SK10732000A3

SK10732000A3 - Zariadenie na zvýšenie elektrickej vodivosti a kontraktility dvojfázovou stimuláciou srdca vykonávanou cez srdcovú krvnú náplň

Info

Publication number: SK10732000A3
Application number: SK1073-2000A
Authority: SK
Inventors: Morton M. Mower
Original assignee: Morton M. Mower
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2001-01-18
Also published as: IL137321A; ATE279958T1; DK1064048T3; EP1064048B1; DE69921309D1; AP2002002486A0; SK286698B6; CZ299883B6; NO20003732D0; NO20003732L; NZ505749A; EP1064048A1; CA2318101A1; CA2318101C; CZ20002634A3; DE69921309T2; EA003163B1; US6136019A; ID26205A; IL137321A0

Description

£výšeni<žľelektrickej vodivosti a kontraktility dvojfázovou stimuláciou srdca uskutočňovanou cez srdcovú krvnú náplň

Súvisiace patentové prihlášky

Táto prihláška je z časti pokračovaním US patentovej prihlášky nazvanej Zvýšenie elektrickej vodivosti a kontraktility dvojfázovou stimuláciou srdca, seriálové číslo 08/699,552, podanej 8. augusta 1996.

Oblasť techniky

Vynález sa týka všeobecne spôsobu stimulácie svalového tkaniva. Vynález sa týka najmä spôsobu stimulácie srdca dvojfázovými stimulačnými impulzami, ktoré sa vysielajú do srdcovej krvnej náplne.

Doterajší stav techniky

Činnosť kardiovaskulárneho systému je životne dôležitá. Cirkuláciou krvi získavajú telesné tkanivá živiny a kyslík a zbavujú sa odpadových látok.

Keď sa cirkulácia zastaví, začínajú v bunkách nevratné zmeny, ktoré vedú až k smrti.

Hnacou silou cirkulácie krvi je svalová kontrakcia srdca.

Svalové vlákna sú v srdcovom svale prepojené do rozvetvených sietí, ktoré srdcom prechádzajú vo všetkých smeroch. Pokiaľ sa jedna časť tejto siete stimuluje, rozšíri sa z miesta stimulácie do všetkých ostatných častí depolarizačná vlna a celá štruktúra sa stiahne (kontrahuje) ako celok.

Predtým, ako je možné svalové vlákna pre kontrakciu stimulovať, musí sa polarizovať ich membrána. Svalové vlákna zostávajú vo všeobecnosti polarizo2 vané až do stimulácie, ktorou môže byť nejaká zmena v ich prostredí. Membrána sa môže stimulovať elektricky, chemicky, mechanicky alebo zmenou teploty. Najmenší účinok stimulácie potrebný na vyvolanie kontrakcie je známy ako prahový podnet. Maximálna stimulačná amplitúda, akou možno pôsobiť bez vyvolania stimulácie, sa potom nazýva maximálna podprahová amplitúda.

V prípade, že sa membrána stimuluje elektricky, závisí amplitúda impulzu potrebného na vyvolanie odozvy od niekoľkých faktorov. Prvým faktorom je doba trvania prechodu prúdu. Pretože celkový odovzdaný náboj je rovný súčinu amplitúdy prúdu a doby trvania pulzu, predĺženie doby trvania podnetu je sprevádzané zmenšením prahovej amplitúdy prúdu.

Po druhé, percento aplikovaného prúdu, ktorý skutočne prejde membránou, sa mení nepriamo úmerne veľkosti elektródy. Po tretie, percento aplikovaného prúdu, ktorý skutočne prejde membránou, sa mení priamo úmerne vzdialenosti elektródy od tkaniva. A nakoniec po štvrté, amplitúda impulzu potrebného na vyvolanie odozvy závisí od načasovania stimulácie vzhľadom k cyklu vzrušivosti.

Prevažnú časť srdca tvoria zhluky a pletence špecializovaného srdcového svalového tkaniva. Toto tkanivo zahrnuje srdcový systém šírenia impulzov a slúži na inicializáciu a distribúciu depolarizačných vín po celom myokarde. Interferencia alebo blokáda vo vedení srdcových impulzov môže spôsobiť arytmiu alebo znateľnú zmenu v rýchlosti alebo rytme srdca.

Niekedy sa dá pacientovi, ktorý trpí poruchami vodivosti, pomôcť umelým kardiostimulátorom. Také zariadenie obsahuje malou batériou napájaný elektrický stimulátor.

