und die elektrische Reizschwelle des Herzens - ETH E

Diss. Nr. 4618
Die elektrochemischen
Impedanzen
und die elektrische Reizschwelle des Herzens
bei Stimulation mit Schrittmachern
ABHANDLUNG
zur
Erlangung
der Würde eines Doktors der technischen Wissenschaften
der
EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE
ZÜRICH
vorgelegt
ISTVAN
von
BABOTAI
dipl. El. -Ing. ETH
geboren am 17. August
von
1939
Zürich
Angenommen auf Antrag
Prof. H. E.
Prof. Ä.
von
Weber, Referent
Senning, Korreferent
Druck: BME
Erlangen
1971
1
-
-
Inhaltsverzeichnis
Seit
.
.
.
Einleitung
3
Methode
5
2.1.
Elektroden
5
2.2.
Stimulator
6
2.3.
Registriersystem
7
2.4.
Untersuchungen
7
Stromleitung
3.1.
Einleitung
3.2.
Das
9
Verhalten
des
Elektroden-Elektrolyt-Systems
gegenüber Gleichstrom
3.3.
Das
des
Verhalten
gegenüber
3.3.1.
3.4.
Der
lO
Elektroden-Elektrolyt-Systems
14
impulsförmigem Gleichstrom
Impulsförmige Spannungseinprägung
3.3.1.1.
3.3.2.
15
Die
Doppelschichtkapazitäten
bei
Pacemakerelektroden
19
22
Impulsförmige Stromeinprägung
Ohm'sche
Widerstand
Elektroden-Elek¬
des
29
trolyt-Systems
.
9
Elektroden-Elektrolyt-System
einem
in
31
Stromdichte
3.5.
Polarisationsimpedanz
3.6.
Kondensatorentladung
37
3.7.
Diskussion
40
Die
Reizschwelle
lation
mit
des
und
Herzens
elektrischer
bei
Stimu¬
44
Pacemakerelektroden
4.1.
Einleitung
4.2.
Die
44
herkömmlichen
Methoden
der
Reizschwellen¬
45
bestimmung
4.2.1.
Die
Spannungsschwelle
46
4.2.2.
Die
Stromschwelle
49
4.2.3.
Die
Energieschwelle
50
4.3.
Die
Reizschv/elle
des
Herzens
als
Ladungsmengen¬
52
schwelle
4.3.1.
Die
Ladungsmengenschwelle
denen
4.3.2.
4.3.3.
4.3.4.
bei
verschie¬
52
Impulsformen
als
Die
Ladungsmengenschwelle
der
Reizelektrodenoberflache
Die
Ladungsmengenschwelle
den
grossen
Chronische
indifferenten
Untersuchungen
bei
Funktion
56
verschie¬
Elektroden
der
Ladungs¬
60
mengenschwelle
4.3.5.
Die
Ladungsmengenschwelle
lichen
des
mensch¬
65
Diskussion
71
Zusammenfassung
78
4.4.
5.
Herzens
50
3
-
1.
Einleitung
(Pacemaker)
Schrittmacher
tion
des
Kammern,
Die
dem
sich
hat
Ansteigen
Zahl
dauernder
oder
vom
des
als
Herzens
Vorhof
Indikationsbereich wird
der
des
durchgesetzt,
immer
heutzutage
(AV-Block).
Therapie
als
Un¬
die
auf
Block
Standardmethode
werden
Stimula¬
mehr
durch¬
zugewiesenen Pacemakerpatienten
der
und
elektrischen
atrioventrikulären
Stimulation
Pacemaker-Implantationen
die
zur
intermittierender
sogenannten
AV-Blocks
geführt;
dienen
Erregungsüberleitung
der
elektrische
totalen
bei
Herzens
terbrechung
im
-
ist
brei¬
zunehmend
ter.
Die
erste
schen
klinische
Kardiologen
Anwendung erfolgte durch
Paul
ging die Entwicklung
(1958)
Senning
und
(39),
Zoll
auf
im Jahre
diesem Gebiet
Chardak
die
ersten
Stephenson
im
sehr
rasch
(i960) implantierten
gen
auf
diesem
der
"on
demand"
Die
Entwicklung
sächlich
wobei
tronik
die
auf
eine
und
vorhofgesteuerten Pacemaker
Jahre
Gebiet
längere
Impulsform,
sentlichen
die
der
Herstellung
ersten
den
(4,9,29).
berichtete
letzten
der
sogenannte
immer
Lebensdauer
Entwicklun¬
R-gesteuerte
beschränkte
und
der
durch
Verbesserung
elektrochemischen
Stimulation
Entwicklung
Impulsdauer,
dieselben
nur
sowie
sich
haupt¬
zuverlässigerer Geräte,
Energiequelle erzielt wurde.
logischen Vorgänge bei
für
ist
Eine
Schrittmacher
der
Untersuchungen
makern
(32).
vorwärts.
Pacemaker.
die
der
1959
Seither
1952.
fixfrequenten transistorisierten Schrittmacher
Ueber
amerikani¬
den
des
der
Dagegen
und
wurden
elektrophysio-
Herzens
mit
Pace¬
wenig berücksichtigt.
Impulsspannung
geblieben wie
bei
den
Elek¬
sind
ersten
im
Die
we¬
Pacemakern
1950.
Die
zahlreichen
intrazellulären
Untersuchungen mit Micro-
4
-
elektroden
gaben
mit
liegen
die
könnte
Impulses
Die
beitragen.
Anwendung
untersucht,
Autoren
aber
des
Herz
bei
Anwendung
Macro¬
Je
vor.
nach
liegen
wurde,
Auch
die
wurde
ergaben sich
Reizschwelle
chungen unabhängig
schwelle,
als
in
von
der
als
anderen
Art
verschiedene
tierten
Forderungen
Pacemaker
für
Anwendung
von
unter¬
unterschiedliche
Reizschwelle mit
mit
als
wiederum
Untersu¬
Spannungs¬
in
anderen
dementsprechend
und
chronische
Methode
Resultate.
einigen
Einprägung
Eigenschaften
Stimulation
Er¬
Spannungs¬
gemischter
in
Herzens
die
der
zahlreichen
sehr
der
bei
Herzens
von
Stromschwelle,
für
wesentlich
unterschiedliche
Energieschwelle betrachtet,
weiteren
zwar
oder
des
Dabei
vor.
zur
des
wurde
die
ob
dem,
einprägung, mit Stromeinprägung
untersucht
Vorgänge
Reizschwelle
die
von
Berichte
Schrittmacher
der
durch
schiedlichen Messmethoden
gebnisse
Wirkungsweise
Pacemakerelektroden
von
des
die
dieser
Lebensdauer
elektrische
Vorgänge beim Reizen
brauchbare
Kenntnis
er¬
Ueber
das
wenige
nur
genauere
Verbesserung der
auf
(28)
Gewebe
erregbarem
die
über
Macroelektroden.
elektrischen
elektroden
in
Vorgänge
wenig Aufschluss
zu
Herzens
die
über
-
wurden
implan¬
der
Herzens
des
ge¬
stellt.
Die
vorliegende Arbeit
trischen
Impulses
elektroden.
gänge
Im
auf
ersten
Herz
das
Teil
bei
werden
Wirkungsweise
die
Anwendung
elektrischen
sucht.
Im
zweiten
bzw.
Reizschwellenmessung
Schrittmacherimpulsen
des
kurz
Schwierigkeit eines Vergleichs zwischen
den
bestimmten
Methode
und
der
durch
Reizschwellenwerte
Methoden
Stimulation
bei
besprochen.
resultie¬
Impedanzen unter¬
herkömmlichen
Herzens
elek¬
elektrochemischen Vor¬
die
elektrochemischen
Teil werden die
des
Pacemaker¬
von
Elektroden-Gewebsübergang und die daraus
am
renden
der
behandelt
Es
wird
den
mit
hingewiesen.
dabei
mit
auf
diesen
Eine
die
Metho¬
neue
Reizschwellenbestimmung wird durch Tierversuche
Messungen
am
menschlichen
Herzen
entwickelt.
Mit
5
-
dieser
erhalten
lenwerte
vergleichbare Reizschwel¬
unabhängig
werden,
der
Form
der
von
an¬
Impulse.
gewandten
2.
miteinander
können
Methode
-
Methode
Elektroden
2.1.
Die
Untersuchungen
len
Elektroden
weder
klinisch
und
intrakardiale
indifferente
mer
Elektrode
die
Elektroden
den.
wir
die
Versuche
epikardialen
weniger Anwendung finden,
die
den
fläche
den.
Durch
Polieren
der
eine
Elektroden
mit
Kontakt
Elektrodenoberfläche
Ausserdem
eine
kann
werden,
was
Elektroden
nicht
Elektroden
so
Elektrode
Alle
geometrische
eindeutig definiert.
Annähen
dauernden
letzten
gut
für
im¬
ex¬
Oberfläche
wirksame
die
der
Elektro¬
geometrischen Ober¬
der
weitgehend entsprechende Kontaktfläche erhalten
Das
nommen
sich
ist
Implantation kann
wur¬
klinisch
sind,
der
vor
die
epikardiale
um
heute
sie
zu
dem
vom
ergibt
Herzen.
einen
Somit
reizbaren
ist
Gewebe
weitgehend homogene
bei
immer
erfolgt,
intramuralen
Fall
der
dass
liegen kommen,
die
Da
die
und
Abstand
der
der
gleich.
überall
ange¬
intrakardialen
das
Einstiche
werden
sicheren
wer¬
Feldverteilung
oder
ist.
567
Elema
hergestellt
selbst
eignen
Da
ent¬
EMT
Typ
sowie
identisch
Kontaktfläche
Oberfläche
oder
Elektroden
perimentelle Untersuchungen,
und
Elektrode
Typ EMT 588,
564),
EMT
Typ
sich
es
Schrittmacherimp'lantationen
Elektrode
diese
für
die
Obwohl
bei
intrakardia¬
und
handelte
(Elema epikardiale
verwenden
Elema
Hierbei
durchgeführt.
Elektroden
um
epikardialen
mit
wurden
Annähen
nicht
der
unter
Messungen
am
die
unver¬
Myokard vorgenommen.
Elektroden
waren
aus
Platin,
mit
Ausnahme
der
aus
rost-
6
-
freiem Stahl
564).
den
isolierte
und
Art
die
Grösse
angeführt.
2.2.
Stimulator
Untersuchung
der
Stimulator
mit
rostfreie
Widerstand
Oberfläche
Elektroden
Reizschwelle
variabler
Impulsdauer
Elema-Elektro-
den
in
der
werden
und
Stahlspi¬
bei
den
Mes¬
und
jeweils
beson¬
ein
selbstgebau¬
(40-160 Imp/min),
Frequenz
(0,1-10 ms)
einzelnen
den
elektrochemischen
der
im Elektroden-Gewebs-System wurde
Vorgänge
riabler
der
Wider¬
(60.fl/m).
wurde
verwendeten
ders
ter
Bei
konnte.
Ohm'sehe
der
berücksichtigt
Experimenten
Zur
wobei
verwendet,
sungen
Die
werden
Elektro¬
der
ihr Ohm'scher
sodass
Zuleitung eine isolierte
als
wurde
rale
Kupferlitzen,
vernachlässigt
stand
den
Zuleitung dienten bei einem Teil
Als
(Typ
indifferenten Elektrode
bestehenden
EMT
-
va¬
verschiedene Ausgänge
verwendet.
Ausgänge:
(konstanter Sapnnungsimpuls)
1.
Spannungseinprägung
2.
"Kondensatorentladung"
gangskondensatoren
nungseinprägung,
Stromeinprägung
verschiedenen
(eine spezielle
die
bei
den
Schrittmachern
tierbaren
3.
mit
verwendet
b) Ausgangsimpedanz
te
als
Energiequelle
vom
Lichtnetz
ein
einer
Klemmenspannung
se
Quelle
wurde
benützt
zu
erreichen.
um
wird).
hoch.
eine
als
völlig
von
zu
mit
Akkumulator
und
80 Ah
implan¬
Stromquelle während der
der
Impulspause niedriger
Stimulator
Span¬
Stromquelle während der
der
Impulspause unverändert
den
meisten
von
(konstanter Stromimpuls):
a) Ausgangsimpedanz
Um
Art
Aus¬
12
echte
V.
die
Lastimpedanz.
trennen
einer
Diese
(36),
dien¬
Kapazität
von
relativ
gros¬
Spannungseinprägung
7
-
Registriersystem
2.3.
Bei
Messungen
allen
eines
mit
Oszilloskops
einer
wurde
"Mingograph
Figur
zeigt
1
EKG
das
-
'Oft
Bei
Reizschwel¬
Darstellung
am
der
Versuchs¬
Hund.
o
7K
ose.
/aW
"
1
/v°
'
\\
•—
EKG
/
s~\
y
ose.
IO—
ei¬
kontrolliert.
^
1
und
(Standard-Ableitungen)mit
schematische
STIMULATOR
H
registriert
Elema-Schönander
von
Hilfe
mit
Strom
fotografiert.
Reizschwellenmessungen
bei
anordnung
und
(Tektronix Typ 564)
81"
eine
Spannung
wurden
Polaroid-Kamera
lenmessungen
nem
-
Q
r-
IK
UO—
Figur
Schematische
1:
bei
2.4.
Für
Darstellung
der
Versuchsanordnung
Reizschwellenmessungen.
Untersuchungen
akute
schwere
und
mit
trachealer
misch
im
wurden
Penthotal
in
Geschlechts.
Vollnarkose
durch
3:2
Beatmung mit
mittels
eines
Die
akuten
durchgeführt.
(lOmg/kg) eingeleitet
Intubation
Verhältnis
Untersuchungen dienten 20-28 kg
beiderlei
Bastardhunde
Untersuchungen
wurde
chronische
und
einem
nach
Diese
intra¬
N_0/0_-Ge-
Engström-Respirators
8
-
Die
unterhalten.
thorakotomiert
Vorhof
der
anderswo
1er
EKG-Kontrolle
wurde
isolierte
beschriebenen
das
Gegend des His'schen
Bündels
(40%) gespritzt,
einen
wirkte.
den
risch
5
im
Herzen
verschlossen.
Nach
Stunden,
Bündel
die
nach
und
Formalin
0,2 ml
totalen
die
In
be¬
AV-Block
untersuchenden
zu
rech¬
intrakardia-.
unter
ca.
rechts
den
aufgesucht.
sofortigen
Anschliessend wurden
oder
am
was
(33)
wurden
Durch
eingeführt
Nadel
Methode
His'sche
Intercostalraum
eröffnet.
Perikard
das
eine
ten
im 5.
wurden
Hunde
und
-
Elektro¬
angebracht und der Thorax proviso¬
Die
betrug nie mehr als
Versuchsdauer
Abschluss
der
Versuche
Tiere
die
wurden
ge¬
tötet.
Chronische
behandelt
ten
Untersuchungen
werden,
bis
wurden
Das
vorgenommen.
Hunden,
an
Setzen
zu
des
die
AV-Blocks
intrakardialen
Elektrode
narkotisierten
Versuchstieren
ohne
genkontrolle.
zwischen
den
Elektroden
Haut
nach
Bei
einem
Teil
wurden
aussen
zur
Messung
Reizschwellenbestimmungen
der
bei
chern,
oder
ständlichen
werden.
