DE3419439C1

DE3419439C1 - Belastungsabhaengig frequenzvariabler Herzschrittmacher

Info

Publication number: DE3419439C1
Application number: DE3419439A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dr. 8000 München Alt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-24
Filing date: 1984-05-24
Publication date: 1985-11-21
Also published as: BR8506753A; EP0182824A1; DE3564908D1; JPS61502171A; JPH0256105B2; AU4401185A; US4688573A; WO1985005279A1; EP0182824B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Herzschrittmacher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Neben der Registrierung der nur bei einem Bruchteil von Herzschrittmacherträgern vorhandenen normalen P-Wellen, das sind die elektrischen Signale des Herzvorhofes, und deren Verwendung als Steuergröße für Herzschrittmacher, wurde in der Vergangenheit auf vielfältige Weise versucht, über die Wahrnehmung eines bestimmten biologischen Signales eine Anpassung der Stimulationsfrequenz eines Herzschrittmachers unter körperlicher Belastung zu erreichen. Als biologische Signale, die für eine Frequenzvariation des Herzschrittmachers geeignet sind, wurden insbesondere der Säureoder pH-Wert des venösen Blutes, die zentralvenöse Sauerstoffsättigung, die Atemfrequenz, das QT-Intervall, das ist die Dauer der elektrischen Erregung und Erregungsrückbildung der Herzkammer, und die zentralvenöse Bluttemperatur vorgeschlagen. Herzschrittmacher mit Verwendung der Atemfrequenz und des QT-Intervalls zur Frequenzveränderung befinden sich derzeit in Entwicklung oder klinischer Erprobung. Bei

diesen beiden frequenzvariablen Herzschrittmachern können sich jdoch unliebsame unkontrollierte Tachykardien einstellen, die unter Umständen den Herzschrittmacherträger akut gefährden können. Darüber hinaus sind diese beiden Systeme als Einkammersysteme bisher nur für den Einsatz im Ventrikel geeignet und werden teilweise erheblich durch gängige Medikamente gestört, die auf den Elektrolyt- oder Membranstoffwechsel einwirken, so z. B. Betabiocker, Diuretika, Antiarrhythmika und Digitalis.

Zur Variation der Stimulationsfrequenz des Herzschrittmachers bietet sich als einfaches biologisches Signal, das als Steuer- oder Regelparameter verwendet werden kann, die zentralvenöse Bluttemperatur an, wie dieses bereits in der DE-OS 26 09 365 vorgeschlagen worden ist. Ein temperaturgesteuerter Herzschrittmacher der dort beschriebenen Art wird zwar noch nicht in der Praxis verwendet, hätte jedoch den Vorteil, daß der hierzu benötigte Temperaturfühler sehr einfach und klein ist und in der Nähe der Stimulationselektrode direkt in die selbst als Elektrode bezeichnete Herzsonde eingebaut werden kann. In der genannten Offenlegungsschrift ist vorgeschlagen, die Stimulationsfrequenz gleichsinnig mit der Bluttemperatur einzustellen, d. h. bei einer Erhöhung der Bluttemperatur eine entsprechend höhere Stimulationsfrequenz vorzusehen, wobei eine lineare Abhängigkeit dieser beiden Größen in Teilbereichen, z.B. zwischen 37°C und 39°C nicht ausgeschlossen wird.

Ein ähnlicher frequenzvariabler Herzschrittmacher, der ebenfalls in Abhängigkeit der zentralvenösen BJuttemperatur arbeitet, ist auch in der US-PS 44 36 092 vorgeschlagen worden. Die Bluttemperatur wird mit Hilfe eines Temperaturfühlers erfaßt, der an einer transvenösen Zuleitung für eine Stimulationselektrode in der Nähe dieser Elektrode angeordnet ist. Temperaturfühler und Stimulationselektrode sind in den Ventrikel des Herzens eingeführt. Aufgrund von Versuchen wird eine mathematische Beziehung zwischen Bluttemperatur und Herzfrequenz bei einem normal funktionierenden Herzen unter Belastung bestimmt und in einer Logikschaltung als Kennlinie gespeichert. Die Stimulationsfrequenz wird nach Maßgabe dieser Kennlinie in Abhängigkeit der durch einen Temperaturfühler erfaßten Bluttemperatur gesteuert. Die Steuerung nach der gespeicherten Kennlinie erscheint zwar mathematisch genauer als das allgemeine Steuerprinzip gemäß der DE-OS 26 09 365, ermöglicht jedoch ebenfalls keine Stimulation, die auf den physiologischen Zustand des Herzschrittmacherträgers optimal angepaßt werden kann.

