-
Die
Erfindung betrifft eine implantierbare Detektionsvorrichtung zur
Erkennung von Ischämie-Zuständen des
Herzens.
-
Grundsätzlich betrifft
die vorliegende Erfindung das Gebiet der Herz- und Kreislaufkrankheiten und
insbesondere das Gebiet der Herzinfarkt-Prophylaxe. 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 Herzmuskelgewebe 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
Herzmuskelgewebe 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 wiederum die Versorgung des gesamten Körpers mit
Sauerstoff und Nährstoffen
verschlechtert, was sich in Folge weiter negativ auf das ohnehin schon
geschwächte
Herzmuskelgewebe auswirkt. Diese wechselseitige Verschlechterung
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
frühzeitige
Behandlung sich anbahnender Ischämie-Anfälle von
lebenswichtiger 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 lebensnotwendig 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
4 821 735 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion
einer Myocard-Ischämie,
bei dem als relevanter Parameter der Strömungswiderstand des Blutes
in einer Arterie erfaßt
wird. Dazu ist ein invasiv einsetzbarer Druckmeßapparat in Form eines Mikromanometers
vorgesehen, das in ein in die Arterie einschiebbares Katheter integriert
ist.
-
Aus
der
US 4 546 776 A 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-Zustanden
des Myocards auf der Basis einer Messung der intrakardialen Blutströmung im
Bereich der Tricuspidal-Klappe des Herzens ist aus der
US 5 243 976 A bekannt.
-
Schließlich offenbart
die
US 5 752 976 A 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.
-
Aus
der
EP 0 867 146 A1 ist
ein Ischämie-Detektor
bekannt, der die Repolarisation des Herzens erfasst. Zusätzlich ist
eine Detektionsvorrichtung zur Erfassung der körperlichen Belastung des Patienten
vorgesehen. Deren Daten werden zur Kennung eines Ischämie-Zustandes
mit den Repolarisationsdaten in eine vorbestimmte Beziehung gesetzt.
-
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 Strömungs-Widerstandsmessungen
zu insensitiv für
ein ausreichend sicheres Erkennen von Ischämien sind.
-
Die
Detektion von Ischämie-Zuständen über geeignete
Signalcharakteristika des EKG sollte zwar hinreichend sensitiv sein,
was bedeutet, daß auftretende
Ischämie-Anfälle tatsächlich zuverlässig erkannt
werden. Allerdings ist die Auswertung von EKG-Signalen nicht ausreichend
spezifisch, d. h. daß abnorme
Signale, die auf einem Ischämie-Zustand schließen lassen,
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 hervorgerufen wurde.
-
Ausgehend
von der geschilderten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine implantierbare Detektionsvorrichtung zur Erkennung von
Ischämie-Zuständen des
Herzens anzugeben, die sich durch eine selektivere und spezifischere
Erfassung von Ischämie-Zuständen bereits
im Früh-Stadium
auszeichnet.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Das
erfindungsgemäße Implantat
beruht auf physiologischen Erkenntnissen bei der Reizleitung im
Falle einer stimulierten Herzkontraktion. Die ventrikulär evozierte
Reizantwort (VER) stellt praktisch ein hoch aufgelöstes Elektrokardiogramm
einer stimulierten Herzkontraktion dar. Als Elektrodensensor-Anordung
für den
VER-Sensor kann eine nahezu übliche
implantierte Herzschrittmacher-Elektrode verwendet werden. Da zur
Auswertung 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 elektrischen Signalverlauf des Summen-Transmembranpotentials
mehrerer Herzmuskelgewebe-Zellen einer stimulierten Herzkontraktion
handelt. Durch. Anlegen eines elektrischen Stimulationsimpulses
werden im Ruhezustand befindliche Herzmuskelgewebe-Zellen zunächst depolarisiert
und repolarisieren sich anschließend wieder. De- und Repolarisation
steuern den Kon traktionsvorgang. Sie werden durch eine grundsätzlich immer gleiche
Abfolge 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 summieren sich zur VER auf. Einen
entsprechenden beispielhaften MAP-Verlauf zeigt die 1,
wobei die Bedeutung der einzelnen Ionen-Ströme (Na, Na-Ca, Ca usw.) für das Zustandekommen
des MAP-Verlaufs in 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 vielmehr 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 2 darstellen. Das linke Diagramm zeigt
die VER von gesundem Herzmuskelgewebe, während das rechte Diagramm die
VER eines ischämischen
Myocards 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 Amplitudenverringerung kann beispielsweise
durch differentielle Auswertung der Meßwerte problemlos erfolgen.
