DE2613463A1

DE2613463A1 - Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE2613463A1
Application number: DE19762613463
Authority: DE
Inventors: Mario Alcidi
Original assignee: Pacer SNC
Current assignee: Pi Acca Srl Florenz It
Priority date: 1975-04-24
Filing date: 1976-03-30
Publication date: 1976-11-04
Also published as: SE418149B; AU500147B2; US4009721A; FR2308352B1; IT1028812B; ES459195A3; NL7604397A; AU1321576A; GB1556387A; DE2613463C2; FR2308352A1; SE7604659L

Description

PACER S.n.c, of CERCHIAI Vanna & Co.

Florenz / Italien

Patentanmeldung

Her zs ehri ttmache r

Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher.

Es ist bekannt, daß sich ein atrioventrikulärer Block heute durch einen elektrischen Herzschrittmacher heilen läßt, der mittels einer in das Muskelgewebe der Herzkammer eingepflanzten Elektrode dem Herz kontinuierlich rhythmische Reize mitteilt, die einen regelmäßigen Herzschlag bewirken. Es ist jedoch erwiesen, daß Personen, die einen solchen Schrittmacher tragen, besonders wenn dieser subkutan eingepflanzt und mit Batterien von langer Lebensdauer ausgestattet ist, in ihren Betätigungsmöglichkeiten, insbesondere solchen, die Muskelanstrengungen erfordern, auf ein Niveau unter dem Normalen beschränkt sind. Die Grenzen für Muskelanstrengungen von Trägern eines Schritt-

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machers werden heute dadurch gesetzt, daß der Schrittmacher außerstande ist, die Frequenz der abgegebenen Reize und damit der Herzschläge selbsttätig zu regulieren und damit die Leistung des Herzens zu bestimmten Zeiten den erhöhten Stoffwechselanforderungen des Organismus anzupassen.

Bekanntlich zeigt der Organismus bei verstärkter Muskelbeanspruchung folgende Erscheinungen:

a) die Zahl der Herzschläge erhöht sich bis zum Zweifachen oder Dreifachen des Normalen bis zu einem bestimmten Höchstwert in linearem direktem Verhältnis zur Stärke und Dauer der erhöhten körperlichen Beanspruchung ;

b) das Herz erhöht bei einer gegebenen Frequenz von Kontraktionen die Systolenleistung mit zunehmender körperlicher Beanspruchung, wobei die höhere Frequenz der Kontraktionen und die höhere Systolenleistung in wechselseitigem Zusammenwirken die Herzleistung ergeben, die zur Deckung des Sauerstoffbedarfs erforderlich ist;

c) die peripheren Widerstände nehmen zu und damit auch der systolische Blutdruck.

Der belastete Organismus weist ferner ein Stoffwechselbild auf, bei dem mit zunehmender Muskelbeanspruchung a) die Milchsäure zunimmt, b) die pCO„ zunimmt, c) die pO₂ im arteriellen Blut abnimmt und d) die Wasserstoffionenkonzentration im koronaren, venösen und arteriellen Blut (entsprechend dem Abnehmen des pH-Werts) zunimmt.

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In einem Menschen mit stabilem atrioventrikulärem Block oder mit einem durch einen Schrittmacher mit fester Frequenz kontrollierten atrioventrikulären Block weist das Stoffwechselbild sehr ausgeprägte Veränderungen auf, weil die Hämodynamik dadurch defizitär wird, daß die Herzleistung nur wenig und unter Schwierigkeit zunimmt und dies ausschließlich in der Zunahme der Systolenleistung besteht mit der Folge, daß die Person vorzeitig ermüdet und ihre Arbeit nicht fortsetzen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Herzschrittmacher zu schaffen, der so ausgebildet ist, daß die Frequenz der abgegebenen Signale auf die Stoffwechselanforderungen des Organismus abgestimmt wird, was insbesondere Bedeutung erlangt, wenn die Person Muskelarbeit leistet.

