DE2613463C2 - Herzschrittmacher mit belastungsabhängiger Reizimpuls-Folgefrequenz - Google Patents

Herzschrittmacher mit belastungsabhängiger Reizimpuls-Folgefrequenz

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Description

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45 des Blutes, einem aktiven Impedanzadapter (12), einem Verstärker (13), einem Einweg-Differentiator (14), einem Wechselstromverscärker (15), einem freischwingenden Oszillator (16), einer Begrenzerschaltung (17) und einem Polarisierungskreis (18) für die verwendete Bezugselektrode.
12. Herzschrittmacher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis der als Vorrichtung (1) zur kontinuierlichen Messung des pH-Wertes des Blutes dienenden Mikroelektrode durch einen aktiven Impedanzadapter (12) über eine hohe Impedanz in der Größenordung von 1012 Ohm geschlossen ist
13. Herzschrittmacher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das vom aktiven Impedanzadapter (12) gelieferte Signal durch einen Gleichstromverstärker (13) mindestens tausendfach verstärkt wird.
14. Herzschrittmacher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssigna! des Gleichstromverstärkers (13) einem Einweg-Differentiator (14) zugeleitet wird.
15. Herzschrittmacher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Einweg-Differentiators (14) an einen Wechselstromverstärker (15) gelangt, der ein Ausgangssignal zur Steuerung des freischwingenden Oszillators (16) liefert.
16. Herzschrittmacher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der freischwingende Oszillator (16) die Reizimpulse verstärkt.
17. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung (17) die Minimum- und Maximumwerte der Reizimpuls-Folgefrequenz begrenzt und die Zeitintervalle für die pH-Wert-Messungen fixiert.
18. Herzschrittmacher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis (18) zur Polarisierung der Bezugselektrode lediglich dann vorhanden ist, wenn die Steuereinrichtung für die Reiz'impuls-Folgefrequenz von einer einzigen Potentialdifferenz gespeist wird.
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65 Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher mit belastungsabhängiger Reizimpuls-Folgefrequenz nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bekanntlich läßt sich ein atrioventrikulärer Block durch einen elektrischen Herzschrittmacher heilen, der mittels einer in das Muskelgewebe der Herzkammer des Patienten eingepflanzten Elektrode dem Patientenherzen kontinuierlich rhythmische Reize mitteilt, die einen regelmäßigen Herzschlag bewirken. Personen, die einen solchen Herzschrittmacher tragen, sind jedoch in ihren Betätigungsmöglichkeiten, insbesondere wenn diese Muskelanstrengungen erfordern, bei einem Herzschrittmacher, der subkutan eingepflanzt und mit Batterien von langer Lebensdauer ausgestattet ist, auf ein Leistungsniveau beschränkt, das unter der normalen Leistungsfähigkeit liegt. Die Grenzen für Muskelanstrengungen von Trägern eines Herzschrittmachers werden dabei dadurch gesetzt, daß der Herzschrittmacher außerstande ist, die Reizimpuls-Folgefrequenz und damit die Frequenz der Herzschläge selbsttätig zu regulieren, um die Leistung des Herzens zu bestimmten Zeiten den
erhöhten Stoffwechselanforderungen des Organismus anzupassen.
Bekanntlich zeigt der Organismus bei verstärkter Muskelbeanspruchung folgende Erscheinungen:
a) die Anzahl der Herzschläge pro Zeiteinheit erhöht sich bis zum Zweifachen oder Dreifachen des Normalen bis zu einem bestimmten Höchstwert in einem linearen direkten Verhältnis zur Stärke und Dauer der erhöhten körperlichen Beanspruchung;
b) das He-3 erhöht bei einer gegebenen Frequenz von Kontraktionen die Systolenleistung mit zunehmender körperlicher Beanspruchung, wobei die höhere Frequenz der Kontraktionen und die höheren Systolenleistungen in wechselseitigem Zusammenwir- is ken die Herzleistung ergeben, die zur Deckung des Sauerstoffbedarfs erforderlich ist;
c) die peripheren Widerstände nehmen zu und damit auch der systolische Blutdruck
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Der belastete Organismus weist ferner ein Stoffwechselbild auf, bei dem mit zunehmender Muskelbeanspruchung
a) die Milchsäure zunimmt,
b) die pCÜ2 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
In einem Menschen mit einem stabilen atrioventrikulären Block oder mit einem durch einen Herzschrittmacher mit fester Reizimpuls-Folgefrequenz kontrollierten atrioventrikulären Block weist das Stoffwechselbild sehr ausgeprägte Veränderungen auf, weil die Hämodynamik dadurch defizitär wird, daß die Herzleistung nur wenig und unter Schwierigkeiten zunimmt und dies ausschließlich in einer Zunahme der Systolenleistung besteht mit der Folge, daß der Patient vorzeitig ermüdet und seine Arbeit nicht fortsetzen kann.
