DE60226267T2

DE60226267T2 - Gerät zur minimierung des ventrikulären remodelling nach infarkt

Info

Publication number: DE60226267T2
Application number: DE60226267T
Authority: DE
Inventors: Rodney W. Fridley SALO
Original assignee: Cardiac Pacemakers Inc
Current assignee: Cardiac Pacemakers Inc
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: US6973349B2; WO2003047686A3; US20090171407A1; DE60226267D1; AU2002365608A8; ATE392918T1; US7899532B2; AU2002365608A1; US20050177195A1; US20110144575A1; US8612001B2; WO2003047686A2; EP1453572A2; US7499749B2; EP1453572B1; US20030105493A1; WO2003047686A9

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Herzrhythmus-Steuerungseinrichtungen, wie zum Beispiel Herzschrittmacher und andere implantierbare Einrichtungen.
Hintergrund
Ein myokardialer Infarkt ist die irreversible Schädigung, die in einem Segment eines Herzmuskels durch Ischämie erfolgt, wobei das Myokard infolge einer Unterbrechung der Blutzufuhr keine adäquate Sauerstoffversorgung und keine adäquate Entsorgung von Metabolit erfährt. Dies findet normalerweise infolge einer plötzlichen thrombotischen Verstopfung einer Koronararterie statt, was allgemein als eine Herzattacke bezeichnet wird. Wenn die Koronararterie vollständig verstopft ist und nur eine geringe kollaterale Blutströmung zu der betroffenen Region erfolgt, kann ein transmuraler Infarkt oder ein Infarkt über die volle Wanddicke resultieren, wobei in diesem Bereich ein großer Teil der kontraktilen Funktion verloren geht. Über eine Zeitdauer von ein bis zwei Monaten heilt das nekrotische Gewebe, wobei eine Narbe zurückbleibt. Das extremste Beispiel hiervon ist ein ventrikuläres Aneurysma, bei dem alle Muskelfasern in diesem Bereich zerstört und durch faseriges Narbengewebe ersetzt sind.
Auch wenn die ventrikuläre Dysfunktion als eine Folge des Infarkts nicht unmittelbar lebensbedrohend ist, ist eine allgemeine Folge eines transmuralen myokardialen Infarkts im linken Ventrikel ein Herzfehler, der durch ventrikuläres Remodeling hervorgerufen wird. Herzfehler bezieht sich auf einen Zustand, bei dem die Herzausgabe unter einen Pegel fällt, der erforderlich ist, um die metabolischen Erfordernisse des Körpers zu erfüllen, was zu einem schnellen Tod führt, sofern keine Kompensation erfolgt. Ein physiologischer Kompensationsmechanismus, der bewirkt, dass die Herzausgabe erhöht wird, ist die Erhöhung des diastolischen Fülldrucks der Ventrikel, da ein erhöhtes Blutvolumen in den Lungen und in dem venösen System verbleibt. Dadurch wird die Vorlast erhöht, die dem Ausmaß entspricht, in dem die Ventrikel durch das Blutvolumen in den Ventrikeln am Ende der Diastole gedehnt werden. Ein Anstieg der Vorlast bewirkt einen Anstieg des Hubvolumens während der Systole, ein Phänomen, das als das Frank-Starling-Prinzip bekannt ist.
Remodeling des linken Ventrikels ist ein physiologischer Prozess in Reaktion auf die hämodynamischen Effekte des Infarkts, durch den Veränderungen hinsichtlich Form und Größe des linken Ventrikels verursacht werden. Remodeling wird in Reaktion auf eine Redistribution von Herzkraft und Herzbelastung eingeleitet, verursacht durch Beeinträchtigung der kontraktilen Funktion im Infarktbereich sowie im nahegelegenen und/oder zwischenliegenden lebenden Myokard-Gewebe mit reduzierter Kontraktionsfähigkeit infolge des Infarkts. 1 zeigt drei Stufen des Remodeling-Prozesses, der auf einen transmuralen Infarkt im apikalen Bereich des linken Ventrikels folgt. Stufe A ist die akute Phase, die lediglich wenige Stunden andauert. Der Infarktbereich, in dieser Stufe mit INF bezeichnet, enthält Gewebe, das eine ischämische Nekrose erfährt und von normalem Myokard umgeben ist, bezeichnet mit NML. Bis sich Narbengewebe bildet, ist der Infarktbereich in besonderem Maße für die Dehnungskräfte im Ventrikel empfindlich und erfährt über eine Zeitdauer von Stunden bis Tagen eine Expansion, wie bei Stufe B gezeigt ist. Über die nächsten wenigen Tage und Monate, nachdem sich Narbengewebe ausgebildet hat, findet globales Remodeling sowie eine Kammervergrößerung statt, wie bei Stufe C gezeigt ist, und zwar infolge komplexer Veränderungen in der Architektur des linken Ventrikels, wobei sowohl Infarktbereiche als auch Nicht-Infarktbereiche betroffen sind. Man geht davon aus, dass Remodeling das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels von hämodynamischen, neutralen und hormonellen Faktoren ist.