Diese Aufgabe findet ihre Lösung gemäß der Erfindung dadurch, daß der Herzschrittmacher eine Einrichtung für eine selbsttätige Regulierung der Frequenz der Signale zur Herzstimulation entsprechend der vom Patienten geleisteten Muskelarbeit als Funktion der jeweiligen pH-Wert-Veränderung des Blutes aufweist.

Die Erfindung stützt sich auf die Erkenntnis, daß bei Muskelarbeit, insbesondere wenn sie intensiv ist und langer anhält, im Stoffwechselbild die Werte pH, pOp und pCOp des menschlichen Blutes Änderungen erfahren, nämlich daß die Werte pH und pO„ sich verringern und der Wert pCO„ sich erhöht und daß gleichzeitig im hämodynamischen Bild der Pulsschlag sich beschleunigt, um als natürliche Ant- ' wort auf den erhöhten Sauerstoffbedarf der Gewebe eine höhere Herzleistung zu bewirken.

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Die vorliegende Erfindung bietet zahlreiche Vorteile.

Ein erster Vorteil besteht in der selbsttätigen Regulierung der Frequenz, mit welcher der Schrittmacher entsprechend der von seinem Träger geleisteten Arbeit die Reizsignale aussendet, wobei sich diese Frequenz augenblicklich nach den pH-Wert-Veränderungen des Blutes bestimmte

Ein weiterer Vorteil ist die kontinuierliche elektrometrische Messung des Blutes.

Ein weiterer Vorteil ist.die hohe Empfindlichkeit, mit der auch kleinste Änderungen des pH-Werts des Blutes in der Größenordnung von 0,01 wahrgenommen werden.

Ein weiterer Vorteil ist die sofortige Reaktion auf wahrgenommene pH-Wert-Änderungen des Blutes .

Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die Höchst- und Mindestwerte für die Frequenzen der Reize zu begrenzen und die Zeitintervalle der pH-Bestimmungen zu fixieren, beides unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit des Patienten. Dies gestattet auch den Ausschluß der Selbstregulierung des Schrittmachers, so daß dieser, wenn erforderlich, in herkömmlicher Weise arbeiten kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungs-

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beispieleru Es zeigen

Fig. l das elektrische Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Herzschrittmachers in einer ersten Ausführungsform mit einem Gleichstromverstärker und

Fig. 2 das elektrische Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzschrittmachers mit einem Wechselstromverstärker.

In seinen wesentlichen Bestandteilen besteht ein erfindungsgemäßer Herzschrittmacher gemäß Fig. 1 aus einer Vorrichtung 1 zur kontinuierlichen Messung des pH-Wertes des Blutes, einem aktiven Impedanzadapter 2, einem Gleichstromverstärker 3, einem Oszillator 4, einer Kathodenfolgestufe und einer Begrenzerschaltung 6 in der im Blockschaltbild dargestellten Anordnung.

Für die elektrometrische Messung des pH-Werts des Blutes kann als Vorrichtung 1 eine beliebige geeignete pH-Meßelektrode, vorzugsweise vom Typ Metall/Metalloxid, mit einem Metall, vorzugsweise aus der Platin-Gruppe, verwendet werden. Die Bezugselektrode ist vorzugsweise vom Typ Silber/Silberchlorid in Natriumlösung oder eine beliebige andere geeignete, jedenfalls polarisierbare Elektrode.

Die Materialien für die Meßelektrode (Iridium oder andere Metalle der Platin-Gruppe) sowie für die isolierende Umkleidung dieser Elektrode, wie insbesondere hitzebeständiger Silikonkautschuk, sind auch auf die elektrischen Charakteristika herkömmlicher Schrittmacher abgestimmt.

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Die Bezugselektrode, die einen Bestandteil des Schrittmachers bildet, steht mit dem Blut nicht in Kontakt.

Der elektrische Stromkreis der beiden Elektroden wird durch einen aktiven Impedanzadapter 2 über eine hohe Impedanz in der Größenordnung von einigen GOhm geschlossen.

Anschließend daran ist ein Gleichstromverstärker 3 vorgesehen, der das von der messenden Mikroelektrode eintreffende Signal, dessen Potentialdifferenz im mV-Bereich liegt, um mindestens das Tausendfache verstärkt.

