DE2418631B2 - Herzstimulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen von außen anwendbaren Herzstimulator.

Aus der DT-PS 8 56 788 ist ein Saug-Druck-Wechselmassageapparat bekannt, der zur Behandlung alternder und welker Haut dient und aus einer Druckpumpe mit Zylinder und Kolben besteht. Die Massage soll dabei vorzugsweise im Tempo des Herzpulses erfolgen. Aus der DT-OS 14 91 611 ist ein tragbares Herzmassagegerät bekannt, bei dem ein Stempel den Brustkorb eines Patienten rhytmisch zusammenpreßt. Herzmassagegeräte dienen dazu, die Pumpbewegung des Herzens mechanisch aufrechtzuerhalten; eine Anregung des Herzmuskels zur Kontraktion erfolgt dabei rieht.

Die Stimulation des gesunden Herzens geht vom Sinusknoten in der Vorkammer in Form elektrischer Signale aus. Diese breiten sich mit einer Geschwindigkeit von einigen m/s über die Herzkammenvände aus und veranlassen die Kontraktion des Herzmuskelgewebes.

Jede Erregungsbildung (und Erregungsfortleitung) im Herzen beruht darauf, daß das Ruhepotentiai! einer Zelle 6s auf ein sogenanntes Schwellenpotential reduziert wird. Die weitere Depolarisation der Zelle, die letztlich dann die Kontraktion erzeugt sowie die Ausbreitung der Erregungswelle auf andere Zellen läuft von da an selbständig weiter. Die Aufrechterhaltung der normalen ZeHmembrandepolarisation ist ein aktiver Vorgang, der ständig Energie verbraucht Dieser Prozeß kann durch diverse Einflüsse gestört werden (beispielsweise durch Verletzung der Zellmembran), so daß ebenfalls ein Potentialverlust der Zellmembran zustande kommt

Im Fall einer Störung der natürlichen Herzstimulation kann die Herztätigkeit durch bekannte künstliche Schrittmacher über sehr lange Zeit aufrechterhalten werden. Dabei ist es nicht notwendig, die Schriltmacherelektroden in der Nähe des natürlichen Stimulationszentrums im Vorhof anzubringen. Es genügt vielmehr, die Spannungsimpuls an einer beliebigen Stelle der Kammer in dais Myokard des Herzens einzuleiten. Die Energie eines Spannungsimpulses Hegt im Bereich von 10⁵Ws. Aus der kardiologischen Praxis ist weiter bekannt daß bereits eine leichte Berührung der Herzkammerwände durch nichtleitende Herzkatheder ode; aliein schon der Staudruck einer in die Herzkammer eingespritzten Kontrastflüssigkeit genügt, um eine Kontraktion des Herzens herbeizuführen.

Eine von der Außenseite des Körpers eingeleitete, nich. au? eine bestimmte Stelle des Herzens gerichtete elektrische Stimulation erfordert hohe Energie und ist bei weitem nicht so wirkungsvoll und unschädlich wie die direkte Herzstimulation mittels transvenös eingeführter oder auf das Herz aufgenähter (myokardialer) Elektroden.

In akuten Fällen steht die zur Einleitung einer transvenösen myokardialen blektrostirrulation erforderliche Zeit häufig nicht zur Verfügung. Hinzu kommt, daß diese Verfahren relativ aufwendig sind und nur von speziell ausgebildeten Ärzten durchgeführt werden können.

In seltenen Fällen ist es auch gelungen, durch einen Schlag auf den Brustkorb des Patienten die zum Stillstand gelangte oder abgeschwächte Herztätigkeit wieder anzuregen. Hierbei sind jedoch nur Gelegenheitserfolge zu verzeichnen.

Versuche einer elektrischen Reizung des Herzens mittels auf die Brust über dem Herzen aufgelegter Elektroden haben nur sehr unbefriedigende Erfolge gebracht, weshalb derartige Maßnahmen heute kaum mehr Anwendung finden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Herzstimulation von außen auf unblutigem Wege durch den Brustkorb hindurch zu schaffen, das insbesondere in der Notfall-Medizin verwendbar ist Angeregt werden soll die elektrisch und mechanisch stillstehende oder zu langsam schlagende Herzkammer (sogenannte Asystolie).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein im Längsschnitt eilipsenförmiges Koppelgerät auf die Oberfläche des Körpers eines Patienten im Herzbereich luftspaltlos aufsetzbar ist und daß in einem Brennpunkt des Koppelgeräts ein punktförmiger Druckwellengenerator vorhanden ist

Vom Druckwellengenerator ausgehende Druckwellen üben mechanische Reize auf die Kammerwand des Herzens aus, die zu einer Herzstimulation führen. Mittels des Druckwellengenerators können Impulse ohne Gefahr für Patienten und Personal periodisch erzeugt werden, bis entweder die Herztätigkeit spontan aufrechterhalten wird oder die Maßnahmen zur Stimulation mit einem künstlichen Schrittmacher ergriffen werden können.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfin-

dung ist das Koppelgerät im Querschnitt kreisringförmig gestaltet und bildet somit ein Rotationsellipsoid. Die Energiedichte der DruckweJ?en wird durch die Fokussierung auf die Herzkammerwand im Bereich biologischer Grenzflächen (Lunge, Bronchien, Adern, Rippen) kleingehalten. Untersuckingen über die Wirkung hochenergetischer Stoßwellen auf biologische Gewebe Stäben ergeben, daß eine StoBwellenbelastung nicht notwendigerweise zu Schädigungen des Organismus führt Daraus ergibt sich, daß die im Verhältnis zu den Stoßwellen schwachen Druckwellen keine unerwünschten Nebenwirkungen haben. Die Energiedichte am Ort des stimulationsfähigen Gewebes braucht nicht sehr hoch zu sein und schließt somit eine Gefährdung der oben genannten Grenzflächen aus. Reflexionen an den Rippen führen zu einer Verminderung der nutzbaren Druckwellenenergie, haben aber sonst keinen negativen Einfluß.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Druckwellen mittels Funkenentladung erzeugt Druckwellen können auch mittels eines Geschosses, das auf eine Prallplatte trifft, mittels eines aus einer Wasserkanone austretenden Wassertropfens mit hoher Geschwindigkeit der auf eine Flüssigkeit trifft und durch Drahtexplosion und Sprengladung 2s erzeugt werden. Sofern jedoch ein ortsunabhängiges Gerät für die Herzstimulation im Noteinsatz erforderlich ist, wird wegen der besseren Transportierbarkeit des Geräts der Erzeugung durch Funkenentladung der Vorzug gegeben.

Es ist vorteilhaft, wenn das Koppelgerät mit Wasser od. dgl. gefüllt ist und mindestens einen Wasserzulauf und Wasserablauf aufweist Die Verwendung von Wasser als Koppelmedium ist vorteilhaft da der Durchtritt der Druckwellen aus dem Wasserbad in das Körpergewebe wegen der Gleichheit der Schallwellenwiderstände nahezu reflexionsfrei erfolgt Durch den Zu· und Ablauf des Wassers wird das Wasserbad auf konstanter Temperatur gehalten. Bei einem Wasserumlauf arbeitet die Funkenstrecke ständig unter konstanten elektrischen Verhältnissen. Unmittelbar in der Nähe der Funkenstrecke angeordnete Erdungseleketroden schließen jede Gefahr für Patienten unc" Personal aus. Schon ein geringer Überdruck des Wassers im Koppelgerät reicht aus, um die Membran an die Oberfläche des Körpers luftspaltlos anzulegen

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Funkenstrecke im Koppelgerät mittels eines Gelenklagers und eines Schiebelagers angeordnet Hierdurch kann in gewissen Grenzen der Ausgangspunkt der Druckwellen örtlich verändert werden, wodurch für Patienten mit unterschiedlichen anatomischen Gegebenheiten ein einziges Koppelgerät verwendbar ist

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Funkenstrecke von einer elastischen Membran umgeben ist, die mit einem inerten Gas gefüllt ist. Hierdurch werden Schockwellen an der Phasengrenze reflektiert und gelangen nicht in das Wasserbad. Damit die Funkenentladung unter konstanten elektrischen Verhältnissen stattfinden kann, (>o sind Zu- und Ableitungen für den Austausch des inerten Gases vorgesehen.

Die Erfindung wird an Hand einer Figur näher erläutert

Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät zur Herzstimulation in Schnittdarstellung. In der Figur ist ein menschlicher Körper mit 1, die Körperoberfläche mit 1 und das Herz mit 3 dargestellt Am Herz befindet sich der Herzmuskel 4. Auf der Körperoberfläche 2 ist im Bereich des Herzens 3 ein Koppelgerät 5 angeordnet, das gegenüber dem Korper 1 mit einer elastischen Membran 6 verschlossen ist Die Membran kann mit einer metallischen Schicht bedampft sein, die in Verbindung mit einem aus Metall bestehenden Koppelgerät das Austreten elektromagnetischer Wellen verhindern und wie ein Faradayscher Käfig wirken. Das Koppelgerät 5 weist im nicht gezeigten Querschnitt eine kreisringförmige Gestalt auf; im gezeigten Längsschnitt hat es eine ellipsenförmige Gestalt In seiner Raumform ist das Koppelgerät 5 somit Teil eines Rotationsellipsoids. Im Koppelgerät befindet sich ein Druckwellengenerator 7, der als Funkenstrecke ausgebildet ist und über eine Steuereinheit 8 von einer Stromquelle 9 versorgt wird. Das Koppelgerät 5 ist mit einem flüssigen Medium 10 (beispielsweise Wasser) gefüllt. Für den Zulauf des Wassers 10 ist eine Zufließleitung 11 und für den Ablauf eine Abflußleitung 12 vorgesehen Nicht gezeigte Regeleinrichtungen im Zu- und Ablauf des Wassers sorgen dafür, daß das Wasser im Koppelgerät 5 bei gleichbleibender Temperatur, die etwa der Körper temperatur des zu behandelnden Patienten entspricht, ständig unter Überdruck steht, so daß die Membran 6 luftspaltlos an die Körperoberfläche 2 angepreßt wird.