In Untersuchungen, die der Anmelder an einer Vielzahl von gesunden Menschen ohne Herzschrittmacher durchgeführt hat, konnte festgestellt werden, daß der Verlauf der Bluttemperatur und der Herzfrequenz unter Belastung sich weitgehend parallel verhalten, und zwar unabhängig von der jeweiligen Leistungsfähigkeit der Testperson. Eine Steuerung eines Herzschrittmachers in Abhängigkeit von der Bluttemperatur entspricht daher tatsächlich den Bedingungen, die an einen Herzschrittmacher gestellt werden müssen, und zwar:

1. eine definierte Korrelation von Bluttemperatur und Herzfrequenz, die als praktisch linear angenommen werden kann, und

2. eine intraindividuelle Reproduzierbarkeit dieser Korrelation, da das Verhältnis von Bluttemperatur zu Herzfrequenz weitgehend unabhängig von dem individuellen Leistungsvermögen ist.

Außerdem kann die Bluttemperatur mit z. B. Halbleiter- oder Chip-Thermistoren leicht, konstant und mit großer Langzeitgenauigkeit gemessen werden, wobei die Ansprechempfindlichkeit derartiger Temperaturfühler sehr hoch ist. Außerdem haben diese Temperaturfühler nur einen geringen Energiebedarf und können, wie bereits oben erwähnt, wegen ihrer kleinen Baugröße direkt in die Elektrode eingebaut werden.

Die Variation der Herzfrequenz unter Belastung in Abhängigkeit von der erwähnten Korrelation kann jedoch in bestimmten Fällen wiederum zu unliebsamen und den Herzschrittmacherträger akut gefährdenden Tachykardien führen. So kommt es z. B. bei Fieberzuständen und bei der Spontanvariation der Körpertemperatur im tagesrhythmischen Zyklus zu Änderungen der Bluttemperatur, die bei einem gesunden Menschen ohne Herzschrittmacher zwar auch von einer Änderungder Herzfrequenz begleitet werden, wobei diese Änderung dann allerdings nicht mehr der oben erwähnten Korrelation unter körperlicher Belastung folgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Herzschrittmacher der eingangs genannten Art zu schaffen, der imstande ist, zwischen physiologisch bedingten Bluttemperaturänderungen im Ruhezustand einerseits und auf körperliche Belastungen zurückzuführenden Bluttemperaturänderungen andererseits zu unterscheiden und die Stimulationsfolgefrequenz entsprechend unterschiedlich an die Bluttemperaturänderungen anzupassen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung basiert demnach auf der Erkenntnis, daß Belastungen auf den Herzschrittmacherträger je nach dessen physiologischem Zustand unterschiedlich bewertet werden müssen. So ist z. B. die Steigerung der Bluttemperatur pro Zeitintervall bei normaler Belastung, wie z. B. beim Treppensteigen unterschiedlich zu derjenigen, die z. B. zu Beginn eines Fiebers beim Herzschrittmacherträger auftritt. In einer Logik des Herzschrittmachers wird infolgedessen diese Steigerung der Bluttemperatur pro Zeiteinheit überwacht und ausgewertet sowie dann als Auswahlkriterium für den Wert der Stimulationsfrequenz herangezogen. Für die Abhängigkeit der Herzfrequenz von der Bluttemperatur kann z. B. in einem Matrixspeicher ein Kennlinienfeld vorgegeben sein, deren einzelne Kennlinien mehreren physiologischen Zuständen des Patienten entsprechen. Entsprechend den Ergebnissen der Auswerteschaltung wird die Stimulationsfrequenz entsprechend einer der Kennlinien innerhalb des Kennlinienfeldes gesteuert.

Es hat sich herausgestellt, daß es zur Steuerung der Stimulationsfrequenz ausreichend ist, eine absolute Basiskennlinie und ein relatives Belastungskennlinienfeld zu verwenden. Die Basiskennlinie ordnet eine Absoluttemperatur einer festen Frequenz zu, bei der körperliche Belastungen des Herzschrittmacherträgers nicht ausschlaggebend für eine Bluttemperatursteigerung sind. Dies tritt z. B. im Fieberzustand oder bei den erwähnten tagesrhythmischen Schwankungen, wie der Temperatur- und Herzfrequenzabsenkung während des Schlafes, auf. Die Belastungskennlinien sind relative Kennlinien, die ausgehend von einem Arbeitspunkt auf der Basiskennlinie einen Herzfrequenz/Bluttemperaturverlauf unter körperlicher Belastung aufweisen, die einem relativen Bluttemperaturanstieg eine Herzfrequenzerhöhung zuordnen und auf die der Herzschrittmacher bei signifikantem Anstieg der Bluttempe-

ratur pro Zeitintervall umschaltet, ζ. B. bei einem Anstieg von mindestens 0,04 Grad pro Minute. Diese Kennlinie berücksichtigt demnach relative Bluttemperaturänderungen.