Es ist ein Herzschrittmacher nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt (US-PS 33 58 690), bei dem die Reizimpuls-Folgefrequenz durch einen belastungsabhängigen physiologischen Parameter, nämlich den Blutdruck im Atrium, geregelt wird. Der Abgriff erfolgt im rechten Vorhof des Patientenherzens durch einen druckempfindlichen Wandler.
Bei einem anderen bekannten Herzschrittmacher (US-PS 35 93 718) wird die Reizimpuls-Folgefrequenz ebenfalls durch einen von der körperlichen Belastung abhängigen physiologischen Parameter, nämlich die Atemfrequenz, reguliert.
Es ist ferner ein Herzschrittmacher vorgeschlagen worden (DE-OS 26 09 365), bei dem als physiologische belastungsabhängige Stellgröße für die Reizimpuls-Folgefrequenz die Körperkerntemperatur, vorzugsweise die zentrale Bluttemperatur des Patientenherzens, verwendet wird.
Auch ist es bekannt, für Herzschrittmacher-Elektroden eine Platin-Iridiumlegierung zu verwenden (H. J. Th. Thalen et al. »The Artificial Cardiac Pacemaker«, 1969, William Heinemann Medical Books Ltd., London/Royal VanGorcum, Publishers, Assen, The Netherlands, Seiten 163 und 164).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Herzschrittmacher der eingangs genannten Art mit von der Belastung des Patienten abhängiger Reizimpuls-Folgefrequenz zu schaffen, bei dem die Steuergröße für die Reizimpuls-Folgefrequenz ein von der Muskelarbeit des Patienten abhängiger Stoffwechselparameter verwendet wird.
Diese Aufgabe wird erfinduTigsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst In den Ansprüchen 2 bis 18 sind besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gekennzeichnet
Die Erfindung stützt sich auf die Erkenntnis, daß bei Muskelarbeit, insbesondere wenn sie intensiv ist und länger dauert, im Stoffwechselbild die Werte pH. pÜ2 und PCO2 des menschlichen Blutes Änderungen erfahren, nämlich daß sich die Werte pH und pÜ2 verringern und der Wert ρ(Χ>2 sich erhöht und daß gleichzeitig im hämodynamischen Bild der Pulsschlag sich beschleunigt, um als natürliche Antwort auf den erhöhten Sauerstoffbedarf der Gewebe eine höhere Herzleistung zu bewirken.
Ein erster Vorteil der Erfindung besteht in der selbsttätigen Regulierung der Reizimpuls-Folgefrequenz des Herzschrittmachers entsprechend der von seinem Träger geleisteten Arbeit, wobei sich diese Frequenz augenblicklich nach den pH-Wert-Änderungen des Blutes richtet
Weitere Vorteile sind eine kontinuierliche elektrometrische Messung des Blutes, die hohe Empfindlichkeit mit der auch kleinste Änderungen des pH-Wertes des Blutes in der Größenordnung von 0,01 wahrgenommen werden sowie die sofortige Reaktion auf wahrgenommene pH-Wert-Änderungen des Blutes.
Noch ein Vorteil ist die Möglichkeit, die Höchst- und Mindestwerte für die Reizimpuls-Folgefrequenzen zu begrenzen und die Zeitintervalle der pH-Wert-Bestimmungen zu fixieren, beides unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit des Patienten. Dies gestattet auch den Ausschluß der Selbstregulierung des Herzschrittmachers, so daß dieser, wenn erforderlich, in herkömmlicher Weise arbeiten kann.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 ein elektrisches Blockschaltbild eines Herzschrittmachers in einer ersten Ausführungsform mit einem Gleichstromverstärker und
F i g. 2 ein elektrisches Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des Herzschrittmachers mit einem Wechselstromverstärker.