Neuimplantation
bei
Mona¬
und
die
erfolgte
an
unter
die
Rönt¬
Pacemaker
implantiert.
Reizschwelle
den
Die
durch
die
geführt.
Die
der
subkutan
der
(33,34)
wurden
6
von
Thorakotomie
Tiere
der
Schulterblättern
Kapitel 4.3.3,
einem Zeitraum
der
Einführung
im
an
von
Menschen
Elektroden
Schrittmacherwechsel.
Gründen
zeitlich auf
ein
Sie
erfolgten entwe¬
und
Schrittma¬
mussten
Minimum
aus
ver¬
beschränkt
9
-
3.
Stimulation
pulse
durch
dabei
als
ein
mehr
zwei
oder
Elektroden
Vorhandensein
leitung
küle
durch
oder
Gegensatz
ist,
geknüpft
Ionen,
Atome.
selbständig wandern,
Materialtransport
der
Anode
nen
aufgenommen.
spielen
sche
d.h.
und
durch
der
für
den
Das
allgemeine
Strom
des
der
die
Feld
gebundener
an
können
der
Strom¬
geladene Mole¬
die
ist
Ionen
stets
Stromdurchgang
und
Strom¬
elektrolytische
elektrisch
Beim
mit
werden
Kathode
Elektro¬
(primäre
und
sekundäre)
chemi¬
Elektroden-Elektrolyt-Grenze ab,
elektrische
troden-Elektrolyt-System
die
Impedanzen repräsentieren.
Ersatzschaltbild
kann
an
aufgezwungenen Stromflusses
elektrochemische
Anode
die
wo
locker
oder
Stromtransport
abgegeben
Während
an
freier
System,
liegenden Elektro¬
Metallen,
den
erfolgt
unfreiwillige
Reaktionen
dazwischen
zu
verbunden.
Elektronen
sich
elektrisches
elektrischen
Im
Herz
das
ein
leitung
Elektronen
das
wir
Im
das
Wenn
Im¬
be¬
lyten besteht.
an
zugeführt.
die
weniger homogener Elektrolyt
einem
und
werden
Pacemakern
Herzen
dem
haben
so
mit
Herzens
des
Elektroden
wird,
trachtet
aus
Elektroden-Elektrolyt-system
Einleitung
3.1.
Bei
einem
in
Stromleitung
-
wie
Elektrolyt
folgt
für
ein
Elek¬
dargestellt werden:
Kathode
-
Die
-
gesamte Impedanz eines Elektroden-Elektrolyt-Systems
sich
setzt
C
troden
bild
,
den
den
Faradayimpedanzen
parallel
ist
Widerstand
proportional ist.
die
Impedanzen,
chen.
man
nach
Je
den
der
trationsimpedanz
Rj^
ist
Er
setzt
sich
Geometrie
auch
das
Das
dem
sich
Herz
der
vorliegenden Hemmungen spricht
Durchtrittsimpendanz,
des
Konzen¬
gesamten Systems.
fc.
(z.B.
usw.)
anderen
Zuleitungswi¬
sowie
der
und
dem
R_
aus
(Pacemakerimpulse)
für
der
zusammen.
Faradayimpe¬
Elektroden-Elektrolyt-System
Gleichstrom und
des
R_,
bedingten Widerstand
und
verschieden.
gegen¬
Gleichstrom
anhand
eines
stationären
der
(22).
Aus
System gelegt
einer
und
dabei
Elektroden-Elektrolyt-Systems
Strom-Spannungs-Kurve studiert
Spannungsquelle wird eine
an
das
von
Null
Elektroden-Elektrolyt-
Spannung und Strom gemessen.
Untersuchung des Gesamtsystems wird
der
Strom
als
Zur
Funktion
Spannung zwischen den beiden Elektroden aufgezeichnet
(Fig. 2A).
so¬
impulsförmigen
Elektroden-Elektrolyt-Systems
langsam ansteigende Spannung
der
Summe
Reaktionshemmungen entspre¬
Widerständen R
Gleichstromverhalten
werden
die
Elektrolytwiderstand
ein
für
Verhalten
über
kann
ist
Widerstandsanteil
Elektroden
verhält
deren
Elektrodenoberfläche
der
Deckschichtwiderstände
Gleichstrom
Das
der
und
usw.
aus
der
im Ersatzschalt¬
zusammen.
Folge der Doppelschichtkapazitäten
danzen
3.2.
einzelnen
vorhandenen
derstände,
Elek¬
den
Elektroden,
der
Faradayimpedanz
Natur
Ohm'sche
der
eventuell
mit
Die
Diffusionsimpedanz,
von
Als
R^des Systems
später gezeigt wird,
wie
die
,
an
Doppelschichtkapazitäten liegen,
den
zu
Z
Doppelschichtkapazität
die
Grösse,
Doppelschichtkapazitäten
aus
Ohm'schen
dem
C
10
Zur
getrennten Untersuchung
der
anodischen
und
11
-
kathodischen
Elektrode
den
de
Vorgänge
werden
gemessen
anodischen
den
(Fig.
gegen
das
kann
eine
Potential
der
untersuchen¬
zu
nichtpolarisierbare Bezugselektro¬
(22,24).
kathodischen
und
-
Strom
Der
Potentiale
kann
als
Funktion
aufgezeichnet
der
wer¬
2B).
B
Figur
2:
Strom-Spannungs-Kurven:
A.
Bei
Untersuchung
des
gesamten Elektroden-Elektro¬
lyt-Systems.
B.
Bei
getrennter Untersuchung
Vorgänge mit
kathodischen
larisierbaren
Strom-Spannungs-Kurve zeigt,
ner
bestimmten
r\
ein
,
halb
n
Strom
durch
fliesst
reinigungen
im
nur
der
einer
nichtpo-
dass
erst
Erreichen
nach
ei¬
sogenannten Zersetzungsspannung
das
System
ein
sehr
Elektrolyt
Hilfe
und
Bezugselektrode.
Die
Spannung,
anodischen
der
zu
fliessen
beginnt.
geringer Strom,
resultiert.
der
Oberhalb
Unter¬
aus
der
Verun¬
Zersetzungs-
-
fliesst
Spannung
Spannung,
der
von
ist
die
Spannung r\7
Grösse
Sie
gelegt.
Tangente
det
(Fig.
bei
als
bei
Erhöhung
Strom,
Der
che
behaftete
erst
über
Gleichstrom
der
das
folgende
Z
+
Z
können
bestimmten
einer
50
mm
bzw.
des
fest¬
definiert,wo
der
Anodengrössen sind
(22).
dabei
wird
da¬
Gleich¬
Für
wie
mit
werden,
d.h.
Spannung,
Zener-
durch
wel¬
ein
übern
Pacemakerelektroden
subkutan
Kathode
2
mm
fliesst,
.
in
Die
Fig.
am
betrug 50
Thorax
2
mm
,
und
die
und
Fig.
4
das
wobei
die
die Anode
platziert
der
Strom-Spannungskurven
3
wurde
untersucht,
Ventrikelspitze genäht
linke
4000
eindeutig
kann.
(indifferente Elektrode)
2
einsetzt,
Spannung
rj_
betrachtet
Hundeherzens
Oberfläche
der
z*
Gleichstromverhalten
Die
ver¬
Ersatzschaltbild:
RA
Widerstände
fliessen
die
der
angenommen
Mit
an
Spannung
allmählich
unterhalb
Untersuchungsergebnisse;
Kathode
ober¬
Materialumsatz
der
sondern
vernachlässigbar klein
Faradayimpedanzen
effekt
Strom
Strom-Spannungs-Kurve die x-Achse schnei¬
zf
Die
mit
allgemein bei
daher
ergibt sich
strom
Dieser
stets
Polarisa¬
vom
Zersetzungsspannung nicht
der
der
2).
Da
aufgzwungenen
sowie
ist
sprungartig,
wird
die
der
von
Systems abhängt.
des
nicht
Stromfluss
der
Strom,
(Elektrolyse).
bunden
-
Ohm'sehen Widerstand,
vom
tionswiderstand
halb
ein
12
wurde.
Anode
für
dargestellt.
beide
-
13
-
Anode
Kathode
Einh.
T)=0,5V
l
=
t]=0,5V
Einh.
I =1mA
Einh.
Einh.
2mA
B
Figur
3:
epikardialen
einer
dung
(Anode)
Oberflächen
mit
Vorgänge mit
dischen
50
einer
Hilfe
ei¬
2
mm
.
katho¬
und
anodischen
der
Untersuchung
Getrennte
A.
je
und
Elektrode
indifferenten
von
Anwen¬
(Kathode)
Elektrode
implantierten
subkutan
ner
bei
Hundeherzens
des
Strom-Spannungs-Kurven
Ag/AgCl
Bezugs¬
elektrode.
3A
Fig.
zeigt
larisationswiderstandes,
sierbare
Ag/AgCl
2
50
de
A
^
Kathode
r}_
1,25
V.
samte
In
und
von
Fig.
3B
System,
Fig.
4
ist
mm
K
die
wobei r\
die
in
2
mrn
hier
bei
etwa
2,2 V.
Reststrom
Festlegung
kann.
der
polari¬
und
Anoden-
Zersetzungsspannung
diesem
2,4
V
d.h.
ist;
unterhalb
Bei
r\
Die
dieser
bereits
Zersetzungsspannung
nur
der
an
nämlich
gleich,
Fall
das
für
=r]
n
einer
Anoca.
ge-
K
A
+
r\7»
Anoden-
Zersetzungsspahnung
grossflächigen
so
Po¬
des
nicht
Kathoden-
dargestellt.
4000
der
einer
Strom-Spannungs-Kurve bei
von
ist
eine
gegen
Strom-Spannungs-Kurve
ca.
Oberfläche
liagt
bei
Die
.
ist
zeigt
kathodischen Anteil
gemessen
Elektrode
je
Oberfläche
und
anodischen
den
Gesamtsystems.
des
Strom-Spannungs-Kurve
B.
gross,
ungenau
dass
Anode
die
erfolgen
T)
=
0,5V Einh.
Tj=0,5V/Einh.
I =2mA Einh.
l
2mA/Einh.
=
A
Figur
4:
B
Strom-Spannungs-Kurven
dung
einer
fläche
50
bei
Anwen¬
und
einer
Ober-
subkutan
indifferenten Elektrode mit
4000
von
Getrennte
(Kathode)
mm
plantiertierten
A.
Hundeherzens
epikardialen Elektrode mit einer
von
Oberfläche
des
im-
einer
(Anode).
mm
Untersuchung
dischen Vorgänge mit
der
Hilfe
anodischen und
katho¬
Ag/AgCl Bezugs¬
einer
elektrode.
B.
Das
Gleichstromverhalten des
teren
Untersuchungen
spannung
sungen
3.3.
Strom-Spannungs-Kurve
von
Bedeutung.
Verhalten
über
zur
Sie
zwischen 2,2
ergaben,
Das
nur
des
elektrische
auf
zwei
Arten
erfolgen,
oder
Hundeherzens
Bestimmung
liegt
für
und
2,4 V.
ist
der
das
für
die
mit
wei¬
Zersetzungs¬
Herz
wie
die
Mes¬
gegen¬
Gleichstrom
Stimulation
nungseinprägung,
Gesamtsystems.
Elektroden-Elektrolyt-Systems
impulsförmigem
Die
des
des
Herzens
entweder
mit
kann
grundsätzlich
impulsförmiger Span¬
impulsförmiger Stromeinprägung
15
-
(genannt
"konstante"
auch
impulse).
Vergleich mit
im
impedanz vernachlässigbar niedrig sein.
die
bleibt
immer
gen
Spannung unabhängig
Quellenimpedanz benötigt,
hohe
Lastimpedanzänderungen
den
ist
Selbstverständlich
mit
auch
in
die
Aenderungen
die
Spannung wie
aber
die
Darstellung
Stimulation
zeichnet
Die
werden
Schrittmachern
den
bei
in
und
120
3.3.1.
Wird
variiert
Impulsen
ein
kurzer
her
ist
die
spannung
wegen
ihres
nach
Minute
wodurch
be¬
0,5
mit
nicht
und
5
und
behandelt.
externen
die
ms;
folgen¬
dieser
Impulsen
Grös¬
da¬
wurde
70
gehalten.
Spannungseinprägung
dem,
einer
aus
ob
die
Spannungsquelle
Spannung
Elektrolyts,
"Zenereffekts"
d.h.
wird
so
Spannung niedriger
Zersetzungsspannung,
angelegte
des
so¬
"gemischte Einprägung"
wird.
Reptitionsfrequenz
Spannungsimpuls
seine
als
werden
Art
Elektroden-Elektrolyt-System gelegt,
System je
Ist
pro
Impulsförmige
ein
Die
Dabei
Impulses
des
erschwert
implantierbaren
daher
Quellenimpedanz
liegt.
im weiteren
zwischen
Herzens
physiologischen Bereich zwischen zwischen
das
1.
den
durchgeführt.
einem
als
daher
Untersuchungen wurden
senordnung
an
bei
Impulsdauer
könnte
von
Diese
Vorgänge
der
des
beeinflussen,
Strom
den
unabhängig
Reizung
dessen
Lastimpedanz
auch
wird
-
eine
halten.
elektrische
möglich,
der
sie
-
zu
Lastimpedanz während
der
wohl
der
Strom
den
um
konstant
eine
einem Stimulator
Grössenordnung
der
Weise
Stromeinprägung wird dagegen
Bei
konstant.
diese
Auf
Last¬
der
Lastimpedanzänderun¬
den
von
Strom-
Ausgangsimpedanz
die
muss
(Quellenimpedanz)
"konstante"
und
Spannungs-
Spannungseinprägung
Bei
Stimulators
des
-
niedriger
die
anders
als
sich
oder
verhalten:
die
Zersetzungs¬
Faradayimpedanzen
praktisch
hö¬
nichtleitend,
so
sind
gilt
16
-
die
folgende Ersatzschaltung:
^D
i(t)
n
u<n>
fliesst
Einschaltmoment
der
Ladung
Zeitkonstante
ein
Verschiebungsstrom
C
T»
(wobei:
,R
ab
und
kein
Strom
werden
die
fliesst
des
Impulses
die
Quelle mit
nimmt
Anschliessend
Exponentialfunktion
gang
RfO
Doppelschichtkapazitäten,
begrenzt wird.
gangs
UD
RA
^SH
Im
-
bei
da
Beendigung
das
Zeitkonstante
idealer
D
werden
einer
nach
Ladevor¬
des
Ende
Am
System.
wie
RÄ
der
beim
Über
Ladevor¬
Spannungseinprägung
vernachlässigt
Quellenwiderstand
^K )
+
D
durch
mit
Strom
xA
D
durch
nur
Doppelschichtkapazitäten
derselben
entladen,
der
^
nach
mehr
der
zur
der
kann.
Fig.
Untersuchungsergebnisse:
5A
zeigt diesen Vorgang mit zwei epikardialen
Elektroden
am
bdder
Elektroden
be-
Hundeherzen
trug
je
(U
0,5
«
lO
gemessen.
