DE2701104C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Herzschrittmacher.

Bei einem bekannten Schrittmacher (US-PS 37 47 604) überwacht der Schrittmacher das ventrikuläre endokardiale EKG, und er steuert in Abhängigkeit davon sowohl die Vorhof- als auch die Kammerstimulation. Eine vorbestimmte erste Zeitspanne nach dem letzten QRS-Komplex wird, falls erforderlich, eine Vorhofstimulation ausgelöst, während es bei Ablauf einer zweiten vorbestimmten Zeitspanne nach dem letzten QRS-Komplex zur Auslösung der nächsten Kammerstimulation kommt, falls nicht zuvor eine spontane Kammeraktion eingetreten ist. Beide Zeiten für Vorhof- und Kammerstimulation werden also von einem gemeinsamen Bezugspunkt in Form der letzten vorausgegangenen Kammeraktion bestimmt. Kommt es im Vorhof zu einer Erhöhung der Frequenz der spontanen Vorhofaktion, bleibt bei einem solchen Schrittmacher die Kammerstimulationsfrequenz unverändert; es erfolgt keine Anpassung der Kammerfrequenz an Belastungen. Die Belastungsanpassung des Herz-Zeit-Volumens muß vielmehr in nachteiliger Weise über das Schlagvolumen des Herzens erfolgen.

Bekannt sind ferner vorhofgesteuerte Herzschrittmacher (US-PS 39 03 897), bei denen die Vorhofdepolarisation mit einer im oder auf dem Vorhof angebrachten Elektrode erfaßt und eine vorbestimmte, z. B. 150 ms betragende, Zeit später ein Reizimpuls auf die Kammer gegeben wird. Diese Schrittmacher sind jedoch nur ventrikelstimulierend, während im Vorhof keine Stimulation erfolgt. Der Schrittmacher versagt daher, wenn eine Vorhofbradykardie auftritt oder spontane Vorhofaktionen ganz ausfallen. Andererseits sind auch Schrittmacher bekannt, die nur den Vorhof stimulieren, da in gewissen Krankheitszuständen nur der Vorhof langsam schlägt und eine Vorhofstimulation ausreicht, um auch eine genügend hohe Ventrikelfrequenz zu erhalten. Derartige Vorhofschrittmacher sind Kammerschrittmachern hämodynamisch vorzuziehen, da hier bei intakter AV-Überleitung der Vorhofrhythmus erhalten bleibt und Emboliegefährdungen erheblich kleiner werden. Eine solche Vorhofstimulation verbietet sich jedoch, wenn die AV-Überleitung unzuverlässig ist.

Schließlich ist auch ein sogenannter Synchronbedarfsschrittmacher bekannt (The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery, Band 61, No. 3, März 1971, Seiten 466 bis 471), der eine Modifikation des vorstehend erwähnten vorhofgesteuerten Kammerschrittmachers darstellt. Im Falle dieses Schrittmachers erfolgt eine Kammerdemandierung in der Weise, daß innerhalb eines vorgegebenen zeitlichen Fensters eintretende Kammerdepolarisationen dazu führen, daß der an sich fällige Kammerreizimpuls unterdrückt wird. Bei diesem Schrittmacher ist jedoch keine Möglichkeit gegeben, bei Vorhofbradykardie im Vorhof zu stimulieren. Da es sich bei diesem bekannten Schrittmacher um ein externes Gerät handelt, kann zwar der Ausgang des Reizimpulsgenerators statt an die Kammerelektrode auch an die Vorhofelektrode angeschlossen werden. Das bedeutet, daß in einem solchen Falle nur eine Vorhofreizung, aber keine Ventrikelreizung erfolgt. Damit wird eine Betriebsweise erzielt, die bei verschiedenen Kranheitszuständen, insbesondere AV-Überleitungsstörungen, unbrauchbar ist. Infolgedessen ist die Einsatzfähigkeit dieses Schrittmachers gleichfalls beschränkt.

Die Herzaktionen in Vorhof und Kammer lassen sich grundsätzlich nach Bradykardie und Normalfunktion so einteilen, daß Vorhof und Kammer ausreichend schnell schlagen (erster Quadrant); der Vorhof zu langsam ist und stimuliert werden muß, während die Kammer ordnungsgemäß nachfolgt (zweiter Quadrant); der Vorhof ausreichend funktioniert, aber die Kammer nicht nachgeführt wird (dritter Quadrant) sowie Vorhof und Kammer einer Stimulation bedürfen (vierter Quadrant). Keiner der bekannten Schrittmacher ist in allen vier Bradykardiequadranten mit Erfolg einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schrittmacher zur bedarfsweisen Stimulation von Vorhof und/oder Kammer derart weiterzubilden, daß er bei schneller werdender spontaner Vorhofaktion die Kammer sicher nachführen kann und damit eine einwandfreie Funktion in allen vier genannten Bradykardiequadranten sicherstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Herzschrittmacher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Grundidee, den normalerweise ablaufenden Herzzyklus außerhalb des Herzens vollständig elektronisch nachzubilden und bei physiologischen Störungen im Sinne der Schrittmacherbedürftigkeit in Vorhof oder Kammer diesen extern mitlaufenden Kontrollzyklus dem Herzen aufzuzwingen. Dabei hat das Herz, soweit es vernünftig arbeitet, die Möglichkeit, jede einzelne Teilfunktion des Schrittmachers zu unterdrücken. Der Schrittmacher kann also bei Bedarf nur im Vorhof, nur in der Kammer oder sowohl im Vorhof als auch in der Kammer stimulieren. Bei Bedarf wird eine schnellere Vorhoffrequenz auf die Kammer übergeleitet. Bei Bedarf, nämlich bei ganz ordnungsgemäßen Herzfunktionen, wird weder im Vorhof noch in der Kammer stimuliert. Der Schrittmacher nach der Erfindung bewirkt dabei einerseits im Falle von spontan ausreichend schnell und belastungsabhängig laufendem Vorhof eine Anpassung der Kammerfrequenz an die jeweilige Belastung. Andererseits sind eine Vorhof- und eine Kammerstimulation auch bei Ausfall von spontaner Vorhofaktivität gewährleistet.

