DE19927615A1 - Implantierbare Detektionsvorrichtung zur Erkennung von Ischämie-Zuständen des Herzens - Google Patents

Abstract

Eine implantierbare Detektionsvorrichtung zur Erkennung von Ischämie-Zuständen des Herzens ist versehen mit DOLLAR A - einer Stimulationseinrichtung (15) zur Abgabe eines Stimulationsimpulses an das Herz, DOLLAR A - einer Elektroden-Sensoranordnung (2) zur Detektion des durch einen Stimulationsimpuls erzeugten, ventrikulär evozierten Reizantwort-Signals (VER) des Herzens, DOLLAR A - einer Blutströmungs-Sensoranordnung (9) zur indirekten oder direkten Erfassung des Blutversorgungszustandes des Myocards und DOLLAR A - einer Erfassungseinrichtung (16) zur Auswertung und/oder Weitergabe der von den Sensoranordnungen (2, 9) gelieferten Signale.

Description

Die Erfindung betrifft eine implantierbare Detektionsvorrichtung zur Er­ kennung von Ischämie-Zuständen des Herzens.

Grundsätzlich betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Herz- und Kreislaufkrankheiten und insbesondere das Gebiet der Herzinfarkt-Prophy­ laxe. Dazu ist festzuhalten, daß ein Herzinfarkt oft dann auftritt, wenn Teile des Herzmuskelgewebes (Myocard) nicht mehr ausreichend mit Blut versorgt werden. Durch diese Unterversorgung werden dem Herzmuskel­ gewebe zuwenig Sauerstoff und Nährstoffe zugeführt, so daß es in einen ischämischen Zustand übergeht und im ungünstigsten Falle zumindest in Teilen abstirbt. Ischämisches und insbesondere abgestorbenes Herzmuskel­ gewebe ist nicht mehr in der Lage, sich an der Kontraktion des Herzens zu beteiligen, wodurch die Herzpumpleistung vermindert und der Blutkreislauf geschwächt wird. Damit wird - quasi in einem Teufelskreis - wiederum die Versorgung des gesamten Körpers mit Sauerstoff und Nährstoffen ver­ schlechtert, was sich in Folge weiter negativ auf das ohnehin schon ge­ schwächte Herzmuskelgewebe auswirkt. Diese wechselseitige Verschlech­ terung von Kreislauf und Versorgung des Herzmuskelgewebes kann bei Absterben einer zu großen Menge des Myocards zum Herzstillstand und Tod des Patienten führen.

Aus der vorstehenden Erörterung wird deutlich, daß eine möglichst früh­ zeitige Behandlung sich anbahnender Ischämie-Anfälle von lebenswichti­ ger Bedeutung für den davon betroffenen Patienten ist, um eine dauerhafte Unterversorgung und das damit verbundene Absterben von Teilen des Myocards verhindern zu können. Bei akuten, schweren Ischämie-Anfällen kann eine möglichst frühzeitige, rasche Behandlung sogar absolut lebens­ notwendig sein.

Um nun Ischämien erfolgreich behandeln zu können, ist ihre möglichst frühzeitige Erkennung erforderlich. Hier sind bereits aus dem Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten bekannt. So offenbart die US-A-4 821 735 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion einer Myocard-Ischämie, bei dem als relevanter Parameter der Strömungswider­ stand des Blutes in einer Arterie erfaßt wird. Dazu ist ein invasiv einsetzba­ rer Druckmeßapparat in Form eines Mikromanometers vorgesehen, das in ein in die Arterie einschiebbares Katheter integriert ist.

Aus der US-A-4 546 776 ist es bekannt, charakteristische Merkmale des EKG eines Patienten zu erfassen, nämlich die Differenz zwischen der S- und T-Wellen-Amplitude. Eine Erkennung von Ischämie-Zuständen des Myocards auf der Basis einer Messung der intrakardialen Blutströmung im Bereich der Tricuspidal-Klappe des Herzens ist aus der US-A-5 243 976 bekannt.

Schließlich offenbart die US-A-5 752 976 die telemetrische Übertragung von Informationen über die Funktion eines Implantats, wie z. B. eines Herzschrittmachers, über den kardiologischen Zustand eines Patienten und über Daten zur geographischen Lokalisierung des Patienten. Insbesondere findet hierbei ein Satelliten-Navigationssystem Anwendung.