2
mm
V) springt
Widerstand
Impulses
der
Strom
nimmt
der
16
nach
ms
»
sodass
System fliesst.
Ende
zurück,
über
die
nach
einer
die
Quelle,
Am
0,38 mA.
somit:
die
kein
des
Spannungsimpulses
R~
-
rv
der
Strom
1385ft.
.
ab
und
Gleichstrom mehr
Impulses kehrt
Exponentialfunktion
'__,
am
Ende
Doppelschichtkapazitäten
Doppelschichtkapazitäten
wobei
Ohm'sche
Der
0,38mA
exponentiell
Strom
sind
des
auf
beträgt
J
praktisch geladen,
Null
Oberfläche
Einschalten
Systems
des
Anschliessend
des
Beim
.
Die
mit
auf
die
durch
das
Spannung
entladen
auf
sich
umgekehrter Polarität
Null
absinkt.
-
17
-
0,4
m
0.2
mA
i,
0.2
Jj
m
M
o
5ms
V
Bssuini
—
mA
0
«HUB
B
Ibbhbi
5ms
Figur
5:
Impulsförmige Spannungseinprägung
mit
zwei
epikardialen
Elektroden
unterhalb
(A)
und
spannung.
Die
Impulsdauer
oberhalb
(B)
am
(F.-F, -lO
v
K
A
der
beträgt
Hundeherzen
2
mm
)
'
Zersetzungs¬
16 ms.
18
-
2,
Ist
die
höher
Impulsspannung
Elektrolyts,
des
nung
-
gilt
so
die
als
das
Zersetzungsspan¬
Ersatzschalt¬
folgende
bild:
*n.
HI
i(t)
u>n;
^3m
Im
Widerstand
A
und
C
wird
Einschaltmoment
C
K
des
R,sO
Systems begrenzt.
Ohm'sehen
vom
Anschliessend werden
Spannung
die
Sobald
geladen.
wiederum
Strom
der
den
an
Doppel¬
schichtkapazitäten die Zersetzungsspannung übersteigt,
werden
die
wirksam.
Faradayimpedanzen
Ausser
bunden
ist.
Z_
fliessen,
Gleichstrom
Der
den
*
ein
Genaugenommen
dations- und
an
kann
wird
an
noch
sich
spielen sich
Kathode
oxydierbare bzw.
noch
andere
hier
angeführten beteiligt
wurden
die
Ein
während
der
kleiner
des
dagegen bleibt
Teil
wodurch
der
Materialumsatz
freigesetzt*.
\\
grosser
lokalisiert,
mit
zusätzlicher
Dabei
an
fundieren,
ein
Elektrolyse;
und
Zersetzungsprodukte
nun
eine
Elektrolyt wird zersetzt.
Kathode
der
C
für
bewirkt
der
der
Verlustimpedanzen
Ladestrom wird
dem
Gleichstrom durch
als
Anode
Teil
ver¬
d.h.
Cl
der
Impulses wegdif¬
an
zwischen Anode
Elektro¬
den
und
Kathode
der Anode komplizierte Oxy¬
an
Reduktionsvorgänge ab, an denen
reduzierbare
sind.
Zur
Vorgänge stark vereinfacht
Stoffe
besseren
als
die
Uebersicht
dargestellt.
19
-
eine
Akkumulators.
Ende
Am
die
und
die
zwischen
ferenz
tenteils
die
durch
somit
wäre
die
von
der
Impulsdauer,
und
vom
Widerstand
der
Hundeherzen
5B).
Im
mit
Die
Widerstand
Die
entla¬
ausgeglichen.
Gröss¬
erzwungene
Anteil
dabei
hängt
Widerstand
des
Systems
ab.
Quelle
wird
Systems
beträgt
spannung
Doppel-
Potentialdif¬
Impulses
des
Ohm*sehen
Messung dieses Vorgangs wurde
beider
Oberfläche
des
die
4,8
V
Elektroden
Strom
der
bei
ca.
und
somit
durch
RA
Die
1370A,
=
sind,
laden
fliesst
mender
Polarisation
dieses
16
ms
rität,
da
sich
entladen
uhd
weiterhin
die
die
Strom,
Elektroden
der
dauernden
ein
Impulses
der
Doppelschichtkapazitäten
über
ge¬
zuneh¬
Am
seine
die
Ende
Pola¬
Quelle
durch
die
Elektrolyse aufgebaute Poten-
tialdif^ferenz
zwischen
den
Elektroden
diesem
Impuls
langen
produkte
der
noch
Die
nicht
teren
beiden
ist
Teil
grosser
der
Stromflächen
die
Bei
Zersetzungs¬
Impulses wegdiffundiert,
dagegen
ersichtlich
was
ist.
Elektrolyse praktisch
Doppelschichtkapazitäten
Spannungsimpulsen
bungsstrom
der
des
ein
ausgeglichen wird.
aus
BerN
voll¬
reversibel.
3.3.1.1.
bei
der
Impulsen
ständig
Da
während
Differenz
kurzen
ist
.
Obwohl
wegen
Strom
der
mm
Impuls¬
langsam abnimmt.
ändert
2
lO
Ohm'schen
den
3,5 mA begrenzt.
ist
je
betrug
einigen Millisekunden die Doppelschichtkapazitäten
nach
am
epikardialen Elektroden durchgeführt
zwei
Einschaltmoment
wird
reversible
Der
vom
Untersuchungsergebnis;
(Fig.
während
reversibel.
Elektrolyse
sich
aufgebaute
Kathode
und
eines
Laden
niedrige Quellenimpedanz
Elektrolyse
Anode
beim
wie
Impulses können
des
schichtkapazitätenüber
den
ähnlich
aufbaut,
Gegenspannung
-
zur
mit
Ladung
der
unterhalb
von
von
Pacemakerelektroden
ein
nur
n
Verschie-
Doppelschichtkapazitäten fliesst,
Elektrolyse einhergeht,
Untersuchungen
bei
Interesse,
ist
die
es
für
Grösse
die
der
wei¬
Doppel-
20
-
Schichtkapazitäten
mit
Wechselstrom
der
Gefahr
bestimmt
werden.
Versuch;
Zwei
von
einprägung
lO
mit
2
wurden
dann
von
Grössen
und
»
1
V
î
=
1
mA
R
»
lOOO fl
i
«
o
C
K
in
Serie
CD
Spannungs¬
Spannung unterhalb
5
Dauer
î
0,368
T=
1,1
ms
die
über
bei¬
CD
"
aus
den
werden:
mA
-3
IQ
.
*
ms
»
=
lOOO
geschaltet
"
können
ms
R
D
0,368
»
2,5
-îr
«=
2'2
entspricht einer Kapazität
Dies
eines
eine
entnommen
T
A
C
Ober-
gelegt und Spannung und Strom
U
C
einer
6A).
Oszillogramm ist
daraus:**
Lade¬
Ventrikel
Doppelschichtkapazitäten
daraus:
T
und
Herz
(Fig.
der
linken
den
an
(d.h.
V
1
Oszillogrammen folgende
Da
des
Anschliessend wurden mit
von
das
an
Berechnung
dem
Zeitkonstante
bei
Spannungseinprägung unterhalb r\
angenäht.
oszillographiert
Aus
angewendet
der
mm
Impulse
wegen
aus
Elektroden
-
nicht
Herzen
am
Methode
auch
den
t
diese
Doppelschichtkapazitäten
Zersetzungsspannung)
wenn
kann
Messung wäre
die
der
Zur
genaue
epikardiale Platinelektroden mit
je
Hundeherzens
Eine
können
Entladestroms
fläche
jedoch
Kammerflimmerns
des
Pacemakerelektroden
bzw,
bestimmen.
zu
möglich,
Annähernd
werden.
-
gleich
und
,
..
,
"nF
1.1
'
gross
sind,
ist
^F
von
22 yuF
2
pro
cm
Elektro¬
denoberfläche.
Auf
dieselbe
Weise
Elektrodenpaar mit
(Fig.
6B).
Hier
wurde
die
Doppelschichtkapazität
einer Oberfläche
betrug C_
23jjF
von
2
pro
cm
je
50
2
mm
für
ein
bestimmt
Elektrodenoberfläche.
21
Figur 6: Oszillogramme
kapazitäten
troden
A.
FK
t\
Die
an
Berechnung
zwei
FA
«
10
mm*.
A
Impu1sdauer
der
Doppelschicht¬
epikardialen Pacemakerelek-
Hundeherzen.
am
=
zur
-
betragt
5
ms.
-
Diese
Berechnung
proportional
direkt
der
Berechnung
man
daraus
bei
recht
Grössenordnung
Elektrolyse
kommen
annehmen,
Wie
an
den
re¬
kann
ein
ohne
dass
es
da¬
würde.
Bei
impulsförmiger Stromeinprägung wird
des
Impulses unabhängig
als
zeigen.
es
d.h.
Zweck
Impulsförmige Stromeinprägung
3,3.2,
stant
Der
Doppelschichtkapazität
die
Werte
zu
sie
dass
ist.
C
von
Annahme,
und
Elektrodenoberfläche
kann
hohe
der
ist
Verschiebungsstrom fliessen,
hoher
zu
die
in
behaftet
Verlusten
der
ersieht,
Elektroden
lativ
ist
-
eine Annäherung
nur
keinerlei
mit
C
dass
ist
22
gehalten,
die
Während
indem
die
Strom während
Lastimpedanzänderungen
den
von
der
kon¬
Quellenimpedanz viel grösser ist
Lastimpedanz.
Einprägung
die
von
in
Gleichstrom
ein
Elektroden-
Elektrolyt-System immer Materialumsatz bedeutet,
da
Gleichstrom
fliessen
nur
(vergl.
kann
oberhalb
Strom-Spannungs-Kurve Fig.
pulsförmige Stromeinprägung
täten
auch
unterhalb
schiebungsstrom
der
daher
Zersetzungsspannung
der
nicht
zur
zu
wegen
möglich.
n
Ladung
der
Es
2A),
ist
ein
eine
im¬
Doppelschichtkapazi¬
fliesst
dabei
ein
Ver¬
Doppelschichtkapazitäten,
der
Elektrolyse
führt.
Wirdimpulsförmiger Gleichstrom in ein Elektroden-Elektro¬
lyt-System eingeprägt,
rj_ ist,
gilt
folgende
sodass
dabei
die
Ersatzschaltung:
U<^
^D
^D
c:z>-
—czzy-
i=const.
R:»Ze
<&^
Spannung unterhalb
23
~
Im
Einschaltmoment
wird
also
durch
nur
Elektroden
zur
exponentiell
Die
werden.
die
steigt
Höhe
der
Widerstand
Ohm'sehen
den
Anschliessend
bestimmt.
Doppelschichtkapazitäten
die
können
betrachtet
kurzgeschlossen
-
Spannung
Systems
des
Spannung zwischen
des
konstanten
Abschalten
des
Impulses gibt
Nach
den
Ladestroms
Aufrechterhaltung
an.
als
es
zwei
Möglichkeiten:
a)
verändert
b)
bleibt
Quellenimpedanz
Die
der
Impulspause
un¬
hoch.
ist
Quellenimpedanz
Die
wahrend
nahezu
während
der
Impulspause
Ende
des
Impulses unverändert
Null.
die
Bleibt
hoch,
Quellenimpedanz
Verlustwiderstände
ihre
eingezeichnet)
und
nach
Je
(physiol.
Frequenz
noch
bevor
die
über
schen
wenn
von
Entladung
die
hohe
Imp/min)
beendet
und
Impuls
zu
ist.
sie
während
Wird
die
dass
dabei
wird,
des
Gleichgewicht zwi¬
Spannung
die
so
über
die
ist.
selbe
Dies
die
der
entladen
Doppelschichtkapazitäten
oder
folgende Ersatzschaltung:
U>^
CK
CA
R,
z?
s
ist
Systems
Fall,
über
wird,
eingeprägt wurde.
Zersetzungsspannung erreicht
gilt die
des
Ladungsmenge
Verlustwiderstände
Impulses
den
ein
ImDulspause
wie
in
Spannung
bis
an
der
die
Impuls
Impedanz
während
über
nächste
der
die
Entladung erreicht
und
Impulsfolge
der
Die
langsam
somit
und
Quelle
kommt
über
nur
gestrichelt
Quellenimpedanz
Ladung
die
ten
Impuls
Ersatzschaltbild
60-120
Doppelschichtkapazitäten
steigt
(im
Repetitionsfrequenz
der
entladen.
Doppelschichtkapazitäten
die
sich
können
so
am
const.
Ri»ZF
&
so
hoch,
überschrit¬
24
-
wird
Einschaltmoment
Im
die
-
Spannung wiederum durch RA
und
A
i
Anschliessend
bestimmt.
täten
und
geladen
wirksam.
zu
fliesst
Es
Polarisation
führt.
Gleichstrom,
zu
infolge
die
da
grössten Teil
freigewordenen Zersetzungsprodukte
die
lange an,
der
die
bis
den
aufgebaut
anschliessenden
langsam
nur
Zersetzungsprodukte
Diffusion
durch
der
Quellenimpedanz,
hoher
steigt die Spannung zwischen
so
während
Konzentration
nur
der
Elektrolyse
Gegenspannung zwischen den Elektroden
Impulspause,
Impuls
somit
und
Zer¬
Faradayimpedan-
die
ein
Z
die
Sobald
an.
werden
durch
nun
(vergl. Kapitel 3.3.1,),
absinkt,
wird,
Elektroden
dabei
die
Durch
eine
wird
der
Doppelschichtkapazi¬
Spannung steigt
erreicht
setzungsspannung
zen
die
die
werden
abnehmen
kann.
Elektroden
von
Menge
der
zum
Daher
Impuls
entstehenden
neu
zu
Zer¬
setzungsprodukte derjenigen der wegdiffundierten gleich
Die
Höhe
der
Ende
am
Spannung ist somit
verbleibenden
schichtkapazitäten,
von
tionsfrequenz
und
von
oberhalb
und
n
der
Impulsdauer,
Grösse
der
von
der
Die
Zer¬
impulsförmiger Stromeinprä¬
bei
hoher
Doppel¬
Repeti-
Quellenimpedanz abhängig.
irreversibel,
Impulspause
Elektroden
den
Elektrodenoberflächen,
den
ist
bei
der
von
von
der
von
Elektrolyts
des
setzung
gung
d.h.
Stromstärke,
der
Impulses zwischen
des
ist.
Quellenimpedanz
sodass
während
der
Vorgang einer impuls-
der
förmigen Elektrolyse gleich kommt.
Die
zweite
Möglichkeit
während
danz
der
besteht
Impulspause nahezu
Zersetzungsspannung wird
bungsstrom eingeprägt,
lädt.
die
Am Ende
während
der
die
Bis
sodass
erfolgt.
zum
nächsten
kein
Oberhalb
des
dass
Null
die
ist.
