Herzkatheter- und Schrittmachertechnik 12.11.1997
 

Grundlagen

 
Physikalisch/Technisch/Medizinisch

1. Herzschrittmacher

Der künstliche Herzschrittmacher ist ein elektronischer Pulsgeneratoren, dessen Impulse bei der Elektrotherapie des Herzens zur Elektrostimulation des Myokards verwendet wird.
 

Aufgaben eines Herzschrittmachers

Herzschrittmacher werden eingesetzt, um eingeschränkte Herzfunktionen durch äußere Stimulation zu regulieren und damit die Leistungsfähigkeit des Patienten zu normalisieren bzw. wiederherzustellen. Die primäre Aufgabe eines Schrittmachers ist es, durch Erregung des Sinusknoten eine Kontraktion des Herzmuskels auszulösen. Die normale Arbeitsweise des Herzens kann durch verschiedenartige funktionelle Störungen eingeschränkt sein. Dementsprechend gibt es verschiedene Arten der Anwendung: 1. externe Herzschrittmacher mit Übertragung der Impulse durch äußerliche Elektroden für den kurzzeitigen, vorübergehenden Einsatz. 2. Interne implantierte Schrittmacher mit Pulsübertragung durch innerlich verlegte Elektroden für dauerhaften Einsatz. In Bezug auf die Impulssteuerung unterscheidet man folgende Arten:

Bei den kammergesteuerten Schrittmachern erfolgt die Impulssteuerung durch ein internes Kammer-EKG, welches über die interkardiale Reizelektrode während der Reizpause in den Schrittmacher zurückgeführt wird. Beim QRS-synchronisierten Schrittmacher wartet die elektronische Schaltung das Erscheinen eines natürlichen Kammerimpulses ab, dem sie sofort "synchronisiert" mit dem eigenen Impuls folgt. Die QRS-inhibitierte Variante gibt keinen Impuls ab, wenn ein natürlicher Impuls erscheint, und gibt einen Impuls ab, wenn kein natürlicher kommt, aber die "Wartezeit" abgelaufen ist (stand-by-technic) und der künstliche Reizimpuls verlangt wird (demand-Schrittmacher).

Der vorhofgesteuerte Herzschrittmacher steuert die Impulsfolge mit einer eigens und zusätzlich im Vorhof deponierten sogenannten Detektorelektrode.

Des weiteren finden DDD-Schrittmacher (Zwei-Kanal-Schrittmacher) Verwendung, bei denen nach Bedarf im Vorhof und in der Kammer detektiert und/oder stimuliert werden kann.

Schließlich werden Rate-Sponse-Schrittmacher verwendet, die ihre Impulse nach Parametern richten, welche in der Regel herzunabhängig sind (z.B. Muskelbewegung, Lungenfunktionsparameter, O2 - Sättigung).

 

Medizinische Indikationen, die zum Einsatz von Schrittmachern führen

Herzschrittmacher greifen bei Fehlern in der Erregungsbildung, -leitung und -ausbreitung am Herzen ein. "Herzschrittmacher" bedeutet : elektrische Stimulation des Herzens. Schrittmacher sind elektronische Impulsgeneratoren, deren Impulse bei der Elektrotherapie des Herzens zur Elektrostimulation des Myokards (muskuläre Wand des Herzens) verwendet werden, vor allem bei Adams-Stokes-Syndrom, höhergradigen AV- und SA-Blöcken (insbesondere totalem AV-Block) und Herzinsuffizienz mit konstant niedriger Herzfrequenz (z.B. Karotissinus-Syndrom).

Adams-Stokes-Syndrom :

Zerebrale Hypoxämie aufgrund akuter Herzrhythmusstörungen, verbunden mit Kammerflattern oder -flimmern. Ursache: arteriosklerotische oder entzündliche Schädigung des Erregungsleitungssystems, Medikamente, Herzinfarkt.

Karotissinus-Syndrom :

Hyperaktiver Reflex, spontan auftretende oder durch Druck auf den Kartossinus ausgelöste Bradykardie (langsame Schlagfolge des Herzens), evtl. Herzstillstand und Hypotonie. Ursache: Schädigung der Pressorezeptoren der A. carotis durch Arteriosklerose, Druck auf den Karotissinus bei Neigung des Kopfes nach hinten bzw. Kopfdrehung oder durch Tumore im Halsbereich.

 

Weitere Herzrhythmusstörungen:

Störungen der Reizbildung

Heterotope (fehlortige) Störungen

Störungen der Erregungsleitung

Interferenzdissoziation

 

Unterschiede zwischen synchroner und asynchroner Betriebsart

In der asynchronen Betriebsart fungiert der Schrittmacher lediglich als Taktgeber, der unabhängig von äußeren Einflüssen mit einer eingestellten Taktfrequenz das Herz stimuliert.