Liegt der Arbeitspunkt des Herzschrittmachers auf der Basiskennlinie, so ist der gemessenen absoluten Bluttemperatur eine feste Herzfrequenz zugeordnet, z.B. eine Frequenz von 70 Schlägen pro Minute bei einer Bluttemperatur von 37° C oder eine Herzfrequenz von 95 Schlagen pro Minute bei einer Bluttemperatur von 38,5⁰C entsprechend einem Fieberzustand. In beiden Fällen befindet sich der Herzschrittmacherträger in Ruhe. Tritt jetzt eine körperliche Belastung auf, dann steigt die Bluttemperatur signifikant stärker pro Zeitintervall an als normalerweise im Ruhezustand.

Der Herzschrittmacher schaltet in diesem Falle auf die von dem Arbeitspunkt ausgehende Belastungskennlinie, so daß die Stimulationsfrequenz entsprechend dieser Kennlinie gesteuert wird. Nach Ende der körperlichen Belastung fällt die Bluttemperatur und die Stimulationsfrequenz wird auf dieser Belastungskennlinie in Richtung auf die Basiskennlinie abgesenkt. Dies erfolgt solange, bis der Bluttemperaturabfall pro Zeitintervall kleiner als ein unterer Grenzwert ist, der so gewählt ist, daß sich die Bluttemperatur praktisch nicht mehr ändert. Dies wird in der Regel bei einer Bluttemperatur der Fall sein, die wieder der Ruhetemperatur oder einem sehr nahe um diese Ruhetemperatur liegenden Wert entspricht. Der Herzschrittmacher schaltet dann wieder auf die Basiskennlinie um, wobei selbstverständlich diese Umschaltung physiologisch zuträglich erfolgt, d. h. keine Sprünge für die Herzfrequenz aufweist. Als Kriterium für die Umschaltung von der jeweiligen Belastungskennlinie zurück in Richtung auf die Basiskennlinie kann neben dem erwähnten Bluttemperaturabfall auch noch eine physiologisch angepaßte Zeitspanne dienen, die zwischen einigen Minuten und einer Stunde, vorzugsweise bei 30 Minuten liegt, wenn sich die gemessenen Temperaturwerte bzw. deren zeitlichen Änderungen nicht wesentlich ändern. Beide Kriterien verhindern zuverlässig eine für den Herzschrittmacherträger unverträgliche Tachykardie. Wird der Herzschrittmacherträger z.B. über längere Zeit körperlich belastet, so wird der Herzschrittmacher wie oben beschrieben entsprechend einer Belastungskennlinie gesteuert. Im Laufe der an- und absteigenden körperlichen Belastung kann es über längere Zeit zu einem Gleichgewichtszustand kommen, bei der der Arbeitspunkt des Herzschrittmachers auf einer Belastungskennlinie über längere Zeit innerhalb enger Grenzen verbleibt. Ein solcher Gleichgewichtszustand stellt sich z. B. bei einer längeren Wanderung oder einer leichten Bergwanderung ein. Dieser Gleichgewichtszustand wird von der Logik des Herzschrittmachers — gegebenenfalls nach der erwähnten physiologisch zuträglichen Zeitspanne von 30 Minuten — als Umschaltkriterium in Richtung auf die Basiskennlinie gewertet. Innerhalb der Herzschrittmacherlogik wird demzufolge ein Übergangsprogramm für diesen Übergang eingeleitet, so daß z. B. in physiologisch zuträglichem Maße die Herzfrequenz abgesenkt wird. Hierdurch wird auch die Pumpleistung des Herzens verringert. Wenn der Herzschrittmacherträger jedoch weiterhin unter derselben körperlichen Belastung steht, aufgrund der abfallenden Herzfrequenz jedoch nur noch eine geringere Herzpumpleistung aufbringt, reagiert der Körper mit einer relativen Temperatursteigerung, aufgrund der die Logik des Herzschrittmachers diesen automatisch wieder auf eine Belastungskennlinie umschaltet. Diese Umschaltung erfolgt innerhalb kurzer Zeit ohne merkliche Unzuträglichkeit für den Herzschrittmacherträger z. B. in Form von Herzklopfen.
Falls der Herzschrittmacherträger keiner weiteren körperlichen Belastung mehr ausgesetzt ist, dann schaltet die Logik den Herzschrittmacher entsprechend einer Übergangsfunktion von der Belastungskennlinie auf die Basiskennlinie.
Der Verlauf der Basiskennlinie und der Belastungskennlinien ist im Prinzip frei wählbar, solange dieser Verlauf den physiologischen Zuständen des Herzschrittmacherträgers angepaßt ist. Es hat sich herausgestellt, daß diese Kennlinien ohne weiteres als Geraden gewählt werden können, wobei dann die Steigung der Belastungskennlinien zwischen 40 und 120 Schlägen pro Minute und Grad und die Steigung der Belastungskennlinie zwischen 5 und 25 Schlagen pro Minute und Grad gewählt wird. Für die Mehrzahl der Herzschrittmacherträger können diese Steigungen zu 80 bzw. 15 Schlägen pro Minute und Grad fest eingestellt werden. Der Verlauf der einzelnen Kennlinien kann in ihren höheren Bluttemperaturen zugeordneten Bereichen eine abnehmende Steigung aufweisen, was den physiologischen Zuständen besser entspricht. Prinzipiell können alle Belastungskennlinien parallel zueinander verlaufen, wodurch sich die Schaltung der internen Auswertung und Logik des Herzschrittmachers vereinfacht. In einem solchen Fall arbeitet man lediglich mit einer absoluten Basiskennlinie und einer relativen Belastungskennlinie, die je nach dem Arbeitspunkt des Herzschrittmachers parallel zur Abszisse, das ist die Bluttemperaturachse des Kennliniendiagramms, verschoben wird.