Bei dem Schrittmacher nach der Erfindung löst das Ende der AV-Wartezeit den Beginn der VA-Wartezeit aus und das Ende der VA-Wartezeit löst den Beginn der AV-Wartezeit aus. Immer dann, wenn nach einer spontanen P-Welle oder einer provozierten Vorhofkontraktion innerhalb der vorbestimmten ersten Zeitspanne keine Ventrikelkontraktion folgt, wird also ein Reizimpuls auf den Ventrikel gegeben. Dieser Impuls unterbleibt bei rechtzeitiger spontaner Ventrikelaktivität. Bei der zweiten vorbestimmten Zeitspanne nach einem Ventrikelimpuls, sei er spontan erfolgt oder durch Schrittmacherdepolarisation hervorgerufen, folgt ein Vorhofreizsignal, falls nicht rechtzeitig eine spontane Vorhofaktivität ermittelt wurde. Dieses Spiel wiederholt sich im dauernden Wechsel.

Zweckmäßig weisen der Kammerstimulator und der Vorhofstimulator jeweils einen monostabilen Multivibrator auf, der die AV- bzw. die VA-Wartezeit vorgibt.

Die AV- und die VA-Wartezeit betragen vorzugsweise 120 ms bis 200 ms bzw. 600 ms bis 750 ms.

Vorteilhaft ist es, zur Erkennung und Stimulation der Vorhof- und der Kammeraktion jeweils eine unipolare Elektrode vorzusehen und das Schrittmachergehäuse als gemeinsame neutrale Elektrode auszunutzen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Vorhofstimulator einen über eine erste Schaltstufe aufladbaren und über eine zweite Schaltstufe entladbaren Ausgangskondensator auf. Dies gewährleistet nach rasch abgeschlossener Aufladung des Ausgangskondensators eine hohe Eingangsimpedanz der Vorhofsignalerkennungsschaltung und damit eine verbesserte P-Erkennung. Wird der Kammerstimulator im Gegensatz dazu in konventioneller Weise ausgelegt, kann ferner im EKG zwischen Vorhof- und Ventrikelimpuls sicher unterschieden werden. Ein besonders einfacher Schaltungsaufbau wird erhalten, wenn mittels eines Vorhofstimulationsauslösesignals beide Schaltstufen ansteuerbar sind und der Ladeschaltstufe ein Zeitverzögerungsglied vorgeschaltet ist. Ein und dasselbe Signal sorgt dann zunächst für das unverzügliche Ansprechen der Entladeschaltstufe und die daran entsprechend zeitverzögert anschließende Betätigung der Ladeschaltstufe.

Der Kammeraktionserkennungsstufe ist vorzugsweise eine Sperrstufe zugeordnet, mittels deren die Kammeraktionserkennung bei Auslösen einer Vorhofstimulation für eine vorbestimmte Zeitdauer sperrbar ist.

Zwecks Prüfung der Schrittmacherfunktionen können die AV-Wartezeit und/oder die VA-Wartezeit zweckmäßig verkürzt werden.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Vorhofaktionserkennungsstufe und/oder Kammeraktionserkennungsstufe ein Refraktärglied auf, das die Erkennung von Signalen blockiert, deren Frequenz einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet. Beim Einfallen solcher hochfrequenter Störsignale werden die Vorhofaktionserkennungsstufe und/oder die Kammeraktionserkennungsstufe blockiert; die Schrittmacherfunktionen werden festfrequent.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer abgewandelten zweiten Ausführungsform.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 dient eine Elektrode 10 der Zufuhr von Reizsignalen zum Vorhof sowie zur Erfassung von natürlicher Vorhofaktivität. In entsprechender Weise ist eine Elektrode 12 an die Herzkammer anschließbar, um dieser Reizimpulse zuzuleiten und natürlich auftretende Kammerimpulse zu ermitteln. Die Vorhofelektrode 10 steht über einen Vorhofsignalverstärker 14, ein mittels positiver Impulsflanken ansteuerbares, der Störunterdrückung dienendes, nachtriggerbares Monoflop 15 mit einer Verweilzeit von 100 ms sowie ein aus einem Kondensator 16 und einem Widerstand 17 bestehendes Differentiationsglied mit dem einen Eingang 18 eines NOR-Gatters 19 in Verbindung.

