upraven pro vytvoření první stimulační fáze, jejíž doba trvání (106, 206, 306, 404) je asi jedna až devět milisekund.

-9CZ 299883 B6
17. Zařízení podle nároku 11,vyznačující se tím, že stimulační generátor je upraven pro vytvoření druhé stimulační fáze, jejíž doba trvání (106, 206, 306, 404) je asi 0,2 až 0,9 milisekundy.

5
18. Zařízení podle nároku 11,vyznačuj ící se tím, že stimulační generátor je upraven pro vytvoření druhé stimulační fáze, jejíž amplituda (104, 204, 304, 406, 504) je asi dva až dvacet voltů.
19. Zařízení podle nároku 1 nebo ll,vyznačující se t í m, že stimulační generátor je io upraven pro vytvoření druhé stimulační fáze, jejíž doba trvání (106, 206, 306, 404) je kratší než

0,3 milisekundy a amplituda (104, 204, 304, 406, 504) druhé stimulační fáze je větší než 20 voltů.
20. Zařízení podle nároku 1,vyznačuj ící se tím, že stimulační generátor je upraven

15 pro vytvoření první stimulační fáze, jenž dále zahrnuje sérii stimulačních pulzů s předem stanovenou amplitudou (104, 204, 304, 406, 504), polaritou a dobou trvání (106, 206, 306, 404), přičemž první stimulační fáze dále zahrnuje sérii klidových period.
21. Zařízení podle nároku 20, v y z n a č u j í c í se t í m, že stimulační generátor je upraven

20 pro vytvoření první stimulační fáze, přičemž tato dále zahrnuje klidovou periodu se základní amplitudou, jež následuje alespoň po jednom stimulačním pulzu.
22. Zařízení podle nároku 21,vyznačující se tím, že stimulační generátor je upraven pro vytvoření klidové periody, která má stejnou dobu trvání (106, 206, 306, 404) jako je doba
25 trvání stimulačního pulzu.