Die Logik, die die Funktion des Herzschrittmachers steuert, kann hinsichtlich mehrerer Parameter programmiert werden. So kann z. B. die Herzfrequenz in den Bereichen zwischen 50 und 180 Schlagen pro Minute limitiert werden; ebenso können als Minimal- bzw. Maximalwert der Bluttemperatur z. B. Werte von 36 und 40° C eingegeben werden. Diese einstellbaren Grenzen dienen zur Anpassung des Betriebsbereiches des Herzschrittmachers individuell an den jeweiligen Träger.

Die Bluttemperatur wird bevorzugt getaktet gemessen, wobei die Meßfrequenz vorzugsweise gleichzeitig mit dem Anstieg der Bluttemperatur pro Zeitintervall

veränderbar ist. Auf diese Weise wird eine Änderung der Bluttemperatur bei körperlicher Belastung ohne Verzögerung durch zu lange Meßintervalle schnell erkannt und dem physiologischen Zustand des Herzschrittmacherträgers angepaßt werden.

In Versuchen hat sich gezeigt, daß intermittierende, plötzliche Änderungen der Bluttemperatur auftreten. Diese sind dadurch bedingt, daß der Temperaturfühler zeitweiligen Kontakt mit anderen Substanzen als Blut aufweist, z. B. direkt mit dem Herzmuskel, der die Änderungen der Bluttemperatur nicht in gleich schneller Weise wie Blut nachvollzieht. Dieser intermittierende Kontakt kann z. B. im Rahmen der mechanischen Lageänderung des Temperaturfühlers durch Atmung oder Herzkontraktion bedingt werden. Durch eine Glättung der Bluttemperaturmeßwerte über eine Mittelwert-, Maximalwert- oder Minimalwertbildung können diese intermittierenden Schwankungen relativiert werden.

Um die Änderung der Bluttemperatur unter körperlicher Belastung mit Muskelarbeit mit Armen oder Beinen in gleicher Weise zu erfassen, ist es notwendig, daß sich der Temperaturfühler im Bereich der Vorhofkammergrenze des Herzens befindet, wo eine gute Vermischung des venösen Blutes stattfindet. Durch die Plazie-

rung des Temperaturfühlers 4 bis 8 cm hinter der Elektrodenspitze ist eine solche Elektrode gleichermaßen zur Implantation in der Kammer als auch im Herzohr geeignet: Durch die Schlaufenbildung der Elektrodensonde bei Implantation im Herzohr gelangt der Temperaturfühler ebenfalls in die Vorhofkammergrenze.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellt dar

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Herzschrittmachers gemäß der Erfindung;

Fig.2 eine Schemadarstellung einer Elektrode mit unipolarer Stimulationselektrode und integriertem Temperaturfühler, wobei die Elektrode mit einem implantierten Schrittmachergehäuse zur Energieversorgung und Auswertung verbindbar ist;

Fig. 3 ein Kennliniendiagramm für einen Herzschrittmacher gemäß der Erfindung mit einem eingezeichneten Betriebszyklus zur Darstellung der Arbeitsweise des Herzschrittmachers;

Fig.4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Herzschrittmachers gemäß der Erfindung.