Der vorstehend erörterte Stand der Technik ist in verschiedener Hinsicht problematisch. So liegen über die Erkennung von Ischämie-Zuständen mit­ tels Messung des Blutgefäß-Strömungswiderstandes keine wissenschaftlich gesicherten Kenntnisse vor. Insbesondere steht zu befürchten, daß Strö­ mungs-Widerstandsmessungen zu insensitiv für ein ausreichend sicheres Erkennen von Ischämien sind.

Die Detektion von Ischämie-Zuständen über geeignete Signalcharakteristi­ ka des EKG sollte zwar hinreichend sensitiv sein, was bedeutet, daß auf tretende Ischämie-Anfälle tatsächlich zuverlässig erkannt werden. Aller­ dings ist die Auswertung von EKG-Signalen nicht ausreichend spezifisch, d. h. daß abnorme Signale, die auf einem Ischämie-Zustand schließen las­ sen, auch durch andere krankhafte Herzzustände erzeugt werden können.

Schließlich ist die Detektion des intrakardialen Blutflusses als solche wenig empfindlich, da eine signifikante Abnahme der Herzpumpleistung erst zu einem solch späten Zeitpunkt erkennbar ist, zu dem bereits eine zu große Menge an Herzmuskelgewebe geschädigt sein kann. Wird ein Ischämie- Zustand festgestellt, kann ein Ischämie-Anfall bereits eingetreten sein. Grundsätzlich ist auch die Abnahme des Blutflusses wenig spezifisch, da im Einzelfall nicht selektierbar ist, ob die Abnahme durch eine wechselnde physiologische Belastung des Patienten oder durch eine Ischämie hervorge­ rufen wurde.

Ausgehend von der geschilderten Problematik liegt der Erfindung die Auf gabe zugrunde, eine implantierbare Detektionsvorrichtung zur Erkennung von Ischämie-Zuständen des Herzens anzugeben, die sich durch eine selek­ tivere und spezifischere Erfassung von Ischämie-Zuständen bereits im Früh-Stadium auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Stimulati­ onseinrichtung zur Abgabe eines Stimulationsimpulses an das Herz vorge­ sehen ist, wobei eine Elektroden-Sensoranordnung an geeigneter Stelle im Herzen das durch den Stimulationsimpuls erzeugte, sogenannte "Ventrikulär evozierte Reizantwort-Signal" des Herzens detektiert. Zusätz­ lich ist eine Blutströmungs-Sensoranordnung zur Erfassung des Blutversor­ gungszustandes des Myocards vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Implantat beruht auf physiologischen Erkenntnissen bei der Reizleitung im Falle einer stimulierten Herzkontraktion. Die ventri­ kulär evozierte Reizantwort (VER) stellt praktisch ein hoch aufgelöstes Elektrokardiogramm einer stimulierten Herzkontraktion dar. Als Elektro­ densensor-Anordung für den VER-Sensor kann eine nahezu übliche im­ plantierte Herzschrittmacher-Elektrode verwendet werden. Da zur Aus­ wertung der VER jedoch eine hohe Signalqualität gewährleistet sein muß, die bei üblichen Schrittmacher-Elektroden vor allem durch Nachpotentiale an der Phasengrenzkapazität Schrittmacher/Herzmuskelgewebe praktisch verschlechtert wird, werden vorzugsweise unipolare Schrittmacher- Elektroden mit fraktaler Beschichtung verwendet. Fraktal beschichtete Elektroden erlauben nämlich eine weitgehend nachpotentialfreie Messung, mit der VER-Detektionen ohne weiteres möglich sind.

Zur Erklärung der VER ist festzuhalten, daß es sich dabei um den elektri­ schen Signalverlauf des Summen-Transmembranpotentials mehrerer Herz­ muskelgewebe-Zellen einer stimulierten Herzkontraktion handelt. Durch Anlegen eines elektrischen Stimulationsimpulses werden im Ruhezustand befindliche Herzmuskelgewebe-Zellen zunächst depolarisiert und repolari­ sieren sich anschließend wieder. De- und Repolarisation steuern den Kon­ traktionsvorgang. Sie werden durch eine grundsätzlich immer gleiche Ab­ folge von Ionen-Strömen in und aus der Zelle verursacht, die über die Zellmembran und deren Ionen-Kanäle verlaufen. Die Transmembran- oder monophasischen Aktionspotentiale (MAP) mehrerer einzelner Zellen sum­ mieren sich zur VER auf. Einen entsprechenden beispielhaften MAP- Verlauf zeigt die Fig. 1, wobei die Bedeutung der einzelnen Ionen-Ströme (Na, Na-Ca, Ca usw.) für das Zustandekommen des MAP-Verlaufs in Fig. 1 schematisch dargestellt sind, nicht jedoch im einzelnen erläutert werden.

