DE3838025A1 - Verfahren und vorrichtung zur defibrillation des herzens unter verwendung einer inneren speiseroehrenelektrode und einer aeusseren brustelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Defibrillation des Herzens und betrifft ins­ besondere eine Verbesserung der Elektrodenanordnung, die in der US-PS 47 35 206 mit dem Titel "Verfahren und Vor­ richtung zur Defibrillation und zum Schrittmachen des Herzens" beschrieben ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Defibrillation des Herzens.

Es gibt zwei zwei Arten der Herzfibrillation bzw. des Herz­ flimmerns, nämlich das Kammer- und das Vorhofflimmern.

Wenn das Herz eines Menschen ein Kammerflimmern aufweist, so droht der Tod. Beim Kammerflimmern sind die Herzzellen, die die Herzmuskeln stimulieren, nicht koordiniert, so daß, ob­ wohl sie die Muskeln stimulieren, sie eine schnelle fehler­ hafte Reizung ohne koordinierte Kontraktion der Kammer er­ zeugen. Es liegt keine wirkungsvolle gleichzeitige Betäti­ gung vor, so daß das Herz rhythmisch schlägt. Um den Tod zu vermeiden, ist eine unverzügliche Defibrillation wesentlich.

Wenn das Herz eines Menschen ein Vorhofflimmern aufweist, so ist der Vorhof unkoordiniert und schlägt nicht rhythmisch. Ein Vorhofflimmern ist im allgemeinen nicht lebensbedrohend. Das Vorhofflimmern kann bei einem klinisch stabilen Patien­ ten mit einer Drogentherapie und wenn notwendig, mit einer elektrischen Fibrillation geheilt werden. Wenn das Vorhof­ flimmern mit einem schnellen Kammerflimmern und anderen medizinischen Problemen verbunden ist, kann es notwendig sein, eine elektrische Notdefibrillation durchzuführen.

Die Defibrillation wird erreicht, indem man den Herzzellen eine ausreichende Spannung zuführt, um die Fehlspannungen im flimmernden Herzen zu überwinden, so daß sie sich selbst wieder erneut ordnen können. Diese Wirkung wird als "Repola­ risation" bezeichnet. Im repolarisierten Zustand tritt für eine Zeitdauer von drei bis acht Sekunden überhaupt keine Wirkung des Herzens ein. Nach diesen drei bis acht Sekunden ordnen sich die Herzzellen selbst, um wieder erneut zu flim­ mern, oder es beginnt ein koordiniertes rhythmisches Schlagen. Wenn ein erneutes Flimmern auftritt, ist es notwendig, er­ neut zu defibrillieren, üblicherweise mit höherer Energie. Es kann notwendig sein, dies mehrere Male zu wiederholen, bevor sich die Herzzellen geordnet haben, um wieder koordi­ niert und rhythmisch zu schlagen.

Defibrillation mittels hoher Energie ist ein heutzutage an­ erkanntes Verfahren. Hierzu ist eine schwere Ausrüstung er­ forderlich, um dem Patienten einen schweren elektrischen Schock zuzuführen. Der Schock wird zugeführt, indem man zwei große Blattelektroden, die jeweils einen Durchmesser von 7,62 cm aufweisen, an ausgewählten Stellen auf der Brust anordnet. Durch festes Aufdrücken der Elektroden ergibt sich ein guter elektrischer Kontakt mit der Haut, und durch Herun­ terdrücken eines an einer der Elektroden vorgesehenen Knopfes wird das System ausgelöst, so daß ein Schock zugeführt wird. Der elektrische Schock ist sehr plötzlich, wobei einige tausend Volt zwischen den Elektroden in einigen wenigen Millisekunden anliegen. Entsprechend wird gemäß diesem Ver­ fahren theoretisch dem Patienten ein ausreichend großer Schock zugeführt, so daß ein Teil durch das Herz verläuft und die Repolarisation erreicht wird. Hierbei werden jedoch alle anderen Muskeln und Nerven in der großen Zone zwischen den Elektroden ebenfalls durch den intensiven elektrischen Schock gereizt, wodurch sich ein sehr schweres Körperzucken und -zappeln ergibt. Die für diese Art der Defibrillation erforderliche Energie liegt minimal bei 100 Joules, wobei manchmal 200 Joules und gewöhnlich 360 Joules notwendig sind.