In seinen wesentlichen Bestandteilen besteht ein Herzschrittmacher mit beanspruchten Merkmalen gemäß F i g. 1 aus einer Vorrichtung 1 zur kontinuierlichen Messung des pH-Wertes des Blutes, einem aktiven Impedanzadapter 2, einem Gleichstromverstärker 3, einem Oszillator 4, einer Kathodenfolgerstufe 5 und einer Begrenzerschaltung 6 in der im Blockschaltbild dargestellten Anordnung.
Für eine elektrometrische Messung des pH-Wertes des Blutes wird als Vorrichtung 1 eine Metallelektrode aus einem Metall aus der Platin-Gruppe verwendet, wobei das Metall aus der Platin-Gruppe vorzugsweise Iridium ist.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrode eine messende Ir/IrO2-Mikroelektrode, die mit einer Bezugselektrode für eine kontinuierliche elektrometrische Messung des pH-Wertes des strömenden Blutes gekoppelt ist. Die Bezugselektrode ist eine polarisierbare Ag/AgCI-Elektrode in NaCl-Lösung.
Ebenso wie die Materialien für die Meßelektrode ist auch die isolierende Umkleidung dieser Elektrode, wie
insbesondere hitzebeständiger Silikonkautschuk, ebenfalls auf die elektrischen Eigenschaften der Herzschrittmacher abgestimmt.
Die Bezugselektrode, die einen Bestandteil des Herzschrittmachers bildet, steht mit dem Blut des Patienten nicht in Kontakt.
Der elektrische Stromkreis der als Vorrichtung 1 zur kontinuierlichen Messung des pH-Wertes des Blutes dienenden Mikroelektrode wird durch einen aktiven Impedanzadapter 2 über eine hohe Impedanz in der Größenordnung von Giga-Ohm geschlossen.
Im Anschluß daran ist ein Gleichstromverstärker 3 vorgesehen, der das von der messenden Mikroelektrode abgegebene Signal, dessen Spannung in der Größenordnung von Milli-Volt liegt, nach dem Durchgang durch den Impedanzadapter 2 um mindestens das Tausendfache verstärkt.
Das Ausgangssignal des Gleichstromverstärkers 3 wird sodann einem astabilen Oszillator 4 zugeleitet, in dem es in ein Signal mit Folgefrequenz der Reizimpulse umgesetzt wird. Dem astabilen Oszillator 4 ist eine Kathodenfolgerstufe 5 für die Verstärkung der Reizimpulse nachgeschaltet.
Schließlich ist eine Begrenzerschaltung 6 vorgesehen zur Begrenzung der Minimum- und Maximumwerte der Reizimpuls-Folgefrequenz und zur Fixierung des Zeitintervalls für die pH-Wert-Messungen.
Alternativ zum Stromkreis gemäß F i g. 1 ist ein Stromkreis gemäß F i g. 2 vorgesehen, der sich vom ersten Stromkreis im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß er einen Wechselstromverstärker 15 enthält.
Dieser zweite Stromkreis bietet weitere Vorteile, wie eine 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 Herzschrittmachers unter Muskelanstrengungen steht
In seinen wesentlichen Bestandteilen besteht ein Herzschrittmacher gemäß F i g. 2 aus einer Vorrichtung 11 zur kontinuierlichen elektrometrischen Messung des pH-Wertes des Blutes, einem aktiven Impedanzadapter 12, einem Verstärker 13, einem Einweg-Differentiator 14, einem Wechselstromverstärker 15, einem freischwingenden Oszillator 16, einer Begrenzerschaltung 17 und einem Polarisierungskreis 18 für die verwendete Bezugselektrode.