Impulses
Quellenimpe¬
Unterhalb
ein
der
Verschie¬
Doppelschichtkapazitäten
auf¬
Impulses wird die Quellenimpedanz Null
Doppelschichtkapazitäten
laden.
den,
des
darin,
können
über
die
Quelle
Impuls sind sie vollständig
Spannungsanstieg
der
sich
zwischen
Zersetzungsspannung
den
und
ent¬
entla¬
Elektroden
findet
zwar
während
25
-
eine
Impulses
des
Impulspause
sich
die
dabei
Elektroden
die
gung
(vergl.
hier
auch
keine
Verhalten
Stromeinprägung mit
niedriger
drige Quellenimpedanz
zu
erhalten,
Stimulators
Zeit
Die
sen.
linken
fläche
eines
Hundeherzens
Elektroden
die
0,5 rnA,
moment
ca.
0,3
liegt
Ende
also
Polarität
von
und
um
die
und
die
Stromstärke
Bild
tial
fällt
abfall
0,3
V
im
über
Fig.
Null;
worden
dem
in
Fig.
war.
Am
Anfang
1,1
die
die
hoch
Impulses
geladen,
beträgt.
Widerstand
beträgt
ist
0,6 V,
ca.
Am
seine
sich
mit
der¬
Quellen¬
bleibt.
Gleichgewichtspoten¬
des
weit
V
S1rom-
entladen
aber
unverändert
so
Die
kehrt
Strom
Elektroden,
wobei
7A,
Impulspause
Ohm'sehen
muss,
Spannung
der
ms.
bei
Systems
des
5
zeigt die Oszillogramme
7B
dieselben
für
Einschaltmoment
betragen
die
Ober-
Zersetzungsspannung.
der
auf
Doppelschichtkapazitäten noch
Spannung
Widerstand
am
Einschalt¬
im
beträgt
aufgenommen nachdem das
wurde
erreicht
sie
Die
Impulspause.
der
erreicht
ms
des
Strom
und
Doppelschichtkapazitäten
wie
der
Spannung
Spannung
unterhalb
Spannung
impedanz während
Das
5
(Fig.7C).
Quelle
Strom
selben
noch
Impulses
des
über
Nach
nie¬
Impulsdauer
die
,
wäh¬
kurzgeschlos¬
durchgeführt.
mm
von
Ohm*sehe
Ausgang
der
Transistor
2
50
während
die
und
Der
V.
öOOfl.
etwa
je
betrug
Oszillogramme
ist
unter¬
epikardialen Elektroden
zwei
Ventrikel
stärke
sie
einem
mit
niedriger Quellenimpedanz
somit
mit
wurde
wurde
der
das
eine
Impulspause
der
Messung
7Azeigt
Fig.
diese
statt.
zeigen
8
findet
Quellenimpedanz
hoher
und
während
für
den
Elektroden-Gewebe-Systems bei
des
Um
der
Fig.
und
7
Impulspause.
rend
Somit
ausgleichen kann.
Fig.
;
da
Spannungseinprä¬
bei
Impedanzerhöhung des Systems
Untersuchungsergebnisse
schiedliche
wie
ähnlich
3.3.1.)
der
zwischen
Potentialdifferenz
Quelle
Kapitel
während
aber
rückgängig gemacht wird,
Teil
entstandene
über
die
Elektrolyse statt,
grössten
zum
-
des
Da
sind
dass
der
die
die
Spannungs¬
Systems wie vorhin
verbliebene
Spannung
über
26
-
-
den
Doppelschichtkapazitäten 0,8
ses
steigt die Spannung
von
d.h.
Ende
Am
n_.
um
ist
also
fällt
die
Spannung
sich
anschliessend
schichtkapazitäten langsam
über
ihre
Aus
laden.
sichtlich,
rückfällt
Oszillogramm
dem
Ende
des
Impulses
dass
über
die
Quelle
praktisch kein
gänge
der
Strom
bei
nochmals
sieben
ersten
fliesst.
ist
Impulse
die
Impedanz
Quelle
des
Beim Pfeil
Stimulators
dass
nung
erkennt
Fig.
und
die
Impulsdauer hoch bleibt.
der
ten
verändert,
wie
man
dadurch
die
die
Impedanz
8A,B,C,D,E zeigen
Elektroden
bei
Spannung ist
einer
hier
Quellenimpedanz
bei
1,4
ein
Elektrolyse.
(Fig.
des
stellt
8D)
und
der
ausserdem
auf
der
die
wurde
zu¬
Vor¬
Während
Impulspause
am
der
er¬
Null
beiden
der
Systems
ent¬
Impulspause
fest.
in
Ende
des
Ausgang
Oszillogramm
des
auch
der
wäh¬
Span¬
Doppelschichtkapazitä¬
Systems zunimmt.
gleichen Vorgang
Stromstärke
oberhalb
her
V
den
Im
ent¬
Doppel¬
Quellenimpedanz
der
Ladung
RA
die
Strom
7Ehält
Impulses bleibt konstant.
rend
der
langsamer Zeitablenkung
kurzgeschlossen und die
so
wird
während
Fig.
0,3 V ab,
um
Verlustwiderstände
Stroms
am
dass
und
des
unterhalb
über
wie
7Dzeigt,
Fig.
spricht.
Impul¬
des
noch
Spannungsabfall
dem
der
Ende
zu
1,4 V,
Impulses
des
Betrag,
den
auf
Bis
V.
von
2
mA.
an
denselben
Die
benötigte
Zersetzungsspannung.
sich
das
es
kommt
Bei
ho¬
Gleichgewichtspotential
zur
impulsförmigen
27
FK
V *
1.5
0.5
-
R -/Zc
2t
HU
100ms
V
„
1.5 -I
0.50
05
7:
§Hrii
-
mA
Figur
mheese
f
Impulsförmige Stromeinprägung
zwei
setzungsspannung mit
am
und
Hundeherzen
hoher
während
Pfeil
auf
hohe
A
epikardialen
2
mm
K
)
bei
(B,D) Quellenimpedanz
der
(\)
(frAasF'u!B!50
unterhalb
Impulspause.
der
Auf
Schrittmacherausgang
Quellenimpedanz
E
Zer¬
Elektroden
niedriger
des
Bild
der
(A,C)
Schrittmachers
wird
von
umgeschaltet.
beim
niedriger
-
28
-
R."ZC
R.
*
Zc
mA
B
mA
L .1
100ms
Figur
8:
100ms
Impulsförmige Stromeinprägung
setzungsspannung mit zwei
am
und
Hundeherzen
hoher
während
Pfeil
auf
hohe
=F
=50
epikardialen
mm
)
bei
(B,D) Quellenimpedanz
der
(\)
(F
oberhalb
Impulspause.
der
Auf
Schrittmacherausgang
E
Zer¬
Elektroden
niedriger
des
Bild
der
(A,C)
Schrittmachers
wird
von
Quellenimpedanz umgeschaltet.
beim
niedriger
29
-
3.4.
Widerstand
Ohm'sche
Der
-
Elektroden-Elektrolyt-
des
Systems
'.Vie
sich
setzt
Elektrolyt-Systems
Ohm'sehen
der
Widerstand
Ohm'sche
der
abhängt.
Elektroden
der
wirksam,
R_
eines
Elektroden-
Serie
in
der
ist
naturgemäss
vom
durch
die
Geometrie
der
wird
oft
zum
Elektroden
bedingter Widerstand R_ vorhanden.
als
(2),
Uebergangswiderstand betrachtet
nicht.
Er
Querschnitt
Elektroden
Elektrolyts in
des
verengt.
zustande,
dadurch
vielmehr
kommt
Dies
einer
zu
trolytwiderstands in diesem Gebiet.
wird
Elektrodenoberfläche
ergibt sich
Komponsnte R
sowie
eventuell
aus
G
Elektrodenoberflächen.
Wie
aus
Kapitel
3.3.1.
schaltmoment
nur
begrenzt
kann
und
Ohm'sehen
Versuch:
Gesetz
oberfläche
Impulsen
wurde
4
von
V
Reizelektroden,
betrug
5;
wurden
subkutan
oder
4000
gestellt,
lO;
berechnet
2
mm
als
.
am
an
oder
50
als
bei
der
Elek¬
der
Ohm'sche
Strom im
Widerstand
2
mm
.
Ihre
Elektroden
Funktion
Ein¬
Rn_=R_+R
nach
+R
dem
Die
der
Die
Ventrikel
Oberfläche
Oberflächen
aus
der
angenäht wurden,
indifferenten
waren
Elektroden¬
Spannungseinprägung mit
gemessen.
linken
den
angelegt.
Alle
Dauer
ms
des
der
werden.
Widerstand
2
Nähe
weitere
Spannungseinprägung
Hundeherzen
und
die
25
bei
dabei
Ohm'sche
Der
Ohm'sehen
den
der
Vergrösserung
Eine
wird
hervorgeht,
durch
sich
Deckschichtwiderständen auf
vorhandenen
den
dass
aber
es
Zuleitungswiderständen,
den
aus
ist
Erhöhung
Durch
kleiner.
R_
R_
unmittelbaren
der
führt
er
den
von
Elektroden
Elektrolyt
wirksamen
selber
Uebergang
Am
ein
ist
hervorgeht,
Elektrolyt
Im
zusammen.
Elektrolytwiderstand
Abstand
RA
verschiedenen,
aus
Komponenten
Kapitel 3.1.
im
Ersatzschaltung
der
aus
Elektroden
betrugen
reinem
lO;
Platin
50
her¬
Zuleitungen dienten isolierte Kupferlitzen.
-
30
-
[Ohm]
1500
1000-
Anode
10
mm2
500
10
50
25
mm
•kathode
Figur 9î
Der
Ohm'sche
Widerstand
denoberfläche.
kardialen
In
Fig.
ist
9
Funktion
dargestellt.
renten
Elektrode
flächen
troden
Als
der
den
ab.
nach
Je
Widerstand
sich
bei
hängig
des
allen
vom
dient
(Anode).
Bei
die
Daraus
Reizelektroden
beeinflussen.
RÄ
Widerstand
Parameter
totalen
Oberfläche
als
des
epi¬
der
Parameter
die
auch
und
zunehmender
hervor,
der
den
als
des
ändert
dass
indiffe¬
der
dass
die
indifferenten
1500.fi. bis
gezeigt,
zwischen
(R )
Systems
Elektrodenoberfläche
Systems zwischen
Versuchen
Oberfläche
Widerstand
Ohm*sehen
Systems
(Kathode) graphisch
geht
Elektrodenoberfläche
Abstand
Elektro¬
implantierten indifferen¬
Reizelektrodenoberfläche
der
der
(Anode).
Ohm'sche
der
die
(Kathode),
subkutan
der
Elektrode
ten
Abszisse
Als
Elektrode
Oberfläche
Funktion
als
sich
260H.
ist.
Elek¬
stark
nimmt
der
Ohm'sche
Dagegen hat
RÄ weitgehend
Elektroden
Ober¬
Da
unab¬
der
Wider-
31
-
stand
auch
Kupferzuleitungen vernachlässigt
der
Deckschichten
keine
Widerstand
Systems
des
mit
widerstandes
3.5.
Impedanz
den
Impulses
daher
auf
den
wird
Es
Funktion
soll
Zur
:
pedanz
Fig.
lO
zeigt
verschiedenen
der
in
t
Fig.
gestellt.
Als
(23,24).
linken
Elektroden
die
zugeführt,
während
der
Stromdichten.
»
11
bei
3
1;
2
in
Funktion
und
Parameter
trodenoberfläche.
Bei
werden.
eines
2
lO
mm
die
niedrig
war.
Strom
Aus
den
Oszillogrammen
t
O,
und
die
Impedanz
berechnet.
Die
Resultate
Impulsdauer
die
graphisch
Stromdichte
an
bei
wurde
sowie
der
dient
von
Ausgangsim¬
Spannung
ms
Hun-
Ober¬
Impulse
wurden
wobei
Funktion
als
Ventrikel
je
an
zuneh¬
Systems
des
von
«
des
gegebenen
geklärt
Impuslpause
Oszillogramme
steigt
Stromdichte
zunehmender
Stromeinprägung
Widerstand
Ohm'sche
Systems bei
sind
Mit
Quelle
der
ist
den
an
Systems,
des
während
Polarisationsimpedanz
der
messba¬
Impedanzzunahme
epikardiale Elektroden mit
den
Dauer
die
folgende Versuche
wurden
angenäht.
fläche
ms
Messung
zwei
keinen
Widerstand
Polarisationsimpedanz
durch
Stromdichte,
deherzens
3
die
bei
(j
hervorgeht,
dass
angenommen,
soll
viel
R_
Stromdichte
und
Stromdichte
der
Elektroden
Versuch
Ohm'schen
totalen
Reiz-
Elektrolyt¬
des
Elektroden-Elektrolyt-Systems
des
an.
Dies
Elektroden
der
Abstand
vom
Widerstan-
ist
mm
Abhängigkeit
die
hat
was
verwendeten
2
50
RÄ
Elektroden,
Versuch
bis
5
von
Ohm'sche
bestimmt.
R
und
kann
der
Ohm'schen
des
diesem
in
werden
wird
der
Abstand
vom
Hauptanteil
den
Elektrodenobeflächen
der
und
R
bisherigen Untersuchungen
die
men.
durch
Polarisationsimpedanz
aus
den
sind,
Oberflächen
R
Einfluss
Wie
eine
Bei
R_,
als
grösser
den
G
verursacht.
elektroden
ren
R_
dass
bedeutet,
vorhanden
nur
zeigt keine Abhängigkeit
des
-
der
des
dar¬
Elek¬
-
32
-
1mA
cm
5 mA
cm2
0 5ms
10mA/cm2
—
20mA/cm2
05ms
Figur
lO:
Impulsförmige
len
Elektroden
verschiedenen
Stromeinprägung
am
Hundeherzen
Stromdichten
an
mit
zwei
(FAmf::um10
den
epikardia2
mm
)
Elektroden.
und
-
33
-
4000-
3000-
2000-
1000
ms
Impulsdauer
Figur
11:
Endimpuls-Impedanz
bei
len
(F
Funktion
Stromdichten
verschiedenen
Elektroden
als
=10
=»F
A
K
2
mm
).
der
an
Impulsdauer
den
epikardia-
-
Widerstand
Ohm1sehe
Der
abhängig
rung
Stromdichte
der
überall
zunahme
des
Systems kleiner.
erfolgt
bei
der
Nach
3
Bei
3700JT1.
3
oberhalb
dichte
der
von
mA/cm
somit
gilt
2
des
unterhalb
für
Ersatzschaltbild
zu
das
Sie
des
2
mA/cm
1
das
.
Systems
die
beträgt
bei
ist
und
Bei
der
von
0,1
V
während
der
gesamten
suchen.
Zersetzungsspannung
der
System
ist
Impedanz¬
Systems unterhalb
steigt die Spannung
(Bild 10A).
V
Impulsdauer weit
und
Verhalten
die
hierfür
Grund
Der
Zersetzungsspannung
0,37
auf
ms
1
2300X1.
nur
ms
un¬
Vergrösse-
bei
mA/cm
20
von
beträgt
Impedanzanstieg
Gesamtimpedanz
die
Stromdichte
unterschiedlichen
dem
3
hier
einer
nach
Impedanz
wird
grösste
Der
O
=
Bei
niedrigsten Stromdichte,
beträgt
ms
t
lOOOn.