In der US-PS 47 35 206 wird ein Verfahren und eine Vorrich­ tung beschrieben, die eine Innenelektrode in der Speiseröhre und eine Außenelektrode auf der Brust verwendet, wobei ein besonderer Impuls beschrieben wird, der von Null bis zu einem ausgewählten Wert von nicht mehr als 150 Volt in unge­ fähr drei Zehnteln einer Sekunde ansteigt. Weitere Forschung hat ergeben, daß unterschiedliche und genaue Anordnungen für die äußere Elektrode zur Behandlung der unterschiedli­ chen Arten des Flimmerns verbesserte Ergebnisse gegenüber den Ergebnissen bringen, die man unter Verwendung des in der US-PS 47 35 296 beschriebenen Verfahrens erhält, und wobei die Verwendung gewöhnlicher Defibrillatorenergiequellen mög­ lich ist. Alle üblicherweise verwendeten Defibrillatoren bestehen aus zwei Teilen. Der erste Teil nimmt die gesamte Elektronik auf, um den elektrischen Schock zu liefern. Der zweite Teil sind die Elektroden, die den Schock dem Patien­ ten zuführen und am Körper des Patienten angeordnet werden.

Es besteht die Bestrebung, kleinste Energiemengen dem Patien­ ten zuzuführen, um die Defibrillation mit den geringsten schädlichen Nebenwirkungen für den Patienten durchzuführen. Die Betonung wurde bisher auf die elektrische Wellenform gelegt, um die Wirksamkeit zu erreichen und dadurch die für die Defibrillation erforderliche Energie zu vermindern.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah­ ren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine Verminderung der erforderlichen Energie zur Defibrillation erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen gekenn­ zeichnete Erfindung gelöst.

Mit der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Energie so zu vermindern, daß sie nur noch 1/5 bis 1/9 der bisher erforderlichen Energie beträgt. Dies wird unabhängig von der elektrischen Wellenform erreicht.

Durch sorgfältige genaue Anordnung der Elektroden, eine in der unteren Speiseröhre und die andere auf der Brust, wird diese Wirksamkeit erreicht. Mit der Erfindung werden gegen­ über dem Stand der Technik die schädlichen Nebenwirkungen der hohen Spannung, der Hochenergieverfahren zur Defibril­ lation vermieden.

Gemäß der Erfindung werden zwei eng beieinander angeordnete Elektroden verwendet. Im Falle einer Vorhofdefibrillation wird eine Elektrode in der unteren Speiseröhre in der Nähe des hinteren Abschnitts des Herzens und die andere kleine Elektrode auf der Brust in der Nähe einer Linie zwischen den zwei Brustwarzen und teilweise zwischen dem Brustbein und der linken Brustwarze angeordnet. Im Fall der Kammerdefibril­ lation wird eine Elektrode in der unteren Speiseröhre in der Nähe des hinteren Abschnitts des Herzens und die andere kleine Elektrode auf der Brust in der Nähe oberhalb der Spitze der linken Herzkammer angeordnet. Die Anordnung der Elektroden liefert einen genauen elektrischen Weg durch das Herz, wie er durch die Anordnung der Brustelektrode ausge­ wählt wurde, je nach dem, ob man eine Vorhof- oder eine Kammerdefibrillation durchführen möchte.

Aufgrund des genauen ausgewählten Weges wird die Defibril­ lation mit dem ersten Schock sichergestellt, wobei eine minimale Fremdmuskelwirkung auftritt und wobei, noch wich­ tiger, die erforderliche Energie bei einem Minimum von 30 bis 70 Joules, gewöhnlich bei 50 Joules, liegt. Dies ent­ spricht der Energie, die üblicherweise für eine interne Defibrillation verwendet wird.