Ischämische Myocard-Zellen sind nun - anders als gesunde Zelle - nicht mehr zu normalen Kontraktionen fähig. Die Kontraktionsfähigkeit ist viel­ mehr abgeschwächt oder - im schlimmsten Falle - nicht mehr vorhanden. Diese Veränderung der Kontraktionsfähigkeit bedingt eine Veränderung der Ionen-Ströme und damit eine Veränderung der elektrischen Einzel- Transmembran-Potentiale. Dies schlägt sich in einer Veränderung der VER nieder.

Diese Veränderung läßt sich anhand der beiden Diagramme gemäß Fig. 2 darstellen. Das linke Diagramm zeigt die VER von gesundem Herzmuskel­ gewebe, während das rechte Diagramm die VER eines ischämischen Myo­ cards wiedergibt. Bei gesundem Gewebe (linkes Diagramm) beträgt die Amplitude des tafelbergähnlichen Signalverlaufs über 20 mV, während bei krankem Gewebe diese Amplitude auf etwa 10 mV abgesunken ist.

Diese Verringerung der Amplitude der VER kann zur Erkennung von Ischämie-Anfällen ausgenutzt werden. Die Erfassung der Amplitudenver­ ringerung kann beispielsweise durch differentielle Auswertung der Meß­ werte problemlos erfolgen.

Im Zusammenhang mit der Amplitudenverringerung der VER ist darauf hinzuweisen, daß neben Ischämien auch Abstoßungsreaktionen bei trans­ plantierten Herzen im speziellen oder der cirkadianische (d. h. Tages-)­ Rhythmus des Körpers als Ursache verantwortlich sind. Während Trans­ plantat-Patienten einen Ausnahmefall darstellen, der entsprechend in Be­ tracht gezogen werden kann, ist der cirkadianische Rhythmus der VER bei nahezu jedem Patienten festzustellen. Die Schwankungen durch den Rhythmus sind durch einen geeignete Filter mit einer typischen Zeitkon­ stanten von 24 Stunden herauszufiltern.

Eine erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung, die die vorstehenden Er­ kenntnisse gerätetechnisch umsetzt, ist im Ausführungsbeispiel näher be­ schrieben, worauf verwiesen wird.

Im übrigen betreffen weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung die Auslegung der Blutströmungs-Sensoranordnung. So kann zur indirekten Erfassung des Blutversorgungszustandes des Myocards die Messung der intrakardialen oder arteriellen Blutströmung verwendet werden. Wenn­ gleich diese Messung nicht besonders empfindlich ist, ist sie jedoch geeig­ net, akute, schwerwiegende Ischämie-Anfälle sicher zu erfassen, bei denen bereits soviel Herzmuskelgewebe geschädigt ist, daß eine meßbare Abnah­ me der Herzpumpleistung eintritt. Durch die erfindungsgemäße Korrelation der Blutströmungs- und VER-Messungen wird dabei die Ischämie- Erkennung in dem gewünschten Maße in ihrer Spezifität und Sensitivität erhöht.

In einer alternativen Ausgestaltung wird zur direkten Erfassung des Blut­ versorgungszustandes des Myocards der koronararterielle oder der im Ko­ ronarsinus herrschende Blutfluß erfaßt. Der koronarartielle Blutfluß ist ein direktes Maß für den Versorgungszustand des Myocard, der unmittelbar mit dem Ischämie-Grad zusammenhängt. Damit ist der koronararterielle Blutfluß als die zu bevorzugende Meßgröße anzusehen. Diese ist durch geeignete Sensoren in den drei Haupt-Koronararterien zu messen.

Da die Messung in den Haupt-Koronararterien als solche nicht unproble­ matisch ist, kann für eine einfachere Implantation entsprechender Meßsen­ soren auch der Blutfluß im venösen Koronarsinus gemessen werden, durch den das Blut aus den Koronararterien zum Herzen zurückfließt. Eine ge­ wisse Problematik hierbei spielt die Abschwächung der pulsförmigen Blut­ flußschwankungen aufgrund der Herzkontraktionen, die in der Regel als Basis für die Relativmessung der Blutströmung dienen.