Die Kammerelektrode 12 ist über einen Kammersignalverstärker 20 und einen Inverter 22 an den einen Eingang 23 eines NOR- Gatters 24 angeschlossen. Der Ausgang des NOR-Gatters 24 steht über ein mittels positiver Impulsflanken ansteuerbares, gleichfalls für eine Störunterdrückung sorgendes, nachtriggerbares Monoflop 26 von 100 ms und ein von einem Kondensator 27 und einem Widerstand 28 gebildetes Differentiationsglied mit dem einen Eingang 29 eines NOR-Gatters 30 in Verbindung.

Der Ausgang des NOR-Gatters 19 ist mit dem Eingang eines mittels negativer Flanken ansteuerbaren, eine Refraktärphase vorgebenden Monoflops 32 von 400 ms verbunden, dessen Ausgang an den Eingang eines mittels negativer Flanken triggerbaren Monoflops 34 mit einer Verweilzeit von 150 ms angeschlossen ist. Das Monoflop 34 bestimmt den PQ-Abstand. Sein Ausgang Q steht über ein Differentiationsglied, gebildet von einem Kondensator 35 und einem Widerstand 36, mit dem einen Eingang 37 eines NOR-Gatters 38 in Verbindung. Der Ausgang des NOR-Gatters 38 ist an den anderen Eingang 39 des NOR-Gatters 30 angeschlossen.

Der Ausgang des NOR-Gatters 30 führt zum Eingang eines mittels negativer Flanken triggerbaren, für die Refraktärphasenvorgabe vorgesehenen Monoflops 42 von 300 ms, dessen Ausgang Q über ein aus einem Kondensator 43 und einem Widerstand 44 bestehendes Differentiationsglied an den einen Eingang eines NOR-Gatters 46 angeschlossen ist. Über eine Leitung 47 steht der Ausgang Q des Monoflops 42 ferner mit dem anderen Eingang 49 des NOR-Gatters 38 in Verbindung. Der zweite Eingang 50 des NOR- Gatters 46 ist über ein Differentiationsglied, bestehend aus einem Kondensator 52 und einem Widerstand 53, an einen zweiten Ausgang 54 des Monoflops 32 angeschlossen. Der Ausgang des NOR-Gatters 46 führt zum Eingang eines mittels negativer Flanken ansteuerbaren, nachtriggerbaren Monoflops 56 von 700 ms, das den QP-Abstand bestimmt. Der Ausgang des Monoflops 56 steht über eine Leitung 57 mit dem zweiten Eingang 58 des NOR- Gatters 19 sowie mit dem Eingang eines als Impulsformer dienenden, mittels positiver Flanken triggerbaren Monoflops 60 von 0,5 ms in Verbindung. Der Ausgang Q des Monoflops 60 ist mit der Basis eines pnp-Transistors 62 über eine Serienschaltung aus einem Widerstand 63 und einem Kondensator 64 verbunden. Die Basis des Transistors 62 steht ferner über eine Diode 65 mit der positiven Seite der Spannungsversorgungsquelle in Verbindung. Außerdem ist der Ausgang Q des Monoflops 60 über einen Widerstand 67 an die Basis eines npn-Transistors 68 angeschlossen. Die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren 62, 68 liegen in Reihe zwischen + - Spannung und Masse. An den Verbindungspunkt 69 der beiden Kollektoren der Transistoren 62 und 68 ist die eine Seite eines Ausgangskondensators 70 angeschlossen, dessen andere Seite mit der Vorhofelektrode 10 in Verbindung steht.

Der Eingang eines mittels positiver Flanken triggerbaren Impulsformer- Monoflops 72 von 0,5 ms ist an den Ausgang des NOR-Gatters 38 angeschlossen. Der Ausgang Q des Monoflops 72 führt über einen Widerstand 73 zur Basis eines Ausgangstransistors 74, dessen Kollektor-Emitter-Strecke mit einem Widerstand 75 zwischen der positiven Seite der Betriebsspannung und Masse liegt. Der Kollektor des Transistors 74 ist an die eine Seite eines Ausgangskondensators 76 angeschlossen, dessen andere Seite mit der Kammerelektrode 12 verbunden ist.

Der Ausgang des Monoflops 56 ist ferner mit dem Eingang eines Monoflops 78 mit einer Verweilzeit von 40 ms verbunden, das mittels positiver Flanken getriggert werden kann und dessen Ausgang Q an den zweiten Eingang 79 des NOR-Gatters 24 angeschlossen ist.

Grundsätzlich arbeitet die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wie folgt:

Am Eingang des Monoflops 32 tritt eine Information in Form eines Impulssprungs auf, wenn über den Eingang 58 des NOR-Gatters 19 die Information zugeleitet wird, daß der Vorhof stimuliert wurde, oder wenn über den Eingang 18 des Gatters 19 die Information gekommen ist, daß eine spontane Vorhofaktion stattgefunden hat. Am Eingang des Monoflops 32 erscheint also ein Impulssprung, der die Zeit von 400 ms startet, immer dann, wenn der Vorhof durch einen Reizimpuls depolarisiert wird oder der Vorhof sich spontan erregt. Simultan mit dem Setzen des Monoflops 32 wird über dessen Ausgang der Eingang des Monoflops 34 angesteuert und dessen Zeit von 150 ms eingeleitet. Nach Verstreichen der 150 ms der Monoflops 34 geht über den dynamischen Eingang 35, 36, 37 des Gatters 38 ein Impuls an den Ausgang dieses Gatters, der über das als Impulsformerstufe für 0,5 ms wirkende Monoflop 72 der in konventioneller Weise ausgeführten Ausgangsstufe 73 bis 76 für die Ventrikelstimulation zugeleitet und über die Elektrode 12 auf den Ventrikel gegeben wird.