-
Im
Zusammenhang mit der Amplitudenverringerung der VER ist darauf hinzuweisen,
daß neben
Ischämien
auch Abstoßungsreaktionen
bei transplantierten Herzen im speziellen oder der cirkadianische
(d. h. Tages-) Rhythmus des Körpers
als Ursache verantwortlich sind. Während Transplantat-Patienten
einen Ausnahmefall darstellen, der entsprechend in Betracht 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 Zeitkonstanten
von 24 Stunden herauszufiltern.
-
Eine
erfindungsgemäße Detektionsvorrichtung,
die die vorstehenden Erkenntnisse gerätetechnisch umsetzt, ist im
Ausführungsbeispiel
näher beschrieben,
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. Wenngleich diese Messung nicht besonders empfindlich ist,
ist sie jedoch geeignet, akute, schwerwiegende Ischämie-Anfälle sicher
zu erfassen, bei denen bereits soviel Herzmuskelgewebe geschädigt ist,
daß eine meßbare Abnahme
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
Blutversorgungszustandes des Myocards der koronararterielle oder
der im Koronarsinus 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 unproblematisch
ist, kann für
eine einfachere Implantation entsprechender Meßsensoren auch der Blutfluß im venösen Koronarsinus
gemessen werden, durch den das Blut aus den Koronararterien zum
Herzen zurückfließt. Eine
gewisse Problematik hierbei spielt die Abschwächung der pulsförmigen Blutflußschwankungen
aufgrund der Herzkontraktionen, die in der Regel als Basis für die Relativmessung
der Blutströmung
dienen.
-
Schließlich ist
gemäß weiterer
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung vorgesehen, die implantierbare Detektionsvorrichtung
mit einer Datenfernübertragungs-,
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 erfindungsgemäßen Detektionsvorrichtung
sind der folgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert
wird. Es zeigen:
-
1 ein
schematisches Zeit-Potential-(t-P-)Diagramm des Verlaufs eines Transmembran-Potentials,
-
2A bzw.
B jeweils ein Zeit-Potential-(t-P-)Diagramm des ventrikulär evozierten
Reizantwort-Signals bei einem gesunden bzw. ischämischen Myocard, und
-
3 eine
schematische, teilweise als Blockdiagramm angelegte Darstellung
einer implantierbaren Detektionsvorrichtung zur Erkennung von Ischämie-Zuständen des
Herzens.
-
Die
vorstehend aufgelisteten 1 und 2 wurden
bereits in der Beschreibungseinleitung erörtert. Weitere Ausführungen
hierzu erübrigen
sich daher.
-
In 3 ist
nun die eigentliche implantierbare Detektionsvorrichtung schematisch
dargestellt, die eine nach Art eines Herzschrittmachers ausgestaltetes
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 Stimulationsimpulses an das Herz und einer unipolaren,
fraktal beschichteten Schrittmacherelektrode als Sensorelektrode 5 zur Detektion
der ventrikulär
evozierten Reizantwort des Herzens besteht. Die Elektroden-Sensoranordnung 2 ist
durch eine strichliert angedeutete Koppelleitung 6 über einen
entsprechenden Eingang 7 am Implantatgehäuse 1 mit
der im vergrößerten Ausschnitt
der 3 dargestellten Steuereinrichtung 8 verbunden.
-
Es
ist ferner eine Blutströmungs-Sensoranordnung 9 vorgesehen,
die im gezeigten Ausführungsbeispiel
aus einem in eine Koronararterie KA eingeführten 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
Steuereinrichtung 8 verbunden.
-
Die
Steuereinrichtung 8 weist als zentrales Steuerteil einen
Mikroprozessor 14 auf, der alle weiteren Bauteile der Steuereinrichtung 8 über ein
entsprechendes 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 gelieferten
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 ersten Schwelle – also wenn noch kein akuter
Ischämie-Anfall
vorliegt – an
einen Herzschrittmacher, als dessen Bestandteil die erfindungsgemäße implantierbare
Detektionsvorrichtung ausgelegt sein kann, der Befehl gegeben, die
Stimulationsrate nach oben hin zu begrenzen. Dadurch wird der Stoffwechselbedarf
des Herzmuskelgewebes klein gehalten, wodurch einer weiteren Verschärfung des
ischämischen
Zustandes entgegengewirkt werden 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 mm
Notfallmaßnahmen
verschiedenster Grade auszulösen
sein. Hierzu ist die Detektionsvorrichtung mit einer Datenfernübertragungseinrichtung 17 auf
der Basis in der Herzschrittmachertechnik üblicher Telemetrie-Techniken
versehen, mittels der in der Steuereinrichtung 8 erfaßter und über die
Erfassungseinrichtung 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 Datenfernübertragungseinrichtung 17 gekoppelte
Navigations-Einrichtung 18 auf der Basis des üblichen
GPS- oder eines GSM-Systems 19 integriert. Damit kann insbesondere
bei einem akuten Ischämie-Anfall
die Position des Patienten bestimmt 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.