Schließlich ist gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen der Erfin­ dung vorgesehen, die implantierbare Detektionsvorrichtung mit einer Da­ tenfernübertragungs-, einer Navigations- und Warneinrichtung zu versehen. Die letzteren Einrichtungen können auf der Basis üblicher Satelliten- und/oder Mobilfunk-Systeme arbeiten.

Die sich daraus ergebenden Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsge­ mäßen Detektionsvorrichtung sind der folgenden Beschreibung entnehm­ bar, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Zeit-Potential-(t-P-)Diagramm des Verlaufs eines Transmembran-Potentials,

Fig. 2A bzw. B jeweils ein Zeit-Potential-(t-P-)Diagramm des ventri­ kulär evozierten Reizantwort-Signals bei einem gesun­ den bzw. ischämischen Myocard, und

Fig. 3 eine schematische, teilweise als Blockdiagramm ange­ legte Darstellung einer implantierbaren Detektionsvor­ richtung zur Erkennung von Ischämie-Zuständen des Herzens.

Die vorstehend aufgelisteten Fig. 1 und 2 wurden bereits in der Beschrei­ bungseinleitung erörtert. Weitere Ausführungen hierzu erübrigen sich da­ her.

In Fig. 3 ist nun die eigentliche implantierbare Detekfionsvorrichtung schematisch dargestellt, die eine nach Art eines Herzschrittmachers ausge­ staltetes Implantatgehäuse 1 aufweist. Dieses ist in den Brustkorb eines Ischämie-bedrohten Patienten eingepflanzt. Die Detektionsvorrichtung ist ferner mit einer Elektroden-Sensoranordnung 2 versehen, die aus einem Katheter 3 mit einer Stimulationselektrode 4 zur Abgabe eines Stimulati­ onsimpulses an das Herz und einer unipolaren, fraktal beschichteten Schrittmacherelektrode als Sensorelektrode 5 zur Detektion der ventrikulär evozierten Reizantwort des Herzens besteht. Die Elektroden-Sensoran­ ordnung 2 ist durch eine strichliert angedeutete Koppelleitung 6 über einen entsprechenden Eingang 7 am Implantatgehäuse 1 mit der im vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3 dargestellten Steuereinrichtung 8 verbunden.

Es ist ferner eine Blutströmungs-Sensoranordnung 9 vorgesehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem in eine Koronararterie KA einge­ führten Katheter 10 mit einem Strömungsmeßsensor 11 beispielsweise auf der Basis eines Ultraschall-Doppler-Meßkopfes oder einer Impedanz- Meßelektrode besteht. Auch die Blutströmungs-Sensoranordnung 9 ist über eine Koppelleitung 12 mit einem entsprechenden Eingang 13 der Steuerein­ richtung 8 verbunden.

Die Steuereinrichtung 8 weist als zentrales Steuerteil einen Mikroprozessor 14 auf, der alle weiteren Bauteile der Steuereinrichtung 8 über ein entspre­ chendes Betriebsprogramm in üblicher Weise steuert. Insbesondere wird darüber eine Stimulationseinrichtung 15 aktiviert, so daß diese über die Stimulationselektrode einen Impuls zur Erzeugung der VER aktiviert.

Zur Auswertung und Weitergabe der von den Sensoranordnungen 2, 9 ge­ lieferten Signale über die ventrikulär evozierte Reizantwort und die in der Koronararterie KA gemessene Blutströmung ist die Erfassungseinrichtung 16 vorgesehen. So wird beispielsweise bei einer Absenkung der Amplitude der VER aufgrund einer Ischämie bei Unterschreiten einer bestimmten er­ sten Schwelle - also wenn noch kein akuter Ischämie-Anfall vorliegt - an einen Herzschrittmacher, als dessen Bestandteil die erfindungsgemäße im­ plantierbare Detektionsvorrichtung ausgelegt sein kann, der Befehl gege­ ben, die Stimulationsrate nach oben hin zu begrenzen. Dadurch wird der Stoffwechselbedarf des Herzmuskelgewebes klein gehalten, wodurch einer weiteren Verschärfung des ischämischen Zustandes entgegengewirkt wer­ den kann. Bei einem derartigen Ischämie-Zustand stellt die Blutströmungs- Sensoranordnung 9 noch keine signifikante Erniedrigung der Versorgung des Myocards fest.