Der Impuls am Ausgang des Gatters 38 geht ferner an den Eingang des Gatters 30, von dem er auf den Eingang des Monoflops 42 übertragen wird. Er startet dort die Refraktärzeit von 300 ms. Darüber hinaus gelangt der Impuls zum Eingang 45 des Gatters 46 und weiter zum Eingang des Monoflops 56, das getriggert wird. Die Verweilzeit des Monoflops 56 von 700 ms beginnt zu laufen.

Am Eingang des Monoflops 42 tritt in Analogie zu den Verhältnissen am Eingang des Monoflops 32 eine Information dann auf, wenn vom Ausgang des Gatters 38 ein Ventrikelimpuls abgegeben worden ist oder wenn über den Eingang 29 eine Information über eine stattgefundene Spontandepolarisation der Kammer das Gatter 30 erreicht. Bezüglich der Ansteuerung des Monoflops 42 macht es also keinen Unterschied, ob der Ventrikel erregt wird oder spontan aktiviert wurde. Mit dem Ablaufen des Impulssprungs am Eingang des Monoflops 42 wird das nachtriggerbare Monoflop 56 erneut angestoßen. Infolgedessen müssen nach einer Kammerdepolarisation, gleichgültig ob diese spontan oder stimuliert erfolgt ist, 700 ms verstreichen, bevor der Ausgang des Monoflops 56 steigt und über die Leitung 57 ein Vorhofimpuls ausgegeben wird.

Falls die Vorhofaktion spontan schneller wird, als es der Interventionsfrequenz des Schrittmachers enspricht, betritt die P-Welle nach Verstärkung im Vorhofsignalverstärker 14 über das Monoflop 15 abermals durch den Eingang 18 des Gatters 19 das Monoflop 32. Über den Ausgang 54 dieses Monoflops geht der betreffende Impuls auf den dynamischen Eingang 50 des Gatters 46. Er wird von dort auf das Monoflop 56 übertragen. Daher kann nach einem spontanen Vorhofimpuls für eine Zeitspanne von mindestens 700 ms (der Verweilzeit des Monoflops 56) zunächst kein weiterer Vorhofimpuls abgegeben werden. Da dieser spontane Vorhofimpuls aber über das Monoflop 34 nach 150 ms erneut den Vertrikel aktiviert und über die Gatter 38 und 30 sowie das Monoflop 42 das Monoflop 56 nachtriggert, kommt es tatsächlich erst 700 ms + 150 ms = 850 ms nach der spontanen P-Welle zur erneuten Triggerung des Vorhofs.

Ein Vorhofimpuls soll nach 150 ms - der Verweilzeit des Monoflops 34 - zu einer Kammerdepolarisation führen. Möglicherweise erfolgt diese Kammerdepolarisation aber bereits zur Sollzeit spontan. Der kammerdepolarisierende Impuls hat in diesem Falle keine physiologische Wirkung. Er soll daher zur Stomersparnis und aus sonstigen Gründen entfallen. Für diesen Zweck ist die Rückkopplung vom Ausgang des Monoflops 42 über die Leitung 47 auf den Eingang des Gatters 38 vorgesehen.

Diese Rückkopplung bewirkt folgendes: Ist bei dem Monoflop 34 der Impuls von 150 ms kurz vor dem Abbruch und würde infolgedessen über den Ausgang des Gatters 38 an die Kammer ein Ventrikelimpuls gegeben, wird dies dadurch verhindert, daß die bereits eingetroffene Kammererregung zu diesem Zeitpunkt am Eingang des Monoflops 42 die Verweilzeit von 300 ms des Monoflops 42 erneut gesetzt hat. Das am Ausgang Q des Monoflops 42 erscheinende Potential blockiert jetzt über die Leitung 47 das Gatter 38. Der nach Ablauf der 150 ms betragenden Verweilzeit des Monoflops 34 erscheinende Impulssprung kann infolgedessen das Gatter 38 nicht zum Ventrikel hin passieren. Der nicht erforderliche, für eine Kammerdepolarisation sorgende Impuls unterbleibt also, wenn innerhalb der Verweilzeit von 150 ms bereits eine Kammerdepolarisation spontan stattfand.

Im folgenden sei die Betriebsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 in den vier verschiedenen Bradykardiequadranten geschildert.