Ein Herzschrittmacher 1 weist eine Elektrode 2 auf, die an ihrer Spitze eine Stimulationselektrode 3 aufweist. In einem Abstand von ca. 4 bis 8 cm hinter der vorderen Spitze der Elektrode ist ein Thermistor als Temperaturfühler 4 vorgesehen. Die Elektrode wird in den Vorhof oder die Herzkammer eines Herzens 5 implantiert. Die Herzsonde ist mit einem implantierten Schrittmachergehäuse 6 verbunden, in dem eine Batterie 7, ein Impulsgenerator 8 zur Erzeugung der Stimulationsimpulse für die Elektrode 3, eine Auswerteschaltung 9, ein Speicher 10 und eine Logik 11 enthalten sind.

Die Elektrode 2 ist entsprechend F i g. 2 als unipolare Elektrode ausgebildet, wobei die Stimulationselektrode 3 an ihrer Spitze mehrere Spreizelemente 12 aufweist, die zur Stabilisation der Elektrode dienen, so daß diese auch im Herzohr verankert werden kann. Der Anschluß der Stimulationselektrode erfolgt über eine eingängige leitende Wendel 13, die auch mit einem Anschluß des Thermistors 4 verbunden sein kann. Der andere Anschluß des Thermistors ist mit einer zweiten Wendel 14 verbunden. Die beiden Wendeln 13 und 14 sind gegeneinander elektrisch isoliert; die Elektrode 2 selbst ist mit einer Isolation 15 umgeben. Die Elektrode ist klein und flexibel genug, um in üblicher Weise implantiert werden zu können. Die beiden Wendeln 13 und 14 sind auf Seiten des Gehäuses 6 mit einem mehrpoligen Stecker 16, in diesem Falle einem Koaxialstecker verbunden, der in einen korrespondierenden Adapter 17 auf Seiten des Gehäuses 6 eingeführt werden kann. Der Koaxialstekker 16 ist hierbei so ausgebildet, daß die Elektrode auch mit solchen herkömmlichen Herzschrittmachern yerbunden werden kann, die keine Möglichkeit zur Messung und Verarbeitung der Temperatur aufweisen. Im Koaxialstecker 16 ist noch eine Referenzschaltung in Halbbrückenausführung vorgesehen, die zur Eichung des Thermistors 4 auf Absoluttemperatur dient und ebenfalls über einen Pol des Mehrfachsteckers 16 mit Adapter 17 und Auswerteschaltung 9 verbunden ist. Auf diese Weise werden verschiedene Elektroden und Schrittmacher untereinander frei austauschbar. Anstelle einer unipolaren Stimulationselektrode kann selbstverständlich auch eine bipolare Stimulationselektrode verwendet werden, bei der Kathode und Anode in der Nähe der Spitze der Elektrode 2 angeordnet sind. Auch der elektrische Anschluß des Temperaturfühlers 4 ist beispielhaft und könnte z. B. auch über zwei gegeneinander isolierte separate Anschlußdrähte erfolgen.

Der Temperaturfühler 4 weist eine ausreichende Langzeitstabilität bei gleichzeitig hoher Auflösung von etwa 1/100-stel Grad auf. Der Strombedarf für den Temperaturfühler ist gegenüber dem Strombedarf für die sonstigen Elemente des Schrittmachersystems sehr gering und hat somit praktisch keinen ins Gewicht fallenden Einfluß auf die Lebensdauer insbesondere der Batterie.

Der Temperaturfühler mißt — gesteuert von der Logik 11 — die Bluttemperatur im Abstand von etwa ein bis zehn, bevorzugt fünf Sekunden. Die Temperaturwerte werden der Auswerteschaltung 9 zugeführt und in einen Speicher 10 eingeschrieben. Aus diesen gespeicherten Werten und den jeweiligen Meßwerten berechnet die Auswerteschaltung 9 den Anstieg der Bluttemperatur pro Zeiteinheit. Auswerteschaltung und Speicher sind über bidirektionale Datenleitungen mit der Logik 11 verbunden. Diese Logik 11 legt fest, wie der Impulsgenerator 8 gesteuert wird.