Hinter dem Verstärker 3 ist ein Oszillator 4 vorzugsweise vom astabilen Typ in Festkorperausführung als Erzeuger von Signalen mit variabler Frequenz vorgesehen, in welchem die Frequenzänderung durch Polarisierung der Basen der Transistoren auf Grund eines vom Verstärker 3 kommenden Signals bewirkt wird.

Hinter dem Oszillator ist eine Kathodenfolgestufe 5 angeordnet, welche die erforderliche Energie für die Impulse zur Reizung des Herzens liefert.

Schließlich ist eine Begrenzerschaltung 6 vorgesehen, welche die Höchst- und Mindestfrequenz des Signals zur Herzstimulierung begrenzt und das Zeitintervall für die pH-Messungen fixiert.

Alternativ zum Stromkreis gemäß Fig. 1 ist ein Stromkreis gemäß Fig. 2 vorgesehen, der sich vom ersten im wesentlichen

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dadurch unterscheidet, daß er einen Wechselstromverstärker enthält.

Dieser bietet weitere Vorteile, darunter größere Zeitstabilität und Unempfindlichkeit gegenüber langsamen Veränderungen der Signale aus irgendwelchen Ursachen, auch durch Entladen der Batterien.Diese Unempfindlichkeit gegenüber langsamen Veränderungen der Signale gilt auch für physiologische Veränderungen, welche die Parameter für den pH-Wert des Blutes beeinflussen. Diese sind jedoch von untergeordneter Bedeutung angesichts der Tatsache, daß der pH-Wert des Blutes sich wesentlich schneller ändert, wenn der Träger des Schrittmachers unter Muskelanstrengungen steht.

In seinen wesentlichen Bestandteilen besteht ein erfindungsgemäßer Schrittmacher gemäß Fig. 2 aus einer Vorrichtung zur kontinuierlichen e1ektrometrisehen Messung des pH-Werts des Blutes, einem aktiven Impedanzadapter 12, einem Verstärker 13, einem Einweg-Differentiator 14, einem Wechselstromverstärker 15, einem freischwingenden Oszillator oder herkömmlichen Schrittmacher 16, einer Eingriffs-Begrenzerschaltung 17 und einem Polarisierungskreis 18 für die Bezugselektrode.

Die Meßelektrode und die Bezugselektrode sind von derselben Ausführung wie beim Schrittmacher gemäß Fig. 1. Der Stromkreis der Meßelektrode wird durch einen aktiven Impedanzadapter 12 über eine hohe Impedanz in der Größenordnung

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von etwa 10 Ohm geschlossen. Anschließend bewirkt ein Verstärker 13 die etwa hundertfache Verstärkung des von der messenden Mikroelektrode kommenden Signals und erzeugt dadurch Nutzsignale in der Größenordnung von etwa 1 Volt. Hinter dem Verstärker 13 ist ein Einweg-Differentiator 14 vorgesehen, der die brauchbaren Signale von störenden Signalen irgendwelchen Ursprungs trennt und somit das System unempfindlich gegen alkalische Veränderungen macht, wodurch verhindert wird, daß die Frequenz der Herzreize unter einen vorbestimmten Mindestwert absinkt.

Hinter dem Einweg-Differentiator 14 befindet sich ein Wechselstromverstärker 15, der ein Ausgangssignal liefert, das den Oszillator des Schrittmachers steuert.

Die Begrenzerschaltung 17 entspricht jener des Schrittmachers gemäß Fig. 1.

Der Stromkreis 18 dient zur Polarisierung der Bezugselektrode und ist daher nur vorgesehen, wenn das System von einer einzigen Potentialdifferenz gespeist wird.