Pri inštalácii umelého kardiostimulátora sa obvykle elektródy zavedú žilami do pravej komory, prípadne do pravej predsiene a pravej komory, a stimulátor sa uloží pod kožu na ramene alebo na bruchu. Vodiče sa umiestnia do tesného kontaktu so srdcovým tkanivom. Kardiostimulátor potom k srdcu vysiela rytmické elektrické impulzy a myokardium odpovedá rytmickými sťahmi.

Implantovateľné zariadenia na stimuláciu srdca sú odborníkom dobre známe a v humánnej medicíne sa používajú zhruba od polovice šesťdesiatych rokov.

Na stimuláciu myokardu možno použiť ako katodický, tak anodický prúd. Anodický prúd je však na klinické použitie považovaný za nevhodný. Katodický prúd tvorí elektrické pulzy zápornej polarity. Tento typ prúdu depolarizuje bunkovú membránu vybitím kondenzátora membrány a priamo znižuje potenciál membrány smerom k prahovej hodnote. Katodický prúd má pri znižovaní potenciálu pokojovej membrány k prahovej hodnote v neskorej diastole o jednu polovicu až o jednu tretinu nižší prahový prúd než je anodický. Anodický prúd tvorí elektrické pulzy kladnej polarity. Účinkom anodického prúdu je hyperpolarizácia pokojovej membrány. Pri náhlom skončení anodického pulzu sa potenciál membrány vracia k pokojovej hodnote, zotrvačnosťou prekročí prah a dôjde k šíreniu depolarizačnej vlny. Použitie anodického prúdu na stimuláciu myokardu sa všeobecne kvôli vyššiemu stimulačnému prahu, ktorý vedie k použitiu väčších prúdov, rýchlejšiemu vybíjaniu batérie implantovaného zariadenia a následne skráteniu jej životnosti, neodporúča. Navyše existuje podozrenie, že použitie anodického prúdu na stimuláciu myokardu môže, hlavne pri vyšších napätiach, prispievať k arytmogenéze.

Takmer všetky umelé kardiostimulátory pracujú so stimulačnými pulzami zápornej polarity, v prípade bipolárnych systémov je katóda bližšie myokardu než anóda. Tam, kde sa použitie anodického prúdu pripúšťa, ide obvykle o náboj zanedbateľnej veľkosti slúžiaci iba na rozptýlenie zvyškového náboja na elektróde. Taký anodický prúd samotné myokardium neovplyvňuje. Podrobnosti možno nájsť v U.S. patente č. 4,543,956, ktorého pôvodcom je Herscovici.

Použitie trojfázovej vlny bolo opísané Whighamom a kol. v U.S. patentoch č. 4,903,700 a 4,821,724, a Calsom a kol. v U.S. patente č. 4,343,312. Tu prvá a tretia fáza nemajú nič do činenia s vlastným myokardom, ale slúžia iba na ovplyvnenie povrchu elektródy. Teda, náboj privádzaný v týchto fázach má veľmi malú amplitúdu.

Nakoniec, dvojfázovú stimuláciu opisuje Duggan v U.S. patente č. 4,402,322. Cieľom tohto patentu je zdvojenie napätia bez toho, aby bol potrebný veľký kondenzátor vo výstupnom obvode. Obe fázy dvojfázovej stimulácie majú rovnakú magnitúdu a dobu trvania.

Existuje teda potreba zlepšeného prostriedku na elektrickú stimuláciu svalového tkaniva, ktorý vyvolá lepšiu kontrakciu svalu a minimalizuje možnosť poškodenia tkaniva, s ktorým elektróda bezprostredne susedí.

Podstata vynálezu

Zlepšenie činnosti myokardu sa dosiahne dvojfázovou stimuláciou podľa predkladaného vynálezu. Kombinácia katodických a anodických pulzov buď stimulujúcej alebo stav upravujúcej povahy si zachováva zlepšenú vodivosť a kontraktilitu anodickej stimulácie a odstraňuje nevýhodu zvýšenia stimulačného prahu. Výsledkom je depolarizačná vlna so zvýšenou rýchlosťou šírenia. Zvýšenie rýchlosti šírenia depolarizačnej vlny má za následok lepšiu kontrakciu srdca, ktorá vedie ku zlepšeniu krvného obehu. Zlepšenie stimulácie na nízkych napäťových úrovniach vedie tiež ku zníženiu spotreby energie a následnému predĺženiu životnosti zdrojov kardiostimulátora. A nakoniec, zlepšená stimulácia podľa predloženého vynálezu umožňuje stimuláciu srdca bez nutnosti umiestniť elektrické vodiče do tesného kontaktu so srdcovým tkanivom. Štandardné podnety prevedené do krvnej náplne srdca na myokardium nepôsobia, pretože nie sú dostatočne silné a neprekračujú stimulačný prah. Aj keď je možné zvýšiť napätie pulzného generátora na úroveň, kedy podnety na srdce pôsobiť začnú, je táto úroveň väčšinou taká vysoká, že pôsobí i na svaly kostrové. Pulzy potom spôsobujú bolestivé mykanie hrudnej steny, i keď bola žiaduca iba stimulácia srdca. Ako bude podrobne uvedené ďalej, použitím predloženého vynálezu je možné zlepšiť srdcové funkcie stimuláciou srdcovej krvnej náplne.

Rovnako ako srdcový sval možno elektricky, chemicky, mechanicky alebo zmenou teploty stimulovať priečne pruhované svalstvo. Tam, kde sa svalové vlákno stimuluje motorickým neurónom, vyšle neurón impulz, ktorý aktivuje všetky svalové vlákna vo svojom dosahu, t.j. svalové vlákna vo svojej motorickej jednotke. Depolarizácia v jednej oblasti membrány stimuluje k depolarizácii aj oblasti priľahlé, takže od miesta stimulácie sa po membráne šíri do všetkých smerov depolarizačná vlna. Teda, keď motorický neurón vyšle impulz, sú všetky vlákna v jeho motorickej jednotke stimulované k tomu, aby sa stiahli zároveň. Najmenšia sila, ktorá vyvolá kontrakciu, sa nazýva prahový podnet. Všeobecne sa verí, že zvýšenie úrovne podnetu nad prahovú hodnotu kontrakciu nijako nezvýši. Ďalej, pretože svalové vlákna v rámci každého svalu sú organizované do motorických jednotiek a každá motorická jednotka je riadená jediným motorickým neurónom, stimulujú sa všetky svaly v motorickej jednotke zároveň.

Avšak, sval ako celok je riadený mnohými rôznymi motorickými jednotkami, ktoré reagujú na rôzne stimulačné prahy. Inými slovami, ak pôsobí na sval daný podnet, môžu niektoré motorické jednotky reagovať a iné nie.

Kombinácia katodických a anodických pulzov podľa predloženého vynálezu slúži tiež na zaistenie zlepšenej svalovej kontrakcie v prípadoch, kedy je elektrická svalová stimulácia predpísaná kvôli nervovému alebo svalovému poškodeniu. Ak dôjde k poškodeniu nervových vlákien v dôsledku zranenia alebo choroby, majú svalové vlákna v oblasti príslušnej poškodenému nervovému vláknu sklon atrofovať alebo zanikať. Sval, ktorý nemôže byť namáhaný, sa môže zmenšiť na polovicu obvyklej veľkosti za niekoľko málo mesiacov. Tam, kde nie je stimulácia, sa svalové vlákna nielen zmenšujú, ale aj rozpadajú a degenerujú a sú nahradzované spojivovým tkanivom. Pomocou elektrickej stimulácie možno udržovať tonus svalu, takže po uzdravení alebo regenerácii nervového vlákna je svalové tkanivo zachované.

Elektrickou stimuláciou možno udržovať tonus svalu napríklad v prípadoch liečenia alebo regenerácie nervového vlákna, kedy je zodpovedajúce svalové tkanivo zachované. Zlepšená svalová kontrakcia sa dosiahne dvojfázovou stimuláciou podľa predloženého vynálezu. Kombinácia katodických a anodických pulzov buď stimulujúcej alebo stav upravujúcej povahy vedie ku kontrakcii väčšieho počtu motorických jednotiek pri nižšej úrovni napätia a teda k lepšej reakcii svalu.

Cieľom vynálezu je teda zaistiť zlepšenú stimuláciu srdcového tkaniva.

Ďalším cieľom vynálezu je zvýšiť výkon srdca pomocou väčšej kontrakcie, ktorá povedie k väčšiemu objemu zdvihu.

Ďalším cieľom vynálezu je zvýšiť rýchlosť šírenia impulzu.

Ďalším cieľom vynálezu je predĺžiť životnosť batérie kardiostimulátora.

Ďalším cieľom vynálezu je zaistiť účinnú srdcovú stimuláciu pri nižších úrovniach napätia.

Ďalším cieľom vynálezu je zrušiť nutnosť umiestnenia elektrických vodičov do bezprostredného styku s tkanivom, ktoré sa má stimulovať.

Ďalším cieľom vynálezu je zaistiť zlepšenú stimuláciu svalového tkaniva.

Ďalším cieľom vynálezu je zaistiť kontrakciu väčšieho počtu svalových motorických jednotiek pri nižších úrovniach napätia.