Zunächst sei angenommen, daß sowohl der Vorhof als auch die Kammer ausreichend schnell schlagen und daher keine Stimulation erforderlich ist (1. Quadrant). Das von der Vorhofelektrode 10 aufgenommene spontane P-Signal gelangt zum Eingang des Monoflops 32 und unterdrückt über dessen Ausgang 54 und den Eingang 50 des Gatters 46 durch Rücksetzen des Monoflops 56 sowie durch Nachrücksetzen dieses Monoflops über das Monoflop 34 die Ausgabe einer P-Information über den Ausgang des Monoflops 56. Die zeitgerecht einfallende Kammeraktion unterdrückt ihrerseits durch Hochsetzen des Monoflops 42 über die Leitung 47 und den Eingang 49 des Gatters 38 die Ausgabe eines Impulses an die Kammer. Bei zeitlich ausreichend frequent einfallender Vorhofaktion und zeitlich richtig abgestimmter Aktion der Kammer unterbleiben infolgedessen Vorhof- und Ventrikelstimulation.

Für den Fall, daß bei Vorhofbradykardie der Vorhof stimuliert werden muß, die Überleitung zur Kammer jedoch intakt ist (2. Quadrant), wird nach Beendigung der 700 ms betragenden Verweilzeit des Monoflops 56, da zwischenzeitlich eine erneute Rücksetzung unterbleibt, über den Ausgang des Monoflops 56 und die Leitung 57 die Information auf den Eingang des Monoflops 60 gegeben, daß eine Vorhofdepolarisation mittels eines Impulses durchgeführt werden soll. Die Verweilzeit des Monoflops 34 von 150 ms wird gestellt. Rechtzeitig bevor diese 150 ms abgelaufen sind, tritt jedoch eine spontane Kammerdepolarisation auf, die über den Kammersignalverstärker 20, das Gatter 24, das Monoflop 26 und das Gatter 30 dem Monoflop 42 zugeführt wird. Das Monoflop 42 wird getriggert und blockiert über die Leitung 47 die Übertragung des Kammerreizimpulses vom Ausgang Q des Monoflops 34 zum Monoflop 72. Auf diese Weise wird der Kammerimpuls unterdrückt.

Wenn umgekehrt der Vorhof ausreichend schnell läuft, möglicherweise sogar erheblich schneller als normal bis zu einer Frequenz von 150 Schlägen/min schlägt, die Kammerüberleitung aber schlecht ist (3. Quadrant), passiert folgendes:

Spontane P-Signale gelangen von der Vorhofelektrode 10 aus zum Eingang des Monoflops 32 und stellen die durch dieses Monoflop vorgegebene Refraktärzeit von 400 ms. Gleichzeitig wird das Monoflop 34 getriggert. Über das Gatter 38 wird nach Ablauf der Verweilzeit des Monoflops 34 von 150 ms über das Monoflop 72 der Impuls zur Kammerdepolarisation zur Kammerausgangsstufe 73 bis 76 gegeben. Der Vorhof kann bei der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehenen Dimensionierung seine Frequenz zwischen 70 und 150 (letzteres entsprechend der vom Monoflop 32 vorgegebenen Refraktärzeit von 400 ms) ändern. Die Kammer wird jeweils im Abstand der Verweilzeit des Monoflops 34 (150 ms) nachgeführt. Die Vorhofstimulation unterbleibt, weil nach jedem spontanen Vorhofimpuls das Monoflop 56 nachgestellt wird, somit also zunächst 700 ms verstreichen müssen, und weil nach Depolarisation der Kammer eine Nachtriggerung des Monoflops 56 über den Ausgang des Gatters 30, das Monoflop 42 und den Eingang 45 des Gatters 46 erfolgt. Daher könnte erst nach 850 ms (entsprechend der Summe der Verweilzeiten der Monoflops 34 und 56) ein Vorhofimpuls abgegeben werden. Die Vorhofreizung unterbleibt aber, da der Vorhof zuvor bereits spontan funktioniert hat.

Schließlich sei der Fall betrachtet, daß sowohl der Vorhof als auch die Kammer nicht schlagen und daher stimuliert werden müssen (4. Quadrant). Die Vorhofreizung erfolgt jetzt in der zuvor beschriebenen Weise. Da die Kammer innerhalb ihrer Sollzeit von 150 ms nicht nachfolgt und die Verweilzeit von 300 ms des Monoflops 42 über den Kammersignalverstärker 20, das Gatter 24 und das Monoflop 26 nicht gesetzt wird, unterbleibt die retrograde Unterdrückung der Impulsübergabe durch das Gatter 38. Der das Monoflop 34 nach Ablauf von 150 ms verlassende Impulssprung erscheint am Eingang 37 des Gatters 38 und geht von dessen Ausgang über das Monoflop 72 zur Ausgangsstufe 73 bis 76. Über die Kammerelektrode 12 wird die Kammer depolarisiert.

Um eine sichere Erkennung des einem Vorhofimpuls folgenden Kammerkomplexes sicherzustellen, wird mittels des am Ausgang des Monoflops 56 auftretenden Vorhofsollimpulses gleichzeitig das 40 ms-Monoflop 78 gestellt. Dies bewirkt, daß über den Eingang 79 des Gatters 24 die Übergabe von im Ventrikel empfangenen Impulsen während der Torzeit des Monoflops 78 unterdrückt wird. Vom Kammersignalverstärker 20 aufgenommene Vorhofimpulse werden durch dieses Zeitfenster von der logischen Berücksichtigung im Kammerblock ausgeschlossen.