Die Steuerung des Impulsgenerators 8 durch die Logik 11 erfolgt anhand des in F i g. 3 dargestellten Kennliniendiagrammes. Eine gerade Basiskennlinie K 2 stellt eine absolute Beziehung zwischen Bluttemperatur und Herzfrequenz im Bereich von 36° C bis 40° C her, wobei die Herzschlagfrequenzen zwischen ca. 50 und 120 Schlägen pro Minute variieren. Dieser Basiskennlinie ist eine Kennlinienschar aus ebenfalls linearen Belastungskennlinien Ki überlagert, die jeweils von einem Arbeitspunkt auf der Basiskennlinie K 2 ausgehen und in diesem Falle eine Steigung von 80 Schlägen pro Minute und Grad aufweisen. Sämtliche Belastungskennlinien sind zueinander parallel. In F i g. 3 sind drei Belastungskennlinien K 1-37, K 1-38, und K 1-39 eingezeichnet, die jeweils Bluttemperaturwerten von 37° C, 38° C bzw. 39⁰C zugeordnet sind. Basiskennlinie K 2 und die Belastungskennlinien K1 können im Bereich höherer Temperaturen leicht gekrümmt sein, wie dieses durch K 2', K Γ angedeutet ist, so daß die Kennlinien in diesen Bereichen eine geringe Steigung aufweisen. Im Bereich zwischen 37° C und 36° C kann die Basiskennlinie K 2 leicht abgeflacht sein, was durch K1" angedeutet ist. Minimal- und Maximalwerte für die Herzfrequenz und die Bluttemperatur sind frei programmierbar und in diesem Falle mit f_min bei 60 Schlägen pro Minute, f_max bei 150 Schlägen pro Minute, T_mi„ bei 36° C und T_max bei 40° C eingetragen. Diese Werte bestimmen den Betriebsbereich des Herzschrittmachers.

In Fig.3 ist ein Betriebszyklus des Herzschrittmachers durch auf den Kennlinien aufgezeichnete Punkte 1 bis 7 dargestellt. Befindet sich der Herzschrittmacherträger in Ruhe, so wird die Herzfrequenz entsprechend der Kennlinie K 2 gesteuert. Beim Aufwachen am Morgen ist die Bluttemperatur 36,5⁰C bei einer Herzfrequenz von 60 Schlägen pro Minute (Punkt 1). Die Bluttemperatur erhöht sich anschließend entsprechend des üblichen tagesrhythmischen Wechsels auf 37⁰C bei einer Herzfrequenz von 70 Schlägen pro Minute (Punkt 2). Bleibt der Herzschrittmacherträger weiterhin in Ruhe, d. h. er unterwirft sich keinen merklichen körperlichen Belastungen, so steigt die Bluttemperatur pro Zeitintervall nur geringfügig, so daß die interne Logik 11 die Stimulationsfrequenz entsprechend der Basiskennlinie K 2 steuert. Die Herzfrequenz bleibt während dieser Steuerung durchaus nicht konstant und kann auch höhere Werte als die Grundfrequenz bei 37° C annehmen,

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was durch den Punkt 20 angedeutet ist Der Anstieg der Eine solche Steuerung ist physiologisch sinnvoll, da sich Bluttemperatur pro Zeiteinheit ist hierbei jedoch nur entsprechend der Leistungsfähigkeit des Organismus sehr gering, solange der Herzschrittmacherträger nicht des Herzschrittmacherträgers die Herzfrequenz im neukörperlich belastet wird. Wird der Herzschrittmacher- en optimalen Temperatur-Niveau wieder einregelt, träger jedoch körperlich belastet, steigt z. B. Treppen 5 Läßt die körperliche Belastung im weiteren Verlauf hinauf, so steigt die Bluttemperatur innerhalb eines be- nach, so wird der Herzschrittmacher wie oben beschriestimmten Zeitintervalls wesentlich schneller an. Erreicht ben, längs einer Belastungskennlinie auf die Basiskennlider Anstieg der Bluttemperatur pro Zeiteinheit eine ge- nie zurückgeführt.

wisse Grenze, z. B. 0,04 Grad pro Minute, dann schaltet Die Umschaltung von der Basiskennlinie auf eine Be-

der Herzschrittmacher auf eine Belastungskennlinie K1 io lastungskennlinie, zwischen den Belastungskennlinien um. Betrug die Bluttemperatur zu diesem Zeitpunkt und von einer Belastungskennlinie auf die Basiskennli-37° C, so erfolgt eine Umschaltung auf die Belastungs- nie geschieht selbstverständlich nicht abrupt, sondern kennlinie K 1-37. Es sei angenommen, daß die Bluttem- gesteuert durch eine Übergangsfunktion entsprechend peratur auf etwas über 37,6° C ansteigt (Punkt 3), wo- eines internen Regelprozesses im Verlauf von wählbadurch die Herzfrequenz auf 120 Schläge pro Minute 15 ren Zeitintervallen. In Fig.5 ist die Betriebsweise des angehoben wird. Nach Ende der körperlichen Belastung Herzschrittmachers in einem Ablaufdiagramm erläufällt entsprechend des individuellen Leistungsvermö- tert.