Spôsob a zariadenie na svalovú stimuláciu podľa vynálezu zahrnuje pôsobenie dvojfázovej stimulácie na svalové tkanivo, pri ktorej sa pôsobí ako katodickými, tak anodickými pulzami. V prvom aspekte vynálezu sa touto stimuláciou pôsobí na myokardium s úmyslom zlepšiť jeho činnosť.

V ďalšom aspekte vynálezu sa touto stimuláciou pôsobí na srdcovú krvnú náplň. Tým je umožnená srdcová stimulácia aj bez bezprostredného styku elektrických vodičov so srdcovým tkanivom.

V ďalšom aspekte vynálezu sa stimuláciou pôsobí na priečne pruhované svalové tkanivo na vyvolanie svalovej reakcie.

Elektronika kardiostimulátorov potrebná na realizáciu spôsobu podľa vynálezu je odborníkom dobre známa. Elektronické obvody existujúcich kardiostimulátorov možno naprogramovať tak, aby dávali rôzne usporiadania pulzov vrátane tých, ktorá sú opísané v tejto prihláške.

Spôsob a zariadenie podľa vynálezu zahrnujú prvú a druhú stimulačnú fázu, každá stimulačná fáza má polaritu, amplitúdu, priebeh alebo tvar a dobu trvania. V prednostnom uskutočnení majú prvá a druhá fáza rôzne polarity. V prvom alternatívnom uskutočnení majú prvá a druhá fáza rôzne amplitúdy. V druhom alternatívnom uskutočnení majú prvá a druhá fáza rôzne doby trvania. V treťom alternatívnom uskutočnení sa prvá fáza skladá z niekoľkých samostatných impulzov. Vo štvrtom alternatívnom uskutočnení amplitúda prvej fázy nabieha postupne. V piatom alternatívnom uskutočnení sa prvou fázou pôsobí 200 milisekúnd po ukončení srdcového cyklu. V prednostnom alternatívnom uskutočnení je prvou fázou stimulácie anodický pulz s maximálnou podprahovou amplitúdou s dlhou dobou trvania a druhou fázou stimulácie je kratší katodický pulz s veľkou amplitúdou. Rozumie sa, že vyššie uvedené alternatívne uskutočnenia sa môžu rôznymi spôsobmi kombinovať. Rozumie sa tiež, že alternatívne uskutočnenia slúžia iba ako príklady, a vynález sa na ne v žiadnom prípade neobmedzuje.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je schematické znázornenie dvojfázovej stimulácie s prvou fázou anodickou.

Na obr. 2 je schematické znázornenie dvojfázovej stimulácie s prvou fázou katodickou.

Na obr. 3 je schematické znázornenie prvej anodickej stimulácie nízkej úrovne a dlhej doby trvania, po ktorej nasleduje obvyklá katodická stimulácia.

Na obr. 4 je schematické znázornenie prvej anodickej stimulácie s postupne nabiehajúcou amplitúdou nízkej úrovne a s dlhou dobou trvania, po ktorej nasleduje obvyklá katodická stimulácia.

Na obr. 5 je schematické znázornenie prvej anodické stimulácie nízkej úrovne a krátkej doby trvania rozdelenej do série niekoľkých pulzov, po ktorej nasleduje obvyklá katodická stimulácia.

Na obr. 6 je graf závislosti vodivosti naprieč vláknami od doby trvania stimulačného pulzu dvojfázovej stimulácie s prvou fázou anodickou.

Na obr. 7 je graf závislosti vodivosti pozdĺž vlákien od doby trvania stimulačného pulzu dvojfázovej stimulácie s prvou fázou anodickou.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Vynález sa týka dvojfázovej elektrickej stimulácie svalového tkaniva.

Na obr. 1 je znázornená dvojfázová elektrická stimulácia, ktorej prvou fázou je anodický podnet 102 s amplitúdou 104 a dobou trvania 106. Po prvej stimulačnej fáze bezprostredne nasleduje druhá stimulačná fáza, ktorou je katodická stimulácia 108 rovnakej intenzity a doby trvania.

Na obr. 2 je znázornená dvojfázová elektrická stimulácia, ktorej prvou fázou je katodický podnet 202 s amplitúdou 204 a dobou trvania 206.

Po prvej stimulačnej fáze bezprostredne nasleduje druhá stimulačná fáza, ktorou je anodická stimulácia 208 rovnakej intenzity a doby trvania.