Damit Druckwellen nicht in das Wasserbad 10 und von dort aus in den Körper gelangen, befindet sich die Funkenstrecke 7 innerhalb einer elastischen Membran 13, die mit einem inerten Gas 14 gefüllt ist. Für das ständige Umwälzen oder den Wechsel des inerten Gases sind Leitungen 15 und 16 vorgesehen. Der Wechsel des inerten Gases ist vorteilhaft, da hierdurch erreicht wird, daß die Funkenentladung ständig unter den gleichen physikalischen Bedingungen stattfindet. Ein mit der Funkenstrecke 7 verbundener Kopf 17 bildet zusammen mit einer Aussparung im Koppelgerät 5 ein Gelenklager 18, wodurch eine Winkelbewegung der Funkenstrecke 7 ermöglicht wird. Im Kopf 17 ist ferner ein Schiebelager 59 vorgesehen, so daß die Funkenstrecke 7 ermöglicht wird. Im Kopf 17 ist ferner ein Schiebelager 19 vorgesehen, so daß die Funkenstrecke 7 an andere Stellen im Koppelgerät 5 gebracht werden kann. Durch Veränderung der Lage der Funkenstrecke 7 im Koppelgerät 5 wird ermöglicht, daß die Druckwellen den Herzmuskel fokussiert treffen. Die Wirkungsweise ist am besten, wenn die Funkenstrecke 7 in einem Brennpunkt des eine Ellipse bildenden Koppelgeräts 5 liegt, und der Herzmuskel im anderen Brennpunkt der Ellipse angeordnet ist Hierdurch wird eine optimale Fokussierung ermöglicht.

Der Rand 20 des Koppelgeräts 5 ist als elastischer Ring ausgebildet. Am Koppelgerät ist ferner ein Band 21 befestigt, das etwa handbreit ist und den Körper des zu behandelnden Patienter umschließt.

Bei dem Einsatz des Geräis wird die Funkenstrecke 7 periodisch (mit der Frequenz des natürlichen Pulses) mit elektrischer Energie aus der Stromquelle 9 versorgt. Die elektrische Energie wird auf die erforderliche Spannung (etwa 1 kV) hochtransformiert, gleichgerichtet und in einer Kondensatorbatterie gespeichert. Diese Kondensatoren werden im erforderlichen Zeitabstand von etwa 1 Sekunde über die Funkenstrecke entladen. Die Dauer des Impulses beträgt etwa 0,5 bis 2 γ&.

Hierzu ¹ P'.itt Zeichnungen

Claims (9)

'i Patentansprüche:

1. Von außen anwendbarer Herzstimulator, dadurch gekennzeichnet, daß ein im S Längsschnitt eilipsenförmiges Koppelgerät (5) auf die Oberfläche (2) des Körpers (1) eines Patienten im Herzbereich (3) luftspaltlos aufsetzbar ist und daß in einem Brennpunkt des Koppelgeräts (5) ein punktförmiger Druckwellengenerator (7) vorhanden ist

2. Herzstimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgerät (5) im Querschnitt kreisförmig gestaltet ist

3. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet daß das Koppelgerät (5) mit Wasser od. dgl. gefüllt ist und mindestens einen Druckwasserzulauf (11) und einen Wasserablauf (12) aufweist

4. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das im Koppelgerät (5) befindliche flüssige Medium (10) im geschlossenen Kreislauf umpumpbar ist.

5. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Druckwellengenerator (7) eine Funkenstrecke ist.

6. Herzstimulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß in der Nähe der Funkenstrecke (7) Erdungselektroden angeordnet sind.

7. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (7) im Koppelgerät (5) mittels eines Gelenklagers (17, 18) und eines Schiebelagers (19) verlagerbar ist.

8. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine die Funkenstrecke (7) umgebende elastische Membran (13), die mit einem inerten Gas (14) gefüllt ist.

9. Herzstimulator nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß Zuleitungen (14) und Ableitungen (15) für den Austausch des inerten Gases (14) vorgesehen sind.