Die ventrikuläre Dilatation, die aus der erhöhten Vorlast resultiert, bewirkt bei einem gegebenen systolischen Druck gemäß dem Gesetz von Laplace eine erhöhte Belastung der Wand des Ventrikels. Zusammen mit der erhöhten Druck/Volumen-Arbeit, die durch den Ventrikel geleistet wird, wirkt dies als ein Stimulus für eine kompensierende Hypertrophie des ventrikulären Myokards. Durch Hypertrophie können die systolischen Drücke ansteigen, wenn aber die Hypertrophie nicht ausreichend ist, um die höheren Wandbelastungen auszugleichen, resultiert eine weitere und fortschreitende Dilatation. Diese nicht-kompensierende Dilatation bewirkt eine Verdünnung der Wand und eine weitere Verschlechterung der Funktion des linken Ventrikels. Es wurde ebenfalls gezeigt, dass anhaltende Belastungen, die Hypertrophie bewirken, eine Apopstosis (d. h. programmierter Zelltod) von Herzmuskelzellen induzieren kann. Daher, obwohl ventrikuläre Dilatation und Hypertrophie zunächst kompensierend sein können und die Herzausgabe erhöhen, führt der Prozess schließlich zu einer weiteren Verschlechterung und zu einer Dysfunktion. Es wurde herausgefunden, dass das Ausmaß des Remodeling des linken Ventrikels in der späten Periode nach einem Infarkt, dargestellt durch Messungen der end-systolischen und der end-diastolischen Volumina des linken Ventrikels, ein besserer Prädiktor für nachfolgende Mortalität als das Ausmaß von Erkrankung der Koronararterie ist. Das Verhindern oder Minimieren von Postinfarkt-Remodeling ist die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die WO 02/087693 A , die einen Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ darstellt, betrifft eine Herzrhythmus-Steuerungseinrichtung zur Umkehr von myokardialem Remodeling durch Elektrostimulationstherapie, mit atrialen Messkanälen, ventrikulären Messkanälen und Stimulationskanälen zum Liefern von Stimulationsimpulsen, und mit einer Steuerung zum Steuern der Zufuhr von Stimulationsimpulsen zu der Region des Ventrikels.
Ein Ventrikel wird stimuliert, indem ein oder mehrere Stimulationsimpulse in einer Weise geliefert werden, dass eine belastete Region des Myokards relativ zu anderen Regionen eine Präexzitation erfährt, um die belastete Region während der Systole mit verringerter Vorlast und Nachlast zu belasten.
Das U.S. Patent Nr. 5,158,079 (Adams et al.) offenbart eine CRM-Einrichtung, mittels derer der Infarktregion Impulse zugeführt werden, um Tachyarrhythmien zu verhindern. Das U.S. Patent Nr. 6,152,955 (KenKnight et al.) und übertragen auf Cardiac Pacemakers, Inc., betrifft eine Pflaster-ähnliche Elektrode.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Herzrhythmus-Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die Stufen von Remodeling nach einem myokardialen Infarkt.
2 zeigt einen Herzschrittmacher und eine beispielhafte Stimulationskonfiguration.
3 zeigt eine Elektrodenanordnung für mehrere Stellen.
4A bis 4C zeigen Beispiele von Pflaster-Elektroden für die Stimulation von mehreren Stellen.
5 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Herzrhythmus-Steuerungseinrichtung zum Liefern von Präexzitationsstimulation.
Detaillierte Beschreibung
Wenn ein transmuraler myokardialer Infarkt im linken Ventrikel stattfindet, dann erleidet der betroffene Bereich einen Verlust an kontraktilen Fasern, was vom Ausmaß der kollateralen Zirkulation zu diesem Bereich abhängt. Beispielsweise kann der Infarkt entweder eine nicht-kontraktile Narbe hinterlassen, oder es bleibt einiges an lebendem Myokard zurück, das mit Narbengewebe durchsetzt ist, wobei die myokardialen Fasern, die den Infarktbereich umgeben, ein variables Ausmaß an Zerstörung erleiden. In jedem Fall leiden die Regionen in und um den Infarkt unter einer verminderten Kontraktionsfähigkeit, und es ist genau diese Schädigung, die für die ventrikuläre Dysfunktion verantwortlich ist und durch die der Remodeling-Prozess eingeleitet wird, wie vorstehend beschrieben wurde. Unabhängig davon, ob der Infarkt zu einer nicht-kontraktilen Narbe oder zu einer faserigen Region mit verminderter Kontraktionsfähigkeit führt, ist das lebende Myokard in der Nähe des Infarkts die Region des Ventrikels, die zumindest in der Lage ist, in einer physiologisch geeigneten Weise auf die erhöhten Belastungen zu reagieren, die durch ventrikuläre Dysfunktion entstehen. Diese Regionen sind daher die Teile des Ventrikels, die für den Postinfarkt-Remodeling-Prozess am empfindlichsten sind. Wenn ein Weg gefunden werden könnte, um die Regionen nahe des Infarkts dahingehend zu behandeln, dass mechanische Belastungen abgebaut werden, ohne dass die ventrikuläre systolische Funktion übermäßig beeinflusst wird, dann könnte das unerwünscht Remodeling dieser Region verhindert oder minimiert werden.
Das Ausmaß, in dem eine Herzmuskelfaser gedehnt wird, bevor sie eine Kontraktion erfährt, wird als die Vorlast bezeichnet, wohingegen das Ausmaß der Spannung oder der Kraft auf eine Herzmuskelfaser, wenn sie sich zusammenzieht, als Nachlast bezeichnet wird. Die maximale Spannung und Geschwindigkeit der Verkürzung einer Muskelfaser steigt mit erhöhter Vorlast, und die Erhöhung der kontraktilen Antwort der Herzens mit erhöhter Vorlast wird als das Frank-Starling-Prinzip bezeichnet. Wenn sich eine myokardiale Region relativ zu anderen Regionen spät zusammenzieht, dann wird durch die Kontraktion dieser anderen Regionen die sich später zusammenziehende Region gedehnt und deren Vorlast erhöht, wodurch eine Erhöhung der kontraktilen Kraft bewirkt wird, die durch diese Region erzeugt wird. Umgekehrt, eine myokardiale Region, die sich relativ zu anderen Regionen früher zusammenzieht, erfährt eine verminderte Vorlast und erzeugt eine geringere kontraktile Kraft. Da der Druck in den Ventrikeln schnell von einem diastolischen auf einen systolischen Wert ansteigt, wenn Blut in die Aorta und in die Lungenarterien ausgepumpt wird, ziehen sich die Teile der Ventrikel, die sich während der Systole früher zusammenziehen, gegen eine geringere Nachlast zusammen als Teile der Ventrikel, die sich später zusammenziehen.
Wenn also erreicht werden kann, dass sich eine ventrikuläre Region früher als Teile des Ventrikels zusammenzieht, dann erfährt sie sowohl eine verminderte Vorlast und Nachlast, wodurch die mechanische Belastung vermindert wird, die diese Region relativ zu anderen Regionen erfährt. Diese Region muss ferner weniger Arbeit leisten, wodurch deren metabolischen Anforderungen sowie das Ausmaß jeglicher Ischämie verringert werden, die vorhanden sein kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Elektrostimulationsimpulse zu einer oder mehreren Stellen in oder um den Infarkt herum in einer Weise geliefert, dass diese Stellen relativ zum Rest des Ventrikels eine Präexzitation erfahren. (Wenn dieser Begriff hier verwendet wird, dann ist ein Stimulationsimpuls irgendeine elektrische Stimulation des Herzens mit ausreichender Energie, um eine sich ausbreitende Depolarisation einzuleiten, unabhängig davon, ob sie dazu gedacht ist, eine bestimmte Herzrate zu unterstützen oder nicht.) Bei einem normalen Herzschlag leitet das spezialisierte His-Purkinje-Leitungsnetzwerk des Herzens schnell Exzitationsimpulse vom sinoatrialen Knoten zum atrioventrikulären Knoten und somit zum ventrikulären Myokard, was zu einer koordinierten Kontraktion beider Ventrikel führt. Eine künstliche Stimulation mit einer Elektrode, die in einem Bereich des Myokards befestigt ist, zieht keinen Vorteil aus dem normalen spezialisierten Leistungssystems des Herzens, um eine Exzitation durch die Ventrikel zu leiten, da das spezialisierte Leitungssystem nur durch Impulse angeregt werden kann, die von dem atrioventri kulären Knoten ausgehen. Daher muss die Ausbreitung der Exzitation von einer ventrikulären Stimulationsstelle nur über die sehr viel langsamer leitenden ventrikulären Muskelfasern fortschreiten, was dazu führt, dass sich der Teil des ventrikulären Myokards, der durch die Stimulationselektrode stimuliert wird, vor den Teilen des Ventrikels zusammenzieht, die sich weiter distal zur Elektrode befinden. Diese Präexzitation einer stimulierten Stelle relativ zu anderen Stellen kann verwendet werden, um die Verteilung von Wandbelastungen, die der Ventrikel während des Herzpumpzyklus erfährt, bewusst zu verändern. Durch eine Präexzitation der Infarktregion relativ zu anderen Regionen wird diese Infarktregion hinsichtlich mechanischer Belastungen durch Verminderung von deren Nachlast und Vorlast entlastet, wodurch das Remodeling verhindert oder minimiert wird, das ansonsten auftreten würde. Außerdem, da die Kontraktionsfähigkeit der Infarktregion beeinträchtigt ist, führt eine Präexzitation dieses Bereichs zu einer resynchronisierten ventrikulären Kontraktion, was hämodynamisch effektiver ist. Dies ist vorteilhaft hinsichtlich der Verminderung des Stimulus zum Remodeling und der Reduzierung des Auftretens von Angina infolge koronarer Insuffizienz. Durch Verminderung der Wandbelastung der Infarktregion wird ferner deren Sauerstoffanforderungen gesenkt sowie die Wahrscheinlichkeit vermindert, dass in dieser Region eine Arrhythmie auftritt.
Eine Stimulationstherapie zum Entlasten der Infarktregion kann durch Stimulieren der Ventrikel an einer einzigen Stelle in der Nähe der Infarktregion oder durch Stimulieren an mehreren ventrikulären Stellen in dieser Nähe implementiert werden. Im letzteren Fall können die Stimulationsimpulse zu den mehreren Stellen simultan oder in einer definierten Impulsausgabesequenz geliefert werden. Wie nachstehend beschrieben wird, kann eine Stimulation einer einzigen Stelle oder mehrerer Stellen gemäß einem Bradykardie-Stimulationsalgorithmus erfolgen, und zwar in einem QRS-inhibierten Stimulationsmodus oder in einem getriggerten Modus.
Um eine Präexzitation der Infarktregion zu bewirken, müssen ein oder mehrere Stimulationselektroden in der Nähe der Region angeordnet werden. Der Bereich des Infarkts kann durch eine Anzahl von Maßnahmen identifiziert werden, die Ultraschall-Bilderzeugung, PET-Scans, Thalliumscans und MRI-Perfusionsscans umfassen. Im Fall eines Infarkts des linken Ventrikels können epikardiale Leitungen entweder direkt am Epikard durch Thorakotomie (oder einer chirurgischen Operation mit geöffneter Brust) oder durch eine thoraskopische Prozedur angebracht werden, oder die Leitungen können von dem oberen venösen System in eine Herzvene geführt werden, und zwar über den Koronarsinus. (Siehe z. B. U.S. Patent Nr. 5,935,160 Auricchio et al., übertragen auf Cardiac Pacemakers, Inc.)
2 ist eine beispielhafte Darstellung von zwei dieser Leitungen L1 und L2, die von einem Herzschrittmacher PM durch Herzvenen in das Epikard des linken Ventrikels geführt sind, so dass sich die Stimulationselektroden E1 und E2 in der Nähe der Infarktregion INF befinden. Im Fall der Positionierung der Leitungen durch Thorakotomie oder eine thoraskopische Prozedur ist es möglich, die Elektroden in einer Weise anzuordnen, um die Infarktregion genauer zu umgeben oder um über dieser angeordnet zu sein. 3 zeigt ein Beispiel von mehreren Elektroden E1 bis E4, die um die Infarktregion INF herum angeordnet sind, wobei die Elektroden entweder durch eine einzelne Leitung oder durch separate Leitungen für jede Elektrode mit dem Herzschrittmacher verbunden sein können. 4A zeigt ein weiteres Beispiel von einer Elektrodenanordnung, bei der mehrere Elektroden E1 bis E7 in einem Pflaster P1 integriert sind, um so die Infarktregion INF zu umgeben oder um über dieser angeordnet zu sein. 4B zeigt ein weiteres Beispiel von einem Pflaster P2, bei dem die Elektrode ein einzelner durchgehender Leiter C1 ist, der ausgestaltet ist, um die Infarktregion zu umgeben. 4C zeigt eine beispielhafte Konstruktion des Leiters C1, wobei Bereiche der äußeren Fläche des Leiters intermittierend mit einem isolierenden Material IM beschichtet sind, um so die Stromdichte an den unbeschichteten Bereichen zu erhöhen, wenn der Leiter mit Energie beaufschlagt wird. Eine solche erhöhte Stromdichte kann in einigen Fällen erforderlich sein, um eine Exzitation einer myokardialen Region zu bewirken, die durch Ischämie weniger erregbar geworden ist.
Ein Blockdiagramm eines beispielhaften Herzschrittmachers zum Liefern einer Präexzitationsstimulationstherapie zu einer Stelle oder zu Stellen in der Nähe eines Infarkts, wie vorstehend beschrieben wurde, ist in
5 dargestellt. Herzschrittmacher sind üblicherweise subkutan in der Brust des Patienten implantiert und mit Mess-/Stimulationselektroden durch Leitungen verbunden, die entweder durch die Gefäße des oberen Venensystems oder durch Leitungen zum Herzen geführt sind, die die Brustwand durchdringen. (Wenn der Begriff hier verwendet wird, dann soll unter "Herzschrittmacher" irgendeine Herzrhythmus-Steuerungseinrichtung mit Stimulationsfunktion verstanden werden, und zwar unabhängig davon, ob sie auch andere Funktionen durchführen kann.) Die Steuerung des Herzschrittmachers enthält einen Mikroprozessor 10, der über einen bidirektionalen Datenbus mit einem Speicher 12 kommuniziert, wobei der Speicher 12 normalerweise ein ROM (read-only memory) zur Programmspeicherung und ein RAM (randon-access memory) zur Datenspeicherung aufweist. Die Steuerung kann durch andere Typen von logischen Schaltungen (z. B. diskrete Komponenten oder programmierbare logische Arrays) unter Verwendung eines "state machine type of design" implementiert werden, aber ein Mikroprozessor-basiertes System ist bevorzugt. Die Steuerung ist in der Lage, den Herzschrittmacher in einer Anzahl von programmierten Betriebsarten zu betreiben, wobei eine programmierte Betriebsart definiert, wie Stimulationsimpulse in Reaktion auf gemessene Ereignisse und in Reaktion auf den Ablauf von Zeitintervallen ausgegeben werden. Ferner ist eine Telemetrie-Schnittstelle 80 vorgesehen, um mit einem externen Programmierer zu kommunizieren.
Die in 5 dargestellte Einrichtung weist mehrere Mess- und Stimulationskanäle auf und ist daher geeignet, eine ventrikuläre Stimulation an eine einzelne Stelle oder an mehrere Stellen zu liefern. Die mehreren Mess- und Stimulationskanäle können entweder als atriale oder als ventrikuläre Kanäle konfiguriert sein, wodurch ermöglicht wird, dass die Einrichtung eine Stimulation mit und ohne Vorhof-Tracking liefert. In 5 ist eine Konfiguration mit einem atrialen Mess-/Stimulationskanal und drei ventrikulären Mess-/Stimulationskanälen gezeigt. Der atriale Mess-/Stimulationskanal beinhaltet eine Ringelektrode 53a, eine Spitzenelektrode 53b, einen Messverstärker 51, einen Impulsgenerator 52 und eine Atrium-Kanal-Schnittstelle 50, die bidirektional mit einem Anschluss des Mikroprozessors 10 kommuniziert. Drei ventrikuläre Mess-/Stimulationskanäle, die Ringelektroden 23a, 33a und 43a, Spitzenelektroden 23b, 33b und 43b, Messverstärker 21, 31 und 41, Impulsgeneratoren 22, 32 und 42 sowie Ventrikel-Kanal-Schnittstellen 20, 30 und 40 aufweisen. Ein Stimulationskanal beinhaltet den Impulsgenerator, der mit der Elektrode verbunden ist, während ein Messkanal einen Messverstärker umfasst, der mit der Elektrode verbunden ist. Die Kanal-Schnittstellen beinhalten Analog/Digital-Wandler zum Digitalisieren von Messsignaleingängen von den Messverstärkern, Register, die beschrieben werden können, um die Verstärkung und Grenzwerte der Messverstärker einstellen zu können, sowie Register zum Steuern der Ausgabe von Stimulationsimpulsen und/oder zum Verändern der Amplitude der Stimulationsimpulse. Bei bestimmten Patienten kann das Stimulieren von Stellen in der Nähe eines Infarkts oder in ischämischen Regionen weniger erregend als normal sein und eine erhöhte Stimulationsenergie erforderlich machen, um ein Capturing zu erreichen (d. h. Initiieren eines sich ausbreitenden Aktionspotentials). Für jeden Kanal kann das gleiche Elektrodenpaar verwenden werden, und zwar sowohl zum Messen als auch zum Stimulieren. In diesem Ausführungsbeispiel werden bipolare Leitungen mit zwei Elektroden verwendet, um einen Stimulationsimpuls auszugeben und/oder um intrinsische Aktivität zu messen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine einzige Elektrode verwendet werden, um in jedem Kanal zu messen und zu stimulieren, was als eine unipolare Leitung bekannt ist. Ein MOS-Schaltnetzwerk 70, das durch den Mikroprozessor gesteuert wird, wird verwendet, um die Elektroden vom Eingang eines Messverstärkers zum Ausgang eines Impulsgenerators umzuschalten.
Die Steuerung 10 steuert die Gesamtfunktion der Einrichtung gemäß programmierter Instruktionen, die im Speicher gespeichert sind. Die Steuerung 10 interpretiert Elektrogrammsignale von den Messkanälen und steuert die Zufuhr von Stimulationen gemäß einem Stimulationsmodus. Die Messschaltung des Herzschrittmachers erzeugt atriale und ventrikuläre Elektrogrammsignale aus den Spannungen, die durch die Elektroden eines bestimmten Kanals gemessen werden. Wenn ein Elektrogrammsignal in einem atrialen Kanal oder in einem Messkanal einen speziellen Grenzwert überschreitet, dann erfasst die Steuerung einen atrialen bzw. ventrikulären Messwert, wobei Stimulationsalgorithmen verwendet werden können, um die Stimulation zu triggern oder zu inhibieren.
Eine Präexzitationsstimulation einer oder mehrerer ventrikulärer Stellen in der Nähe eines Infarkts kann mit einem Bradykardie-Stimulationsmodus erreicht werden, der sich auf einen Stimulationsalgorithmus bezieht, der eine bestimmte minimale Herzrate unterstützt. Herzschrittmacher können eine minimale Herzrate entweder asynchron oder synchron unterstützen. Bei der asynchronen Stimulation wird das Herz mit einer festen Rate stimuliert, und zwar unabhängig von intrinsischer Herzaktivität. Wegen des Risikos des Induzierens einer Arrhythmie bei asynchroner Stimulation sind die meisten Herzschrittmacher zur Behandlung von Bradykardie programmiert, um synchron in einem sogenannten Demand-Modus zu arbeiten, bei dem gemessene Herzereignisse, die in einem definierten Intervall stattfinden, einen Stimulationsimpuls entweder triggern oder inhibieren. QRS-inhibierte Stimulationsmodi verwenden Escape-Intervalle, um eine Stimulation gemäß der erfassten intrinsischen Aktivität zu steuern. In einem ventrikulären QRS-inhibierten Stimulationsmodus wird der Ventrikel während eines Herzzyklus nur nach Ablauf eines definierten Escape-Intervalls stimuliert, innerhalb dessen kein intrinsischer Schlag durch die Kammer erfasst wurde. Beispielsweise kann ein ventrikuläres Escape-Intervall zwischen ventrikulären Ereignissen definiert sein, um so mit jeder ventrikulären Erfassung oder Stimulation neu zu starten. Die Inverse dieses Escape-Intervalls ist die minimale Rate, mit der es dem Herzschrittmacher ermöglicht wird, die Ventrikel anzustoßen, manchmal als untere Ratengrenze (LRL) bezeichnet. Bei einem Vorhof-Tracking-Stimulationsmodus ist ein weiterer ventrikulärer Escape-Intervall zwischen atrialen und ventrikulären Ereignissen definiert, bezeichnet als das atrioventrikuläre Intervall (AVI). Das atrioventrikuläre Intervall wird durch eine atriale Erfassung getriggert und durch eine ventrikuläre Erfassung oder Stimulation gestoppt. Eine ventrikuläre Stimulation wird bei Ablauf des atrioventrikulären Intervalls geliefert, wenn vor Ablauf keine ventrikuläre Erfassung stattfindet. Da es nur stimulierte Schläge sind, durch die die Infarktregion mit einer Präexzitation beaufschlagt wird, kann es bei einigen Patienten gewünscht sein, das AVI zu verkleinern, um kleiner zu sein als das intrinsische PR-Intervall (d. h. die normale Zeit bis ein intrinsischer ventrikulärer Schlag nach einer atrialen Erfassung stattfindet) oder das LRL zu vergrößern, um etwas über der normalen Ruheherzrate des Patienten zu liegen.
In dem Fall, dass die Präexzitationsstimulation des Ventrikels an mehrere Stellen geliefert wird, können die Stellen simultan oder gemäß einer bestimmten Impulsausgabesequenz stimuliert werden, die die Reihenfolge angibt, in der die Stellen während eines einzelnen Schlags stimuliert werden. Wie vorstehend angemerkt, besteht einer der Vorteile der Präexzitationsstimulation der Infarktregion in der Resynchronisation der Kontraktion, was zu einer hämodynamischen Verbesserung führt. Bei einigen Patienten kann einen solche Resynchronisation erfolgreicher sein, wenn mehrere ventrikuläre Stellen in einer bestimmten Sequenz stimuliert werden, so dass einige der stimulierten Stellen während eines einzelnen Schlags früher eine Präexzitation erfahren als andere.
Es wurde vorstehend angemerkt, dass ein weiterer Vorteil der Präexzitation von ventrikulärem Gewebe während der Systole in einer Verminderung in dessen Sauerstoffanforderung liegt, wodurch in der Infarktregion Ischämie verhindert oder vermindert wird. Eine Präexzitationsstimulation, wie vorstehend beschrieben, kann ferner verwendet werden, um ischämische Regionen entweder in den Atrien oder in den Ventrikeln zu entlasten, die nicht mit einem Infarkt in Beziehung stehen, was dazu dienen kann, die Entstehung von Angina in dem Patienten oder einen nachfolgenden Infarkt zu verhindern. Ischämische Regionen, unabhängig davon, ob sie mit einem Infarkt in Beziehung stehen oder nicht, können mit einem Angiogramm, einem Thaliumscan oder einem MRI-Perfusionsscan identifiziert werden, und Stellen in ischämischen Regionen, die so identifiziert wurden, können als Stimulationsstellen ausgewählt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Präexzitationsstimulationstherapie basierend auf Sensor-Messungen gestartet, angehalten oder modifiziert werden. Der Herzschrittmacher misst die Impedanz zwischen Paaren von Elektroden mit einem Impedanzsensor 100, um die Wandbewegung oder Veränderungen der Wanddicke während des Herzzyklus zu erfassen. Separate Paare von Elektroden können verwendet werden, um Impedanzsignale von sowohl einer stimulierten Region als auch einer nicht-ischämischen Region zu erzeugen, wie zum Beispiel in dem rechten Ventrikel, wenn die stimulierte und ischämische Region der linke Ventrikel ist. Ischämie in der stimulierten Region kann dann überwacht werden, indem die zeitliche Abfolge der Kontraktion in der stimulierten Region mit dem zeitlichen Ablauf der nicht-ischämischen Region verglichen wird. Wenn die Kontraktionen in der stimulierten Region verzögert oder signifikant verlängert sind, kann ein Anstieg an Ischämie unterstellt werden, und eine Präexzitationsstimulation des Bereichs kann entweder gestartet oder erhöht werden. Umgekehrt, wenn eine Verminderung an Ischämie erfasst wird, dann kann die Präexzitationsstimulation entweder angehalten oder reduziert werden. Ferner können Modifikationen der Stimulationstherapie gemäß erfasster Veränderungen der Wanddicke der stimulierten Region erfolgen. Bei einer weiteren Verbesserung kann ein Beschleunigungsmessgerät oder ein Mikrofon in der Stimulationsleitung oder in dem Gehäuse der Einrichtung verwendet werden, um die akustische Energie zu messen, die während eines Herzzyklus durch das Herz erzeugt wird. Veränderungen der Amplitude oder der Morphologie des akustischen Energiesignals können dann verwendet werden, um auf Veränderungen der Wandbewegung und die Effizienz von Kontraktion und Relaxation zu schließen. Die angewendete Präexzitationsstimulationstherapie kann dann auf Basis dieser Information modifiziert werde (siehe U.S. Patent Nr. 6,058,329 ).
Eine Einrichtung zum Liefern von Präexzitationsstimulationstherapie, wie vorstehend beschrieben, kann auch eine andere Funktionalität haben, die bei Patienten mit ischämischen Herzerkrankungen vorteilhaft sein kann, zum Beispiel Kardioversion/Defibrillation. Die Fähigkeit der Arzneimittelzufuhr kann ebenfalls in der Einrichtung vorgesehen sein. 5 zeigt ein System 120 zum Zuführen von Arzneimitteln, das mit dem Mikroprozessor in Beziehung steht und verschiedene Formen annehmen kann. Um beispielsweise die Effizienz der Präexzitationstherapie zu verbessern, um Remodeling zu verhindern oder zu minimieren, kann es gewünscht sein, den Patienten gleichzeitig mit ACE-Inhibitor (Angiotensin konvertierendes Enzym) oder Beta-Blocker zu behandeln. Es kann ferner praktisch sein, biologische Mittel zuzuführen, wie zum Beispiel Wachstumsfaktoren oder anti-apoptotische Faktoren, und zwar direkt in die Infarktregion. Eine solche Zufuhr kann implementiert werden, indem das Arzneimittel durch ein Lumen in einer Stimulierungsleitung eingeleitet wird, die sich in der Nähe zu dem Infarkt befindet.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die vorigen speziellen Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, können Alternativen, Variationen und Modifikationen durchgeführt werden, die für den Fachmann offensichtlich sind. Andere Alternativen, Variationen und Modifikationen sollen in den Schutzbereich der folgenden beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Herzrhythmus-Steuerungseinrichtung zum Liefern einer Präexzitationsstimulationstherapie zum Minimieren von Postinfarkt-Ventrikel-Remodelling, mit: einem oder mehreren Messkanälen zum Messen von intrinsischer Herzaktivität; einer Mehrzahl von Stimulationskanälen zum Liefern von Stimulationsimpulsen zu einer ischämischen Region oder Infarktregion; einer Steuerung zum Steuern des Lieferns von Stimulationsimpulsen entsprechend einem Stimulationsmodus zur Präexzitation der ischämischen Region oder Infarktregion; einem ersten Paar von Elektroden zum Erzeugen eines Impedanzsignals von der ischämischen Region oder Infarktregion, durch das Veränderungen der Wanddicke oder Wandbewegung während des Herzzyklus wiedergegeben werden; einem zweiten Paar von Elektroden zum Erzeugen eines Impedanzsignals von einer nicht-ischämischen Region, durch das Veränderungen der Wanddicke oder Wandbewegung während eines Herzzyklus wiedergegeben werden; und wobei die Einrichtung konfiguriert ist, um den zeitlichen Verlauf der Kontraktion in der Infarktregion mit dem zeitlichen Verlauf der Kontraktion in der nicht-ischämischen Region zu vergleichen, die aus den Impedanzsignalen bestimmt sind, die durch das erste und das zweite Paar von Elektroden erzeugt sind, und um eine Präexzitationsstimulation für die ischämische Region oder Infarktregion zu beginnen oder zu erhöhen, wenn die Kontraktionen in der Infarktregion wesentlich verlängert sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, außerdem mit: einem Pflaster, in dem eine Mehrzahl von Stimulationselektroden integriert ist, die in den Stimulationskanälen integriert sind, wobei die Elektroden an der Peripherie von dem Pflaster angeordnet sind, um so eine Infarktregion zu umgrenzen, wenn das Pflaster darauf angeordnet ist; und wobei die Steuerung ausgestaltet ist, um das Liefern von Stimulationsimpulsen mit einem Stimulationsmodus zu steuern, um eine Präexzitation der Infarktregion zu bewirken, um Postinfarkt-Remodelling zu minimieren.