Während auf der Kammerseite der Kammerimpuls durch schnelle Entladung des Ausgangskondensators 76 und langsames Wiederaufladen dieses Kondensators über den Widerstand 75 erzeugt wird, ist für das Rückladen des vorhofseitigen Ausgangskondensators 70 der dynamisch geschaltete Transistor 62 vorgesehen. Das Wiederaufladen geschieht über diesen Transistor sehr niederohmig und ist dementsprechend rasch abgeschlossen. Dadurch wird erreicht, daß im EKG weniger Verzerrungen auftreten, der Vorhofimpuls vom Ventrikelimpuls im EKG leicht unterschieden werden kann und nach Abschluß der Rückladung des Kondensators 70 der Vorhofsignalverstärker 14 eine wesentlich erhöhte Eingangsimpedanz hat, was die P-Erkennung weiter verbessert.

Es versteht sich, daß die Rückladung des Ausgangskondensators 76 grundsätzlich ebenfalls niederohmig über einen Schalttransistor entsprechend dem Transistor 62 erfolgen kann. Da jedoch der Kammersignalverstärker 20 ohnehin zuverlässig arbeitet, wird es in der Regel günstiger sein, die Ausgangsstufen in der beschriebenen Weise unterschiedlich auszulegen, um im EKG den Vorhofimpuls vom Kammerimpuls sicher zu differenzieren und damit die postoperative Störungsdiagnostik zu erleichtern.

In der Praxis ist es erwünscht, die Schrittmacherfunktionen auch dann zu kontrollieren, wenn sich der Patient in sauberem Eigenrhythmus befindet und der Schrittmacher in allen Quadranten völlig unterdrückt wird. Dies kann beispielsweise in der Weise geschehen, daß die beiden Eingangsverstärker 14 und 20 über einen Magnetschalter blockiert werden und abgewartet wird, bis die Reizimpulse im Vorhofbereich und in der Kammer erregbare Phasen treffen. Es kann dann erkannt werden, ob der Vorhofimpuls jeweils eine P-Welle und der Kammerimpuls jeweils einen QRS-Komplex provoziert.

Statt dessen kann auch die bei der beschriebenen Ausführungsform 150 ms betragende PQ-Verzögerungszeit über einen Magnetschalter drastisch, beispielsweise auf 50 ms, verkürzt werden, um eine vorhandene intakte Überleitung zu überspielen und die Kammer auf jeden Fall elektrisch zu provozieren, falls der Schrittmacher effektiv ist. Gleichzeitig wird dabei die Verweilzeit des Monoflops 56 von 700 ms auf beispielsweise 450 ms verkürzt, so daß als Summe der Verweilzeiten der Monoflops 34 und 56 eine Zeit von insgesamt 500 ms erhalten wird, was einer Frequenz von 120 Schlägen/min entpricht. Damit wird das Herz sicher überfahren; die Stimulation kann einwandfrei überprüft werden.

Eine Schaltungsanordnung, die prinzipiell derjenigen nach Fig. 1 entspricht, läßt sich auch unter Verwendung von integrierten Schaltungen aufbauen, wie sie für auf dem Markt befindliche Bedarfsherzschrittmacher verwendet werden. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 2 veranschaulicht. Es sind dort zwei integrierte Schaltungen 84 und 86 vorgesehen. Jede der Schaltungen 84, 86 umfaßt einen Impulsgenerator mit durch spontane Kammer- bzw. Vorhofsignale rückstellbarem Zeitglied (entsprechend dem Monoflop 56) sowie die Impulsformer- und Ausgangsstufen (entsprechend den Monoflops 60 und 72 sowie den Ausgangsstufen 63 bis 70 bzw. 73 bis 76). Die Refraktärglieder 32 bzw. 42, die Störungsdrückungsglieder 15 bzw. 26 und die Verstärker 14 bzw. 20 sind zu integrierten Schaltungen 88 bzw. 90 zusammengefaßt.

Die integrierten Schaltungen 84 und 86 sind miteinander in Reihe geschaltet, wobei ein vor der Ausgangsstufe der Schaltung 84 abgehender erster Ausgang 91 über eine Diode 92 und einen Kondensator 93 mit dem Eingang der integrierten Schaltung 86 verbunden ist. Die integrierte Schaltung 86 wirkt über einen dem Ausgang 91 entsprechenden ersten Ausgang 95, eine Leitung 96 und eine Diode 97 auf den EIN-Eingang 98 einer Speicherzelle zurück, die von zwei miteinander gekoppelten NOR-Gattern 99, 100 gebildet und dem Eingang der integrierten Schaltung 84 vorgeschaltet ist.

Der Eingang 98 entspricht funktionsmäßig dem Eingang des Monoflops 32 nach Fig. 1. An diesem Knotenpunkt trifft nämlich eine Information darüber ein, ob ein Schrittmacherimpuls den Vorhof erregen sollte, oder ob eine spontane P-Welle eingetroffen ist. Über den Eingang 98 der Speicherzelle 99, 100 wird die mit einer Frequenz von 400 Schlägen/min, entsprechend einem Impulsabstand von 150 ms, freilaufende Schaltung 84 eingeschaltet, so daß 150 ms nach Auftreten der P-Information am Eingang 98 von dem zweiten Ausgang 103 der Schaltung 84 aus über ein Gatter 104 und eine Leitung 105 ein Reizimpuls zur Kammerelektrode 12 überführt wird. Der Schrittmacher arbeitet in dieser Form als vorhofgesteuerter Kammerschrittmacher.