gens des Herzschrittmacherträgers die Bluttemperatur Die Messung, Speicherung und elektronische Ausmehr oder minder schnell ab, wobei die Stimulationsfre- Wertung der Bluttemperatur in dem beschriebenen Sinquenz entsprechend dieser Kennlinie K 1-37 herunter- 20 ne kann zum einen dazu dienen, einen frequenzadaptigesteuert wird, bis etwa der Punkt 4 bei einer Bluttem- ven Herzschrittmacher in Abhängigkeit der Bluttempeperatur von etwas über 37,1⁰C bei 80 Herzschlägen pro ratur zu steuern. Die Bluttemperatur und die daraus Minute erreicht wird. An diesem Punkt 4 ändert sich die ausgewerteten Resultate können darüber hinaus auf-Bluttemperatur nurmehr geringfügig mit der Zeit und grund ihrer direkten Korrelation zu hämodynamischen bleibt über längere Zeit entsprechend der Erholungsfä- 25 Parametern auch in günstiger Weise dazu geeignet sein, higkeit des Herzschrittmacherträgers annähernd kon- die Effektivität eines Herzschrittmachers zu kontrolliestant. Dieser Arbeitspunkt 4 auf der Kennlinie K1 liegt ren, der als Steuerparameter nicht die zentralvenöse bei ansonsten gesunden Menschen regelmäßig in der Bluttemperatur benutzt, sondern einen der oben erNähe der Normaltemperatur von in diesem Falle 37° C. wähnten physiologischen Parameter wie zentral venöse Die Logik 11 schaltet dann den Herzschrittmacher lang- 30 SauerstoffSättigung, Atmungsfrequenz u. dgl.

sam auf die Basiskennlinie K 2 um, so daß der Arbeits-

punkt 5 auf dieser Kennlinie mit einer Frequenz von ca. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

72 Schlägen pro Minute erreicht wird. Anschließend

wird die Stimulationsfrequenz weiter nach der Basiskennlinie K 2 eingestellt, solange der Herzschrittmacherträger keinen körperlichen Belastungen ausgesetzt ist.

Außerhalb dieses normalen Betriebszyklus kann es jedoch eintreten, daß sich die Bluttemperatur trotz körperlicher Belastung nicht wesentlich ändert, wenn sich nämlich ein physiologischer Gleichgewichtszustand unter körperlicher Belastung einstellt. Es sei angenommen, daß dies im Arbeitspunkt 6 auf der Kennlinie .K1-37 erfolgt, d. h. daß sich die Bluttemperatur nach einer anfänglichen Erhöhung auf etwa 37,6° C im Arbeitspunkt 3 auf 37,4° C bei einer Herzfrequenz von 100 Schlägen pro Minute absenkt und sich dort stabilisiert. Dieser Zustand ist für die Logik an sich ein Umschaltkriterium auf die Basiskennlinie K 2. Nach einer internen festgelegten physiologisch verträglichen Zeitspanne von z. B. 30 Minuten wird daher über die Logik die Herzfrequenz langsam abgesenkt, bis ein Arbeitspunkt 7 bei etwa 95 Schlägen pro Minute und der gleichen Temperatur erreicht wird. Ist der Herzschrittmacherträger tatsächlich noch der gleichen körperlichen Belastung wie zuvor ausgesetzt und verringert die Herzfrequenzerniedrigung die Pumpleistung des Herzens, so wird der Körper dieses ausgleichen und reagiert mit einer entsprechenden Temperaturerhöhung. Diese Temperaturerhöhung wird von dem Temperaturfühler praktisch unverzögert festgestellt und führt dazu, daß die Rückführung auf die Basiskennlinie K 2 unterbrochen wird. Der Herzschrittmacher wird entweder direkt auf den Arbeitspunkt 6 zurückgeführt oder nach einer neuen Kennlinie entsprechend dem Temperaturwert in den Arbeitspunkt 7 gesteuert. In diesem Falle ist es die strichpunktiert eingezeichnete Kennlinie K 1-37,05, die von einem Arbeitspunkt auf der Basiskennlinie K 2 bei 37,05° C ausgeht.