Die Innenelektrode in der Speiseröhre kann durch den Mund in der Art eines Magenschlauches eingesetzt werden. Die Elek­ trode selbst kann hinsichtlich ihrer Steifigkeit und Flexi­ bilität so ausgewählt werden, daß sie direkt in die Speise­ röhre eingesetzt werden kann. Bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform trägt die Elektrode mehrere kreisförmige Kontakte in ihrer Oberfläche am unteren Ende des Rohres. Am anderen Ende der Elektrode kann ein Anschlag angeordnet sein, der mit dem Gesicht des Patienten in Eingriff tritt, so daß ein weiteres Einsetzen der Elektrode verhindert wird, wenn das distale Ende sich in der richtigen Stellung befindet. Bei einer anderen Ausführungsform kann die interne Elektrode durch die Nase in die Speiseröhre eingesetzt werden. In diesem Fall wird die Steifigkeit und Flexibilität entspre­ chend ausgewählt. Am anderen Ende der Elektrode kann ein Anschlag ausgebildet sein, der mit der Nase des Patienten in Eingriff tritt, um ein weiteres Einsetzen der Elektrode zu verhindern, wenn das distale Ende sich in der richtigen Stellung befindet. Die externe Elektrode kann eine mittels eines Adhesivs angebrachte Elektrode sein, die üblicher­ weise bei einem EKG usw. verwendet wird.

Aufgrund der Verminderung der erforderlichen Energie (Joules) kann der Defibrillator eine verminderte Größe aufweisen. Die Verminderung der Größe ist sehr bemerkenswert, da die Bau­ teile der meisten Defibrillatoren - der große Kondensator, die Batterien zum Laden des Kondensators, der Gleichrichter zum Aufladen der Batterien und das Relais zum Entladen des Kondensators zu den Elektroden - alle insgesamt schwere elektrische Bauteile darstellen. Durch die Verminderung der erforderlichen Energie können diese Bauteile hinsichtlich ihrer Größe und ihres Gewichts vermindert werden, und es können Festbauteilelektronikbauteile statt der elektrischen Bauteile verwendet werden. Die Größe und das Gewicht des Defibrillators kann auf 1/4 bis 1/3 der Größe und des Ge­ wichts der bisher verwendeten Defibrillatoren, die 30 bis 360 Joules liefern, reduziert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Kopfes und der Brust eines Patienten bei der Anwendung des Defibrillators;

Fig. 2 und 3 Aufsichten auf einen Patienten zur Darstellung der genauen Anordnung der äußeren Elektrode auf der Brust, um die Kammer- bzw. die Vorhof­ defibrillation durchzuführen;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der zwei Elektro­ den zur Durchführung der Defibrillation;

Fig. 5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des distalen Endes der Innenelektrode gemäß Fig. 4; und

Fig. 6 ein Schaltbild des elektrischen Schaltkreises, der mit der Elektrode verbunden ist, um den Defibrillationsimpuls zuzuführen.

Fig. 1 zeigt einen durch ein Defibrillationssystem bzw. eine Reanimierungsvorrichtung unterstützten Patienten. Eine erste Elektrode 10 ist in der Speiseröhre 11 des Patienten ange­ ordnet, und eine Außenelektrode 12 ist auf der Brust des Patienten angeordnet. Die Elektroden sind mit einem elektri­ schen Schaltkreis 16 verbunden, der in Fig. 6 dargestellt ist, der einen Impuls über die Elektroden 10 und 12 aufbringt, so daß ein unmittelbarer direkter Strom durch das Herz fließt.