In der Praxis sind Änderungen der beschriebenen Ausführungsformen in Gestalt, Abmessungen, Anordnung oder Art der Bestandteile denkbar, ohne damit jedoch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche

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Claims

- 9 Patentansprüche

Ί. Herzschrittmacher, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Einrichtung für eine selbsttätige Regulierung der Frequenz der Signale zur Herzstimulation entsprechend der vom Patienten geleisteten Muskelarbeit als Funktion der jeweiligen pH- Wert-Veränderung des Blutes aufweist.
2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine messende Mikroelektrode aus einem Metall der Platin-Gruppe, vorzugsweise vom Typ Ir/IrO^, gekoppelt mit einer Bezugselektrode, vorzugsweise vom Typ Ag/AgCl in NaCl-Lösung, für eine kontinuierliche elektrometrische Messung des strömenden Blutes vorgesehen ist.
3ο Herzschrittmacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein logischer Schaltkreis, bestehend aus einer Vorrichtung (1) zur kontinuierlichen Messung des pH-Wertes des Blutes, einem aktiven Impedanzadapter (2), einem Gleichstromverstärker (3), einem Oszillator (4), einer Kathodenfolgestufe (5) und einer Begrenzerschaltung (6), vorgesehen ist.
4. HerSchrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis der als Vorrichtung (1) vorgesehenen messenden Mikroelektrode durch einen aktiven Impedanzadapter (2) über eine hohe Impedanz in der Größenordnung von GOhm geschlossen ist.

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5. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das von der messenden Mikroelektrode eintreffende Signal, dessen Potentialdifferenz in der Größenordnung von mV liegt, zunächst
über den Impedanzadapter (2) weitergeleitet und dann durch einen Gleichstromverstärker (3) vorzugsweise etwa tausendfach verstärkt wird.
6. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Festkörperoszillator (4) astabiler Ausführung die Frequenz
des Ausgangssignals durch Polarisierung der Basen der
Transistoren mittels des vom Verstärker (3) gelieferten Signals gebildet wird.
7. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kathodenfolgestufe (5) für die Verstärkung der Impulse für die Herzstimulierung vorgesehen ist.
8. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzerschaltung (6) für eine Begrenzung der Minimum- und Maximumwerte
der Stimulationsfrequenz und für eine Fixierung des
Zeitintervalls der pH-Messungen des Blutes vorgesehen ist«
9. Herzschrittmacher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß ein logischer Schaltkreis, bestehend aus einer Vorrichtung (11) zur kontinuierlichen elektrometrischen Messung des pH-Wertes des Blutes, aus einem

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aktiven Impedanzadapter (12), aus einem Verstärker (13), einem Einweg-Differentiator (14), einem Wechselstromverstärker (15), einem freischwingenden Oszillator oder herkömmlichen Schrittmacher (16), einer Eingriffs-Begrenzer schaltung (17) und einem Polarisierungskreis (18) für die verwendete Bezugselektrode, vorgesehen ist.
10. Herzschrittmacher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis der als Vorrichtung (11) vorgesehenen messenden Mikroelektrode durch einen aktiven Impedanzadapter (12) über eine hohe Impedanz in der Größenordnung

12
von 10 Ohm geschlossen wird.
11. Herzschrittmacher nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Impedanzadapter (12) gelieferte Signal durch einen Gleichstromverstärker (13) mindestens tausendfach verstärkt wird.
12. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Verstärker

(13) ausgehende Signal von einem Einweg-Differentiator

(14) in geeigneter Weise derart verarbeitet wird, daß störende Signale irgendwelchen Ursprungs ausgesondert werden und das System unempfindlich gegenüber alkalischen Veränderungen ist.
13. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Einweg-Differentiators (14) an einen Wechselstromverstärker (15) gelangt, der ein Ausgangssignal zur Steuerung des freischwingenden Oszillators (16) liefert.

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14. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der freischwingende Oszillator (16) für die Verstärkung der Impulse zur Herzstimulierung des Patienten vorgesehen ist«
15. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung (17) für eine Begrenzung, der Minimum- und Maximumwerte der Stimulationsfrequenz und für eine Fixierung der Zeitintervalle der pH-Messungen des Blutes vorgesehen ist.
16. Herzschrittmacher nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis (18) zur Polarisierung der Bezugselektrode lediglich in dem Fall vorgesehen ist, daß das System von einer einzigen Potentialdifferenz gespeist wird.

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