Na obr. 3 je prednostné uskutočnenie vynálezu, v ktorom prvú stimulačnú fázu tvorí nízko úrovňová a dlho trvajúca anodická stimulácia 302 s amplitúdou 304 a dobou trvania 306. Na prvú stimulačnú fázu bezprostredne nadväzuje druhá stimulačná fáza s katodickou stimuláciou 308 obvyklej intenzity a doby trvania. V alternatívnom uskutočnení vynálezu má anodická stimulácia 302 maximálnu podprahovú amplitúdu. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má anodická stimulácia 302 amplitúdu menšiu ako 3 V. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu trvá anodická stimulácia 302 počas doby 2 až 8 ms. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 308 krátku dobu trvania. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu trvá katodická stimulácia 308 počas doby 0,3 až 0,8 ms. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 308 veľkú amplitúdu. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 308 amplitúdu v približnom roz9 sahu 3 až 20 V. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 308 dobu trvania menšiu ako 0,3 ms a napätie väčšie než 20 V. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu sa anodická stimulácia 302 uskutoční viac než 200 ms po údere srdca. V spôsoboch podľa týchto uskutočnení, prípadne ich alternatív a úprav zrejmých z uvedeného opisu, sa v prvej fáze stimulácie dosiahne maximálny potenciál membrány, avšak bez jej aktivácie.

Na obr. 4 je alternatívne prednostné uskutočnenie vynálezu, v ktorom prvú stimulačnú fázu tvorí anodická stimulácia 402 s postupne sa zväčšujúcou amplitúdou 406 a dobou trvania 404. Priebeh stúpajúcej intenzity 406 môže byť lineárny alebo nelineárny, sklon sa môže meniť. Na anodickú stimuláciu bezprostredne nadväzuje druhá stimulačná fáza s katodickou stimuláciou 408 obvyklej intenzity a doby trvania. V alternatívnom uskutočnení vynálezu anodická stimulácia 402 stúpa k maximálnej podprahovej amplitúde. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu anodická stimulácia 402 stúpa k maximálnej amplitúde, ktorá je menšia ako 3 V. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu trvá anodická stimulácia 402 počas doby 2 až 8 ms. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 408 krátku dobu trvania. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu trvá katodická stimulácia 408 počas doby 0,3 až 0,8 ms. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 408 veľkú amplitúdu. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 408 amplitúdu v približnom rozsahu 3 až 20 V. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 408 dobu trvania menšiu ako 0,3 ms a napätie väčšie než 20 V. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu sa anodická stimulácia 402 uskutoční viac než 200 ms po údere srdca. V spôsoboch podľa týchto uskutočnení, prípadne ich alternatív a úprav zrejmých z uvedeného opisu, sa v prvej fáze stimulácie dosiahne maximálny potenciál membrány, avšak bez jej aktivácie.

Na obr. 5 je alternatívne prednostné uskutočnenie vynálezu, v ktorom prvú stimulačnú fázu tvoria série 502 anodických pulzov s amplitúdou 504. V jednom uskutočnení je pokojová perióda 506 rovnako dlhá ako stimulačná perióda 508 a jej amplitúda má základovú (nulovú) hodnotu. V alternatívnom uskutočnení sa dĺžka pokojovej periódy 506 líši od dĺžky stimulačnej periódy 508 a jej amplitúda má základovú hodnotu. Pokojová perióda 506 nasleduje za každou stimulačnou periódou 508 s výnimkou poslednej stimulačnej periódy, za ktorou bezprostredne nasleduje druhá stimulačná fáza s katodickou stimuláciou 510 obvyklej intenzity a doby trvania. V alternatívnom uskutočnení vynálezu má celkový náboj odovzdaný sériou 502 anodickej stimulácie maximálne podprahovú úroveň. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu sa prvý stimulačný pulz série 502 uskutoční viac než 200 ms po údere srdca. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 510 krátku dobu trvania. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu trvá katodická stimulácia 510 počas doby 0,3 až 0,8 ms. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 510 veľkú amplitúdu. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 510 amplitúdu v približnom rozsahu 3 až 20 V. V ďalšom alternatívnom uskutočnení vynálezu má katodická stimulácia 510 dobu trvania menšiu ako 0,3 ms a napätie väčšie než 20 V.

Príklad .1

Stimulácia a vodivosť myokardu boli študované na oddelenom srdci s použitím pulzov rôznych polarít a fáz. Experimenty sa uskutočňovali na piatich oddelených králičích srdciach pripravených podľa Langendorffa. Vodivosť (rýchlosť šírenia vlny) na epikarde sa merala pomocou radu bipolárnych elektród. Meralo sa v rozmedzí medzi šiestimi a deviatimi milimetrami od stimulovaného miesta. Transmembránový potenciál sa zaznamenával pomocou plávajúcej vnútrobunkovej mikroelektródy. Skúmali sa nasledujúce režimy: jednofázový katodický pulz, jednofázový anodický pulz, dvojfázový pulz začínajúci katodickou fázou a dvojfázový pulz začínajúci anodickou fázou.

V tabuľke 1 sú pre každý stimulačný režim uvedené rýchlosti šírenia v smere priečnom k vláknam so stimuláciami tromi, štyrmi a piatimi voltami a dobou trvania pulzov dve milisekundy.

Tabuľka 1

Rýchlosť šírenia [cm/s] v smere priečnom k vláknam, trvanie 2 ms

	3V	4V	5V
Katodický jednofázový	18,9 ± 2,5	21,4 ± 2,6	23,3 ± 3,0
Anodický jednofázový	24,0 ± 2,3	27,5 ± 2,1	31,3 ± 1,7
Dvojfázový, prvý katodický	27,1 ± 1,2	28,2 ± 2,3	27,5 ± 1,8
Dvojfázový, prvý anodický	26,8 ± 2,1	28,5 ± 0,7	29,7 ± 1,8

V tabuľke 2 sú pre každý režim uvedené rýchlosti šírenia v smere pozdĺžnom s vláknami so stimuláciami tromi, štyrmi a piatimi voltami a dobou trvania pulzov dve milisekundy.

Tabuľka 2

Rýchlosť šírenia [cm/s] v smere pozdĺžnom s vláknami, trvanie 2 ms

	3V	4V	5V
Katodický jednofázový	45,3 ± 0,9	47,4 ± 1,8	49,7 ± 1,5
Anodický jednofázový	48,1 ± 1,2	51,8 ± 0,5	54,9 ± 0,7
Dvojfázový, prvý katodický	50,8 ± 0,9	52,6 ± 1,1	52,8 ± 1,7
Dvojfázový, prvý anodický	52,6 ± 2,5	55,3 ± 1,5	54,2 ± 2,3

Rozdiely v rýchlosti šírenia (vodivosti) medzi jednofázovým katodickým pulzom, jednofázovým anodickým pulzom, dvojfázovým pulzom začínajúcim katodickou fázou a dvojfázovým pulzom začínajúcim anodickou fázou sú významné (p<0,001). Pri meraní transmembránového potenciálu sa zistilo, že maximálny gradient ((dV/dt)max) akčného potenciálu dobre zodpovedá zmenám rýchlosti šírenia v pozdĺžnom smere. Pre 4 V pulz s dobou trvania 2 ms bolo (dV/dt)max pre katodické pulzy 63,5 ± 2,4 V/s a pre anodické pulzy 75,5 ± 5,6 V/s.

Príklad 2

Vplyv rôznych stimulačných režimov na srdcovú elektrofyziológiu sa skúmal na oddelených králičích srdciach pripravených Langendorffovou metódou.

Stimuláciu tvorili obdĺžnikové pulzy s konštantným napätím. Skúmali sa nasledujúce režimy: jednofázový anodický pulz, jednofázový katodický pulz, dvojfázový pulz začínajúci anodickou fázou a dvojfázový pulz začínajúci katodickou fázou. Použité napätie sa menilo v rozmedzí od jedného do piatich voltov s krokom jeden volt pre všetky stimulačné režimy. Doba trvania pulzu sa menila v rozmedzí od dvoch do desiatich milisekúnd s krokom dve milisekundy. Epikardiálne rýchlosti šírenia sa merali pozdĺž a naprieč smeru ventrikulárnych vlákien medzi vzdialenosťami tri a šesť milimetrov od voľnej steny ľavej komory. Na obr. 6 a 7 je ukázaný vplyv doby trvania stimulačného pulzu a stimulačného režimu na rýchlosti šírenia.

Na obr. 6 sú rýchlosti merané medzi tromi a šiestimi milimetrami priečne ku smeru vlákien. V tejto oblasti vykazuje v celom skúšanom rozsahu dĺžok pulzu najmenšiu rýchlosť šírenia jednofázová katodická stimulácia 602. Potom nasleduje jednofázová anodická stimulácia 604 a dvojfázová stimulácia s prvou katodickou fázou 606. Najrýchlejšie šírenie vlny (najlepšiu vodivosť) vykazuje dvojfázová stimulácia s prvou anodickou fázou 608.

Na obr. 7 sú rýchlosti šírenia merané medzi tromi a šiestimi milimetrami rovnobežne so smerom vlákien. V tejto oblasti vykazuje v celom skúšanom rozsahu dĺžok pulzu najmenšiu vodivosť jednofázová katodická stimulácia 702.

Výsledky jednofázovej anodickej stimulácie 704 a dvojfázovej stimulácie s prvou katodickou fázou 706 sú prakticky zhodné, jednofázová anodická stimulácia vykazuje nepatrne väčšiu vodivosť. Najrýchlejšie šírenie vlny vykazuje dvojfázová stimulácia s prvou anodickou fázou 708.

V jednom aspekte vynálezu sa elektrická stimulácia aplikuje na srdcový sval. Anodická zložka dvojfázovej elektrickej stimulácie zvyšuje kontraktilitu srdca hyperpolarizáciou tkaniva pred excitáciou, čo vedie k rýchlejšiemu šíreniu impulzu a k uvoľneniu väčšieho množstva vnútrobunkového vápnika a tým nakoniec k lepšej kontrakcii.

Katodická zložka stimulácie eliminuje nedostatky anodickej stimulácie. Výsledkom je účinná srdcová stimulácia pri napätí nižšom, než by bolo potrebné len s anodickou stimuláciou. Tým sa d'alej jednak šetria batérie kardiostimulátora a tiež zmenšuje poškodenie tkaniva.

V druhom aspekte vynálezu sa dvojfázová elektrická stimulácia prevádza do srdcovej krvnej náplne, t.j. krvi, ktorá vstupuje do srdca a obklopuje ho. Tým je umožnená stimulácia srdca bez priameho styku elektród so srdcovým tkanivom, čím sa minimalizuje riziko poškodenia takého tkaniva. Stimulačný prah dvojfázovej stimulácie podávanej cez krvnú náplň leží v rovnakom rozsahu ako štandardné podnety uskutočňované priamo do srdcového svalu. Využitím dvojfázovej elektrickej stimulácie podávanej do srdcovej krvnej náplne je teda možné dosiahnuť zlepšené kontrakcie srdca bez sťahov kostrových svalov, poškodenia srdcového svalu, i nepriaznivých vplyvov na krvnú náplň.

V treťom aspekte vynálezu sa dvojfázová elektrická stimulácia aplikuje na priečne pruhované svalstvo. Kombinácia anodickej a katodickej stimulácie vedie ku kontrakcii väčšieho počtu svalových motorických jednotiek pri menšom napätí, t.j. lepšej svalovej odozve.

Z vyššie opísaného základného konceptu vynálezu je iste odborníkom zrejmé, že uvedený opis uskutočnení vynálezu je iba príkladný, nie však obmedzujúci. Odborníkom sú iste zrejmé mnohé možné zmeny, zlepšenia či úpravy, ktoré v tejto patentovej prihláške opísané nie sú. Všetky také zmeny, zlepšenia či úpravy by preto mali byť posúdené v duchu a rozsahu pripojených patentových nárokov. Ďalej, stimulačné pulzy podľa vynálezu sú v možnostiach správne naprogramovanej existujúcej elektroniky kardiostimulátorov. Preto je vynález obmedzený len nasledujúcimi nárokmi a ich ekvivalentami.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca, vyznačujúce sa tým, že zahr. nuje:

vodiče na aplikovanie elektrickej stimulácie do srdcovej krvnej náplne; a stimulačný generátor pripojený k vodičom, na vytváranie dvojfázového elektrického signálu, na stimuláciu krvnej náplne srdca pomocou vodičov, aby sa dosiahla stimulácia srdca, pričom elektrický signál sa skladá z:

prvej stimulačnej fázy s polaritou prvej fázy, amplitúdou prvej fázy, tvarom prvej fázy a dobou trvania prvej fázy; a druhej stimulačnej fázy s polaritou druhej fázy, amplitúdou druhej fázy, tvarom druhej fázy a dobou trvania druhej fázy, kde polarita prvej fázy je kladná.
2. _ Zariadenie-na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku- 1, vyznačujúce sa tým, že prvá stimulačná fáza a druhá stimulačná fáza sa do srdcovej krvnej náplne aplikujú bezprostredne za sebou
3 Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že amplitúda prvej fázy je maximálna podprahová amplitúda.
4. Zariadenie na elektrickú- stimuláciu srdca podľa nároku 3, vyznačujúce sa tým, že maximálna podprahová amplitúda je asi 0.5 až 3.5 voltu.
5. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že doba_trvania jsrvej fázy je najmenej tak dlhá, ako doba trvania druhej fázy. _ _ ^— _
6. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že doba trvania prvej fázy je asi jedna až deväť milisekúnd.
7. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že doba trvania druhej fázy je asi 0,2 až 0,9 milisekundy.
8. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že amplitúda druhej fázy je asi dva až dvadsať voltov
9. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že prvá stimulačná fáza sa zaháji viac než 200 milisekúnd po don končení cyklu úderu srdca.
10. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca, vyznačujúce sa tým, že zahrnuje vodiče na aplikovanie elektrickej stimulácie do srdcovej krvnej náplne; a stimulačný generátor pripojený k vodičom, na vytváranie dvojfázového elektrického signálu, na stimuláciu krvnej náplne srdca cez vodiče, aby sa dosiahla stimulácia srdca, pričom elektrický signál sa skladá z;