In Fig. 1 und 4 sieht man, daß die Elektrode 10 einen ge­ krümmten schlauchförmigen Körper 18 umfaßt, der so geformt ist, daß er direkt in die Speiseröhre des Patienten ohne Hilfe eines größeren Schlauches, der als Führung für diesen Zweck dient, eingeführt werden kann. Es ist jedoch verständ­ lich, daß das System ebenfalls in Kombination mit anderen Geräten verwendet werden kann, und daß die Elektrode 10 in bestimmten Situationen durch einen vorher eingesetzten Schlauch, wie z.B. einen Magenschlauch, geführt in die Speiseröhre, eingebracht werden kann. Die Elektrode 10 trägt einen Anschlag 20 an ihrem proximalen Ende 22, der als Be­ grenzung der Eindringtiefe der Elektrode 10 in die Speise­ röhre dient. Der Anschlag 20 sollte nicht den Mund überdec­ ken oder in anderer Weise die Zuführung von Luft zu und von den Lungen behindern.

Der Körper der Elektrode 10 ist vorzugsweise flexibel in der Form eines handelsüblich erhältlichen Magenschlauchs, so daß er in die Speiseröhre einsetzbar ist und nicht die Schleim­ häute der Speiseröhre verletzt. Es kann oder kann nicht not­ wendig sein, ein Gleitmittel zu verwenden. Weiter kann die Elektrode durch den Mund oder die Nase eingesetzt werden. Die Elektrode kann der in der US-PS 45 74 807 dargestellten Elektrode identisch sein, wobei diese Patentschrift vom 11. März 1988 den Titel trägt "Verfahren und Vorrichtung zum Schrittmachen des Herzens unter Verwendung innerer und äußerer Elektroden". Der vorliegende Anmelder ist Miterfin­ der dieses Patents. Die Elektrode ist ebenfalls in der US-PS 46 83 890 vom 4. August 1987 mit dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur gesteuerten Beatmung unter Verwendung innerer und äußerer Elektroden" des Anmelders dargestellt.

In Fig. 5 ist das distale Ende 30 der Elektrode 10 im einzel­ nen gezeigt. Es umfaßt vier Kontaktringe 24 A bis 24 D, die in ihrer Oberfläche eingebettet sind. Es sind vier Ringe darge­ stellt, wobei jedoch ebenfalls eine größere oder geringere Anzahl verwendet werden kann. Die Kontaktringe bei der dar­ gestellten Ausführungsform sind aus einem kontinuierlichen verzinnten Kupferdraht 26 gebildet. Der Draht 26 erstreckt sich innerhalb des Körpers 18 zum ersten Ringkontakt 24 A, der wiederum durch einige Windungen des Drahtes gebildet ist, auf der Oberfläche des Körpers 18. Der Draht tritt erneut in den Körper 18 hinter dem Kontakt 24 A ein und tritt am nächsten Ringkontakt 24 B aus, und bildet wiederum einige zusätzliche Drahtwindungen. Der dritte und vierte Kontaktring 24 C und 24 D wird in ähnlicher Weise ausgebildet, und die Ringe sind miteinander durch den Draht innerhalb des Körpers verbunden. Somit sind vier Elektrodenkontakte in Reihe geschaltet und aus einer einzigen Länge des Drahtes gebildet. Typisch hat jeder der Ringkontakte eine axiale Länge von 5,08 mm, die in einem Abstand von 25,4 mm angeord­ net sind. Der Draht hat typisch eine Feinheit von 24 (24-gauge). Das distale Ende 30 des Körpers ist mit einer weichen, abgerundeten Spitze 31 versehen, die glatt längs der Speiseröhre oder des Führungsrohres (wenn verwendet) gleitet.

Wenn die Elektrode 10 zur Defibrillation des Herzens verwen­ det wird, wird das distale Ende 30 so angeordnet, daß einige der Ringkontakte 24 in dem unteren Drittel der Speiseröhre in der Nähe des hinteren Abschnitts des Herzens H liegen. Der Anschlag 20 stellt die richtige Anordnung der Elektrode sicher.

Die Außenelektrode 12 kann eine solche sein, die bei Elektro­ kardiogrammen verwendet wird. Wie in Fig. 4 dargestellt, um­ faßt die Elektrode ein flaches, kreisförmiges Kissen 32. Eine leitende Gelatine wird auf das Kissen 32 aufgebracht, um einen guten elektrischen Kontakt mit der Haut des Patien­ ten herzustellen. Die untere Fläche des Kissens 32 kann ebenfalls ein Adhesiv tragen, um das Befestigen der Elektrode an der Brust des Patienten sicherzustellen.

In Fig. 6 sind die Elektroden dargestellt, wie sie mit einem Defibrillator 36 verbunden sind, der irgendeine handelsüb­ liche Einheit darstellt und in der Lage ist, eine variable Entladung zu liefern. Zur Verwendung als Teil der vorliegen­ den Erfindung muß er in der Lage sein, Energieausgänge (Schocks) in der Größenordnung von 30 bis 70 Joules zu lie­ fern. Die Einheit kann natürlich verschiedene Anzeigeeinrich­ tungen, Meßgeräte und Aufzeichnungen für den Herzrhythmus, für ein Elektrokardiogramm, die verfügbare Energie, Energie­ wähleinheiten usw. enthalten. Die dargestellte Einheit umfaßt einen Kondensator 60, eine Batterie 62, einen Wellenformer 64, ein schaltergesteuertes Relais 66 und eine Ausgangs­ steuerwählscheibe 68 zur Lieferung der Ausgangsenergie für die Defibrillation. Unter der Annahme, daß die Batterie 62 ausreichend geladen ist, wird der Kondensator 60 geladen, der wiederum durch das schaltergesteuerte Relais 66 entladen wird. Das schaltergesteuerte Relais kann von der äußeren Elektrode 12 getragen werden. Die Batterie wird wiederum von einer 110 Volt-Quelle durch das Ladegerät 70 geladen.

Man sieht, daß die einzelnen Kontaktringe 24 an der Innen­ elektrode 10 jeweils in der Lage sind, den elektrischen Weg zur außen aufgebrachten Elektrode 12 auszubilden, so daß der Strom mit einem begrenzten Wert zwischen ihnen durch das Herz fließt. Der Kontaktring 24 an der Innenelektrode, der den Weg des geringsten Widerstandes mit der auf der Brust aufgebrachten Elektrode 12 bildet, bildet den elektrischen Schaltkreis.

In Fig. 2 und 3 ist die genaue Stelle der Anordnung der Außenelektrode dargestellt, die sowohl für die Vorhof- als auch die Kammerdefibrillation vorgeschlagen wird. In Fig. 2, die die Anordnung der Außenelektrode für die Vorhofdefibril­ lation zeigt, wird die Elektrode 12 auf einer Linie zwischen den Brustwarzen N des Patienten, teilweise zwischen dem Brustbein und der linken Brustwarze dargestellt. In Fig. 3 wird die Außenelektrode 12 oberhalb der Spitze der linken Herzkammer dargestellt. Bei dieser Anordnung verläuft der elektrische Weg zwischen der Innen- und Außenelektrode direkt durch die linke Herzkammer. In jedem Fall der Defibrillation ermöglicht der minimale elektrische eingeschlossene Wider­ stand die Verwendung der minimalen Energie bei der augen­ blicklichen Entladung durch gegenwärtig erhältliche Ein­ heiten. Untersuchungen haben gezeigt, daß Energieniveaus im Bereich von 30 bis 100 Joules ausreichend sind, um das Herz zu defibrillieren, und in den meisten Fällen ist ein Bereich von 30 bis 70 Joules ausreichend. Dieser Bereich ist der gleiche, der jetzt verwendet wird, wenn die Defi­ brillation bei offenem Brustraum durchgeführt wird, wobei beide Elektroden innerhalb direkt am Herzen angebracht werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung verfüg­ barer Defibrillatoren ermöglicht, wobei die Energieentla­ dung auf 30 bis 100 Joules reduziert wird, sie gestattet jedoch weiter die Herstellung kleinerer und billigerer Defibrillatoren als die, die jetzt mit Bereichen von 30 bis 360 Joules auf dem Markt erhältlich sind.

Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläu­ tert, wobei jedoch verschiedene Änderungen und Abänderungen für den Fachmann möglich sind, ohne sich vom Erfindungsge­ danken zu entfernen. Die Erfindung soll somit nicht auf die spezifischen Ausführungsformen begrenzt sein, sondern sich aus den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten er­ geben.

Claims (7)

1. Verfahren zur Durchführung einer Vorhofdefibrillation des Herzens eines Patienten, gekennzeichnet durch

• - Anordnen einer ersten Elektrode (10), die mindestens einen elektrischen Kontakt im unteren Drittel der Speise­ röhre (11) eines Patienten aufweist,
• - Anordnen einer Elektrode (12) außerhalb auf der Brust des Patienten zwischen der linken Brustwarze und dem Brustbein in Ausrichtung mit den Brustwarzen, und
• - Aufbringen eines elektrischen Impulses zur Defibrillation zwischen der inneren und äußeren Elektrode (10, 12) im Bereich von 30 bis 100 Joules.

2. Verfahren zur Durchführung einer Kammerdefibrillation des Herzens eines Patienten, gekennzeichnet durch

• - Anordnen einer ersten Elektrode (10), die mindestens einen elektrischen Kontakt im unteren Drittel der Speise­ röhre (11) eines Patienten aufweist,
• - Anordnen einer Elektrode (12) außerhalb auf der Brust über der Spitze der linken Herzkammer des Patienten, und
• - Aufbringen eines elektrischen Impulses zur Defibrillation zwischen der inneren und äußeren Elektrode (10, 12) im Bereich von 30 bis 100 Joules.

3. Verfahren zur Durchführung einer Vorhofdefibrillation des Herzens eines Patienten, gekennzeichnet durch

• - Anordnen einer ersten Elektrode (10) in der Speiseröhre (11) eines Patienten,
• - Anordnen einer Elektrode (12) außerhalb auf der Brust zwischen der linken Brustwarze und dem Brustbein des Patienten in Ausrichtung mit den Brustwarzen, und
• - Aufbringen eines elektrischen Impulses zur Defibrillation zwischen der inneren und äußeren Elektrode (10, 12) im Bereich von 30 bis 100 Joules.

4. Verfahren zur Durchführung einer Kammerdefibrillation des Herzens eines Patienten, gekennzeichnet durch

• - Anordnen einer ersten Elektrode (10) in der Speiseröhre (11) des Patienten,
• - Anordnen einer Elektrode (12) außerhalb auf der Brust über der Spitze der linken Herzkammer des Patienten, und
• - Aufbringen eines elektrischen Impulses zur Defibrillation zwischen der inneren und äußeren Elektrode (10, 12) im Bereich von 30 bis 100 Joules.

5. Vorrichtung zur Zuführung eines Energieimpulses zur Defibrillation des Herzens, gekennzeichnet durch eine innere Speiseröhrenelektrode (10) und eine äußere Brustelektrode (12) unter Verwendung eines Energiebereichs von ungefähr 30 bis 100 Joules.

6. Vorrichtung zur Durchführung einer Vorhofdefibrillation des Herzens eines Patienten, gekennzeichnet durch

• - Anordnen einer ersten Elektrode (10) in der Speiseröhre (11) des Patienten,
• - Anordnen einer Elektrode (12) außerhalb auf der Brust des Patienten zwischen der linken Brustwarze und dem Brustbein des Patienten in Ausrichtung mit den Brustwarzen des Patienten, und
• - Aufbringen eines elektrischen Impulses zur Defibrillation zwischen der inneren und äußeren Elektrode (10, 12).

7. Verfahren zur Durchführung einer Vorhofdefibrillation des Herzens eines Patienten, gekennzeichnet durch

• - Anordnen einer ersten Elektrode in der Speiseröhre (11) des Patienten,
• - Anordnen einer Elektrode (12) außerhalb auf der Brust des patienten über der Spitze der linken Herzkammer, und
• - Aufbringen eines elektrischen Impulses zur Defibrillation zwischen der inneren und äußeren Elektrode (10, 12).