Elektroden
den
an
~
Systems bei
des
Stromdichte
der
34
folgende
Strom-
nach
(rj -2,2V)
vereinfachte
:
cD
^—y
U«1!;
J-L
Für
Gleichstrom
Impedanz
ist
ist
rein
das
kapazitiv,
d.h.
mit
pulsförmigen Verschiebungsstrom wird
dies
zu
streng
Polarisation
genommen
nicht
nichtleitend.
System praktisch
der
von
Elektroden
einer
dem
C_
Die
eingeprägten im-
geladen,ohne dass
führt.
Somit
kann
Polarisationsimpedanz
hier
des
35
Systems
-
gesprochen werden.
Erhöhung
die
Zersetzungsspannung
der
D),
die
nimmt
Stromdichte
Bei
lOB)
(Fig.
bzw.
sodass
nun
die
Systems als Verlustimpedanz
für
C_
(Fig.
zu
das
IOC
und
bis
Spannung
bis
über
nahe
dieselbe
Faradayimpedanz
wirksam wird.
an
des
gilt
Somit
folgende Ersatzschaltbild:
U>n;
JT
Die
Gesamtimpedanz wird daher
der
Gleichstromanteil
Fig.
In
dem
stellt.
(Kathode).
Elektroden
die
Als
verwendet:
Bei
5
allen
mA/cm
Anode.
.
F
=
lO
Messungen
G
mm
(Fig.
betrug
bedeutet
die
Funktion
Oberfläche
Anode
plantierte Platinelektroden mit
2
als
der
Im¬
Elektrodengrössen graphisch
dient
Parameter
gegenüber
Impedanzzunahme
Systems
des
grösser
ist.
Z_
prozentuale
verschiedene
für
Als
die
Widerstand
Ohm'sehen
pulsdauer
len
ist
12
durch
je
niedriger,
umso
den
12A)
die
wurden
epikardia¬
der
subkutan
im¬
folgenden Oberflächen
und
F
=100
Stromdichte
jeweiligen
darge¬
an
2
mm
der
Stromdichten
(Fig.
12B).
Kathode
an
der
36
-
-
AZ
FA=10mm2
1;= 100mm2
250-
k
200-
5mm2
2,5mA/cm2
10mm2
5
25mm2
50mm2
O^SmA/cm2
10mm2
25mm2
0,5mA/fcm2
1.25mA/fcm2
50mm2
2.5mA/fcm2
mA/cm2
150-
100-
5 mm2
12,5mA/cm2
25mA/cm2
ms
B
Figur
12:
Impedanzzunahme
Prozentuale
Widerstand
schen
(A)
bei
10
2
Die
Anodenoberfläche.
Kathode
die
Durch
50
2
wird
die
dichte
von
10
Impedanz
stark
2
mm
hierfür
zu.
auf
eine
ist,
Die
lOO
eine
des
Vergrösserung
2
mm
bedeutet
für
Erhöhung,
schon
der
vorhin
Aenderung der Stromdichte,
Spannungsänderung.
stark
Systems bei
Erniedrigung
wie
Anode
der
Die
für
bei
(G^)
jeder Messung
Kathodenoberfläche
an
(B)
Stromdichte
gleichbleibender Stromdichte
Oberfläche
fläche
der
Stromdichte
die
nimmt
Erhöhung
bei
mm
bei
beträgt
von
(G^
»
die
lOO
2
cm
.
5
mm
5
mA/cm )
auf
2
Dabei
verändert.
Anoden-Strom¬
Anodenoberfläche
Kathode
10
diejenige mit
mit
2
mm
5
2
mm
Ober¬
Impedanzzunahme,
Der
Grund
gezeigt wurde,
nicht
die
sondern
die
Impedanzzunahme
2
mm
der
an
mA/
5
abnehmender
der
der
Elektrodengrössen.
Anodenoberfläche,
mm
Ohm'-
dem
Systems als Funktion
des
verschiedene
für
Impulsdauer
gegenüber
damit verbundene
des
Systems
während
37
-
Einprägung
dayimpedanzen
die
während
Quellenimpedanz
bleibt,
hoch
d.h.
die
Spannung,
ist,
notwendig
ob
wie
und
die
für
unterhalb
die
stark
Fara-
Impulses wirksam sind.
des
Stromeinprägung
während
der
dass
durchgeführt,
so
Impulspause unverändert
unvollständige Entladung
die
durch
kann
die
Stroms
liegt,
n_
Messung mit
die
Wird
von
ob
ab,
gewünschten
des
oberhalb
oder
davon
hängt
Impulses
des
-
die
der
elektro¬
der
Doppelschichtkapazitäten bzw.
durch
lytischen Zersetzungsprodukte
aufgebaute Gegenspannung
Erhöhung
(vergl.
der
auch
Elektroden
3.3.2.),
Kapitel
Elektrodenoberfläche
Die
dadurch
ein
ungewollter
Höhe
der
bedingt
durch
ist
die
den
gegebe¬
abhängig.
aber
nur
Quel¬
hohe
Impulspause.
implantierbaren Schrittmachern
des
Herzens
nungseinprägung,
Diese
einer
Stromdichte
Impedanzerhöhung
Nebeneffekt,
während
der
von
bei
ist
auftreten
zwischen
der
eine
Kondensatorentladung
lation
Im
u.a.
hervorgerufene
lenimpedanz
In
Die
aufgebauten Gegenspannung
nen
3.6.
steigender Stromdichte
bei
Impedanz
wegen
Ausgangsart
folgenden
ist
wird
die
sog.
soll
eine
oft
eine
für
die
spezielle
chronische
Art
Kondensatorentladung
im weiteren
solche
kurz
der
Stimu¬
Span¬
verwendet.
besprochen werden.
Ausgangsstufe schematisch
gestellt;
Mb-
Zh
"i
dar¬
38
Transistor wird mit
Der
durchgeschaltet
bei
sehr
t
1
=
2
*
Transistor
der
(C )
über
(Zu)
mit
Strom
i.(t)
Weise
während
sich
entlädt
Transistors
des
die
über
(Rk)
bei
Impulspause wieder
folgende
Beziehung gilt:
Versuch
Fig.
mit
:
mit
zwei
je
betrug
6,5 V;
=
ö
50
R
.
und
des
sich
entlädt
Stroms
nach
diese
stand
entspricht.
trägt
am
des
troden
i~dt
einer
Anfang
V
bei
Systems steigt
CA
in
3,3
«
während
J
-
i
fjF;
die
des
Impulses
somit
die
Spannung
von
Die
~
Impulses.
mit
ca
620Q-.
Spannung
und
Messung wurde
Ventrikel
beider
2
lauten:
T
ms;
Der
des
Elektroden
800
=
Oszillogramme
ms;
Span¬
der
Kondensator
durch
das
Herz,
niedrigem Innenwider¬
Widerstand
Ohm'sehe
einem
t
da
dt.
Exponentialfunktion
beträgt
durch
Umgebung der
der
linken
am
Spannungsquelle
Der
die
soll
Ausgangkreises
des
die¬
Auf
Batterie
der
aus
Oberfläche
zeigt
13B
einer
des
Impulses
3,3
Die
Daten
kû;
Fig.
wobei
Ende
Die
33
»
Imp/min.
75
nung
mm
der
und
Ausgangkondensators wäh¬
des
epikardialen Elektroden
2
ge-
o
rückgängig gemacht werden,
./
durchgeführt.
(U_)
i2(t)).
anderseits
Schrittmacherausgang.
diesem
Hundeherzens
leitend
zeigt die Oszillogramme
13
Herzen
dem
Kollektor-Emitter-Strecke
Stromspitzen
Aufladung
der
über
und
Batteriespannung
die
vermieden,
Impulses
des
der
Strom
da¬
1000 ms.
?
(Reizimpuls:
Herz
einerseits
werden
Elektroden
rend
ist
Ausgangskondensator
der
Transistor
der
durch
das
800
»
Reizimpuls bewirkte Elektrolyse
den
f
wird
auf
wird
Anschliessend
Kondensator
U
T
gesperrt
X
laden.
Tastverhältnis
Das
Kollektorwiderstand
dem
dem
ms
gesperrt,
H
se
gesperrt.
bzw.
gross:
Leitend
Ist
Blocking-Oszillator) periodisch
Multivibrator,
astabiler
(z.B.
vorhergehenden Stufe
der
des
Nach
2
Systems
ms,
zwischen
Strom
von
3,3 mA.
während
des
Impulses
Die
auf
d.h.
den
be¬
am
Elek¬
Impedanz
lOOO/i.
des
39
-
-
V
i
61
4+i
2
o-M
mA
mA
i,
5
0
I. -I
I. -I
05ms
B
100 ms
:
ll
41
IK
2
+!
0
mA
mA
0
o
-02
-a
fi
.1
I
L J
100ms
Figur
13;
bei
ladung"
Am
Ende
Schrittmacher
einem
als
über
Spannungsabfall
dem
Ohm*sehen
dem
sowie
Doppelschichtkapazitäten
der
während
Elektroden
troden
wird
eine
R,,
über
K
aufgeladen
Richtung
chen
Imoulses
der
der
bleibt
zwischen
1,3
V
ca.
Herz
der
Kondensator
über
das
(Stromeinorägung).
fliessenden
Durch
Ladestrom
entladen
und
(i,)
den
in
werden
die
durch
13D).
Fig.
13Czeigt,
dass
wegen
Elek¬
Aufladung
den
C.
A
der
Elek¬
Nun
wieder
umgekehrter
die
die
Doppel¬
elektrolyti¬
Zersetzungsprodukte aufgebaute Gegenspannung
(Fig.
was
bestehen.
von
und
des
Polarisation
Potentialdifferenz
schichtkapazitäten
schen
des
Widerstand
Wegen
troden-Elektrolyt-Systems entspricht.
ab,
V
2
ca.
um
Text),
siehe
(Erklärung
Spannung
die
Stromimpulse
"Kondensatorent¬
mit
Ausgangsstufe
fallt
Impulses
des
und
Spannungs-
der
Oszillogramme
der
ausgegli¬
kapazitiven
40
-
Spannungsteilung durch
C
eine
Potentialdifferenz
Fig,
13D
ist
eingeprägt,
C
während
dagegen
die
liegt,
nung
densators
während
ansprucht
etwa
dieser
rend
ein
während
des
Teil
Impulses
gleich sind,
zwar
die
Elektrolyse
tel
4.3.4.
aber
nur
Aus¬
Wiederaufladung
Aus¬
des
über
Zersetzungsspan¬
der
Impulses zwangsläufig
des
zu
Ausgangkon¬
des
Impulspause durch Stromeinprägung
der
und
200-300 ms,
Zeit
des
Impulses Spannung
Wiederaufladung
Die
produkte wegdiffundiert.
gen
Ladestrom
Auf
Impulspause mit Stromei'nprä-
der
während
es
im Gewebe.
Elektrolyse
die
Impulsspannung weit
kommt
bleibt.
bestehen
V
Impulspause ersichtlich.
der
erfolgt
gangkondensators während
Da
0,1
ca.
von
Elektroden
den
Ausgangsstufe wird während des
dieser
gung.
zwischen
C
und
exponentiell abnehmende
der
gangkondensators
Bei
-
dass
anzunehmen,
Das
bedeutet,
und
während
Teil
gezeigt wird,
ist
wäh¬
elektrolytischen Zersetzungs¬
der
wegen
zum
es
be¬
dass
reversibel
trägt
diese
Ladungsmen¬
mathematisch
Pause
der
ungleichen
der
die
Zeitkonstanten
Wie
ist.
im
Kapi¬
Elektrolyse nicht
zum
Reizschwellenanstieg bei.
Diskussion
3.7.
Bei
elektrischen
der
impulsen
muss
Stimulation
berücksichtig werden,
weniger homogenen Elektrolyt
oder
leitung
durch
Ionen
erfolgt
(24).
troden-Elektrolyt-System weist
zitive
Komponenten auf
schiedliches
Verhalten
dass
Das
ausser
somit
die
dem
Strom¬
die
auch
ein
Elek¬
kapa¬
unter¬
Systems gegenüber Gleichstrom
nur
oberhalb
mit
einen mehr
vorliegende
Ohm*sehen
impulsförmigem Gleichstrom bewirken.
stets
in
(5,6,14,15,16,20,31),
des
Pacemaker-
Herz
das
darstellt,
und
der
mit
Herzens
des
Zersetzungsspannung
Elektrolyse verbunden
ist,
Während
fliessen
kann
Gleichstrom
kann
wegen
der
und
somit
Doppel-
41
-
terhalb
unterhalb
miger Gleichstrom
ein
Verschiebungsstrom,
die
chronische
günstigsten,
halb
eine
liegenden
störung
liegenden
die
unmittelbaren
der
Herzmuskels
Pacemakers
rend
in
des
d.h.
ab,
mit
irreversibler
chronische
günstig
In
Art
der
Impulseinprägung.
Spannungseinprägung mit
reversibel
schwelle
des
des
Herzens
mit
entweder
und
Herzens
wird
und
ist
genaue
allein
wirksam.
Spannung
und
Impulspause
die
Widerstand
oder
der
auch
Strom
muss
der
kann
ist
und
daher
un¬
bei
des
eine
oder"Impedanz"
Gemeint
bei
Stromspitze
des
aus
Summe
des
Fur
Elek¬
Ohm'ver¬
Untersuchungen
Im
da¬
mittleren
der
auf
Einschaltmoment
Elektroden-Eletrolyt-Systems
Spannungseinprägung
am
ist
untersuchten
errechnete
solchen
Reiz¬
elektrische
Polarisationsimpedanz.
Widerstand
Er
Eine
Stromeinprägung
Definierung geachtet werden.
Ohm'sche
der
zu
führen.
Gewebes
"Widerstand"
von
mittleren
dem
niedriger
Impulspause
(10,12,20,25,31,39).
Ohm'sche
der
Wäh¬
Stromeinprä¬
kann
der
des
vermeiden.
zu
gesprochen
gleichbare Ergebnisse
eine
der
Untersuchungen über
Widerstands
schen
mit
Herzens
des
troden-Elektrolyt-Systems
Spannung
ist,
reizbaren
des
Zerstörung
zahlreichen
Reizelektroden
der
bei
möglichst
Zer¬
Quellenimpedanz
Stimulation
und
Elektroden
der
Quellenimpedanz während
hoher
der
Weise
verbundene
der
Quellenimpedanz während
hoher
diese
von
Quellenimpedanz praktisch
gung
unter¬
hängt
von
Elektrolyse
Nähe
am
werden.
damit
die
und
Elektrolyse
der
Ausmass
Das
verhindert
vollkommen
Gewebes
Für
Auf
Umgebung
der
daher
es
Pacemakerimpulse
der
liegen würde.
in
des
Zersetzung
ist
bewirkt.
Elektrolyse
wäre
un¬
impulsför-
solcher
Herzens
Spannung
Zersetzungsspannung
der
könnte
die
keine
des
auch
Zersetzungsspannung
der
der
Stimulation
wenn
Ein
fliessen.
Spannung r^
der
Gleichstrom
impulsförmiger
ein
Schichtkapazitäten
-
Anfang
des
aus
Impulses
der
nach
dem
42
-
Ohm'sehen
errechnet
Gesetz
achten,
darauf
wie
die
zur
Berechnung miteinbezogen werden.
über
Der
Ohm'sche
bei
Stimulation mit
abhängig
Widerstand
Vergrösserung
minderung
Die
des
Impulses
des
davon
totalen
eines
Impedanz
rend
der
Unterhalb
zu.
die
n
werden
Die
Grösse'
oder
Spannung unterdie
Es
die
Impedanz
zunahme
d.h.
ab,
der
Stromdichte
hängt
nur
von
einigen
Wirksamkeit
der
von
Autoren
beschriebene
pedanz bei Vergrösserung
einer
entweder
auf
impedanz
oder
Wird
so
nämlich
gemessen,
pause
ladung
höher
der
auf
die
der
ungenauen
Verwendung
bleibt
des
der
die
als
Oberhalb
während
der
nimmt
der
wäh¬
hängt
die
Doppel¬
Polari¬
von
der
Ver¬
liegt.
Zesetzungs-
Impulses
des
ist.
Die
Erhöhung
zu,
Impedanz¬
angelegten Spannung
Faradayimpedanzen.
Definition
Die
von
Polarisationsim¬
der
(23,24,31)
Stromdichte
der
beruht
Polarisations¬
unzweckmässiger Stimulatoren.
Quellenimpedanz
die
eine
Systems.
n7
nicht
Polarisationsimpedanz bei
dass
Elektroden.
Aufladung
unabhängig
Grösse
der
dagegen
Elektroden-Eletrolyt-Systems
Elektroden
der
stark
polarisiert;
hier
kann
des
von
sie
die
gesprochen werden.
infolge Polarisation
wobei
ist
bewirkt
oberhalb
nicht
Elektroden
schichtkapazitäten bewirkt.
nimmt
als
Impedanzerhöhung
der
durch
spannung
den
Widerstands
Ohm'sehen
sich
erwiesen,
Elektrodenoberfläche
Impedanzzunahme wird einzig
sationsimpedanz
Berechnung
der
Elektroden-Elektrolyt-Systems
ob
ab,
hat
zwischen
Abstand
vom
relativ
Elektroden-Elektrolyt-Systems
Pacemakerelektroden
praktisch unabhängig
Die
eines
Elektrodenoberfläche
der
von
bei
müssen
meist
die
Auch
nicht
berücksichtigt werden.
Widerstands
Ohm'sehen
so¬
Ooppelschichtkapazitäten
den
hochohmigen Elektrodenzuleitungen
des
muss
Konzentrationsüberspannung
man
Restspannung
Stromeinprägung
Bei
werden.
die
dass
-
Stromeinprägung
während
Lastimpedanz,
Doppelschichtkapazitäten sowie
kann
der
Impuls¬
durch
durch
die
die
Auf-(
infolge
-
43
-
elektrolytischer Zersetzung aufgebauten Gegenspannung
Impedanzzunahme bei
Stromdichte
zunehmender
eine
vorgetäuscht
werden.
Das
elektrische
Systems
bei
sich
nach
je
Ersatzschaltbild
Stimulation
Höhe
der
für
ist
nen
Gleichstromfluss
der
n_
mit
Pacemaker
angewandten Spannung.
Zenereffekt
setzungsspannung
Herzens
des
Elektroden-Elektrolyt-
des
Faradayimpedanzen,
der
durch
Die
das
zulässt.
System
erst
über
ändert
da¬
Ursache
welcher
die
ei¬
Zer¬
44
-
tion mit
elektrischer
Stimula»
der
elektrischen
Reizschwelle
des
von
Pacemakerelektroden
Herzens
des
Pacemakerelektroden
Einleitung
4.1.
Die
bei
Reizschwelle
Die
4.
-
Untersuchungen
bei
zens
Anwendung
hat
Her¬
die
für
mensionierung implantierbarer Schrittmacher Bedeutung.
die
Kenntnisse
genauen
Impulses
das
auf
Herz
Wirkungsweise
der
benötigten Impulse aufzustellen,
Dimensionierung
Die
Bestimmung
bei
auch
dass
Im
erhalten
werden.
allgemeinen
versteht
man
Reizschwelle
trische
Strom
oder
des
Polarität
Sie
ist
von
auslöst.
Impulses,
Zustand
dem
daher
*
Reiz
unipolarem
niedriger
als
für
die
nach
schwelle
steigt
die
anfangs
erst
unipolare
nach
kathodische
von
während
seit
die
der
In
der
(27,31).
Kathode
wird
Praxis
Stimulation
die
anodische
ist
die
Die
Ursache
Reiz¬
als
kathodische. Sie
niedriger
einigen Minuten Reizdauer allmählich über
sogar
Reizschwelle
an.
Ionen-Konzentrationsverschiebungen
troden
für
der
Form
abhängig
chronische
Elektroden
der
Kontrak¬
allerdings gezeigt, dass nach
einigen Minuten Dauer unmittel¬
haben
Stimulation
Umpolarisieren
Medikamenten
(3,31,35).
elek¬
Spannung,
der
Zeit
der
Reizschwelle
die
Die
Impulsdauer,
Elektroden,
der
erreg¬
diesem
eine
noch
der
Herzens,
von
Anode*
Eigene Beobachtungen
bar
Art
des
und
ist
die
für
meistens
kathodischer
der
Impulses,
des
in
minimale
als
gerade
vergleich¬
eines
(18,31).
die
Herzens
Messmethoden,
welche
Energie definiert,
Elektrodenimplantation
Bei
wird
Herzens
des
erfolgen,
so
Reizschwelle
hervorruft
Antwort
optimale
miteinander
minimale Reizstärke,
typische
eine
Gewebe
tion
die
Gewebes
dabei
sollte
unter
die
für
notwendig sind.
Stimulationsarten
und
eine
für
verschiedenen
von
Resultate
baren
des
Reizschwelle
Anwendung
Elektrodentypen
bare
Schrittmachers
des
der
welche
Nur
elektrischen
des
eindeutige Kriterien
erlauben
Di¬
des
Reizens
zu
in
suchen
der
sein.
dafür
Umgebung
dürfte
der
in
Elek¬
45
-
mittels
wurde
Im
in
wird
weitern
einer
Serie
und
dabei
auf
menschlichen
für
die
nur
numerisch
Die
4.2.
an
Bestimmung
bei
Anwendung
nen
durch
auf
aus
der
jedoch
menschliche
Herzen
Aufnahme
der
Elektrophysiologie
Ermittlung
der
sog.
tensität
als
Funktion
schwelle
als
Spannungs-,
der
Herzens
des
allgemei¬
im
erfolgt
bekannte
noch
Impulsdauer.
Strom-
sind
werden.
Stärke-Dauer-Kurve
minimalen,
der
Pacemakern
Reizschwellenbestimmung
Pacemakerelektroden
die
ähn¬
Ergebnisse
gewonnenen
elektrischen Reizschwelle
der
von
der
des
Herzens
behandelt
über¬
sehr
von
menschlichen
des
Herz
Verhalten
Berechnung
und
des
Messwerte
Hundeherzens
des
Kapitel 4.3.5.
im
das
aus
übrigen
der
das
dem
menschlichen
Auswertung
ist
wird
herausgegrif¬
Fall
auf
herkömmlichen Methoden
Die
Diese
elektri¬
gewonnen
Prinzipiell
Stimulation
die
massgebend,
bei
die
Dimensionierung
chronische
aber
Hundeherzens
da
verzichtet,
Herzens
die
Für
kathodi¬
statistische
eine
tragen werden können.
lich.
die
typischer
ein
Versuchen
nicht
Hundeherzens
Grunde
nur
auch
Einfachheitshalber
untersucht.
bewusst
Resultate
des
Verhalten
das
Stimulation
von
diesem
Aus
behandelt.
scher
fen
verwendet.
Kathode
folgenden Untersuchungen
den
Stimulation
sche
die
Pacemaker
-
oder
Methode
effektiven
Dabei
wird
(21,31).
beruht
Reizin¬
Reiz¬
die
Energieschwelle
be¬
stimmt.
Diese
drei
weiteren
striert.
der
anhand
Die
linken
trode
Methoden
von
zur
Reizschwellenbestimmung
Messungen
Messungen wurden
am
mit
Hundeherzen
einer
50
werden
kurz
implantierte
indifferente
Als
Anode
Elektroden
mit
demon-
2
mm
grossen,
Ventrikelspitze angenähten epikardialen
(Kathode) durchgeführt.
im
dienten
Elek¬
subkutan
Oberflächen
von
an
46
-
50
10,
4000
oder
Die
.
Spannungs-
Stromeinprägung mit
Impulsen
bis
0,1
von
die
und
Energieschwelle
die Stromschwelle
Spannungseinprägung,
durch
wurden
mm
-
lO
durch
Dauer
ms
gemes¬
sen.
Da
sich
die
Reizschwelle
Pacemakerelektroden
ein Mehrfaches
den
Versuche
Elektroden
Implantation
erfahrungsgemäss
nach
einigen Tagen
Die
ersten
der
Stunden
5
Die
Fig.
die
ist
14
Oberfläche
indifferenten
der
Als
als
Impulsdauer die benötigte Spannung
wird.
die
Durch
sinkt
Elektrode
einem weiteren
von
50
die
wurde
Ventrikel
Oberfläche
mm
Oberfläche
die
indifferenten
Funktion
50
grosse,
mm
und
tet.
se
mit
Da
der
zweite
wurde
Elektrode
epikardiale
angenäht und mit
Hund
der
von
Elektrode
die
der
subkutan
einer
4000
2
indifferen¬
totalen
keine
Oberfläche
stimulierende Oberfläche
am
an
zu
den
Ventrikel
AV-Block
Reizwirkung
der
Oberfläche
mm
Kathode
Die
eine
Vorhof
parallelgeschal¬
den
besass
die¬
Ventrikel.
vergrössert,
verändern.
als
wurde
rechten
hatte,
auf
Elek-
împlantier-
Anschliessend
Elektrode
Elektrode
einen
niedriger
epikardialen
angenähten
Impulsdauer bestimmt.
der
2
bei
Schwellenspannung mit
/
ten
wobei
Schwellenspannung ab.
Versuch
linken
den
der
Vergrösserung
dient
einzelnen
Die
Elektrode.
zunehmender
trode
der
Funktion
Parameter
zeigen einen hyperbel-ähnlichen Verlauf,
an
Hunde¬
des
Implantation
nach
Schwellenspannung
die
einer
folgen¬
Spannungschwelle
Impulsdauer graphisch dargestellt.
In
auf
postoperative Reizschwellener¬
der
Kurven
von
behandelt.
später separat
Versuche;In
ten
alle
wurden
Messung der akuten Reizschwelle
zur
durchgeführt.
höhung wird
4.2.1.
nach
Anfangswertes erhöht,
des
innerhalb
herzens
Herzens
des
ohne
So¬
die
Spannungsschwelle
47
-
-
V
7-
6-
5-
FKATHODEö50mm2
4-
3-
2-
"anode
1-
m
11
Figur
2
14:
5
3
Spannungsschwelle
bei
einer
50
mm
mit
diesen
ferente
beiden
Elektrode
Schwellenspannung
der
gemessen.
die
beiden
den
Stärke-Dauer-Kurven
liegt
zen
Bereich
Die
Bestimmung
fert
keine
sowohl
von
wurde
Fig.
eine
Elektrode
erneut
die
hoher
der
15
«4000
mm2
—*-
zeigt
ist
ms
Impulsdauer
den
ähnlich,
aber
die
für
die
alleinige
Reizschwelle
Grösse
der
indif¬
Verlauf
Die
die
als
Form
der
und
für
der
bei¬
Schwellenspan¬
im
gan¬
epikardiale Elektrode.
Spannungsschwelle
Die
Ober-
(Anode).
vergrösserte Kathodenoberfläche
als
mit
epikardiale Elektrode
eindeutigen Resultate.
der
mm2
grossen
gegen
parallelgeschalteten Elektroden.
für
50
(Kathode)
Elektrode
indifferenten
die
nung
»
der
verschiedenen
und
Elektroden
für
Funktion
als
epikardialen
Oberfläche
flachen
mm2
10
Die
2
10
"T"
r
i—i—i
0 0,5 1
°
lie¬
Schwellenspannung
indifferenten
Elektroden,
wie
ist
auch
-
derjenigen
von
-
Reizelektrode
der
Oberfläche
der
rung
48
Dies
für
die
die
Spannung
Auslösung
wortlich,
hätte
den
Elektroden
der
Erregung
Auslösen
das
man
im
Elektroden
schalteten
sollen,
für
den
wie
für
eine
der
zweiten
dieselbe
Elektrode,
die
direkte
sein
Herzen
Versuch
an
den
die
die
Wäre
verant¬
parallelge¬
Schwellenspannung
da
die
Ursache
kann.
Depolarisation
parallelgeschalteten Elektroden
V
dass
bedeutet,
nicht
am
Durch Vergrösse-
Elektrode wird
indifferenten
der
Schwellenspannung herabgesetzt.
Spannung zwischen
abhängig.
Spannung
erhalten
bei¬
den
an
naturgemäss dieselbe
ist,
t
1,5
FANODE"4000mm2
0,5-
1
KATHODE
/50+50mm2
•-50 mm2
Tn
|
i
t
1
0 051
Figur
15:
1
2
—r-
r-
Die
Spannungsschwelle
bei
Verdoppelung
(Kathode).
trode
10
5
3
Die
der
als
der
Impulsdauer
Reizelektrodenoberfläche
Oberfläche
(Anode) beträgt
Funktion
ms
4000
indifferenten
der
2
mm
.
Elek-
49
-
Wird
definiert.
eindeutig
prägung
4.3.1.),
erhält
nach
je
man
bei
nur
sie
mit
Stromeinprägung
Kapitel
andere
Einprägung
der
Art
Spannungsein¬
(vergl.
bestimmt
"Kondensatorentladung"
mit
oder
Schwellenspannung
die
ist
Ausserdem
-
Schwellenwerte.
Die
4.2.2.
Funktion
in
trode
beim
16
Fig.
Versuche;
gung
Stromschwelle
Hund
der
2
50
von
zeigt
Elektroden
Impulsdauer
Elektrode
hat
Messwerte
decken
Wird
die
mit
für
Mass
gegen
mit
gung"
gemessen,
spitze
der
ist
oder
Resultate
auch
oder
der
verseniedeno
ein
im
die
auch
Bestimmung
der
wegen
mehr
allgemeinen
willkürlich
angegeben wird,
mehr
ein
Rechteckform
entweder
angenommener
können
auf
direkt
miteinander
Grund
dafür,
weshalb
berichten
ge¬
ist
dem¬
zuver¬
Wird
da¬
"gemischter Einprä¬
eindeutig
nicht
l'rnebnisse
gemessen,
Polarisationsvorgänge
nicht
nicht
Die
Versuche
Reizschwelle.
mit
oder
zu¬
Hessungenauigkeiten
Stromdichte
der
mit
indifferenten
weitere
durch
nur
als
Stromschwelle.
wie
und
die
Wie
nimmt
und
der
Stromeinprägung
Stromimpuls
Messungen
Reizschwelle
ne
wobei
Stromschwelle
solchen
praktisch
echter
die
die
auf
).
mm
Stromschwelle
Oberfläche
Einfluss
Spannungseinprägung
Elektroden
die
Die
ab.