In der synchronen Betriebsart wird der Einsatz des Schrittmacher von der Aktivität des Herzens beeinflußt. Hierzu mißt der Schrittmacher über eine Sonde die vom Sinusknoten ausgehenden Impulse und entscheidet aufgrund des eingestellten Programms, ob eine zusätzliche Stimulation nötig ist oder nicht. Für eine Entscheidung hierbei spielt sowohl die Frequenz als auch die Amplitude des Herzsignals eine Rolle. Wird zum Beispiel ein bestimmter Schwellwert unterschritten, so sendet der Schrittmacher "sofort" einen Impuls nach.

Zur eindeutigen Charakterisierung der Stimulationsart wird der fünfstellige Nomenklatur-Code verwendet, der auf die ICHD zurückgeht. Darin verschlüsselt sind folgende Parameter: Stimulationsort, Detektionsort, Betriebsart sowie Zusatzinformationen über die Programmierbarkeit sowie spezielle antitachyarrhythmische Funktionen.

 

Gefährdende Störungseinflüsse

Träger eines Herzschrittmachers sind durch starke magnetische Felder gefährdet. Sie können die Programmierung des Gerätes beeinflussen und damit Lebensgefahr auslösen. So sind zum Beispiel Flughafenkontrollen durch Metalldetektoren oder Passagierschleusen tabu. In der Nähe von Starkstromanlagen und Rundfunksendern muß mit einer Beeinflussung der Schrittmacherfunktion gerechnet werden. Auch defekte Mikrowellenherde können Wirkungen hervorrufen.

Ein medizinische Anwendungen, die an Trägern von Herzschrittmachern auf keinen Fall durchgeführt werden darf, ist zum Beispiel die Magnetresonanz- oder Kernspientomographie..

Trotz weit entwickelter Technik können in manchen Fällen auch andere Komplikationen und Störungen auftreten: Die Sonde im Herzen kann sich lösen, so daß der Kontakt verloren geht.

Ein technischer Fehler kann auftreten.

Die Sonde kann sich durch den Herzmuskel bohren oder eine Lungenembolie verursachen.

Die Implantationsstelle kann sich infizieren.

Aus diesen Gründen ist eine regelmäßige ärztliche Kontrolle nötig.

 

2. Defibrillatoren

Defibrillatoren dienen zur Behebung lebensbedrohender Zustände und sind in der Notfallmedizin einzuordnen. Ihre Aufgabe besteht in der schlagartigen Depolarisation aller Herzzellen, wodurch aufgrund der nachfolgenden Repolarisation die normale Herzfrequenz hergestellt werden kann. Die Depolarisation erfolgt durch einen Stromstoß auf die Herzbasis oder die Herzspitze.

Defibrillatoren werden eingesetzt:

Es wird unterschieden zwischen externen und implantierbaren Defibrillatoren.

Implantierbare Defibrillatoren (ICD – implanted cardio-defibrillator) dienen zur Behandlung tachycarder Rhythmusstörungen. Hierbei werden die Elektroden auf dem Herzen oder im Ventrikel positioniert. In der Regel werden bipolare Elektroden verwendet.

 

Anforderungen an Defibrillatoren:

Extern:

ICD:

 

3. Herzkatheterisierung

Die Herzkatheterisierung ist eine Methode zur Untersuchung des Herz-Kreislauf-Systems mit Hilfe von vorgeformten, röntgenkontrastgebenden, dreh- und formstabilen Kathetern kleinen Durchmessers, die durch Punktion oder chirurgische Eröffnung eines arteriellen oder venösen Gefäßes (z.B. Femoralis- oder Kubitalregion) eingeführt werden, wodurch eine Sondierung aller zentralen Herz- und Gefäßabschnitte möglich wird.

Verwendet werden ein- und mehrlumige, flüssigkeitsgefüllte, mit einer antithrombogenen Spezialkunststoffschicht versehenen Katheter, die über einen externen Druckwandler mit einem Registriergerät verbunden sind, und geschlossene Kathetersysteme, bei denen die Katheterspitze einen Mikrodruckwandler besitzt, wodurch störungsfreie Druckkurven gewonnen werden können.

Außerdem werden eine Reihe von Spezialkathetern zur Messung verschiedener Herz-Kreislauf-Parameter verwendet, z.B. Kathetersysteme zur Messung des Herzminutenvolumens mit der Kälteverdünnungsmethode.

 


Abbildung 1 Katheterisierung

  1. Führung des venösen Herzkatheters
  2. Führung des retrograd-arteriellen Herzkatheters
  3. Führung der Herzkatheter bei transseptaler Untersuchung (simultane Druckmessung bei Mitralklappenfehler)

 

Methoden und Indikation in der kardiologischen Diagnostik

Es erfolgt eine Sondierung der Herzhöhlen und herznahen Gefäßabschnitte unter Röntgenkontrolle, Registrierung von Druckkurvenverläufen in Ruhe und unter verschiedenen Belastungsbedingungen (körperliche Arbeit, pharmak. Interventionen, Vorhofstimulation usw.) zur Beurteilung der Herzfunktionen.