Bei einer weiteren Absenkung der Amplitude der VER unter eine zweite Schwelle und ggf. bei Messung eines Absinkens der Blutströmung in der Koronararterie KA mit Hilfe der Sensoranordnung 9 können nun Notfall­ maßnahmen verschiedenster Grade auszulösen sein. Hierzu ist die Detekti­ onsvorrichtung mit einer Datenfernübertragungseinrichtung 17 auf der Ba­ sis in der Herzschrittmachertechnik üblicher Telemetrie-Techniken verse­ hen, mittels der in der Steuereinrichtung 8 erfaßter und über die Erfas­ sungseinrichtung 16 ausgewerteter und weiterverarbeiteter Signaldaten zu einer nicht näher dargestellten Außen- oder Basisstation 20, z. B. einem den Patienten betreuenden Herzzentrum weitergeleitet werden können. Von dort aus können ebenfalls über die Datenfernübertragungseinrichtung 17 beispielsweise weitere Messungen mit Hilfe der Detektionsvorrichtung oder des damit gekoppelten Herzschrittmachers initiiert werde. Der Patient kann ferner von der Basisstation 20 zum Arzt einbestellt werden oder es kann über die ebenfalls in der Steuereinrichtung 8 vorgesehene akustische Warneinrichtung 18 ein Warnsignal ausgegeben werden. Der Patient kann dann reagieren, indem er beispielsweise körperliche Aktivitäten einstellt, um sein Ischämie-gefährdetes Herz nicht unnötig zu belasten.

Ferner ist in der Detektionsvorrichtung eine mit der Datenfernübertra­ gungseinrichtung 17 gekoppelte Navigations-Einrichtung 18 auf der Basis des üblichen GPS- oder eines GSM-Systems 19 integriert. Damit kann ins­ besondere bei einem akuten Ischämie-Anfall die Position des Patienten be­ stimmt und der Basisstation 20 mitgeteilt werden. Diese kann dann sofort einen Notfalldienst verständigen, der die geografische Position des Patien­ ten über die Satelliten-Navigations-Einrichtung kennt. Extrem schnelle und selektiv an die Schwere des Ischämi-Anfalles angepaßte Notfallmaßnahmen sind damit gewährleistet.

Claims (7)

1. Implantierbare Detektionsvorrichtung zur Erkennung von Ischämie- Zuständen des Herzens, gekennzeichnet durch

• - eine Stimulationseinrichtung (15) zur Abgabe eines Stimulati­ onsimpulses an das Herz,
• - eine Elektroden-Sensoranordnung (2) zur Detektion des durch ei­ nen Stimulationsimpuls erzeugten, ventrikulär evozierten Reizantwort-Signals (VER) des Herzens,
• - eine Blutströmungs-Sensoranordnung (9) zur indirekten oder di­ rekten Erfassung des Blutversorgungszustandes des Myocards, und
• - eine Erfassungseinrichtung (16) zur Auswertung und/oder Wei­ tergabe der von den Sensoranordnungen (2, 9) gelieferten Signa­ le.

2. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodensensor-Anordnung (2) eine unipolare Schrittma­ cherelektrode (5) mit fraktaler Beschichtung aufweist.

3. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blutströmungs-Sensoranordnung (9) derart ausge­ legt ist, daß zur indirekten Erfassung des Blutversorgungszustandes des Myocards der intrakardiale oder arterielle Blutfluß erfaßbar ist.

4. Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blutströmungs-Sensoranordnung (9) derart ausgelegt ist, daß zur direkten Erfassung des Blutversorgungszustan­ des des Myocards der koronararterielle oder im Koronarsinus herr­ schende Blutfluß erfaßbar ist.

5. Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch eine Datenfernübertragungseinrichtung (17) zur Übermittlung von der Detektionsvorrichtung erfaßter und gegebenen­ falls weiterverarbeiteter Signaldaten über den Ischämie-Zustand des überwachten Myocards zu einer Basisstation (20).

6. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine mit der Datenfernübertragungseinrichtung (17) gekoppelte Naviga­ tions-Einrichtung (19) zur Bestimmung der Position der Detektions­ einrichtung und ihres Trägers.

7. Detektionsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Warneinrichtung (18) zur Warnung des Patienten vor einem drohenden Ischämie-Zustand vorgesehen ist.