Die Meßelektrode und die Bezugselektrode sind von derselben Ausführung wie beim Herzschrittmacher gemäß Fig. 1. Der Stromkreis der als Vorrichtung 1 zur kontinuierlichen Messung des pH-Wertes des Blutes dienenden Mikroelektrode wird durch einen aktiven Impedanzadapter 12 über eine hohe Impedanz in der Größenordnung von etwa 10I2Ohm geschlossen. Anschließend bewirkt ein Gleichstromverstärker 13 eine mindestens tausendfache Verstärkung des von dem aktiven Impedanzadapter 12 gelieferten Signals und erzeugt dadurch Nutzsignale in der Größenordnung von etwa 1 Volt Das Ausgangssignal des Gleichstromverstärkers 13 wird einem Einweg-Differentiator 14 zügeleitet, der die Nutzsignale von störenden Einflüssen trennt und somit das System unempfindlich gegen alkalische Veränderungen macht, wodurch verhindert wird, daß die Reizimpuls-Folgefrequenz unter einen vorbestimmten Mindestwert absinkt.
Das Ausgangssignal des Einweg-Differentiators 14 gelangt an einen Wechselstromverstärker 15, der ein Ausgangssignal zur Steuerung des freischwingenden Oszillators 16 des Herzschrittmachers liefert. Der freischwingende Oszillator 16 verstärkt die Reizimpulse.
Die Begrenzerschaltung 17 entspricht jener des Herzschrittmachers gemäß Fig. 1. Sie begrenzt die Minimum- und Maximumwerte der Reizimpuls-Folgefrequenz und fixiert die Zeitintervalle für die pH-Wert-Messungen.
Der Stromkreis 18 dient zur Polarisierung der Bezugselektrode und ist daher nur dann vorhanden, wenn die Steuereinrichtung für die Reizimpuls-Folgefrequenz von einer einzigen Potentialdifferenz gespeist wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche: 10 15 20 25
1. Herzschrittmacher mit einer Einrichtung für eine selbsttätige Steuerung der Reizimpuls-Folgefrequenz in Abhängigkeit von der körperlichen Belastung des Patienten, bei dem der die Reizimpuls-Folgefrequenz steuernde, von der körperlichen Belastung des Patienten abhängige Parameter im Herzen detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz der Reizimpulse in Abhängigkeit vom Potentialwert einer auf Änderungen des pH-Wertes des Blutes ansprechenden Elektrode im Blutstrom des Patientenherzens gesteuert wird und daß die Elektrode dabei eine Metallelektrode aus einem Metall aus der Platin-Gruppe ist.
2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus der Platin-Gruppe Iridium ist.
3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine messende Ir/!rC>2-Mikroelektrode ist, die mit einer Bezugselektrode für eine kontinuierliche elektrometrische Messung des pH-Wertes des strömenden Blutes gekoppelt ist.
4. Herzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode eine Ag/ AgCl-Elektrode in NaCl-Lösung ist.
5. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen 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 Kathodenfolgerstufe (5) und einer Begrenzerschaltung (6).
6. Herzschrittmacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis der als Vorrichtung (1) zur kontinuierlichen Messung des pH-Wertes des Blutes dienenden Mikroelektrode durch einen aktiven Impedanzadapter (2) über eine hohe Impedanz in der Größenordnung von Giga-Ohm geschlossen ist.
7. Herzschrittmacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichent, daß das von der messenden Mikroelektrode abgegebene Signal, dessen Spannung in der Größenordnung von Milli-Volt liegt, nach dem Durchgang durch den Impedanzadapter (2) in einem Gleichstromverstärker (3) etwa tausendfach verstärkt wird.
8. Herzschrittmacher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Gleichstromverstärkers (3) einem astabilen Oszillator (4) zugeleitet wird, in dem es in ein Signal mit der Folgefrequenz der Reizimpulse umgesetzt wird.
9. Herzschrittmacher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem astabilen Oszillator (4) eine Kathodenfolgerstufe (5) für die Verstärkung der Reizimpulse nachgeschaltet ist.
10. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch eine Begrenzerschaltung (6) zur Begrenzung der Minimum- und Maximumwerte der Reizimpuls-Folgefrequenz und zur Fixierung des Zeitintervalls für die pH-Wert-Messungen.
11. Herzschrittmacher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis, bestehend aus einer Vorrichtung (11) zur kontinuierlichen elektrometrischen Messung des pH-Wertes
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DE2613463A 1975-04-24 1976-03-30 Herzschrittmacher mit belastungsabhängiger Reizimpuls-Folgefrequenz Expired DE2613463C2 (de)

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