Abweichungen
Stromstärke
lässiges
ist
sich
sind
haben,
bedingt.
nach
keinen
die
auch
implantierte
4000
oder
hyperbel-ähnlich
Impulsdauer
der
50
lO,
Elek-
Ventrikelspitze
subkutan
grosse,
=
verläuft
nehmender
zeigt
(F
Stromeinprä¬
epikardiale
linken
der
an
mit
eine
für
Impulsdauer
verschiedene
gegen
Spannungsschwelle,
Funktion
Stromschwelle
Oberfläche
mm
indifferente
die
initiale
mittlerer
diese
Weise
Da
Strom
als
gewonne¬
Autoren
(1,6,13,31,37).
bei
Strom¬
verglichen werden.
verschiedene
den
aufweist,
definiert.
die
an
Dies
über
-
50
-
mA
7-
6-
5-
FK=50mm2
F
4
=
10,50,4000 mm2
3-
2-
1
-
"'M
-T-
I
0 0,5 1
Figur
16:
—r
2
3
Stromschwelle
schieden
grossen
kardiale
Elektrode
2
50
Oberflächen
4.2.3.
Die
Reizschwelle
Bereich
Impulsenergie
definiert,
von
Versuch:
als
des
angegeben,
einem weiten
men
lO,
Impulsdauer bei
Elektroden.
(Kathode)
Oberfläche
50
mit
(Anode)
Elektrode
und
ms
ver¬
Epi¬
von
mit
2
4000
mm
.
Energieschwelle
schwelle
Die
von
der
indifferenten
indifferente
und
mm
10
Funktion
als
»
—i
5
Strom
Fig.
Funktion
die
und
17
der
da
sie
in
konstant
wird
wobei
wird
Herzens
zu
der
verlaufen
dt
aus
Energie¬
Impulsdauer
die
in
(1,6,7,12,19,20,25),
Impulsdauer
den
t
Oszillogram-
erfolgen hat.
zeigt die Schwellenenergie
Impulsdauer
als
soll
für
Berechnung
genaue
Spannung
auch
Funktion
yu«i
als
oft
für
eine
des
Hundeherzens
epikardiale
Elektrode
-
mit
50
mit
troden
er
vielmehr
weist
dem
der
von
gig ist.
elektrode
4.2.1.).
bei
Das
wird
wird.
messen
der
4000
indifferenten
mm
Der
Ver¬
das
ausser¬
abhän¬
dieselbe Reiz¬
für
Vergrösserung der Oberfläche der
indifferen¬
(siehe Spannungsschwelle Kapitel
niedriger
heisst,
.
Elektrode
Schwellenenergie
die
Demnach
Energieschwelle
als
oder
Elek-
dass
die
Grösse
Schwellenenergie
der
abhängt, mit welcher indifferenten Elektrode sie
davon
zu
Auch
50
10,
2
ausgeprägtes Minimum auf,
ein
Oberfläche
Elektrode
ten
von
indifferenten
jedoch nicht wie behauptet konstant,
ist
Energie
der
lauf
Oberflächen
-
verschiedenen
bei
Oberfläche
mm
51
unterschiedlichen
die
ist
Bestimmung
nicht
auch
Reizschwelle
der
eindeutig,
ge¬
und
daher
kann
Ergebnissen führen.
fji
Kathode
=
50mm2
WWJODE
6-
10 mm2
5'1
4-
50 mm2
3-
2-
4000 mm2
1-
o4m-r
-j-
0 0,5 1
Figur
17:
3
10
Energieschwelle
verschiedenen
Die
troden
50
Funktion
grossen
Oberfläche
beträgt
als
der
2
mm
(Anode)
,
Impulsdauer mit
indifferenten
Elektroden.
epikardialen Elektrode
diejenige
10,
der
50 und
der
ms
(Kathode)
indifferenten
AOOO
2
mm
.
Elek-
52
-
Die Reizschwelle
4,3.
Die
4.3.1.
-
Herzens
des
Ladungsmengenschwelle
als
Ladungsmengenschwelle bei verschiedenen Impuls¬
formen
vorhergehenden Abschnitt
im
Wie
herkömmlichen Methoden
eindeutigen
Es
wurde
daher
elektrischen
Art
Im
miteinander
Reizschwelle
folgenden wird eine
werden
Versuch
;
Im
des
bei
und
Hund
ziert
rente
Elektrode
wurde
subkutan
schwelle
in
une
ladung"
für
die
finden,
die
unabhängig
Reizschwelle
eingeführt,
Herzens
Messungen
mit
einer
eines
die
bei
Oberfläche
einer
mit
elektrische
Experimenten
verfifi-
epikardiale Elek50
von
von
sowie
mit
Kapitel 3.6.)
war
lO
Spannung
und
Strom
von
bis
4000
lO
ms
mit
"Kondensatorent¬
Die
Kapazität
3,3
pF.
Bei
bzw.
mm
Reiz¬
bestimmt.
pF
linke
indiffe-
die
wurde
0,1
die
an
Eine
Oberfläche
Impulsdauer
Spannungseinprägung
mm
angenäht.
Anschliessend
implantiert.
der
eine
wurde
Hundeherzens
(Anode)
Funktion
(vergl.
wurden
der
von
eindeutig bestimmt,
für
die
Messung der
menschlichen Herzen
am
Ausgangskondensators
sung
vergleichbaren Resultate.
Definition
neue
keine
Grösse
folgenden Versuch
Ventrikelspitze
Strom-
zu
die
konnte.
(Kathode)
trode
eine
versucht,
Impulseinprägung die
der
Reizschwelle
am
Reizschwellenbestimmung
der
direkt
und
liefern
gezeigt wurde,
des
jeder Mes¬
oszillographiert
photo¬
und
graphiera
Fig.
bei
18
der
gramme n
zeigt die Oszillogramme
Reizschwelle
würden
stimmungen
als
sich
mit
nach
Spannungs-
1
Spannung
Impulsdauer.
ms
den
der
herkömmlichen
oder
und
Aus
des
den
Stroms
Oszillo¬
Reizschwellenbe¬
Stromschwelle
folgende Werte
ergeben:
Stromeinprägung
0,28
V
bzw.
1,15 mA
Spannungseinprägung
0,36
V
bzw.
1,5
Kondensatorentladung mit 010 pF
0,4
V
bzw.
1,75 mA
Kondensatorentladung mit 03,3 jjF
0,58 V bzw.
2,4
mA
mA
-
53
-
04
V
0,6mA
0,4-
2
0,2-
1,5
0
-L
1
0,5
0
I—I
mit verschiedenen Impuls¬
Figur 18; Reizschwellenbestimmung
bei
formen
Stromeinprägung
B.
Spannungseinprägung
C.
Kondensatorentladung mit
CA
D.
Kondensatorentladung mit
C.
durchgeführt wurden,
gleich
hoch
se
nicht
nicht
Werden
Wegen
zum
*
Die
10
3,3
der
und
am
uAi
selben
überall
Impulsformen
Reizschwelle
Vergleich
ein
ist
gleich 1,15
Reizschwelle
unterschiedlichen
Definition
juF
überall
Elektrode
die
uF
der
kommt
Ergebnis¬
möglich.
die
Stromimpulse
Ladungsmenge
sungen
sollte
Auch
Ausdruck.
graphisch integriert,
ne
der
unbestimmten
somit
der
dies
sein.
ist
idt
derselben
an
Herzen
und
/
Ladungsmenge Q
vier Messungen
alle
Impulsdauer.
ms
A.
Oie
Da
1
dasselbe
Q*
der
d.h.
vier
die während
berechnet,
Ergebnis,
Ladungsmenge Q,
Ausgangsarten in Fig.
erhält
nämlich
des
man
Impulses geflosse¬
bei
allen
vier
Mes¬
1,15 uAs.
welche während
der
Impulsdauer t fliesst,
Coulomb ausgedrückt.
entspricht Q
J i dt. Q wird in As oder
der
Beim Stromdurchgang in einem Elektrolyt ist Q
der Stromleitung beteiligten Ionen proportional.
»
18
Anzahl
an
-
Dies
gilt
auch
graphische
vier
Impulsformen:
Stromimpulse
20
ms.
bei
2
ms
mit
verschiedenen
C.
Kondensatorentladung mit
C.
-
D.
Kondensatorentladung mit
C
-
Ladungsmenge ist
Impulsdauer
dieselbe
grösser wird.
ist,
Dies
für
die
dargestellt.
wobei
von
der
sie
aber
bedeutet,
Es
Art
dass
der
oben
mit
lO
Impuls¬
/jF
3,3 uF
gleich
überall
Ladungsmenge bei
Ladungsmenge unabhängig
allen
Impulsdauer.
Spannungseinprägung
der
Die
ß
B.
die
19).
1,6 uAs.
Stromeinprägung
ist
(Fig.
ergibt bei
a5ms
gangsarten graphisch
mer
der
2
von
A.
Die
Funktion
-
Impulsdauer
Reizschwellenbestimmung
19:
Fig.
Q
-
A
formen
In
der
Integration
0,5ms
Figur
bei
54
l,6yuAs.
Reizschwelle
als
aufgeführten vier Aus¬
zeigt sich,
der
dass
die
Impulseinprägung
zunehmender
zwischen
den
im¬
Impulsdauer
verschiedenen
55
-
Ausgangsarten
schied
besteht,
nicht
Impulsformen
allen
durch
menge
tivität
eines
Erregung
die
Somit
das
Herz
Form
der
Stromimpulse ein
in
der
Art
aber
um
eine
die
Erregung
Herzen
am
fliessen.
Anders
hängt
ab,
davon
formuliert:
für
Impulses
ob
durch
Reizschwelle
elektrische
die
Herz
des
auszu¬
Ladungs¬
die
Effek¬
Auslösung einer
während
das
Bei
Reizwirkung.
Impulsdauer dieselbe
benötigte Ladungsmenge
kann
der
Unter¬
gegebenen
elektrischen
Herzen
am
der
muss,
einer
während
lösen,
er
in
nur
-
der
Impulsdau¬
fliessen
Herzens
kann.
als
Ladungsmengenschwelle gemessen werden.
fjAs
•
—
Spannungseinprägung
Stromeinprägung
o
—
x
—C=10uF
+
—C
=
3,3uF
5-
4-
3-
2-
»"
0
Figur
i
'
0,5
i—r
1^
1
20:
2
T
T"
3
5
10
Ladungsmengenschwelle als Funktion
mit
verschiedenen
elektrode
F
=
4000
F
mm
=
),
SO
Impulsformen.
2
mm
,
und
der
Impulsdauer.
(Epikardiale
indifferente
ms
Reiz-
Elektrode
56
-
Die
4.3.2.
-
Ladungsmengenschwelle
als
Funktion
der
Reiz¬
elektrodenoberfläche
Versuch
troden
:
Im
mit
folgenden Versuch wurden vier epikardiale
Oberflächen
die
5,
von
Ventrikelspitze
linke
ander
an
näht.
Die
Ladungsmengenschwelle
wurde
mit
Strom-
und
2
bestimmt.
Ladungsmenge wurde
Figur
der
21:
mm
grosse,
50
Hundeherzens
durch
ange¬
Elektroden
gegen
indifferente
Elek-
anein¬
nahe
mm
einzelnen
Spannungseinprägung
4000
tion
und
eines
der
implantierte,
Die
25
lO,
2
eine
subkutan
Elektrode
(Anode)
graphische Integra¬
Stromimpulse berechnet.
Ladungsmengenschwelle
bei
verschieden
Die
Oberfläche
beträgt
4000
grossen
der
2
mm
als
.
Funktion
der
Impulsdauer
epikardialen Reizelektroden.
indifferenten
Elektrode
(Anode)
-
Q
57
-
RST
uAs
Impulsdauer
10ms
5-
4-
3-
2-
1-
-i—I-
—i—
5 10
25
50
mm
'
Figur
22:
Ladungsmengenschwelle
trodenoberfläche
pulsdauer.
trode
Die
Funktion
als
(Kathode)
Oberfläche
(Anode) beträgt
KATHODE
4O0O
bei
der
mm
der
Reizelek¬
verschiedener
indifferenten
.
Im¬
Elek-
58
-
In
Fig.
mit
und
sind
sowohl
trode.
Bei
totale
notwendige
As/cm
Reizschwelle
Die
50
die
indifferente
sungen
als
Spannungs¬
nimmt
die
Herzen
bzw.
im
ist.
die
dass
für
Ladungs-
liegen¬
darunter
Demnach
auf
jeder
Reizelek¬
der
bedeutet,
umgerechnet
oder
Elektrode
die
die
kann
entweder
2
1
cm
verschieden
bei
Elektroden
Elek¬
grossen
betrugen
wurden
mit
Strom-
zeigt
den
Verlauf
und
10,
als
Die
50
Hundeherzens
Oberfläche
Funktion
subkutan
grosse
gemessen.
eines
einer
mit
Reizschwelle
verschieden
Elektroden
am
Ventrikelspitze
epikardiale
pulsdauer gegen
ferenten
Funk¬
Elektroden
linke
angenäht und
bei
gegebene Elektrodenoberfläche
Ladungsmengenschwelle
An
eine
mm
auch
dar¬
Ladungsdichtenschwelle definiert werden.
als
indifferenten
2
als
Dies
zu.
verantwortlich
eine
trodenoberfläche
wurde
Impulsdauer
Reizelektrodenoberfläche
Ladungsmengenschwelle
Versuch;
als
der
Oberfläche
zur
Reizelektrode
Gewebe
für
Strom-,
Depolarisation
der
an
bei
Ladungsmenge
einer
2
reizbaren
4.3.3.
Ladungsmengenschwelle
proportional
zunehmender
Auslösung
als
Parameter
als
Ladungsmengenschwelle ist bei
Die
direkt
Impulsdauer
den
Impulsdauer
der
graphisch aufgetragen.
einprägung gleich.
dichte
die
Reizelektrodenoberfläche mit
der
Messwerte
die
Funktion
als
Reizelektroden
der
ist
22
Fig.
In
Parameter
Die
Ergebnisse
die
Oberfläche
der
gestellt.
tion
sind
21
-
der
Im¬
angebrachte,
Oberflächen
oder
von
4000
mm
indif-
der
2
.
Die
Mes¬
Spannungseinprägung durchge¬
führt.
Fig.
23
Funktion
ten
der
der
Ladungsmengenschwelle als
Impulsdauer bei verschieden grossen indifferen¬
Elektroden.
fläche
der
Die
benötigte Ladungsmenge ist
indifferenten
Elektrode
sowohl
bei
von
der
Ober¬
Spannungsein¬
prägung wie auch bei Stromeinprägung unabhängig.
Die
Grösse
59
-
indifferenten
der
stand
FA
FA
Widerstand
lO
-
50
mm2
mm2
=
A
FA
4000
»
A
R
600 il
=
420 H
=
250 n.
A
nimmt
Oberfläche
der
Ohm'sehe
benötigte Spannung
Kapitel
=
A
mm
trode
der
Rn
—
Vergrösserung
(vergl.
den
nur
Ohm'schen
Wider¬
betrug:
RA
Durch
die
hat
Systems Einfluss.
des
Ohm'sehe
Der
Elektrode
-
der
Widerstand
für
die
des
indifferenten
Systems
notwendige
und
Elek¬
dadurch
Ladungsmenge
ab
3.4,).