Claims

Patentansprüche:

1. Herzschrittmacher mit einer Steuervorrichtung zum automatischen Anpassen der Stimulationsfolgefrequenz an die Belastung des Patienten mit einem Temperaturfühler zum Erfassen der Temperatur des venösen Blutes im Herzen, der an einer transvenösen Zuleitung für eine Stimulationselektrode in der Nähe der Stimulationselektrode angeordnet ist dergestalt, daß er mit der Stimulationselektrode in den Vorhof oder Ventrikel des Herzens einführbar ist, und mit einer an den Temperaturfühler angeschlossenen Logikschaltung, die die Stimulationsfolgefrequenz nach Maßgabe einer gespeicherten Kennlinie in Abhängigkeit von der durch den Temperaturfühler erfaßten Bluttemperatur steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (11) fortlaufend aus den durch den Temperaturfühler (4) erfaßten Bluttemperaturen die aktuelle zeitliche Anderung der Bluttemperatur ermittelt und daß die Logikschaltung (11) die Stimulationsfolgefrequenz im Falle, daß die zeitliche Änderung der Bluttemperatur einen bestimmten Minimalwert nicht überschreitet, nach Maßgabe einer Basiskennlinie (K 2), die dem körperlichen Ruhezustand entspricht, im Falle, daß die zeitliche Änderung der Bluttemperatur diesen Minimalwert überschreitet, hingegen nach Maßgabe von Belastungskennlinien (K 1), die körperlichen Belastungszuständen entsprechen, steuert, wobei jede Belastungskennlinie (K 1) jeweils bei einem anderen Arbeitspunkt auf der Basiskennlinie (K 2) beginnt und ansonsten bei ein und derselben Bluttemperatur jeweils eine höhere Stimulationsfolgefrequenz aufweist als die Basiskennlinie (K 2) und alle Belastungskennlinien (Ki) durchgehend eine größere Steigung aufweisen als die Basiskennlinie (K2).

2. Herzschrittmacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiskennlinie (K 2) und die Belastungskennlinien (K 1) Geraden sind, wobei die Steigung der Belastungskennlinien (Ki) erheblich größer ist als diejenige der Basiskennlinie (K 2).

3. Herzschrittmacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Belastungskennlinien (Ki) im Bereich zwischen 40 und 120 Stimulationen pro Minute und Grad und die Steigung der Basiskennlinie (K 2) im Bereich zwischen 5 und 25 Stimulationen pro Minute und Grad liegen.

4. Herzschrittmacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Belastungskennlinien (K 1) 80 Stimulationen pro Minute und Grad und die Steigung der Basiskennlinie (K 2) 15 Stimulationen pro Minute und Grad beträgt.

5. Herzschrittmacher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Belastungskennlinien (K i) und der Basiskennlinie (K 2) im Bereich der höheren Bluttemperaturen abnimmt.

6. Herzschrittmacher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Belastungskennlinien (K 1) parallel zueinander verlaufen.

7. Herzschrittmacher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (11) von der Basiskennlinie (K 2) zu der von dem jeweiligen Arbeitspunkt der Basiskennlinie (K 2) ausgehenden Belastungskennlinie (Ki) wechselt oder auf der Belastungskennlinie (Ki) bleibt, wenn die zeitliche Änderung der Bluttemperatur einen oberen Grenzwert überschreitet, und daß die Logikschaltung (11) von der Belastungskennlinie (K i) auf die Basiskennlinie (K 2) wechselt, wenn die zeitliche Änderung der Bluttemperatur einen unteren Grenzwert für eine vorgegebene Zeitspanne unterschreitet.

8. Herzschrittmacher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Grenzwert bei 0,04 Grad pro Minute liegt.

9. Herzschrittmacher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Herzschrittmacher (1) eine Auswerteschaltung (9) enthält, die in vorgegebenen Zeitabschnitten die zeitliche Änderung der Bluttemperatur ermittelt, wobei die ermittelten Werte wie auch die Werte der Bluttemperatur in einem Speicher (10) gespeichert werden.

10. Herzschrittmacher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen den Kennlinien (Ki, K 2) ohne Sprünge in der Stimulationsfolgefrequenz erfolgt.

11. Herzschrittmacher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Bluttemperaturfühler (4) erfaßte Bluttemperatur periodisch mit einer vorgegebenen Folgefrequenz abgetastet wird.

12. Herzschrittmacher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz, mit der die erfaßte Bluttemperatur abgetastet wird, gleichsinnig mit dem zeitlichen Anstieg der Bluttemperatur verändert wird.

13. Herzschrittmacher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (4) in einem Abstand von 4 bis 8 cm von der Stimulationselektrode (3) in der Zuleitung (2) angeordnet ist.

14. Herzschrittmacher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (4) mit einer Kalibrierschaltung zur Kalibrierung auf Absoluttemperatur verbunden ist.