Mit Hilfe verschiedener mathematischer Modelle können Ventrikelvolumina, Schlagvolumen und Herzminutenvolumen, die Auswurffraktion und die zirkumferentielle Faserverkürzungsgeschwindigkeit errechnet werden, außerdem ist eine Beurteilung der linksventrikulären Wandbewegung zur Beschreibung von segmentalen Myokarddefekten, z.B. nach Herzinfarkt, möglich.

Injektion von Farbstoff oder kalten Lösungen in den rechten Vorhof unter gleichzeitiger Messung des Konzentrationsabfalls von Farbstoff oder des Temperaturanstieges in der A. pulmonalis nach Blut-Indikator-Vermischung im rechten Ventrikel, dabei werden Spezialkatheter verwendet.

 

 

Arbeitsablauf/Versuchsbeschreibung
 

Herz

Elektrik

Mechanik

Steuerung 

  • der Pumpfunktion
  • Reizbildung
  • Reizleitung

Pumpe 

  • Pumpt Blut durch den Körper
  • Pumpleistung
  • Herzkranzgefäße

Diagnostik 

  • EKG
  • Ergometrie
  • RHK
  • EPU

Diagnostik 

  • EKG
  • Ergometrie
  • LHK
  • Koronarangiographie

Therapie 

  • Medikamente (Beta-Blocker)
  • Ablation
  • HSM
  • Defi

Therapie 

  • Medikamente
  • Bypass-Operation
  • PTCA (Ballonkatheter)
  • Rotationsangioplastie (Fräsen)
  • Koronarendoprothese (Stent)
Tabelle 1

 

1. Schrittmachertechnik

Es wurde an der Programmierung eines Schrittmachers an einer Patientin teilgenommen.

Die Programmierung erfolgt induktiv.

Eine wichtige Fragestellung bei der Programmierung ist: "Mit welcher minimalen Energie stimuliert der Schrittmacher effektiv?"

Als erstes erfolgte die Kontrolle der R-Welle im EKG. Hierauf wurde die Reizschwelle des Schrittmachers auf 3 mV Amplitude und die Frequenz auf 100 bpm eingestellt, um die Schrittmacherantwort zu kontrollieren.

Nun wurden die verschiedenen Kombinationen von Reizschwellenamplitude und Reizdauer getestet und jeweils die Schrittmacherantwort ausgewertet. Die endgültige Einstellung betrug 5,0 mV als Reizschwelle und 0,3 ms Reizdauer. Diese Amplitude ist relativ hoch, aber aus physiologischen Gegebenheiten nicht zu verringern. Es wird eine möglichst geringe Reizschwelle angestrebt, um die Lebensdauer der Schrittmacherbatterie zu erhöhen. Dazu wird die niedrigste Reizschwelle ermittelt und mit einem Sicherheitsfaktor versehen, welches dann zu dem einzustellendem Wert führt. Die Minimalfrequenz wurde auf 50 bpm eingestellt. Die Einstellung einer Hysterese ist an diesem Modell nicht möglich gewesen.

Bemerkung

Die Elektrode kann nach der Befestigung im Herzmuskel nicht wieder entfernt werden. Bei Schrittmacherwechsel wird, sofern möglich, die Elektrode erneut genutzt. Ist das Einführen einer neuen Elektrode erforderlich, so verbleibt die alte Elektrode im Körper. Das lose Ende wird im Gewebe vernäht, um ein Verrutschen zu verhindern.

 

2. Herzkathetermeßplatz

Es wurde am Herzkathetermeßplatz die Katheterisierung einer Patientin verfolgt. Dabei erfolgte die Untersuchung des Blutdurchflusses und der Herzpumpleistung sowie die Auswertung der Videoaufzeichnungen nach dem Eingriff durch den behandelnden Arzt.

Im gegenüberliegendem Raum befand sich der Rechtsherz-Meßplatz. Hier erfolgt die Verfolgung der Reizbildung und Reizleitung. Dazu werden die in das Herz eingeführten Schrittmacherelektroden aus dem Körper heraus zu externen Meßgeräten geführt und Herzimpulse simuliert.

Das Ziel dieses Meßplatzes ist die Erkennung und Behebung von Reizleitungsstörungen.

Defibrillatoren

In den oben beschriebenen Einrichtungen ist das Vorhandensein von Defibrillatoren erforderlich. Oft sind diese in die Gerätesysteme integriert.

Defibrillatoren sind Notfallgeräte, das heiß sie müssen eine einfache Bedienung und einen schnellen Einsatz ermöglichen. Die Geräte arbeiten in unterschiedlichen Energiebereichen (Nieder- und Hochenergiebereiche).

Bei den vorgeführten Geräten war das Anschließen eines EKG zur Triggerung möglich. Das EKG kann entweder über die Defi-Elektroden direkt oder über externe Elektroden abgeleitet werden. Dadurch ist eine synchronisierte Defibrillation möglich (QRS-getriggerter Schock: 40 ms nach der QRS-Welle wird der Schock ausgelöst). Eine Überwachung der Herzfrequenz ist ebenfalls möglich.