Über den ersten Ausgang 91 der integrierten Schaltung 84 wird die mit einer Frequenz entsprechend 700 ms freilaufende Schaltung 86 nach Art eines normalen Bedarfsschrittmachers zurückgesetzt, so daß 700 ms verstreichen müssen, bis ein Vorhofimpuls über den zweiten Ausgang 107 der integrierten Schaltung 86 und eine Leitung 108 auf die Vorhofelektrode 10 gegeben werden kann. Zur gleichen Zeit wirkt aber ein Ausgangsimpuls über den Ausgang 95 der Schaltung 86 auf den Eingang 98 der Speicherzelle 99, 100 zurück, so daß der Generator der Schaltung 84 erneut eingeschaltet wird und eine Zeit von 150 ms verstreicht.

Da eine einem Impulsabstand von 150 ms entsprechende Wiederholfrequenz unsinnig wäre, wird über den Ausgang 91 der Schaltung 84 und eine Diode 110 so auf den AUS-Eingang 112 der Speicherzelle 99, 100 zurückgewirkt, daß von der integrierten Schaltung 94 jeweils nur ein Impuls abgegeben werden kann. Es bedarf danach erneut eines Eingangssignals am Eingang 98 der Speicherzelle 99, 100, um die Schaltung 84 erneut zu triggern und die Zeit von 150 ms ablaufen zu lassen.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 arbeitet in den vier Bradykardiequadranten wie folgt:

Im ersten Quadranten - ausreichende oder schnelle Vorhoffrequenz und schnelle Befolgung durch spontane Ventrikelaktionen - wird die P-Welle von der Vorhofelektrode 10 aufgegriffen und über die integrierte Schaltung 88, eine Entkopplungsdiode 114 und einen Kondensator 115 dem Eingang 98 der Speicherzelle 99, 100 zugeführt. Die integrierte Schaltung 84 wird getriggert und möchte nach 150 ms einen Impuls über den Ausgang 103 an die Kammer abgeben. Da jedoch innerhalb dieser Zeit von 150 ms die integrierte Schaltung 90 über die Kammerelektrode 12 bereits ein Spontansignal aus der Kammer empfangen hat, geht über eine Leitung 116 und eine Diode 117 ein Sperrsignal an den Eingang 112 der Speicherzelle 99, 100 sowie an den einen Eingang des Gatters 104. Letzteres bewirkt eine Blockierung der Ausgabe des Ventrikelimpulses vom Ausgang 103 auf die Kammerelektrode 12. Auch Vorhofimpulse können nicht abgegeben werden, da über die integrierte Schaltung 90 die eintreffende Kammerantwort über eine Diode 119 auf den Eingang der integrierten Schaltung 86 gegeben und diese Schaltung für 700 ms zurückgestellt wird. Das nach 150 ms am Ausgang 91 der integrierten Schaltung 84 ungehindert austretende Signal wird dazu benutzt, über die Diode 92 die zuvor schon über eine Leitung 121 und eine Diode 122 getriggerte Zeit von 700 ms erneut zu triggern. Daher muß eine Zeit von insgesamt 850 ms verstreichen, bevor ein weiteres Vorhofreizsignal abgegeben werden könnte. Diese Abgabe unterbleibt jedoch, weil die P-Welle mit höherer Frequenz einfällt. Der Schrittmacher bleibt infolgedessen inaktiv.

Im zweiten Quadranten, das heißt für den Fall, daß der Vorhof zu langsam schlägt und stimuliert werden muß, während die Überleitung rechtzeitig erfolgt, kommt 700 ms nach einem P-Signal ein Impuls am Ausgang 107 der integrierten Schaltung 86 zustande, der über die Leitung 108 dem Vorhof zugeführt wird. Die in diesem Quadranten aber rechtzeitig eintretende Ventrikeldepolarisation bewirkt, daß in der zuvor erläuterten Weise der 150 ms später am Ausgang 103 der integrierten Schaltung 84 erscheinende Reizimpuls durch das Gatter 104 am Durchtritt gehindert wird. Da die Zeitspanne von 700 ms vom Ausgang 91 her nachgetriggert wird, erfolgt nach insgesamt 850 ms eine erneute Vorhofdepolarisation. Es tritt wiederum rechtzeitig eine Ventrikelantwort auf, die über den Ausgang der integrierten Schaltung 90 und das Gatter 104 die Weitergabe eines Ventrikelimpulses vom Ausgang 103 der integrierten Schaltung 84 an die Kammerelektrode 12 unterbindet.

Bei ausreichender oder schneller Vorhofaktion und schlechter Überleitung (Quadrant 3) wirkt der Schrittmacher als vorhofgesteuerter Kammerschrittmacher. Eine P-Welle gelangt über die integrierte Schaltung 88 zum Eingang 98 und schaltet die Speicherzelle 99, 100 ein. Die integrierte Schaltung 84 wird getriggert und gibt nach 150 ms über das Gatter 104 einen Impuls auf den Ventrikel. Dieser Impuls kann das Gatter 104 durchlaufen, da eine rechtzeitige Kammerdepolarisation, die über die integrierte Schaltung 90 das Gatter sperren würde, nicht eingetreten ist.