prvej stimulačnej fázy s p'olaritau prvej fázy, amplitúdou prvej fázy, tvarom prvej fázy a dobou trvania prvej fázy; a druhej stimulačnej fázy s polaritou druhej fázy, amplitúdou druhej fázy, tvarom druhej fázy a dobou trvania druhejfázy; kde amplitúda prvej fázy je menšia než amplitúda druhej fázy. _ “
11. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca, vyznačujúce sa tým, že zahrnuje:

vodiče na aplikovanie elektrickej stimulácie do srdcovej krvnej náplne; a stimulačný generátor pripojený k vodičom, na vytvorenie dvojfázového elektrického signálu, na stimuláciu krvnej náplne srdca pomocou vodičov, aby sa dosiahla stimulácia srdca, pričom elektrický signál sa skladá z:

prvej stimulačnej fázy s polaritou prvej fázy, amplitúdou prvej fázy, tvarom prvej fázy a dobou trvania prvej fázy; a druhej stimulačnej fázy s polaritou druhej fázy, amplitúdou druhej fázy, tvarom druhej fázy ä dobou trvania druhej fázy;

kde amplitúda prvej fázy sa zväčšuje postupne od základnej hodnoty na druhú hodnotu.
12. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že druhá hodnota je rovná amplitúde druhej fázy.
13. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 11, vyznačujúce sa^_ tým, že druhá hodnota je maximálna podprahová amplitúda.
14 Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 13, vyznačujúce sa tým, že maximálna podprahová amplitúda je asi 0 5 až 3.5 voltu.
15. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že doba trvania prvej fázy je najmenej tak dlhá, ako doba trvania druhej fázy. _
16. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že doba trvania prvej fázy je asi jedna až deväť milisekúnd.

i
17. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že doba trvania druhej fázy je asi 0.2 až 0.9 milisekundy
18. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že amplitúda druhej fázy je asi dva až dvadsať voltov.
19. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že doba trvania druhej fázy je kratšia než 0.3 milisekundy a amplitúda druhej fázy je väčšia než 20 voltov.
20 Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca, vyznačujúce sa tým, že zahrnuje:

vodiče na aplikovanie elektrickej stimulácie do srdcovej krvnej náplne; a stimulačný generátor pripojený k vodičom, na vytvorenie dvojfázového elektrického signálu, na stimuláciu krvnej náplne srdca pomocou vodičov, aby sa dosiahla stimulácia srdca, pričom elektrický signál sa skladá z:

prvej stimulačnej fázy s polaritou prvej fázy, amplitúdou prvej fázy, tvarom prvej fázya dobou trvania prvej fázy; a . _ druhej stimulačnej fázy s polaritou druhej fázy, amplitúdou druhej fázy, tvarom druhejjazy a dobou trvania druhej fázy;

kde doba trvania druhej fázy je kratšia než 0.3 milisekundy a amplitúda druhej fázy je väčšia než 20 voltov.
21. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca, vyznačujúce sa tým, že zahrnuje vodiče na aplikovanie elektrickej stimulácie do srdcovej krvnej náplne; a stimulačný generátor pripojený k vodičom, na vytvorenie dvojfázového elektrického- signálu, na stimuláciu krvnej náplne srdca pomocou vodičov, aby sa dosiahla stimulácia srdca, pričom elektrický signál sa skladá z:

prvej stimulačnej fázy “š polaritou prvej fázy, amplitúdou prvej fázy,“tvarom prvej fázy a dobou trvania prvej fázy; a druhej stimulačnej fázy s polaritou druhej fázy, amplitúdou druhej fázy, tvarom druhej fázy a dobou trvania druhej fázy, kde prvá stimulačná fáza ďalej zahrnuje sériu stimulačných pulzov s vopred určenou amplitúdou, polaritou a dobou trvania; a kde prvá stimulačná fáza ďalej zahrnuje sériu kľudových periód.
22. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 21, vyznačujúce sa tým, že aplikácia prvej stimulačnej fázy ďalej zahrnuje aplikáciu kľudovej periódy so základnou amplitúdou po najmenej jednom stimulačnom pulze.
23. Zariadenie na elektrickú stimuláciu srdca podľa nároku 22, vyznačujúce sa týniŕ že kľudová perióda má rovnakú dobu trvania^ako je doba trvania stimulačného pulzu.