Einrichtung nach Anspruch 2, bei der das Pflaster einen darin integrierten Leiter aufweist, der an der Peripherie von dem Pflaster angeordnet ist, um so eine Infarktregion zu umgrenzen, wenn das Pflaster darauf angeordnet ist, wobei der Leiter als eine Stimulationselektrode dient, die in dem Stimulationskanal integriert ist.
Einrichtung nach Anspruch 3, bei der Bereiche an der äußeren Fläche des Leiters intermittierend mit einem isolierenden Material beschichtet sind, um so die Stromdichte an unbeschichteten Bereichen zu erhöhen, wenn der Leiter mit Energie beaufschlagt wird.
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, außerdem mit einem Arzneimittel-Zuführsystem zum Liefern eines Wirkstoffs, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die einen ACE-Inhibitor, einen Beta-Blocker, einen Wachstumsfaktor und einen anti-apoptotischen Faktor beinhaltet.
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, außerdem mit einem Akustiksensor zum Messen akustischer Energie, die durch das Herz während eines Herzzyklus erzeugt wird, wobei die Steuerung programmiert ist, um das Liefern von Stimulationsimpulsen entsprechend dieser zu modifizieren.
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Steuerung programmiert ist, um Stimulationsimpulse in einem QRS-inhibierten Stimulationsmodus (inhibited demand ventricular pacing mode) zu liefern.
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Steuerung programmiert ist, um Stimulationsimpulse in einem Vorhof-Trackingmodus zu liefern.
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Steuerung programmiert ist, um Stimulationsimpulse gleichzeitig zu mehreren Stellen in der Nähe des Infarktbereichs zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Steuerung programmiert ist, um Stimulationsimpulse in einer Reihenfolge, die durch eine spezifizierte Impulsausgabesequenz definiert ist, zu mehreren Stellen in der Nähe des Infarktbereichs zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerung ausgestaltet ist, um die Stimulationskanäle zu steuern, um Impulse gemäß einem Bradykardie-Stimulationsmodus zu liefern.
Einrichtung nach Anspruch 11, bei der der Stimulationsmodus ein QRS-inhibierter Stimulationsmodus ist.
Einrichtung nach Anspruch 11, bei der der Stimulationsmodus ein Vorhof-Trackingmodus ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerung ausgestaltet ist, um die Stimulierungskanäle zu steuern, um Impulse gleichzeitig zu mehreren Stellen in der Nähe des Infarktbereichs oder ischämischen Bereichs zu liefern.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerung ausgestaltet ist, um die Stimulationskanäle zu steuern, um Impulse in einer Reihenfolge, die durch eine spezifizierte Impulsausgabesequenz definiert ist, zu mehreren Stellen in der Nähe des Infarktbereichs oder ischämischen Bereichs zu liefern.
Einrichtung nach Anspruch 1, außerdem mit einem Pflaster, das Elektroden aufweist, die eine Region in der Nähe des Infarktbereichs oder ischämischen Bereichs umgrenzen.
Einrichtung nach Anspruch 16, bei der das Pflaster einen darin integrierten Leiter aufweist, der an der Peripherie von dem Pflaster angeordnet ist, um so einen Infarktbereich oder ischämischen Bereich zu umgrenzen, wenn das Pflaster darauf angeordnet ist, und wobei Bereiche der äußeren Fläche des Leiters intermittierend mit einem isolierenden Material beschichtet sind, um so die Stromdichte an unbeschichteten Regionen zu erhöhen, wenn der Leiter mit Energie beaufschlagt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuerung ausgestaltet ist, um die Stimulationskanäle zu steuern, um das Liefern von Stimulationsimpulsen basierend auf der Erfassung von akustischer Energie zu modifizieren, die während eines Herzzyklus durch das Herz erzeugt wird.