Bei Vorhofbradykardie und Kammerbradykardie (Quadrant 4) wird ein Vorhofimpuls über den Ausgang 107 der integrierten Schaltung 86 abgegeben. Gleichzeitig wird vom Ausgang 95 her über die Leitung 96 und die Diode 97 die Speicherzelle 99, 100 eingeschaltet, so daß 150 ms später am Ausgang 103 der integrierten Schaltung 84 ein Impuls erscheint. Dieser wird über das Gatter 104 zur Kammerelektrode 12 übertragen, weil zu diesem Zeitpunkt keine Ventrikelkontraktion stattgefunden hat, die über die integrierte Schaltung 90 das Gatter 104 sperren würde.

In Analogie zu der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist ein funktionsmäßig dem Monoflop 78 entsprechendes, beispielsweise aus RC-Gliedern aufgebautes Schaltglied 124 vorgesehen, das während eines Vorhofimpulses und kurze Zeit danach, beispielsweise für eine Zeitspanne von 20 ms, den Ventrikelverstärker der integrierten Schaltung 90 inhibiert, damit Vorhofimpulse im Ventrikelverstärker nicht fehlerkannt werden können.

Die vorhofseitige Reizimpuls-Ausgangsstufe kann zweckmäßig in der in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Weise so ausgelegt sein, daß der Ausgangskondensator schnell wieder aufgeladen wird, um die Unterscheidung der P-Signale zu begünstigen und die Eingangsimpedanz des P-Verstärkers zu erhöhen.

Claims (8)

1. Elektrischer Herzschrittmacher mit einer Vorhofaktionserkennungsstufe (14, 15; 88), einer Kammeraktionserkennungsstufe (20, 26; 90), einem Vorhofstimulator (56, 60 bis 70; 86) und einem Kammerstimulator (34, 72 bis 76; 84), bei dem zur Überwachung und elektronischen Nachbildung des normalerweise ablaufenden natürlichen Herzzyklus die beiden Erkennungsstufen und die beiden Stimulatoren derart untereinander verknüpft sind, daß in sequentieller Abfolge

• - jeweils im Anschluß an eine von der Kammeraktionserkennungsstufe erfaßte natürliche Kammeraktion oder eine von dem Kammerstimulator stimulierte Kammeraktion durch den Kammerstimulator eine vorbestimmte VA- Wartezeit gestartet wird und der Vorhofstimulator zur Abgabe eines Vorhofreizimpulses veranlaßt wird. Falls die Vorhofaktionserkennungsstufe innerhalb der VA-Wartezeit keine natürliche Vorhofaktion ermittelt und daraufhin den Vorhofstimulator an der Abgabe eines Vorhofreizimpulses gehindert hat, sowie
• - jeweils im Anschluß an eine von der Vorhofaktionserkennungsstufe erfaßte natürliche Vorhofaktion oder eine von dem Vorhofstimulator stimulierte Vorhofaktion durch den Vorhofstimulator eine vorbestimmte AV-Wartezeit gestartet wird und der Kammerstimulator zur Abgabe eines Kammerreizimpulses veranlaßt wird, falls die Kammeraktionserkennungsstufe innerhalb der AV-Wartezeit keine natürliche Kammeraktion ermittelt und daraufhin den Kammerstimulator an der Abgabe eines Kammerreizimpulses gehindert hat.

2. Schrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerstimulator (34, 72 bis 76; 84) und der Vorhofstimulator (56, 60 bis 70; 86) jeweils einen monostabilen Multivibrator aufweisen, der die AV-Wartezeit bzw. die VA- Wartezeit vorgibt.

3. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die AV-Wartezeit 120 ms bis 200 ms beträgt.

4. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die VA-Wartezeit 600 ms bis 750 ms beträgt.

5. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung und Stimulation der Vorhof- und der Kammeraktion jeweils eine unipolare Elektrode (10, 12) vorgesehen ist und das Schrittmachergehäuse die gemeinsame neutrale Elektrode bildet und daß der Kammeraktionserkennungsstufe (20, 26; 90) eine Sperrstufe (24, 78; 124) zugeordnet ist, mittels derer die Kammeraktionserkennung bei Auslösen einer Vorhofstimulation für eine vorbestimmte Zeitdauer sperrbar ist.

6. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhofstimulator einen über eine erste Schaltstufe (62) aufladbaren und über eine zweite Schaltstufe (68) entladbaren Ausgangskondensator (70) aufweist.

7. Schrittmacher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Vorhofstimulationsauslösesignals beide Schaltstufen (62, 68) ansteuerbar sind und der Ladeschaltstufe (62) ein Zeitverzögerungsglied (63, 64) vorgeschaltet ist.

8. Schrittmacher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhofaktionserkennungsstufe (14, 15; 88) und/oder die Kammeraktionserkennungsstufe (20, 26; 90) ein Refraktärglied (15, 26) aufweisen, das die Erkennung von Signalen blockiert, deren Frequenz einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet.