DE602004002131T2

DE602004002131T2 - System zur Stimulation des Herzens bei Atemstillstand während des Schlafs

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Publication number: DE602004002131T2
Application number: DE602004002131T
Authority: DE
Inventors: Joseph J. Florio
Original assignee: Pacesetter Inc
Current assignee: Pacesetter Inc
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: DE602004002131D1; EP1459785A1; US7092755B2; EP1459785B1; US20040186523A1

Description

Exemplarisches Verfahren zur Behandlung der Schlafapnoe wird beschrieben, welches Bestimmungsparameter für einen kardialen Schrittimpuls umfasst, die zumindest zu einem Teil auf Daten basieren, die für die Schlafapnoe charakteristisch sind, wobei der kardiale Schrittimpuls bestrebt ist, ein hämodynamisches Ungleichgewicht zu erzeugen. Exemplarisches implantierbares Herzgerät, das programmierbar ist auf die Erzeugung eines solchen exemplarischen Verfahrens. Weitere exemplarische Verfahren, Vorrichtungen, und/oder Mittel werden ebenso offengelegt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf implantierbare Herzgeräte, insbesondere für die Behandlung der Schlafapnoe bei Patienten, die eine Pacing-Therapie mittels eines implantierbaren Herzgerätes erfahren.
Schlafapnoe ist eine ernsthafte Krankheit, rangierend an zweiter Stelle nach der Asomnie als die am weitesten verbreitete Schlafstörung. Symptome der Schlafapnoe umfassen Schnarchen, Atemstillstand während des Schlafes, plötzliches Erwachen mit Hecheln nach Luft, morgendlicher Kopfschmerz, Depression, Reizbarkeit, Gedächtnisverlust, Energiemangel und ein hohes Risiko gegenüber Straßen- und Arbeitsunfällen.
Eine Apnoe tritt auf, wenn durch Atemprobleme die Sauerstoffversorgung des Blutes und des Körpergewebes einen gefährlich niedrigen Wert erreicht. Das Gehirn reagiert in vielen Fällen durch die Freisetzung von Adrenalin, was den apnoischen Patienten wecken kann. Danach folgt regelmäßiges Atmen und ein normaler Austausch von Sauerstoff und akkumulierten Kohlendioxiden. Schwere Schlafapnoe jedoch führt zu hunderten von Vorfällen von Sauerstoffunterversorgung während der 6-8 Stunden des versuchten Schlafes. Der typische Patient mit Schlafapnoe ist sich über den Kampf des Sauerstoffes nicht bewusst, fühlt sich jedoch am Morgen müde und krank.
Schlafapnoe unterliegt vieler Klassifizierungen, je nach der Ursache der Disfunktion. Obstruktive Schlafapnoe entsteht zum Beispiel durch eine mechanische Blockierung der Atemwege, zum Beispiel bedingt durch das Gewicht von Fett im Nackengewebe, welches die Luftröhre zusammendrückt. Zentrale Schlafapnoe entsteht durch eine neurologische Disfunktion. Gemischte Schlafapnoe ist eine Kombination aus mechanischen und neurologischen Ursachen.
Schlafapnoe kann lebensbedrohlich sein, insbesondere wenn sie zusammen mit der koronaren Arterienkrankheit (CAD) oder der kongestiven Herzinsuffizienz (CHF oder „Herzinsuffizienz") auftritt. Schlafapnoe stellt nicht nur eine gewaltige Belastung direkt für das Herz und das gesamte Herz-Lungen-System dar, sondern es verhindert auch den normalen Ablauf des menschlichen Schlafes, der das Herz indirekt betrifft. Durch Apnoe bedingte Störungen des Schlafzyklus, auch verminderte Delta-Wellen (tief) und REM-Segmente (Traum), führen dazu, dass der Schlaf wirkungslos ist. Ein Teufelskreis aus dauerndem Schlafmangel und Tagesschläfrigkeit, welche CAD, CHF und Bluthochdruck verschlimmern, folgt. In der Konsequenz sind Schlafapnoiker, die aufgrund von Atmungsstörungen während des Schlafes ein geringeres Sauerstoffniveau im Blut haben, einem erhöhten Risiko von Bluthochdruck, Arrhythmien, Herzinfarkt, Schlaganfall und plötzlichem nächtlichem Tod ausgesetzt.
Etwa fünfzig Prozent der Patienten mit Herzinsuffizienz leiden an Schlafapnoe. Um die zehn Prozent der Patienten mit Herzinsuffizienz leiden an obstruktiver Schlafapnoe, während um die vierzig Prozent der Patienten mit Herzinsuffizienz an zentraler Schlafapnoe leiden. Eine hohe Komorbidität besteht zwischen Schlafapnoe und einigen Ausprägungen von CHF, welches aus einem negativen Zusammenspiel des Gasaustauschs, bedingt durch mechanische Disfunktionen beim Atmen während der Apnoe und dem Problem der Sauerstoffverteilung, verursacht durch schwaches Pumpen und Flüssigkeitsaufbau als Kennzeichen von CHF, entsteht. CHF ist ein Zustand, bei dem ein schwaches Herz nicht genügend Blut in die Organe pumpen kann. Myokard-Versagen aufgrund von CHF kann den Pumpvorgang sowohl der rechten, der linken oder beider Seiten des Herzes betreffen. Das schwache Pumpen führt zu einem Rückfluss in andere Bereiche des Körpers, sowohl in die Leber, den Verdauungstrakt und die Extremitäten (rechtsseitige Herzinsuffizienz) oder die Lunge (linksseitige Herzinsuffizienz). Patienten mit Herzinsuffizienz haben charakteristische Lungenödeme oder drückbare Ödeme an den Unterschenkeln.
Schlafapnoe kann behandelt werden durch die Verabreichung von kontinuierlich positiven Atemwegsdruck (CPAP) über ein Gerät oder durch verschiedene andere Behandlungen wie Operation oder Medikamente. Die Art der Behandlung hängt ab vom Typus der Schlafapnoe. Allgemein wird davon ausgegangen, dass die Reduzierung der Symptome der Herzinsuffizienz auch zu einer Minderung der Apnoe führt, was dann wiederum die Symptome der Herzinsuffizienz reduziert. Auch Herzschrittmacher können die Schlafapnoe beeinflussen. Es besteht der Bedarf an der Verbesserung der Techniken der Pacing-Therapie durch implantierbare Herzgeräte auf eine Weise, durch die wirkungsvoll die Schlafapnoe bekämpft wird.
EP-A-0 940 155 legt ein implantierbares Gerät für die Behandlung von Patienten mit Schlafapnoe offen. Das Gerät nimmt einen Vorfall von Schlafapnoe wahr und erzeugt als Reaktion einen oder mehrere nicht physiologische Schrittimpulse zur Abgabe an das Herz des Patienten.
Gemäß der Erfindung wird eine implantierbare Vorrichtung für die Behandlung eines Patienten mit Schlafapnoe bereit gestellt, wobei diese umfasst: Mittel zum Wahrnehmen eines Vorfalls von Schlafapnoe; und Erzeugungsmittel, die auf den Vorfall von Schlafapnoe reagieren, wobei diese einen oder mehrere nicht physiologische Schrittimpulse zur Abgabe an das Herz des Patienten erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht physiologischen Schrittimpulse ventrikuläre Stimulationsimpulse mit einer atrioventrikulären Verzögerung von weniger als etwa 25 Millisekunden umfassen.
Vorzugsweise umfassen die Erzeugungsmittel Mittel zum Erzeugen sich wiederholender Gruppen von nicht physiologischen Schrittimpulsen. Vorzugsweise umfassen die Erzeugungsmittel Mittel für alternierende Gruppen von nicht physiologischen Schrittimpulsen mit Intervallen physiologischer Schrittimpulse.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein implantierbares System zur Herzstimulation, wobei dieses ein Gerät wie oben festgelegt umfasst, enthaltend einen Impulsgenerator, der Herzschrittimpulse zur Abgabe an das Herz des Patienten erzeugt; einen Schlafapnoe-Detektor, der betriebsbereit ist, um einen Vorfall von Schlafapnoe festzustellen; und ein Schlafapnoe-Therapiemodul, welches auf einen Vorfall von Schlafapnoe reagiert, um den Impulsgenerator anzusteuern, der einen oder mehrere nicht physiologische Schrittimpulse erzeugt, wobei der eine oder die mehreren nicht physiologischen Schrittimpulse ein hämodynamisches Ungleichgewicht im Patienten bewirken.
Vorzugsweise gibt das Schlafapnoe-Therapiemodul die kardialen Schrittimpulse wiederholt in Gruppen ab. Vorzugsweise gibt das Schlafapnoe-Therapiemodul Intervalle physiologischer Impulse zwischen den Gruppen ab, wobei ein physiologischer Impuls nicht danach strebt, ein hämodynamisches Ungleichgewicht zu erzeugen. Vorzugsweise erhält das Schlafapnoe-Therapiemodul Rückmeldung vom Schlafapnoe-Detektor, um die Größe der Gruppen und die Größe der Intervalle zu verändern. Vorzugsweise erzeugt der kardiale Schrittimpuls einen anormalen, das Herz betreffenden, elektrischen Rhythmus und das Schlafapnoe-Therapiemodul erhält Rückmeldung vom Schlafapnoe-Detektor, um die Morphologie des anormalen, das Herz betreffenden, elektrischen Rhythmus zu verändern.
Die Erfindung stellt ein Verfahren für die Behandlung von Patienten mit Schlafapnoe bereit, wobei das Verfahren umfasst: Erkennung eines Vorfalls von Schlafapnoe; Bestimmung eines oder mehrerer Parameter für einen kardialen Schrittimpuls, wobei der eine oder mehrere Parameter ausgewählt werden, um ein hämodynamisches Ungleichgewicht im kardiovaskulären System des Patienten zu erzeugen; und die Abgabe von mindestens einem der kardialen Schrittimpulse an das Herz des Patienten.
Das Verfahren umfasst ferner die wiederholte Abgabe von Herzimpulsen in Gruppen während einer Sequenz des Herzzyklus, wobei mindestens einer der Herzimpulse während jedes Herzzyklus abgegeben wird, und möglichst ein Intervall physiologischer Schrittimpulse zwischen den Gruppen abgegeben wird, wobei ein physiologischer Schrittimpuls nicht danach strebt, ein hämodynamisches Ungleichgewicht zu erzeugen. Vorzugsweise umfasst jede Gruppe etwa 1 bis etwa 20 Herzzyklen, und vorzugsweise beträgt das Intervall physiologischer Schrittimpulse zwischen etwa 30 und etwa 120 Sekunden. Vorzugsweise beträgt das Intervall der Schrittimpulse etwa 20 bis etwa 160 Herzzyklen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jede Gruppe 1 bis etwa 3 Herzzyklen und das Intervall der physiologischen Schrittimpulse liegt zwischen etwa 5 und etwa 20 Herzzyklen.
Vorzugsweise erzeugt der Herzimpuls ein hämodynamisches Ungleichgewicht über eine verkürzte AV-Verzögerung. Vorzugsweise bewirkt der Herzimpuls eine zusätzliche Kontrak tion eines Ventrikels in einem Herzzyklus. Der Herzimpuls bewirkt, dass ein Ventrikel kontrahiert, bevor ein Atrium kontrahiert.
Die Erfindung ermöglicht außerdem ein Verfahren, das durch ein implantierbares Herzgerät implementiert ist, wobei dieses umfasst: Abgabe physiologischer Schrittimpulse an das Herz eines Patienten, wobei ein physiologischer Schrittimpuls mindestens einen Teil des normalen Herzrhythmus nachahmt; Feststellung eines Vorfalls von Schlafapnoe beim Patienten; und als Reaktion auf die Feststellung der Schlafapnoe die Abgabe von mindestens einem nicht physiologischen Schritt- (NPP) Impuls (NPP), wobei der NPP-Impuls mindestens einen Teil des anormalen Herzrhythmus nachahmt.
Dieses Verfahren umfasst ferner die Anwendung eines NPP-Zyklus, wobei der NPP-Zyklus mindestens einen NPP-Impuls umfasst, der während des Herzzyklus des Herzes des Patienten abgegeben wird, und die mögliche Anwendung einer Gruppe von NPP-Zyklen (NPP-Zyklus-Gruppe), wobei jede NPP-Zyklus-Gruppe mindestens einen NPP-Zyklus umfasst. Vorzugsweise umfasst jede NPP-Zyklus-Gruppe etwa 1 bis etwa 20 NPP-Zyklen. Dieses Verfahren umfasst ferner die Anwendung multipler Gruppen von NPP-Zyklen, wobei die multiplen Gruppen jeweils durch ein Intervall des abgegebenen physiologischen Schrittimpulses voneinander getrennt sind. Das Intervall des pysiologischen Schrittimpulses beträgt zwischen etwa 30 und etwa 120 Sekunden und/oder zwischen etwa 20 und etwa 160 Herzzyklen. Vorzugsweise umfasst jede NPP-Zyklus-Gruppe etwa 1 bis etwa 20 NPP-Zyklen, und das Intervall der physiologischen Schrittimpulse liegt zwischen etwa 30 bis etwa 120 Sekunden. Alternativ dazu umfasst die NPP-Zyklus-Gruppe 1 bis etwa 3 NPP-Zyklen, und das Intervall der physiologischen Schrittimpulse liegt zwischen etwa 5 bis etwa 20 Herzzyklen. Durch die Anwendung des NPP-Zyklus wird ein hämodynamisches Ungleichgewicht im kardiovaskulären System erzeugt. Der NPP-Zyklus bewirkt insbesondere, dass ein Ventrikel des Patientenherzes weniger als etwa 25 Millisekunden, nachdem ein Herzvorhof des Patienten kontrahiert hat, zu kontrahieren. Alternativ dazu umfasst der NPP-Zyklus mindestens einen NPP-Impuls, der das Herz des Patienten dazu animiert, einen anormalen Herzrhythmus nachzuahmen, wobei eine atrioventrikuläre Verzögerung weniger als 25 Millisekunden beträgt. Alternativ bewirkt der NPP-Zyklus, dass ein Ventrikel des Patientenherzes weniger als etwa 30 Millisekunden, bevor ein Herzvorhof des Patienten kontrahiert, selbst kontrahiert. Der NPP-Zyklus umfasst mindestens einen NPP-Impuls, der das Herz des Patienten anregt, einen anormalen Herzrhythmus mit einer ventrikulären Kontraktion, die weniger als etwa 30 Millisekunden vor der atriellen Kontraktion stattfindet, nachzuahmen.
Die Erfindung ermöglicht ein Verfahren zur Behandlung eines Patienten mit Schlafapnoe, wobei das Verfahren umfasst: Feststellung eines Vorfalls von Schlafapnoe; Bewirkung einer zusätzlichen Kontraktion innerhalb eines nachfolgenden Herzzyklus als Reaktion auf den Vorfall der Schlafapnoe. Bei diesem Verfahren umfasst der Anstoß zu einer zusätzlichen Kontraktion vorzugsweise eine zusätzliche ventrikuläre Kontraktion innerhalb eines nachfolgenden Herzzyklus.
Zusätzlich stellt die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung eines Patienten mit Schlafapnoe bereit, wobei das Verfahren umfasst: Feststellung eines Vorfalls von Schlafapnoe; und als Reaktion auf den Vorfall von Schlafapnoe die Abgabe eines ventrikulären Stimulationsimpulses bei einer atrioventrikulären Verzögerung von weniger als etwa 25 Millisekunden nach einem Vorhofevent.
Ein exemplarisches Verfahren zur Behandlung von Schlafapnoe umfasst die Bestimmung eines Parameters für einen Herzschrittimpuls, wobei die Herzschrittimpulse danach streben, ein hämodynamisches Ungleichgewicht im kardiovaskulären System des Patienten zu erzeugen. Das hämodynamische Ungleichgewicht im kardiovaskulären System des Patienten ruft eine korrektive oder kompensatorische Reaktion hervor, darunter auch eine Fortsetzung der Atmung. Ein exemplarisches implantierbares Herzgerät kann auf die Durchführung eines solchen exemplarischen Verfahrens programmiert werden. Andere exemplarische Verfahren, Geräte und/oder Medien werden ebenso offengelegt.
Die Parameter für einen Herzschrittimpuls, der danach strebt, ein hämodynamisches Ungleichgewicht zu erzeugen, umfassen die Länge der AV-Verzögerung, den Befehl und das Spacing von atriellen und ventrikulären Vorfällen im Herzzyklus etc. Ein Herzschrittimpuls, der danach strebt, ein hämodynamisches Ungleichgewicht zu erzeugen, wird „nicht physiologischer" Schrittimpuls genannt oder „NPP"-Impuls. Mit anderen Worten: Ein NPP-Impuls strebt danach, die physiologische Leistung des Herzes zu verändern, typischerweise so, dass die kompensatorische und/oder korrektive Reaktion hervorgerufen wird, um den Vorfall der Schlafapnoe zu beenden.
Ein NPP-Impuls führt zu einem vorübergehend nicht wünschenswerten Zustand. Die hämodynamischen Ungleichgewichte, die durch die NPP-Impulse hervorgerufen werden, werden jedoch wahrgenommen und durch afferente Nervenbahnen an das Zentralnervensystem weitergeleitet, um die kardiovaskulären und/oder respiratorischen Steuerungszentren anzuregen, Korrekturmaßnahmen zu ergreifen. Die Korrekturmaßnahmen umfassen eine Bestandsaufnahme des respiratorischen Zustands, die Normalisierung des Blutdrucks, die Modifizierung des sympathetischen/parathetischen Herztonus und die Wiederherstellung des neuralen und hormonellen Gleichgewichtes durch die Wiederaufnahme der Atmung.
Die Erfindung kann über verschiedene Wege in die Praxis umgesetzt werden und einige Ausführungsformen werden nun exemplarisch und unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine diagrammartige Darstellung eines implantierbaren Herzgerätes mit elektrischer Verbindung zum Herz eines Patienten für Multikammer-Sensing und Abgabe einer Multi-Kammer-Stimulation ist; ebenso wie die Anwendung einer nicht physiologischen Pacing-Therapie zur Behandlung der Schlafapnoe;
2 ein funktionelles Blockdiagramm des implantierbaren Multi-Kammer-Herzgerätes ist;
3 ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zur Behandlung von Schlafapnoe ist;
4 ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zur Bereitstellung einer nicht physiologischen Schlafpnoe-Pacing-Therapie, basierend auf der Rückmeldung, ist;
5 eine diagrammartige Darstellung ist, die einen Vergleich zwischen einem physiologischen Pacing-Zyklus und einem exemplarischen ersten Tpyus eines nicht physiologischen Pacing-Zyklus zeigt;
6 eine diagrammartige Darstellung ist, die einen Vergleich zwischen einem physiologischen Pacing-Zyklus und einem exemplarischen zweiten Typus eines nicht physiologischen Pacing-Zyklus zeigt;
7 eine diagrammartige Darstellung ist, die einen Vergleich zwischen einem physiologischen Pacing-Zyklus und einem exemplarischen dritten Typus eines nicht physiologischen Pacing-Zyklus zeigt;
8 eine diagrammartige Darstellung einer ersten exemplarischen Ausführungsform zur Abgabe von physiologischem Pacing und exemplarischem nicht physiologischem Pacing ist;
9 eine diagrammartige Darstellung einer zweiten exemplarischen Ausführungsform zur Abgabe von physiologischem Pacing und exemplarischem nicht physiologischem Pacing ist;
10 eine diagrammartige Darstellung einer dritten exemplarischen Ausführungsform zur Abgabe von physiologischem Pacing und exemplarischem nicht physiologischem Pacing ist.
Überblick
In der nachfolgenden Diskussion wird eine exemplarische Technik für die Behandlung von Patienten mit Schlafapnoe beschrieben, die eine Herzschritttherapie erhalten. Ein exemplarisches implantierbares Herzgerät ist programmierbar auf die Ausführung der exemplarischen Technik. Andere exemplarische Verfahren, Geräte und/oder Medien werden ebenso offengelegt.
Zusätzlich zur Bereitstellung der Herzschritttherapie kann ein exemplarisches Gerät auf die Durchführung der exemplarischen Technik programmiert werden, wobei dieses die Schlafapnoe während des Pacing im Ruhemodus feststellt und ein nicht physiologisches Pacing („NPP") abgibt, um die Schlafapnoe zu mindern. Ein nicht physiologischer Schrittimpuls („NPP-Impuls") eines NPPs ist ein Schrittimpuls, der ein hämodynamisches Ungleichgewicht erzeugt, wobei das Zentralnervensystem alarmiert wird, das neurale und hormonelle Gleichgewicht wiederherzustellen, insbesondere durch die Wiederaufnahme der Atmung. Die Wiederherstellung der Atmung kommt durch die vorübergehenden elektrischen und hämodynamischen Ungleichgewichte, die durch einen oder mehrere NPP-Impulse erzeugt werden, letztlich dem Herz des Patienten zugute. Während der Abgabe des NPP-Impulses kann beim wachen Patienten eine abgeschwächte Alarmreaktion auftreten, NPP-Impulse beim schlafenden Patienten weisen das Zentralnervensystem darauf hin, die normale Atmung wieder aufzunehmen oder fortzusetzen, ohne den Patienten zu wecken.
Die NPP-Therapie besteht darin, einen NPP-Impuls oder Gruppen von NPP-Impulsen während des Schlafes auszutauschen. Die NPP-Therapie kann während ihrer Anwendung modifiziert werden, indem die Morphologie jedes einzelnen Herzzyklus, zu dem NPP-Impulse abgegeben werden, verändert wird. Auch die Anzahl der NPP-Impulse, die in jeder Gruppe abgegeben werden, kann modifiziert werden, sowie die Intervalldauer der Basislinie des Pacing im Ruhemodus zwischen jeder NPP-Gruppe. Die Änderungen basieren auf der Rückmeldung, die durch das exemplarische Gerät empfangen wird.
Ein implantierbares Herzgerät 100 ist im Allgemeinen gekennzeichnet durch einen Miniatur-Computer, der in den Körper eines Patienten implantiert wird, um die Herzaktivität sowie auch andere Aktivitäten zu überwachen und/oder zu korrigieren. Solche Geräte umfassen implantierbare Herzstimulationsgeräte (z.B. implantierbare Herzschrittmacher, implantierbare Defibrillatoren), die die Stimulationstherapie an das Herz abgeben. Die nachfolgende Diskussion beschreibt zunächst ein exemplarisches Herzgerät, das bei der Behandlung von Herzkrankheiten, wie solche in Verbindung mit Herzinsuffizienz, eingesetzt wird, und beschreibt dann eine Arbeitsweise, bei der Vorfälle von Schlafapnoe festgestellt und die NPP-Therapie zur Linderung der Vorfälle angewendet wird.
Exemplarisches implantierbares Herzgerät
1 zeigt ein exemplarisches implantierbares Herzgerät 100 in elektrischer Verbindung zum Herz eines Patienten 102 zur Überwachung der Herzaktivität und/oder Anwendung der Stimulationstherapie, z.B. Pacing-Therapie und NPP-Therapie. Drei Zuleitungen – eine rechtsatrielle Zuleitung 104, eine koronare Sinus-Zuleitung 104 und eine rechtsventrikuläre Zuleitung – verbinden das Gerät 100 mit dem Herz des Patienten 102, um die Multi-Kammer-Detektion und die Stimulationstherapie zu unterstützen.
Die rechtsatrielle Zuleitung 104 unterstützt eine atrielle Tip-Elektrode 120, welche typischerweise in den recht-satriellen Apendix des Patienten implantiert ist. Die rechtsatrielle Zuleitung 104 unterstützt ebenso eine rechtsatrielle Ringelektrode 121, welche das Gerät aktiviert, die atriellen Herzsignale wahrzunehmen und die Pacing-Therapie auf die rechtsatrielle Kammer anzuwenden.
Die koronare Sinus-Zuleitung 106 positioniert eine links-ventrikuläre Tip-Elektrode 122, anliegend an das linke Ventrikel und/oder zusätzliche Elektrode(n), anliegend am linken Atrium, so wie eine linksatrielle Ringelektrode 124 und eine linksatrielle Spiralelektrode 126. Die koronare Sinus-Zuleitung 106 aktiviert das Gerät 100, linksatrielle und ventrikuläre Herzsignale wahrzunehmen und die Pacing-Therapie auf die linke Kammer hin anzuwenden. In der dargestellten Anordnung wird die linksventrikuläre Tip-Elektrode 122 dazu verwendet, atrielle und ventrikuläre Herzsignale wahrzunehmen und eine linksventrikuläre Pacing-Therapie durchzuführen. Die linksatrielle Ringelektrode 124 dient der Anwendung der linksatriellen Pacing-Therapie, und die linksatrielle Spiralelektrode 126 der Schocktherapie.
Die rechtsventrikuläre Zuleitung 108 ist elektrisch an eine rechtsventrikuläre Tip-Elektrode 128, eine rechtsventriku läre Ringelektrode 130, eine rechtsventrikuläre (RV) Spiralelektrode 132 und an eine SVC Spiralelektrode 134 gekoppelt. Typischerweise wird die rechtsventrikuläre Zuleitung 108 transvenös in das Herz 102 eingesetzt, um die rechtsventrikuläre Tip-Elektrode 128 in der rechtsventrikulären Herzspitze zu platzieren, so dass sich die RV Spiralelektrode 132 im rechten Ventrikel und die SVC Spiralelektrode 134 in der oberen Hohlvene befinden. Entsprechend ist die rechtsventrikuläre Zuleitung 108 in der Lage, Herzsignale aufzunehmen, und Stimulation in Form von Pacing- und Schocktherapie an das rechte Ventrikel abzugeben.
2 zeigt ein exemplarisches vereinfachtes Blockdiagramm, das verschiedene Komponenten des implantierbaren Herzgerätes 100 darstellt. Die Komponenten sind im Gehäuse 200 untergebracht, welches auch als „Gefäß", „Behälter", „Umhüllung" oder „Elektrodenköcher" bezeichnet wird, und das so programmiert werden kann, dass es als Neutralelektrode im unipolaren Modus arbeitet. Das Gehäuse 200 kann ferner als Neutralelektrode allein oder in Kombination mit einer oder mehreren Spiralelektroden 126, 132 und 134 zur Stimulation verwendet werden. Das Gehäuse 200 umfasst ferner einen Anschluss (nicht gezeigt), enthaltend mehrere Terminals 202, 204, 206, 208, 212, 214, 216, und 218 (schematisch dargestellt, wobei zur Einfachheit die Namen der Elektroden, die an die diese angeschlossen sind, neben den Terminals stehen), umfassend:

– rechtsatrielles Ringterminal (A_R RING) 201 für die atrielle Ringelektrode 121;
– rechtsatrielles Tip-Terminal (A_R TIP) 202 für die atrielle Tip-Elektrode 120;
– linksventrikuläres Ringterminal (V_L TIP) 204 für die linksventrikuläre Ringelektrode 122;
– linksatrielles Ringterminal (A_L RING) 206 für die linksatrielle Ringelektrode 124;
– linksatrielles Schockterminal (A_L COIL) 208 für die linksatrielle Spiralelektrode 126;
– rechtsventrikuläres Ringterminal (V_R TIP) 212 für die rechtsventrikuläre Ringelektrode 128;
– rechtsventrikuläres Ringterminal (V_R RING) 214 für die rechtsventrikuläre Ringelektrode 130;
– rechtsventrikuläres Schockterminal (RV COIL) 216 für die RV Spiralelektrode 132; und
– SVC Schockterminal (SVC COIL) 218 für die SVC Spiralelektrode 134.

Das implantierbare Herzgerät 100 umfasst einen programmierbaren Mikrocontroller 220, der verschiedene Tätigkeiten des implantierbaren Herzgerätes steuert, inklusive Herzüberwachung und Stimulationstherapie. Der Mikrocontroller 220 umfasst einen Mikroprozessor (oder ein entsprechendes Steuerungsdiagramm), RAM- und/oder ROM-Speicher, logisches Zeitendiagramm, Maschinenstatus-Diagramm und I/O-Schaltkreis.
Das Gerät 100 umfasst ferner einen atriellen Impulserzeuger 222 und einen ventrikulären Impulserzeuger 224, welche Impulse zur Pacing-Stimulation zwecks Abgabe durch die rechtsatrielle Zuleitung 104, sowie die koronare Sinus-Zuleitung 106 und/oder die rechtsventrikuläre Zuleitung 108 über einen Schalter zur Elektrodenkonfiguration 226 erzeugen. Der Schalter 226 umfasst verschiedene Schalter für den Anschluss der gewünschten Elektroden an die geeigneten I/O-Schaltkreise, wobei die Elektroden vollständig programmierbar sind. Dementsprechend bestimmt der Schalter 226 als Reaktion auf ein Kontrollsignal 227 aus dem Mikrocontroller 220 die Polarität der Stimulationsimpulse (z.B. unipolar, bipolar etc.) durch jeweiliges Schließen der entsprechenden Schalterkombination.
Zur Bereitstellung der Stimulationstherapie in jeder der vier Herzkammern umfassen die atriellen und ventrikulären Impulserzeuger 222 und 224 dafür vorgesehene unabhängige Impulserzeuger, gebündelte Impulserzeuger oder geteilte Impulserzeuger. Die Impulserzeuger 222 und 224 werden durch den Mikrocontroller 220 über ein entsprechendes Steuerungssignal 228 bzw. 230 gesteuert, um die Stimulationsimpulse auszulösen oder zu blockieren.
Der Mikrocontroller 220 ist dargestellt als enthaltend: eine Zeitschaltung 232, um die zeitliche Steuerung des Stimulationsimpulses (z.B. Pacing Rate, atrioventrikuläre (AV)-Verzögerung, interatrielle (A-A)-Verzögerung oder interventrikuläre (V-V)-Verzögerung, nativer atrieller Vorfall bei nativer oder stimulierter ventrikulärer (P-V)-Verzögerung bei einem Vorfall, (AV/PV Verzögerung etc.) zu kontrollieren. Die Zeitschaltung wird verwendet für die zeitliche Steuerung von renitenten Perioden, das Löschen von Intervallen, für Fenster für die Geräuschfeststellung, für Fenster hervorgerufener Reaktionen, Warnintervalle, Zeitsteuerung für den Markierungskanal und so weiter.
Der Mikrocontroller 220 ist außerdem versehen mit einem Arrhythmie-Detektor 234, einem Morphologie-Detektor 236, einem Schlafapnoe-Detektor 238, einer Pacing-Testeinheit 239, und einem Therapiemodul für die Pacing-Therapie der Schlafapnoe 240. Der Schlafapnoe-Detektor 238 ist so konfiguriert, dass er Vorfälle von Schlafapnoe feststellt. Bei einigen Ausführungen kann der Schlafapnoe-Detektor 238 auch so programmiert sein, dass er den Beginn einer Schlafapnoe antizipiert, was die Messung der Schlafapnoe vereinfacht. Ein Ansatz zur Feststellung der Schlafapnoe geht direkt über die Messung durch einen Parameter, der auf Schlafapnoe reagiert. Der Detektor kann zum Beispiel Veränderungen der Atmung, der Herzschlag-Rate, der Unterleibsbewegungen, Zucken der Beine und/oder Minutenventilation feststellen, da diese auf die Schlafapnoe hinweisen. Ein anderer Ansatz geht von einem Schlafapnoe-Detektor 238 aus, der gleichzeitige Veränderungen von zwei oder mehreren Parametern, die auf den Beginn einer Schlafapnoe hinweisen, feststellt. Zum Beispiel antizipiert ein exemplarischer Detektor einen beginnenden Vorfall von Schlafapnoe, wenn der Patient während des Ruhens einen Abfall der Minutenventilation zusammen mit einer sinkenden Herzrate erfährt. Bei einem anderen Ansatz arbeitet der Schlafapnoe-Detektor 238 unter Verwendung einer Strukturanalyse, um die Schlafapnoe zu antizipieren. Der Detektor vergleicht aktuelle physiologische Parameter mit Strukturen der gleichen Parameter, die während früherer Vorfälle von Schlafapnoe aufgezeichnet wurden und bestimmt dadurch, ob der aktuelle Parameter auf den Beginn einer Schlafapnoe hinweist.
Bei einer Implementierung wendet das Modul für die Pacing-Therapie 240 zur Behandlung von Schlafapnoe die NPP-Therapie an. Dieses Modul kann optional verwendet werden, um verschiedene exemplarische Verfahren, die im Folgenden beschrieben werden, zu implementieren, unter anderem solche, die mit Bezug auf die 3-10 beschrieben werden.
Jeder der Komponenten 234-240 kann in die Hardware als Teil des Mikrocontrollers 220 eingebaut werden oder als Software-/Firmware-Anweisungen, die in das Gerät einprogrammiert sind und die durch den Mikrocontroller 220 in unterschiedlichen Betriebsarten ausgeführt werden. Obwohl nicht aufgezeigt, umfasst der Mikrocontroller 220 ferner einen weiteren entsprechenden Schaltkreis und/oder Firmware-/Software-Komponenten, die dazu beitragen, die verschiedenen Zustände des Patientenherzes zu überwachen und die Pacing-Therapien durchzuführen.
Atrielle Sensing-Diagramme 244 und ventrikuläre Sensing-Diagramme 246 können wahlweise an die rechtsatrielle Zuleitung 104, die koronare Sinus Zuleitung 106 und die rechtsventrikuläre Zuleitung 108 durch den Schalter 226, der feststellt, ob in jeder der vier Herzkammern Herzaktivitäten vorhanden sind, angeschlossen werden. Die Sensing-Diagramme 244 und 246 umfassen adäquate Wahrnehmungsverstärker, Verstärker mit gebündelter Energie oder geteilte Verstärker. Der Schalter 226 legt die „Sensing-Polarität" der Herzsignale fest, indem er die entsprechenden Schalter schließt. Auf diese Weise kann der Arzt die Sensing-Polarität unabhängig von der Stimulations-Polarität einprogrammieren.
Jedes Sensing-Diagramm 244 und 246 arbeitet mit einem oder mehreren Niederstrom-Präzisionsverstärkern mit programmierbarer und/oder automatischer Verstärkerregelung, Bandpassfilter und einem Diagramm zur Schwellenwerterkennung, um die jeweiligen Herzsignale wahrzunehmen. Die automatische Verstärkerregelung aktiviert das Gerät 100, schwache Schwingungssignale, die bei Aterien- oder Herzkammerflimmern charakteristisch sind, wahrzunehmen.
Die Ausgänge der atriellen und ventrikulären Sensing-Diagramme 244 und 246 sind gekoppelt an den Mikrocontroller 220, der wiederum in der Lage ist, die atriellen und ventrikulären Impulsgeneratoren 222 und 224 in Erwartung einer Reaktion auf die Ab- oder Anwesenheit von Herzaktivitäten in den jeweiligen Herzkammern auszulösen oder zu blockieren. Die Sensing-Diagramme 244 und 246 erhalten vom Mikrocontroller 220 über die Signallinien 248 und 250 Steuerungssignale, um die Zunahme, den Schwellenwert und die Abnahme der Polarisationsladung (nicht gezeigt) sowie die zeitliche Steuerung aller Blockschaltungen (nicht gezeigt), die an die Eingänge der Sensing-Diagramme gekoppelt sind, zu steuern.
Herzsignale werden weitergegeben an ein analog-digitales (A/D) System zur Datenerhebung 252, welches so konfiguriert ist, dass es die Signale der intrakardialen Signale des Elektrogramms aufnimmt, die analogen Rohdaten in digitale Signale umwandelt und die digitalen Signale für die spätere Weiterbearbeitung und/oder telemetrische Übertragung an ein externes Gerät 254 erfasst. Das Datenerhebungssystem 252 ist über den Schalter 226, der Herzsignale über alle Paare der entsprechenden Elektroden abtastet, an die recht-sartriale Zuleitung 104, die koronare Sinus Zuleitung 106 und die rechtsventrikuläre Zuleitung 108 gekoppelt.
Das Datenerhebungssystem 252 ist an den Mikrocontroller 220 oder an eine andere Erkennungsschaltung gekoppelt, um als Reaktion auf einen Stimulus, der auch als „Erkennungserfassung" bekannt ist, bei der Feststellung einer vom Herz 102 hervorgerufenen Reaktion unterstützend tätig zu sein. Die Erfassung findet dann statt, wenn ein elektrischer Stimulus, der auf das Herz angewandt wird, über genügend Energie verfügt, um das Herzgewebe zu depolarisieren, wobei der Herzmuskel dadurch angeregt wird, zu kontrahieren. Der Mikrocontroller 220 stellt ein Depolarisationssignal während eines Stimulationsimpulses, der auf ein Fenster folgt, fest, woraus hervorgeht, dass die Erfassung stattgefunden hat. Der Mikrocontroller 220 aktiviert die Erfassung durch Auslösen des ventrikulären Impulsgenerators 224, der einen Stimulationsimpuls erzeugt wobei die Erfassung durch ein Detektions-Fenster unter Verwendung der Zeitsteuerung 232 im Mikrocontroller 220 sowie durch Aktivieren des Datenerhebungssystems 252 über das Kontrollsignal 256, das das Herzsignal, das im Detektions-Fenster erfasst wird, aufzunehmen sowie desweiteren, und basierend auf dem Verstärker, zu bestimmen, ob die Erfassung stattgefunden hat.
Der Mikrocontroller 220 ist ferner an einen Datenspeicher 260 durch einen entsprechenden Daten/Adressbus 262 gekoppelt. Die programmierbaren Betriebsparameter, mit denen der Mikrocontroller 220 arbeitet, werden in einem Datenspeicher 260 abgespeichert und dazu verwendet, die Arbeitsweise des Gerätes 100 an den Bedarf eines jeden Patienten anzupassen. Solche Betriebsparameter definieren zum Beispiel die Amplitude der Pacing-Impulse, die Impulsdauer, die Elektrodenpolarität, die Rate, die Empfindlichkeit, automatische Funktionen, Kriterien zur Feststellung einer Arrhythmie sowie die Amplitude, Wellenform und den Vektor eines jeden Schockimpulses, der an das Herz des Patienten 102 in der entsprechenden Therapiestufe abgegeben wird.
Die Betriebsparameter des implantierbaren Gerätes 100 sind nichtinvasiv in den Speicher 260 über eine Telemetrie-Schaltung 264 einprogrammiert, die in telemetrischer Verbindung 266 mit dem externen Gerät 254 wie zum Beispiel Programmierer, lokaler Empfänger oder diagnostischer Systemanalyser steht. Der Mikrocontroller 220 aktiviert die Telemetrie-Schaltung 264 mit einem Kontrollsignal 268. Die Telemetrie-Schaltung 264 ermöglicht es, dass das interkardiale Elektrogramm und die Statusinformation in Bezug auf das Gerät 100 (insofern enthalten im Mikrocontroller 220 oder im Datenspeicher 260), an das externe Gerät 254 über eine stehende Nachrichtenverbindung 266 gesendet werden.
Das implantierbare Herzgerät 100 umfasst ferner einen oder zwei physiologische Sensoren 270. Solche Sensoren sind allgemein bekannt als „Frequenz-responsive" Sensoren, da sie typischerweise verwendet werden, um die Frequenzen der Pacing-Stimulation entsprechend des körperlichen Zustandes des Patienten anzupassen. Der physiologische Sensor 270 kann jedoch auch verwendet werden, um Veränderungen der Herzleistung, Veränderungen des physiologischen Zustands des Herzes oder tagesbedingte Veränderungen der Herzaktivität (z.B. Feststellung von Schlaf- und Wachzuständen) zu bestimmen. Entsprechend reagiert der Mikrocontroller 220 durch Anpassung der verschiedenen Pacing-Parameter (wie Frequenz, AV-Verzögerung, V-V-Verzögerung etc.), bei denen die atriellen und ventrikulären Impulsgeneratoren 222 und 229 Stimulationsimpulse erzeugen. Obwohl der/die physiologische(n) Sensor(en) als im Gerät 100 befindlich dargestellt ist/sind, befindet/befinden sich er/sie außerhalb des Gerätes 100, und müssen noch in den Patienten implantiert oder von diesem getragen werden.
Zwei Beispiele physiologischer Sensoren werden aufgezeigt: ein Aktivitäts-/Positionssensor 272 (z.B. Beschleuniger, Aktivitätssensor etc.) zur Feststellung von Bewegungen in der Position des Patienten und einen Sensor für die Minutenventilation (MV), um Minutenventilationen wahrzunehmen. Minutenventilation ist das Gesamtvolumen an Luft, das in und aus der Lunge des Patienten pro Minute strömt. Der MV-Sensor 274 arbeitet mit transthorakaler Impedanz, welche eine Messung der Impedanz quer über den Brustkorb darstellt, um Luftbewegungen wahrzunehmen. Lungen, die mit Luft gefüllt sind, haben eine höhere Impedanz als leere Lungen. Deshalb steigt beim Einatmen die Impedanz an und sinkt beim Ausatmen. Andere Beispiele physiologischer Sensoren können Sensoren umfassen, die zum Beispiel die Respirationsrate, den pH-Wert im Blut, den ventrikulären Gradienten und so weiter wahrnehmen.
Signale, die durch physiologische Sensoren erzeugt werden, werden zur Analyse durch den Schlafapnoe-Detektor 236 an den Mikrocontroller 220 weitergegeben. Solche Signale können dazu verwendet werden, festzustellen, ob der Patient ruht oder ob der Patient einen Vorfall von Schlafapnoe erleidet sowie ob eine der Therapien, die das Pacing-Therapiemodul 240 als Reaktion darauf vorsieht, angewandt werden soll.
Das implantierbare Herzgerät 100 umfasst zusätzlich eine Batterie 276, die alle in 2 gezeigten Komponenten mit Strom versorgt. Die Batterie 276 ist in der Lage, während einer langen Zeitspanne (z.B. weniger als 10 μA) mit Niederstromkondensaten zu arbeiten und Hochspannungsimpulse (für den Ladekondensator) abzugeben, wenn der Patient einen Schockimpuls benötigt (z.B. bei mehr als 2A, bei Spannungen über 2 V, bei Zeitspannen von 10 Sekunden und mehr). Die Batterie 276 hat vorzugsweise ein berechenbares Entlademerkmal, so dass die entsprechende Austauschzeit errechnet werden kann. Beispielsweise arbeitet das Gerät 100 mit Lithium-/Silber-Vanadium-Batterien.
Das Gerät 100 kann ferner eine magnetische Erkennungsschaltung (nicht gezeigt) umfassen, die an den Mikrocontroller 220 angeschlossen ist, um festzustellen, ob ein Magnet auf das Stimulationsgerät 100 gelegt wird. Ein Magnet kann von einem Arzt verwendet werden, um verschiedene Testfunktionen des Stimulationsgerätes 100 durchzuführen und/oder um dem Mikrocontroller 220 mitzuteilen, dass der externe Programmierer 254 dabei ist, Daten an den Mikrocontroller 220 über den Telemetrie-Schaltkreis 264 zu empfangen oder zu senden.
Das Gerät 100 umfasst ferner eine Impedanz-Messschaltung 278, die vom Mikrocontroller 220 über ein Steuerungssignal 280 aktiviert wird. Die Impedanz-Messschaltung 278 wird für viele Dinge verwendet, darunter: Überwachung der Impedanz der Zuleitungen während akuter oder chronischer Phasen zum Zweck der Positionierung oder der Entfernung der Zuleitungen; Bestimmung betriebsbereiter Elektroden und automatische Umschaltung auf ein betriebsbereites Paar im Zuge der Entfernung der Zuleitungen; Messung der Atmung oder Minutenventilation; Messung der thorakalen Impedanz zur Bestimmung der Schock-Schwellenwerte; Feststellung, dass das Gerät implantiert wurde; Messung des Schlagvolumens; und Feststellung der Öffnung der Herzventile; und so weiter. Die Impedanz-Messschaltung 278 ist an den Schalter 226 gekoppelt, damit jede gewünschte Elektrode verwendet werden kann.
Das Gerät 100 kann als implantierbares Kardioverter-/Defillibrator-Gerät (ICD) betrieben werden, welches den Vorfall einer Arrhythmie feststellt und automatisch eine passende Elektroschock-Therapie auf das Herz hin anwendet, um die festgestellte Arrhythmie zu beenden. Zu diesem Zweck steuert der Mikrocontroller 220 ferner eine Schockschaltung 282 über ein Steuerungssignal 284. Die Schockschaltung 282 erzeugt über den Mikrocontroller 220 Schockimpulse von niedriger (z.B. bis 0,5 Joule), mittlerer (z.B. 0,5 bis 10 Joule) oder hoher Spannung (z.B. 11 bis 40 Joule). Solche Schockimpulse werden an das Herz des Patienten 102 über mindestens zwei ausgewählte Schock-Elektroden weitergegeben, zum Beispiel über die linksatrielle Spiralelektrode 126, die RV-Spiralelektrode 132, und/oder die SVC-Spiralelektrode 134. Wie schon erwähnt, dient das Gehäuse 2000 als Aktivelektrode in Kombination mit der RV-Elektrode 132 oder als Teil eines geteilten elektrischen Vektors unter Verwendung der SVC-Spiralelektrode 134 oder der linksartriellen Spiralelektrode 126 (d.h. unter Verwendung der RV-Elektrode als einer gebräuchlichen Elektrode).
Kardioversionsschocks haben im Allgemeinen ein mittleres Energieniveau (um Schmerzen beim Patienten zu minimieren), und/oder sind synchronisiert mit einer R-Welle und/oder gehören zur Behandlung der Tachykardie. Defibrillations-Schocks haben im Allgemeinen ein mittleres bis hohes Energieniveau (d.h. entsprechend der Schwellenwerte im Bereich von z.B. 5-40 Joule), werden asynchron abgegeben (da R-Wellen zu desorganisiert sind) und werden ausschließlich zur Behandlung der Fibrillation verwendet. Entsprechend ist der Mikrocontroller 220 in der Lage, die synchrone und ansynchrone Abgabe der Schock-Impulse zu steuern.
Das implantierbare Herzgerät 100 kann so programmiert werden, dass es mittels der Pacing-Therapie sowohl Herzinsuffizienz als auch Schlafapnoe behandelt. Zur Behandlung von Herzinsuffizienz gibt das Gerät Pacing-Impulse bei einer niedrigen Spannung über eine Zuleitung in den linksseitigen Venen ab.
Verallgemeinert kann das Gerät 100 so programmiert werden, dass es über die gleiche Zuleitung/das gleiche Elektrodensystem verschiedene Muskelgruppen stimuliert. Das Gerät 100 kann so programmiert werden, dass es die Ausgangsspan nung verschiedener Impulse abwandelt, um verschiedene Herzmuskeln wirksam zu stimulieren, selbst wenn sich die Platzierung der Zuleitung und der Elektroden nicht ändert.
Nicht physiologische Pacing-Therapie bei Schlafapnoe
Die NPP-Therapie zur Behandlung von Schlafapnoe umfasst ein exemplarisches Verfahren zur Bestimmung der Parameter eines kardialen Schrittimpulses, der zumindest zum Teil auf Informationen beruht, die für die Schlafapnoe kennzeichnend sind, wobei der kardiale Schrittimpuls ein hämodynamisches Ungleichgewicht erzeugt, d.h. der kardiale Schrittimpuls ist ein nicht physiologischer (NPP)-Impuls. Wie oben beschrieben, strebt der NPP-Impuls danach, eine korrektive und/oder kompensatorische Reaktion in Bezug auf einen vorübergehenden nicht wünschenswerten hämodynamischen Zustand auszulösen. Ein Gerät, das auf die Anwendung der NPP-Therapie programmiert ist, wie z.B. das exemplarische Gerät 100, kann hämodynamische Ungleichgewichte, die durch NPP-Impulse hervorgerufen werden, überwachen, um eine sichere NPP-Therapie zu gewährleisten.
3 zeigt ein exemplarisches Verfahren 300 zur Durchführung der Schlafapnoe-Therapie während der kardialen Pacing-Therapie. Entsprechend dieses exemplarischen Verfahrens 300 ist ein geeignetes implantierbares Herzgerät (z.B. das exemplarische Herzgerät 100 etc.) darauf programmiert, kardiale Schrittimpulse zu erzeugen und die NPP-Therapie anzuwenden, um Vorfälle von Schlafapnoe zu behandeln. Obwohl dieses Verfahren 300 in der Beschreibung mit einem exemplarischen implantierbaren Hergerät 100 der 1 und 2 durchgeführt wird, können natürlich auch andere geeignete Geräte zur Anwendung des exemplarischen Verfahrens 300 verwendet werden. Im Flussdiagramm sind die anderen Verfahren in einzelnen Blocks zusammengefasst. Die Verfahren werden mittels Hardware und/oder maschinenlesbaren Befeh len (Software oder Firmware), die durch einen Prozessor ausgeführt werden können, durchgeführt.
Block 302 bestätigt, dass bei dem Patienten eine Schlafapnoe stattfindet. Die Bestätigung kann optional auch durch den exemplarischen Schlafapnoe-Detektor 238 geliefert werden oder durch andere implantierbare Geräte mittels einer Hardware und/oder Software, welche die Schlafapnoe wahrnimmt. Alternativ dazu wurde die Bestätigung der Schlafapnoe in Block 302 übersprungen, die charakteristischen Daten der Schlafapnoe können jedoch für die Aufnahme in Block 304 wahrgenommen werden.
In Block 304 erleidet der Patient eine Schlafapnoe, worauf charakteristische Daten zur Schlafapnoe empfangen werden. Ein implantierbares Gerät wie das exemplarische Gerät 100 kann so programmiert werden, dass es die Informationen wahrnimmt und/oder empfängt. Die Informationen umfassen Zeiterfassung und/oder physiologische Ablesung wie Startzeit oder wahrscheinlicher Beginn des Vorfalls der Schlafapnoe, Dauer und Schweregrad des Vorfalls der Schlafapnoe, Herzrate, Blutgas und pH-Werte, Körperbewegungen, frühere Reaktionen auf die Schlafapnoe-Therapie etc.
In Block 306 kann ein Parameter eines Herzimpulses verwendet werden, um ein hämodynamisches Ungleichgewicht zu erzeugen, d.h. einen NPP-Impuls, der basierend auf den Informationen zur Schlafapnoe, bestimmt wird. Zu bestimmende Parameter in Block 306 umfassen nicht nur Parameter von einem NPP-Impuls, sondern auch Parameter aus dem Kontext der NPP-Therapie, innerhalb dessen der NPP-Impuls abgegeben wird. Exemplarische Parameter umfassen die Amplitude der NPP-Impulse, die Morphologie des elektrischen Herzzyklus, der den oder die NPP-Impuls e) umfasst oder beinhaltet, die Anwendungsstrukturen zur Abgabe von wiederholten NPP-Impulsen, die Länge der NPP-Impulse, die Inter valle zwischen den Gruppen, Pläne zur Änderung der NPP-Therapie entsprechend der Rückmeldung etc.
Bei einer Implementierung führt ein programmiertes Gerät wie das exemplarische Gerät 100 die NPP-Therapie durch, indem es regelmäßig wiederkehrende NPP-Impulse durch regelmäßige Pacing-Impulse im Ruhemodus im Rahmen von strukturierten Pacing-Impulsen im Ruhemodus abgibt. Eine NPP-Gruppe umfasst gewöhnlich etwa 1 bis etwa 20 NPP-Impulse. Jeder NPP-Impuls führt zu einer vorübergehenden Arrhythmie, die den Herzschlag beeinflusst, der wiederum durch Veränderung des normalen hämodynamischen Flusses im Herz und den anliegenden Gefäßen die kardiovaskulären und/oder respiratorischen Steuerungszentren des Zentralnervensystems erschüttern. Eine Beschreibung, wie die NPP-Impulse das Zentralnervensystem im Zuge der Behandlung von Schlafapnoe anregen, folgt.
Physiologische Auswirkungen der nicht physiologischen Pacing-Therapie
Die Art und Weise, wie die NPP-Therapie die kardiovaskulären und/oder respiratorischen Steuerungszentren des Zentralnervenystems alarmiert, damit dieses die normale Atmung wieder aufnimmt, ist komplex. Dennoch wird die folgende Erklärung bereitgestellt.
Wenn ein exemplarischer NPP-Impuls einem Typus entspricht, der extrasystolische oder andere ventrikuläre Anomalien in ventrikulären Füll- und/oder Ejektions-Segmenten des Herzzyklus verursacht, kann im Vorhof, der oberen Hohlvene, der unteren Hohlvene und in den Adern der Lunge eine plötzliche Gegendruckwelle erzeugt werden, da die Kontraktion der Ventrikel die atrioventrikulären Ventile zu einem ungewöhnlichen Zeitpunkt gegen das Kontrahieren des Vorhofs verschließt. Die gleiche Gegendruckwelle kann in der Aorta und in den Lungenarterien stattfinden, je nach der genauen Stelle im Herzzyklus, wo PVC oder Extrasystole stattfinden. Der Gegendruckwelle folgen zurückprallende Niederdruckwellen. Die Gegendruckwellen und ihre Auswirkungen werden durch die Barorezeptoren und andere Sensoren wahrgenommen.
Arterielle Barorezeptoren, die bei der kurzfristigen Regulierung des Blutdrucks eine unabdingliche Wahrnehmungsverbindung zum Hirnstamm darstellen, sollen auch höhere kortikale Funktionen beeinflussen. Die Barorezeptoren sind dehnbare Mechanorezeptoren an den elastischen Wänden der großen Gefäße, die NPP-Impulse, die durch gestörte Hämodynamiken verursacht werden, wahrnehmen können und Impulse an die Steuerungszentren des Hirnstammes senden. Das Ziel bei der Anwendung von NPP-Impulsen ist das Senden von genügend afferenter Stimulation (die auf eine Störung hinweist) an den Hirnstamm, um das Zentralnervensystem darauf hinzuweisen, dass es diese Störung wahrnehmen und Korrekturen (verbesserter sympathetischer/parasympathetischer Herz- und Lungentonus, Wiederaufnahme der Atmung etc.) vornehmen soll, ohne den Patienten aufzuwecken.
Jede Veränderung des durchschnittlichen Blutdrucks, dem ein NPP-Impulses folgt, regt einen automatisch ermittelten Barorezeptor dazu an, die Herzleistung und den gesamten Außenwiderstand in dem Versuch, den Blutdruck wieder zu normalisieren, anzupassen. Wie jeder Reflex umfasst der Barorezeptorreflex einen Rezeptor, einen afferenten Pfad, ein integrierendes Zentrum, d.h. ein kardiovaskuläres Steuerungszentrum, einen ableitenden Pfad (z.B. die sympathetischen und parasympathetischen Verzweigungen des autonomen Nervensystems) sowie Erfolgsorgane. Die wichtigsten an der Moment-zu-Moment-Regulierung des Blutdrucks beteiligten Barorezeptoren, die Carotid-Sinus- und Aortenbogenrezeptoren, sind für Veränderungen des mittleren Arteriendrucks sowie des Pulsdrucks empfänglich. Ihre Empfänglichkeit in Bezug auf Fluktuationen des Pulsdrucks erhöht ihre Sensibilität als Druck-Sensoren, da kleine Veränderungen des systolischen oder diastolischen Drucks den Pulsdruck verändern, ohne den mittleren Druck zu verändern. Diese Barozeptoren sind strategisch so platziert, dass sie kritische Daten über den Blutdruck in den Arterien der Gefäße, die zum Gehirn (der Carotid-Sinus-Barorezeptor) und zum arteriellen Stamm führen, liefern, bevor sich diese zur Weiterleitung in den restlichen Körper (Aortenbogen-Barorezeptor) verzweigen.
Das oben genannte integrierende Zentrum, das die afferenten Impulse enstprechend des arteriellen Drucks empfängt, d.h. das kardiovaskuläre Steuerungszentrum, befindet sich am medullären Teil des Hirnstammes. Wenn der ableitende Pfad das autonome Nervensystem ist, kann das kardiovaskuläre Steuerungszentrum das Verhältnis von sympathetischer und parasympathetischer Aktivität in Bezug auf die Erfolgsorgane des Herzes und der Blutgefäße stören, um die Selbstregulation des Blutdrucks aufrecht zu erhalten.
Wenn der Blutdruck unter den Normalwert fällt, selbst wenn dies nur für den Bruchteil einer Sekunde geschieht, reduzieren die Barorezeptoren die Abgabefrequenz ihrer zuleitenden Neuronen, wobei das kardiovaskuläre Steuerungszentrum angeregt wird, die parasympathetische Leistung zu reduzieren und gleichzeitig die sympathetische Aktivität von Herz und Vasokonstriktornerven zu erhöhen. Diese Ableitungsstruktur führt sowohl zur Erhöhung der Herzleistung als auch des gesamten Außenwiderstandes, der an die arterioläre und venöse Vasokonstriktion gekoppelt ist. Diese Veränderungen führen zu sowohl einer höheren Herzleistung als auch einer Erhöhung des gesamten periphären Widerstandes, wobei der Blutdruck wieder normalisiert wird. Diese kardiovaskulären Veränderungen leiten einen Reiz an das respiratorische Steuerungszentrum weiter, die Atmung wieder aufzunehmen, wodurch der Vorfall der Schlafapnoe beendet wird.
Wenn ein NPP-Impuls abgegeben wird, schicken neben den Barorezeptoren noch viele andere Rezeptoren ein Signal an den Hirnstamm, den sie vor einem Ungleichgewicht warnen. Chemorezeptoren, die sich in den Carotid- und Aorta-Arterien in enger Verbindung zu den Barorezeptoren befinden, jedoch von ihnen verschieden sind, sind gegenüber einem niedrigen Sauerstoffwert oder hohen Säurewerten im Blut sensibel. Die Hauptfunktion dieser Chemorezeptoren besteht darin, die Atmungsaktivität zu erhöhen, um mehr Sauerstoff zu inhalieren oder mehr säureherstellende Kohlenstoffe auszustoßen; auch durch das Versenden von Erregungsimpulsen an das kardiovaskuläre Zentrum wird der Blutdruck erhöht. Wenn der abgegebene NPP-Impuls dazu führt, dass sich das Ventrikel nicht vollständig füllt, wird die Herzleistung ineffizient und ein niedriger systolischer Blutdruck, eine geringe Rejektion und/oder eine fehlende Pumpphase führen dazu, dass diese Chemorezeptoren ausgelöst werden, da sie schon kleine Veränderungen des Partialdrucks des Kohlendioxids in den arteriellen Blutgasen feststellen.
Um die Atmung anzutreiben, ist die Bestimmung des Partialdrucks des Kohlendioxids im medullären Atmungszentrum des Hirnstammes die wichtigste ankommende Information, wobei die hauptsächliche Folge in der Regulierung der Menge der Ventilation im Ruhezustand besteht. Die Auswirkungen der NPP-Impulse stimulieren die Chemorezeptoren, die einen Teil ihrer Sensibilität im Hinblick auf Kohlendioxid verloren haben, so dass die Chemorezeptoren merken, dass die Hirnaktivität und der Partialdruck des Kohlendioxids im Blut zu hoch ist, wodurch der Hirnstamm angeregt wird, das Bikarbonatsystem des Blutes zu verändern – durch Wiederaufnahme der Atmung –, um den Gehalt an Kohlendioxid zu senken.
Desweiteren stimuliert die NPP-Therapie das Gleichgewicht verschiedener Hormone und Peptide, die bei Schlafapnoe und Herzkrankheiten wie CHF entscheidend sind. Die Wahrnehmung eines hämodynamischen Ungleichgewichtes durch einen durch NPP verursachten „übersprungenen Schlag" oder einen „extra Schlag" ruft einen sympathetischen Stimulus hervor, der dazu führt, dass das Zentralnervensystem eine geringe Freisetzung von Katecholaminen des Adrenalintypus auslöst.
Darüber hinaus sind Lungenödem und Ödeme der Extremitäten allgemein bekannte Auswirkungen von CHF, welches gleichzeitig mit der Schlafapnoe auftritt. Die Freisetzung von natriuretischen Peptiden ist bei solchen Ödemen günstig, da die Peptide die Salz- und Wasserretention umkehren und eine Vasodilation hervorrufen, die der Zusammenziehung der Gefäße, die bei Anglotensin-Aldosteron-Bildung stattfindet, entgegenwirkt. Da die Produktion eines der wichtisten Peptide, des B-Typ natriuretischen Peptids (BNP), vornehmlich in den Ventrikeln stattfindet, führt eine Erhöhung der Spannung und Ausdehnung der Ventrikelwände zu einer höheren Blutkonzentration des BNP. Man geht davon aus, dass BNP in großen Mengen synthetisiert wird, so dass sich die Mengen an BNP in kürzester Zeit, je nach momentanem hämodynamischen Gleichgewicht oder Ungleichgewicht des Patienten, verändern können. Insofern führt die NPP-Therapie zu hämodynamischen Ungleichgewichten, die die Produktion des nützlichen BNPs anregen, welches wahrscheinlich die Schlafapnoe reduziert.
Eine andere Gruppe von Rezeptoren, die als linksatrielle Volumenrezeptoren bekannt sind, reagieren auf Erhöhungen des transmuralen Drucks: z.B. durch erhöhtes linksatrielles Volumen. Impulse, die an osmoregulatorische Zentren des Hypothalamus weitergegeben werden, führen zu einer Reduzierung der Sekretion des ADH (antidiuretisches Hormon, Vasopressin), wodurch der Wasserverlust des Körpers verstärkt wird. Hypotonie der Reflexe und Bradykardie sind nicht selten die Folge einer linksatriellen Überdehnung.
Rezeptoren können außerdem Hormonsekretionen hervorrufen. So besitzen die Vorhöfe bei den Säugetieren zum Beispiel sekretorische Körnchen, die ein anderes Peptid enthalten, das atriellnatriuretische Peptid (ANP). ANP wird bei der Ausdehnung der Vorhöfe abgesondert. Dieses potente, kurzlebige Peptid führt zu einer renalen Sekretion von Natrium und erhöht die Diurese, da es dem Absenken des Plasmavolumens dienlich ist. ANP scheint die Herzleistung zu senken, indem es den Systemwiderstand senkt und die Filtration der Kapillare erhöht.
Ventrikuläre Reaktionen, zumeist im linken Ventrikel, führen zum Bezold-Jarish-Reflex, der aus einer Ausdehnung der Ventrikelwand, die die ventrikulären Mechanorezeptoren anregt, resultiert. Solche Rezeptoren scheinen nur in Extremsituationen aktiv zu sein, um das Ventrikel vor einer Volumenüberlastung zu schützen (sie rufen Hyoptonie und Bradykardie hervor). Die Reaktion ist eine durch den Vagusreflex bedingte Verlangsamung des Herzes mit gleichzeitiger Blockierung der Sympathoadrenalin-Bildung. Der Reflex schützt vor einer Überbeanspruchung des Herzes, vor Lungenödemen und Hypovolämie, sobald eine Ausdehnung des Herzes übermäßig groß ist (z.B. bei einigen CHF-Patienten). Der Reflex, der durch afferente Vagus-Fasern übertragen wird, gebraucht seinen sympathetischen Block mittels der Freisetzung von endogenen Opioden, wobei diese wahrscheinlich auf die Opiod-Rezeptoren des Delta-Typus im Gehirn einwirken.
Zusammengefasst ist die respiratorische und kardiovaskuläre Homeostase des Patienten während eines Vorfalls von Schlafapnoe unausgeglichen. Ein hämodynamisches Ungleichgewicht durch NPP-Impulse kann zahlreiche neurale und hormonelle Reaktionen hervorrufen. Einige der neuralen und hormonellen Reaktionen, die durch die NPP-Therapie ausgelöst werden, haben eine sofortige ausgleichende Wirkung auf die unterbrochene Homeostase des Patienten, während andere neurale und hormonelle Reaktionen dazu dienen, die respiratorischen Zentren des Gehirns darauf hinzuweisen, einen Respirationszyklus einzuleiten, der den Vorfall der Schlafapnoe beendet.
Nicht physiologische Pacing-Therapie bei Schlafapone mit Rückmeldung
4 zeigt ein anderes exemplarisches Verfahren 400 zur Durchführung der Schlafapnoe-Therapie im Zuge einer kardialen Pacing-Therapie. Entsprechend des Verfahrens 400 ist ein implantierbares Gerät wie das exemplarische Gerät 100 so programmiert, dass es bei Vorfällen von Schlafapnoe sowohl kardiales Pacing als auch die NPP-Therapie anwendet. Obwohl dieses exemplarische Verfahren 400 mit dem implantierbaren Herzgerät 100 der 1 und 2 beschrieben ist, können auch andere Geräte benutzt werden. Im Flussdiagramm sind die Verfahren in Einzelblöcken zusammengefasst. Die Verfahren können anhand von Hardware und/oder maschinenlesbaren Anweisungen (Software oder Firmware), die von einem Prozessor gesteuert werden, ausgeführt werden.
In Block 402 wird bestätigt, dass der Patient ruht, was als Ruhezustand gekennzeichnet ist. Wenn der Patient nicht ruht, ist das Pacing für den Ruhezustand nicht aktiv und Unterbrechungen der Atmung, die vom Gerät 100 festgestellt werden, können auf freiwilliges Luftanhalten des Patienten zurückgehen.
In Block 404 wird bestätigt, dass der Ruhezustand aufrechterhalten wird. Pacing im Ruhezustand geschieht normalerweise unter Anwendung einer Pacing-Rate von 10-15% welche geringer als die Pacing-Rate im Wachzustand des Patienten ist; dennoch kann diese Rate bei Patienten mit Schlafapnoe in Bezug auf die Basisrate erhöht sein. Die NPP-Therapie findet im Allgemeinen Anwendung, wenn der Ruhemodus aktiv ist, was darauf hinweist, dass der Patient schläft oder einschläft.
In Block 406 wurde ein Vorfall von Schlafapnoe festgestellt. Wie oben mit Bezug auf den exemplarischen Mikrocontroller 220 in 2 dargelegt, ist ein exemplarischer Schlafapnoe-Sensor wie der exemplarische Detektor 238 so konfiguriert, dass er Vorfälle von Schlafapnoe feststellt und, bei einigen Implementierungen, so programmiert ist, dass er den Beginn einer Schlafapnoe antizipiert. Wenn ein Gerät wie der exemplarische Schlafapnoe-Detektor 238 feststellt, dass der Patient gerade einen Vorfall von Schlafapnoe erleidet, schaltet das exemplarische Verfahren 400 zurück zum Pacing im Ruhezustand, zu Block 404.
In Block 408 wird nach der Feststellung, dass der Patient einen Vorfall von Schlafapnoe erleidet, die NPP angewendet. Bei diesem exemplarischen Verfahren 400 überwacht ein exemplarisches Gerät 100 die Schlafapnoe und passt die NPP-Therapie je nach Veränderung der Schlafapnoe an.
In Block 410 legt ein Gerät wie das exemplarische Gerät 100 fest, ob die Schlafapnoe beendet ist. Wenn der Vorfall beendet ist, schaltet das exemplarische Gerät 100 auf Pacing im Ruhezustand ohne zusätzliche NPP-Therapie, wobei es zu Block 409 zurückschaltet. Wenn das exemplarische Gerät 100 festlegt, dass der Vorfall nicht beendet ist, bestimmt das exemplarische Gerät 100 ferner, ob die Schlafapnoe, die im Zuge der Vorfälle stattfindet, abgenommen hat. Wenn die Schlafapnoe durch die NPP-Therapie abgenommen hat, kann diese, wie in Block 408 ersichtlich, weitergehen, und die Schlafapnoe wird zwecks weiterer Verbesserung überwacht.
In Block 414 ist der Vorfall der Schlafapnoe nicht beendet und die Schlafapnoe hat nicht abgenommen, so dass das exemplarische Gerät 100 die NPP-Therapie abändert und diese abgeänderte Therapie in Block 408 anwendet. Es gibt eine Vielzahl an Parametern für die NPP-Therapie, welche mit dem Ziel, eine Therapie zu finden, die die Schlafapnoe beendet oder verbessert – so wie es zuvor mit Bezug auf Block 306, 3, beschrieben ist – modifiziert werden können.
Profile nicht physiologischer Pacing-Zyklen
Ein Profil eines Pacing-Zyklus („Pacing-Profil") ist eine diagrammartige Darstellung eines elektrischen Herzzyklus ("Zyklus"). Ein Streifen eines Elektrokardiogramms des Herzschlags (EKG) ist ein Beispiel eines Pacing-Profils.
5 zeigt einen exemplarischen Vergleich 500 von zwei A-V-Pacing-Profilen: ein Oberflächen-EKG, das die Anwendung eines physiologischen Zyklus 502 zeigt (d.h. eines normalen Pacing-Zyklus im Ruhezustand, der zuvor im Hinblick auf Block 304 in 3 beschrieben wurde) und ein Oberflächen-EKG, das die Anwendung eines exemplarischen NPP-Zyklus 504 zeigt. Es sollte beachtet werden, dass die zwei Pacing-Profile zum Zweck der Beschreibung stilisiert sind, tatsächliche EKGs können von den in 6 gezeigten EKGs abweichen.
Es gibt viele Parameter im Pacing-Profil des physiologischen Zyklus 502, die zum Zweck der Erzeugung des NPP-Zyklus 504 abgeändert werden können. Bei dem dargestellten Vergleich 500 wurde nur ein Parameter, die atrioventrikuläre Verzögerung (AV-Verzögerung), modifiziert. Beim Zweikammer-Pacing entspricht die AV-Verzögerung der Zeitlänge (gewöhnlich programmierbar) zwischen einem in der Kammer wahrgenommenen oder stattgefundenen Vorfall und der Abgabe eines ventrikulären Leistungsimpulses. Die AV-Verzögerung bei einem gesunden Herzrhythmus wurde durch das Gerät 100 unterbrochen, um das EKG des aufgezeigten NPP-Zyklus 504 vorzunehmen.
Die AV-Verzögerung wird im EKG des physiologischen Zyklus 502 durch das PR-Segment 506 dargestellt (das PR-Intervall 506 minus der A-Welle 510). Das PR-Intervall 508 misst den Zeitpunkt, an dem die Vorhöfe beginnen, Blut in die Ventrikel zu pumpen bis zu dem Moment, in dem die Ventrikel die Ejektion beginnen. Die AV-Verzögerung (PR-Segment 506) stellt ein isoelektrisches Intervall, während dessen kein elektrischer Strom durch das Herz fließt (außer im AV-Knoten), zwischen dem Ende der Kontraktion der Vorhöfe und dem Beginn einer ventrikulären Kontraktion, dar. Eine normale AV-Verzögerung beträgt 140-200 Millisekunden, wohingegen das Gerät die AV-Verzögerung auf etwa 25 Millisekunden oder weniger verkürzt, um dadurch einen NPP-Zyklus 504 zu erzeugen.
Wenn das Gerät 100 die RV-Verzögerung verkürzt, um einen NPP-Zyklus 504 zu erzeugen, verbleiben die angewendeten A-Wellen 510, 512 des physiologischen Zyklus 502 und des NPP-Zyklus 504 in der gleichen entsprechenden Position in jedem elektrischen Herzzyklus, wohingegen die hervorgerufene Reaktion 514 (R-Welle) des NPP-Zyklus 504 hinsichtlich der erwarteten Position der hervorgerufenen Reaktion 516 in einen physiologischen Zyklus 502 versetzt wird, d.h. sie folgt der vorangehenden A-Welle 512 des NPP-Zyklus 504 durch eine Erhöhung 518, die so groß wie die gesamte AV-Verzögerung sein kann, in ungewöhnlich kurzem Abstand. Die Schichterhöhung 518 bei der hervorgerufenen Reaktion 520, die aufgrund der reduzierten AV-Verzögerung stattfindet, führt zu einem verkürzten PR-Intervall 520 und einem verkürzten PR-Segment 522 im NPP-Zyklus 504.
Wenn die AV-Verzögerung, die normalerweise etwa 160 Millisekunden beträgt, kurz genug ist, verursacht das durch den NPP-Zyklus 504 eingeleitete hämodynamische Ungleichgewicht eine Pumpinsuffizienz und unwirksames Füllen und Ejektion. Die Rezeptoren weisen die kardiovaskulären und/oder respiratorischen Steuerungszentren des Gehirns darauf hin, korrigierend einzugreifen, wobei dies den Beginn des respiratorischen Zyklus mit einschließt.
6 zeigt einen anderen exemplarischen Vergleich 600 von zwei A-V-Pacing-Profilen, wobei ein Oberflächen-EKG die Anwendung eines physiologischen Zyklus 602 und ein Oberflächen-EKG die Anwendung eines exemplarischen NPP-Zyklus 604 des „transponierten Wellen"-Typus darstellt. Der Begriff "transponierte Welle" wird verwendet zur Kennzeichnung eines Tausches der Positionen der zwei Wellen innerhalb eines elektrischen Herzzyklus. Mit anderen Worten: Das gewünschte hämodynamische Ungleichgewicht wird innerhalb eines einzigen Herzzyklus durch das Aufeinanderfolgen einer künstlich erzeugten Welle von einer anderen Welle, die dieser normalerweise vorangeht und die künstlich erzeugte Welle auslöst, verursacht. Dies kann auch ohne das Pacing vorkommen, wenn bei einigen Herzkrankheiten der AV-Knoten des Herzes seine eigene Automatizität übernimmt, anstatt durch einen Sinus-Rhythmus ausgelöst zu werden, wodurch der QRS-Komplex dazu angeregt wird, der P-Welle voranzugehen, anstatt ihr zu folgen. Es sollte beachtet werden, dass im dargestellten Vergleich 600 der zwei Pacing-Profile die EKGs zu deskriptiven Zwecken stilisiert dargestellt sind, und dass tatsächliche EKGs von denen in 6 abweichen können.
Im dargestellten Beispiel hat der physiologische Zyklus 602 eine künstlich erzeugte A-Welle 606, die von einer durch das Pacing hervorgerufenen Reaktion 608 (R-Welle) gefolgt wird. Eine physiologisch normale RV-Verzögerung, angedeutet durch das PR-Intervall 610 und das PR-Segment 612, wird innerhalb jedes Herzzyklus durch das Gerät 100 aufrechterhalten.
Im exemplarischen NPP-Zyklus 604 des transponierten Wellentypus transponiert das Gerät 100 den Befehl der A-Welle 614 und die hervorgerufene Reaktion 616 innerhalb des Herzzyklus, um die Ventrikel kurz vor der Stimulation der Vorhöfe zu stimulieren. Das Gerät 100 schaltet die hervorgerufene Reaktion 616 auf etwa 30 Millisekunden vor das künstlich hervorgerufene antizipierte Erscheinen der A-Welle 614. Die Wellen-Transposition verursacht ein schwaches oder kein Pumpen und abnormale Schwankungen des Blutdrucks. Diese Abnormalitäten rufen das Zentralnervensystem dazu auf, korrigierend einzugreifen, eine Bestandsaufnahme des Respirationsstatus zu machen und das Atmen wieder aufzunehmen. Auch viele andere Arten von NPP-Zyklen, die nicht dem exemplarischen Typus der verkürzten AV-Verzögerung (NPP-Zyklus 504) und dem tranponierten Wellentypus (NPP-Zyklus 604) entsprechen, können durch das Gerät 100 erzeugt werden.
7 zeigt noch einen anderen exemplarischen Vergleich 700 von zwei ventrikulären Pacing-Profilen, wobei ein Oberflächen-EKG die Anwendung des physiologischen Pacing-Zyklus 702 mit einer nativen P-Welle 706 und einem EKG, das die Anwendung eines exemplarischen NPP-Zyklus 704 des verkürzten Typus der AV-Verzögerung zeigt, darstellt, in diesem Fall jedoch unter Verwendung der stabilen Automatizität des patienteneigenen SA-Knotens, um einen regelmäßigen Sinus-Rhythmus herzustellen. Da die native P-Welle 708 auf natürliche Weise erfolgt, sendet das Gerät 100 nur ventrikuläre Stimuli, um die ventrikuläre Kontraktion innerhalb eines einzelnen NPP-Zyklus 704 (d.h. „ventrikulärer NPP") zu bestimmen.
Das Gerät 100 verkürzt das PR-Segment 710, wobei es eine hervorgerufene Reaktion 712 schneller nach der P-Welle 708 durch eine Erhöhung 714 stimuliert, als es im physiologischen Zyklus 702 der Fall ist. Da die Vorhöfe nicht durch das im Gerät 100 dargestellte Beispiel des ventrikulären NPP stimuliert werden, ist die Verwendung des nativen Sinus-Rhythmus des Patienten zur Erzeugung der NPP-Zyklen des transponierten Wellentypus (6) nicht verlässlich.
Anwendungsbeispiele für die nicht physiologische Pacing-Therapie
8 zeigt einen EKG-Streifen 802, der eine exemplarische Implementierung der NPP-Therapie, welche Gruppen von NPP-Zyklen 804, 806 zwischen Intervallen des normalen Pacing im Ruhezustand 808 umfasst. Ein Anwendungsmuster der NPP-Therapie 814 zeigt das Verhältnis von NPP-Zyklus-Gruppen 804, 806 zwischen intervenierenden Intervallen des Pacing im normalen Ruhezustand 808.
Die Impulse, die einen Pacing-Zyklus im normalen Ruhezustand 810 erzeugen (d.h. einen Herzschlag), sind physiologisch korrekt, das heißt, sie sind Impulse, die dazu bestimmt sind, einen normalen oder "gesunden" Herzrhythmus nachzubilden. Die Impulse, die einen NPP-Zyklus 812 in den dargestellten Gruppen von NPP-Zyklen 804, 806 umfassen, verkürzen die AV-Verzögerung und verursachen demzufolge das vorübergehende hämodynamische Ungleichgewicht. Auch andere Typen von NPP-Zyklen könnten in NPP-Zyklus-Gruppen 804, 806 verwendet werden, so wie ein NPP-Zyklus 604 der transponierten Wellenform, der in 6 gezeigt wird.
Jede NPP-Zyklus-Gruppe 804, 806 umfasst typischerweise etwa 1 bis etwa 20 NPP-Zyklen, wobei die jeweilige verwendete Anzahl davon abhängt, wie die Schlafapnoe des Patienten auf die NPP-Therapie anspricht. Bei einigen Implementierungen, z.B. bei dem Gerät 100, das mit dem Verfahren aus 4 arbeitet, kann die Anzahl der NPP-Zyklen 812 in einer Gruppe während der Therapie verändert werden. Wenn der Vorfall der Schlafapnoe beispielsweise nicht auf die NPP-Therapie anspricht, kann ein exemplarisches Gerät 100 die Anzahl der NPP-Zyklen 812 in jeder Gruppe von NPP-Zyklen 802, 804 erhöhen; die NPP-Zyklus-Gruppen 802, 804 häufiger applizieren (ein kürzeres Intervall des normalen Pacing im Ruhezustand 808 zwischen den NPP-Zyklus-Gruppen 802, 804); und/oder die Profile der einzelnen NPP-Zyklen 812, die appliziert werden, verändern. Bei anderen Implementierungen ist die Anzahl der NPP-Zyklen 812 in jeder NPP-Zyklus- Gruppe 804, 806 feststehend, bis sie von einem Fachmann verändert wird.
In der dargestellten exemplarischen Implementierung sind drei NPP-Zyklen 812 in jeder NPP-Zyklus-Gruppe 804, 806 enthalten, wobei die Gruppen durch Intervalle von sieben physiologischen Pacing-Zyklen 810 voneinander getrennt sind. Dementsprechend ist das Verhältnis der NPP-Zyklen 812 zu den physiologischen Zyklen 810 drei zu sieben.
Verschiedene Verhältnisse des NPP-Zyklus 812 zum physiologischen Zyklus 810 sind möglich, das heißt, sowohl das Intervall des normalen Pacing im Ruhezustand 808 zwischen jeder NPP-Zyklus-Gruppe 804 als auch die Anzahl der NPP-Zyklen 812 in jeder NPP-Zyklus-Gruppe 804, 806 kann grob angepasst werden. Exemplarische Intervalle des normalen Pacing im Ruhezustand 808 zwischen den NPP-Zyklus-Gruppen 804, 806 belaufen sich auf etwa 30 Sekunden bis 2 Minuten, sofern sich die Anzahl der NPP-Zyklen 812 in einer NPP-Zyklus-Gruppe 804, 806 etwa zwischen 4 bis maximal 20 NPP-Zyklen 812 bewegt. Bei kleineren NPP-Zyklus-Gruppen 812, die aus 1-3 NPP-Zyklen pro NPP-Zyklus-Gruppe 804, 806 bestehen, wird ein exemplarisches Intervall des normalen Pacing im Ruhezustand 808 bequem durch die Anzahl der Herzschläge (physiologische Zyklen 810) zwischen den NPP-Zyklus-Gruppen 804, 806 gemessen. Exemplarische Werte liegen bei etwa 5 bis etwa 20 Herzschlägen zwischen den NPP-Zyklus-Gruppen 804, 806.
9 zeigt ein anderes NPP-Anwendungsmuster 900, das die NPP-Zyklus-Gruppen 902, 904, 906, 908 umfasst, welche jeweils drei NPP-Zyklen beinhalten. Die Intervalle des normalen Pacing im Ruhezustand 910, 912, 914 umfassen jeweils elf physiologische Zyklen 812. Das Verhältnis von NPP-Zyklus 812 zum physiologischen Zyklus 810 beträgt aufgrund der geringfügig längeren Intervalle im normalen Pacing im Ruhezustand 910, 912, 914 im Gegensatz zu dem in
8 gezeigten Intervall drei zu elf. Eine relativ hohe Verhältniszahl kann angewandt werden, wenn ein Vorfall von Schlafapnoe gerade erst durch das Gerät 100 festgestellt wurde und scharf bekämpft werden soll, oder wenn sich die Schlafapnoe als widerspenstig darstellt. Geringere Verhältniszahlen werden im Zuge der Aufrechterhaltung oder bei Rückmeldungen, die anzeigen, dass der entsprechende Patient keine sehr starke NPP-Therapie braucht, angewandt.
10 zeigt noch ein weiteres exemplarisches NPP-Anwendungsmuster 1000, wobei die NPP-Zyklus-Gruppen 1002, 1004x NPP-Zyklen 810 für jeden physiologischen Zyklus 812 enthalten, die wiederum in Intervalle des Pacing im normalen Ruhezustand 1006, 1008 eingefasst sind. In dem dargestellten Anwendungsmuster 1000 gibt es 10 NPP-Zyklen 810 für alle 27 physiologischen Zyklen 812. Das Verhältnis der NPP-Zyklen 810 zu physiologischen Zyklen 812 verändert sich, wenn Zeiteinheiten zur Messung der Intervalle des Pacing im normalen Ruhezustand 1006, 1008 anstelle von intrinsischen Herzschlägen angewendet werden. Bei einem Intervall von fünfundzwanzig Sekunden Pacing im normalen Ruhezustand 1006, 1008 verändert sich die Anzahl der Herzschläge in den 25-Sekunden-Intervallen, wodurch sich das Verhältnis von NPP-Zyklus 810 zu physiologischem Zyklus 812 auch verändert.
Das Verhältnis von NPP- zu physiologischen Zyklen, das in 10 gezeigt wird, entspricht in etwa dem Verhältnis, das in 9 gezeigt wird. Das Anwendungsmuster 1000 ist in 10 jedoch heraufgesetzt, so dass NPP-Zyklus-Gruppen 1002, 1004 und Intervalle von physiologischem Pacing im Ruhezustand 1006, 1008 jeweils während größerer Intervalle ausgeführt werden. Patienten mit sehr schwerer Schlafapnoe benötigen größere NPP-Zyklus-Gruppen 1002, 1004, damit das Zentralnervensystem die Korrektur der Schlafapnoe auslöst, als Patienten mit einer leichten Schlafapnoe. Bei einem Gerät 100, das mit dem Feedbackverfahren arbeitet wie in 4 arbeitet, kann anfänglich ein Anwendungsmuster wie in 10 dargestellt anwenden, und dann auf ein Anwendungsmuster, wie in 9 aufgezeigt, schalten, sofern der Patient beginnt, auf die NPP-Therapie anzusprechen. Bei einigen Patienten kann ein Anwendungsmuster mit kleinen NPP-Zyklus-Gruppen von 1 bis etwa 2 NPP-Zyklen pro Gruppe, die durch relativ lange Intervalle des physiologischen Pacing im Ruhezustand unterbrochen werden, für Korrektur und /oder Prävention der Vorfälle der Schlafapnoe Anwendung finden.

Claims

Implantierbare Vorrichtung (100) zum Behandeln eines Patienten mit Schlafapnoe, umfassend: Mittel (238) zum Wahrnehmen eines Vorfalls von Schlafapnoe; und Erzeugungsmittel (240), die auf den Vorfall der Schlafapnoe reagieren, zum Erzeugen eines oder mehrerer nicht physiologischer Schrittimpulse zur Abgabe an das Herz des Patienten, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht physiologischen Schrittimpulse ventrikuläre Stimulationsimpulse mit einer atrioventrikulären Verzögerung von weniger als ungefähr 25 Millisekunden umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugungsmittel Mittel zum Erzeugen sich wiederholender Gruppen von nicht physiologischen Schrittimpulsen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugungsmittel Mittel umfasst, um die Gruppen von nicht physiologischen Schrittimpulsen mit Intervallen von physiologischen Schrittimpulsen abzuwechseln.
Implantierbares Herzstimulationssystem, welches eine Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche beinhaltet, und umfassend: einen Pulserzeuger, der Herzschrittimpulse zur Abgabe an das Herz eines Patienten erzeugt; einen Schlafapnoe-Detektor der tätig ist, um einen Vorfall von Schlafapnoe festzustellen; und ein Schlafapnoe-Therapiemodul, welches auf einen Vorfall von Schlafapnoe reagiert, indem es den Impulsgenerator ansteuert, um einen oder mehrere nicht physiologische Schrittimpulse zur erzeugen, wobei der eine oder die mehreren nicht physiologischen Schrittimpulse wirksam sind, um ein hämodynamisches Ungleichgewicht in dem Patienten zu bewirken.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlafapnoe-Therapiemodul die Herzschrittimpulse wiederholt in Gruppen abgibt.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlafapnoe-Therapiemodul Intervalle von physiologischen Impulsen zwischen den Gruppen einsetzt, wobei ein physiologischer Impuls nicht zum Ziel hat, ein hämodynamisches Ungleichgewicht zu erzeugen.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlafapnoe-Therapiemodul Rückmeldung von dem Schlafapnoedetektor erhält, um die Größe der Gruppen und die Größe der Intervalle zu variieren.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Herzschrittimpuls einen anormalen kardiologischen das Herz betreffenden Rhythmus erzeugt und das Schlafapnoe-Therapiemodul Rückmeldung von dem Schlafapnoedetektor erhält, um die Morphologie des anormalen das Herz betreffenden elektrischen Rhythmus zu variieren.