QRS*
uAs
FK=50mm2
F=
A
5-
10,50,4000 mm2
4-
3-
2
1
0
"i
11
i
-T"
0,5 1
Figur 23:
2
Die
3
5
10
Ladungsmengenschwelle
einprägung bei
Elektroden
verschieden
(Anode).
Die
gezeichneten Bereich.
mit
ms
Spannungs- und Strom¬
grossen
Messwerte
indifferenten
liegen im ein¬
60
-
Chronische
4.3.4.
bisher
Alle
frisch
mit
implantierten
Ursache
höhung
Im
infolge
folgenden
anstiegs
Versuche
gesamt
wurde
In
an
Widerstands
9
ein
der
zur
zweiten
Gruppe
Schrittmacher.
die
auf
von
Elektroden
(4,8,11).
wachen
47
Bestimmung
mit
die
7
der
Tage
der
4
der
von
ins¬
5
Hunden
von
als
Aus¬
Reizschwelle
wäh¬
konnte.
Hunden
die
geleitet
Haut
(Typ
auch
konnte
einer
Elema
Oberfläche
intraoperativ
wobei
die
peripheren
ohne
Anschluss
Einfluss
der
2
ms
Impulsdauer
von
588)
und
560
2
mm
den
an
ei-
indiffeverwendet.
darauffol¬
postoperativen Messungen
erfolgte mit Stromeinprägung,
betrug.
Verlauf
EMT
und
mit
Elektroden
wurden.
Reizschwelle
Impulsdauer
ersten
bei
die
vorgenommen
der
Gruppe
intrakardiale
mm
gemessen,
Hunden
Gruppen
und
RS-Erhöhung untersucht werden.
2
Reizschwelle wurde
Funktion
fibrö¬
von
Reizschwelle
zwei
ersten
Dadurch
Gruppen wurden
Oberfläche
in
werden
wurden
durch
Elektroden
der
einen
wobei
Als
an.
Reizschwellen¬
des
der
Bestimmung
einer
genden Tagen
der
Der
ausgeschaltet
beiden
Die
nach
Widerstandser¬
(mit Kondensatorenentladung
Pacemaker
Bei
an
eine
Ursache
wurden
Me-ssung
rente
Ausgangswertes
Verlauf
untersucht.
Hunden
Reizstromes
Die
und
Grösse
postoperative
Der
:
des
ner
Reizschwelle
die
Fremdkörperreaktion angenommen
der
Enden
chroni¬
untersucht.
gang) implantiert,
rend
des
Mehrfaches
von
werden
Ohm'sehen
des
steigt
Messungen
Bei
gewonnen.
Elektrodenumgebung wegen Bildung
der
Gewebe
ein
auf
Elektroden
Herzens
durch
wurden
Reizschwellenerhöhung wird
der
in
des
Ladungsmengenschwelle
der
Ergebnisse
behandelten
einiger Zeit
sem
Untersuchungen
Stimulation
scher
-
der
Ausserdem
wurde
Reizschwelle
gemessen.
\
auch
während
als
61
-
-
Ohm
250
.
»
o—o
mit
Pacemaker
ohne Pacemaker
200
150-
Ors'
fjAs
76-
^Cj***
O
5-
—
-
t J
/
4-
O/
f
/
//
/
3-
if
21
-
0
Figur
/
III
I
1
1
1
1
I
I
012
4
7
9
14
20
27
38
-
Postoperativer
24:
und
des
Verlauf
Mittelwerte
t
Impulsdauer
(mit Pacemaker)
5
von
Ladungsmengenschwelle
der
Widerstands.
Ohm'sehen
postop Tag
47
ms,
(ohne
4
und
2
-
Pacemaker) Versuchstieren.
Fig.
bei
zeigt
24
2
ms
den
postoperativen
Impulsdauer als
(Mittelwerte).
Gruppen
zwischen
stimulierten
stellen.
Bei
rativ
niedrigsten,
und
am
erreichte
beiden
mit
ist
Es
kein
Reizschwelle
war
in
stieg
bis
Herzen
Reizschwelle
die
den
für
5-fachen
des
punkt.
Anschliessend
kam
es
3Y2-fache
des
intraoperativen Wertes,
Aenderungen bis
zum
47.
das
tere
3-
bis
bis
10.
zu
intraope¬
postoperativen Tag ihren
einem
an
intraoperativen
zwischen
7.
festzu¬
darauffolgenden Tagen
Wertes
dem
beide
signifikanter Unterschied
nichtstimulierten
Gruppen
4-
der
Ladungsmengenschwelle
und
dem
Verlauf
Höhe¬
langsamen Absinken auf
postoperativen Tag.
ohne
In
wei¬
dersel-
62
-
ben
Abbildung ist auch
des
als
Funktion
von
der
Reizschwelle
des
Ohm'schen
postoperativen Tag
3.
postoperativen Tag
er
praktisch
sich
bei
er
10%.
beiden
kein
Gruppen
bis
zum
blieb
Anschliessend
Widerstandsände¬
der
Verlauf
Im
Mittelwert
Der
25% und
etwa
um
weitere
unverändert.
einen
intraoperativ bei 260A.
lag
sank
um
zeigt
Dieser
dargestellt.
Widerstands
1.
fand
Ohm'sehen Widerstan¬
des
unabhängigen Verlauf.
Am
rung
Verlauf
der
Zeit
der
-
signifikanter
Unter¬
schied.
Die
Reizschwellenerhöhung
auch
nichtstimulierenden
an
schen
trat
in
Untersuchungen
Elektroden
haben
der
angeschlossenen
Pacemaker
Elektroden
(17).
gezeigt
Umgebung
Zeit
Demnach
zur
Reizschwellenerhöhung bei.
Die
postoperative Veränderung
Widerstands
nicht
schwelle
die
in
Gewebsveränderungen
zur
Erhöhung,
gen
sogar
Fig.
zeigt
25
schwelle
tiven
steigt
zur
als
Tag
bei
Anschein,
an
sondern
der
in
Verlauf
den
Funktion
einem
der
der
sich
im
drei
Ohm'schen
Erhöhung
unwesentlich
und
des
voneinander
der
un¬
Reiz¬
Die
führen
nicht
Ta¬
Widerstands.
Ladungsmengen¬
zum
7.
postopera¬
Ladungsmengenschwelle
proportional
Verlauf
Ohm'¬
postoperativen
der
Impulsdauer bis
Die
an
während
Widerstandsänderung.
Versuchstier.
Elektrodenoberfläche
einen
Erhöhung
ersten
des
Impulsdauer
wenn
nur
Elektrodenumgebung
den
Herabsetzung
jeder
wie
einer
Folge
die
ist
Demnach
abhängigen Verlauf.
Reizstrom
oder
Systems zeigten
des
den
angeschlossenen
Reizschwelle
der
histologi¬
zwischen
der
nicht
überhaupt
beobachteten
trug
als
implantierten
der
nicht
den
und
Die
auf.
Unterschied
der
schen
stimulierenden
an
Elektroden
keinen
auch
sowohl
der
vergrössern würde
an.
Zeit
Es
macht
den
die wirksame
(vergl.
Kapitel
4.3.2.).
-
63
-
uAs
10-
0,5
Figur
1
~r-
~T~
—r-
2
3
10
Postoperativer
25:
als
Funktion
F
trode
dass
kelfasern
immer
elektrischen
abspielt,
zunehmenden
der
Abstand
mehr
ist
(vergl.
sich
Entfernung
notwendige
Elektrode
die
totale
F.-5ÔO
A
der
mit
Geschwindigkeit
ist
der
Feldstärke
in
die
Wirksamkeit
im
reizbaren
des
direkt
muss
reizbaren
reizbaren
Umge¬
Mus¬
des
Gewebe
wegen
erhöht
der
der
werden,
Muskelfasern
Ionentransports
proportional.
Muskelfasern
2
mm
Dies
reizbaren
Ladungsmenge
in
Ladungsdichte
Ladungsdichte
für
Da
von
Elek¬
eine
dort
Elektrode
Kapitel 4.3,2.),
Die
wendige
die
Ladungsdichte
die
erreichen.
trolyt
dass
sodass
der
zunimmt.
Impulses
verantwortlich
die
Elektrode
reparatives Bindegewebe eingekapselt wird.
durch
bedeutet,
um
indifferente
implantierten Elektroden,
der
Fremdkörperreaktion
Zeit
:
(intrakardiale
zeigen histologische Untersuchungen in
Tatsächlich
bung
K
2
mm
Ladungsmengenschwelle
Impulsdauer
der
47
der
Verlauf
ms
Um
zu
im
die
zu
Elek¬
not¬
erhalten,
)
64
-
muss
In
die
daher
der
Annahme,
homogen ist,
das
elektrische
mit
der
Entfernung
und
abnimmt,
in
die
diesem
3-facher
Reizschwellenerhöhung 1,8
Entfernung
intakten
die
Um
von
die
müssen
der
Frage
noch
Elektrode
der
Myokardfasern
Feldstärke
nung
von
nicht
Versuch
Wie
zu
den
im
0,5
mm
(Tab.
Mittel
angenommen
bei
die
jedoch gezeigt haben,
bis
linear
Nr.
beträgt
nächsten
I), d.h.,
mit
genau
der
seit
Mittlere
abzuklären,
Entfernung
12
Tage
0,69
mm
289/68
15
Tage
0,35
mm
275/68
20
Tage
0,61
mm
295/68
35
Tage
0,61
mm
281/68
48
Tage
0,62
mm
322/68
122
Tage
0,43
mm
327/69
334
Tage
0,35
mm
0,52
mm
X
Sd
-
Die
mittlere
kardialen
takten
dass
Entfer¬
Untersuchungen der Feldverteilung
261/68
I:
noch
abnimmt.
Impl.
Mittelwert
Bin¬
des
Elektrode
betragen.
mm
die
Elektrode
der
durchgeführt werden.
Hund
Tabelle
Elektrode
Schichtdicke
Reizschwellenerhöhung
weitere
die
um
Elektrode
wie
Elektrode
der
von
bleiben.
konstant
benutzte
um
histologischen Untersuchungen
Feld
die
müsste
degewebs
die
Gebiet
diesem
dass
linear
Feldstärke
in
Feldstärke
-
Entfernung
Elektrode
Myokardfasern
von
0.14
der
implantierten
den
nächsten
beim
Hund.
noch
um
die
-
Die
4.3.5.
vorhin
bei
oder
Patienten
34
bei
weder
Auswechseln
sich
hierbei
dialen
(Typ
Elema
567).
EMT
in
durchgeführt wurden keine
gen
kardialen
Elektroden
nur
chronische
Die
Reizschwelle
mehr
588)
der
erfogten,
wie
bei
handelte
Es
benützten
intrakar¬
epikardialen
oder
Zeit
die
als
liegen
Messun¬
diesem
von
den
früher
beschriebenen
implantierte indifferente Elektrode
564)
EMT
verlängern,
nicht
konnte
Messung wurde
prägung
Ausser
sowie
bei
gegen
(Typ
Ele¬
Operationen nicht unnötig
vollständige Funktion Q
stattdessen
wurde
die
und
2
sowohl
mit
Strom-
ms
als
auch
mit
zu
(t)
f
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_
Ladungs¬
Impulsdauer bestimmt.
1
Reizschwelle
der
mittlere
Teil
der
Impedanz
auch
Ladungsmengenschwelle
Jede
Spannungsein¬
durchgeführt.
die
ersten
hängt
die
aufgenommen werden,
mengenschwelle
tion
die
Um
gemessen.
Typ
vor.
eine
ma
epi¬
von
als
subkutan
ent¬
der,frü¬
Belassen
Tierversuchen
kathodische
der
Pacemakern
Neuimplantationen
Reizschwellenwerte
wurde
und
Klinik
EMT
Da
nach
wurden
und
durchgeführt.
unserer
(Typ
Elektroden
Elektroden
in
Messungen
Elektroden
von
Elektroden
die
um
Die
Pacemakern
von
wurde
Herzens
Herzens
Ladungsmengenschwelle bei
als
gemessen.
Neuimplantationen
implantierten
her
Methode
menschlichen
des
menschlichen
des
beschriebenen
insgesamt
-
Ladungsmengenschwelle
Reizschwelle
Die
65
Impedanz
Arbeit
des
der
Systems.
nicht
nur
mittleren
Die
mittlere
der
Oszillogramme
des
der
Systems
des
bestimmt.
bewirkt
Impulses
eine
Strommenge während
vom
Ohm'schen
Strom-
und
die
graphische
Wie
im
Polarisa¬
zunehmende
des
Widerstand,
Impedanz während des
durch
Widerstand
Ohm'sehe
Die
Impedanz wurde
von
auch
gezeigt wurde,
Elektroden während
daher
von
der
wurden
Impulses
sondern
Impulses
ab.
Integration
Spannungsimpulsen berechnet.
66
-
Die
Differenz
und
der
tion
zwischen
mittleren
-
Widerstand
Ohm'sehen
dem
ist
Impedanz
ein
Systems
Polarisa¬
die
für
Mass
des
Elektroden.
der
Die
Resultate:
sind
Resultate
zusammengefasst.
Die
in
Tabellen
den
ist
Ladungsmengenschwelle
Messung gleich,
unabhängig
nungseinprägung
gemessen
davon,
Die
wurde.
mit
ob
bei
Strom-
IV
und
III
II,
jeder
oder.
Span¬
Ladungsmengenschwelle
zeigt keinen signifikanten Unterschied zwischen Messungen
mit
Strom-
und
Die mittlere
Ladungsmenge
Impulsdauer
ergibt
von
mittlere
eine
Elektrodenoberfläche
Für
die
was
uAs/cm
11,2
schwelle
mittlere
2
der
2,67^uAs/cm
von
(Tab.
chronisch
III).
bis
frisch
implantierten Elektroden.
liegen
epikardialen Elektroden
nur
für
jjAs/cm
chronische
Fälle
höher
mit
7,Ol uAs
für
1
und
2
ms
Oberfläche
Ergebnisse
dungsdichte liegt somit
(Tab.
Impulsdauer,
bei
und
8,6 /uAs/cm
2
Elek¬
bzw.
64
von
mitt¬
Die
vor.
bzw.
jjAs
die
der
mittlere
uAs/cm
11
La-
2
IV).
Mittelwert
des
Ohm'sehen
Widerstands
beträgt
implantierten intrakardialen Elektroden 350.fl.f
chronisch
implantierten
intrakardialen
mm
bzw.
diejenige
als
der
.
Ladungsdichten¬
Ladungsmengenschwelle beträgt hier 5,5
lere
Der
3,3mal
2
5,3yuAs,
2
implantierten intrakardialen
liegt somit
die
Die
cm
(F=47
Elektroden
8,5
2
1
auf
Ladungsmenge 3,98 yuAs bzw.
von
Dies
jjAs.
1,7
für
mm
3,62 uAs/cm
bzw.
intrakardiale
troden
Für
2
2
47
von
bzw.
1,3 juAs
ms
implantierte
Ladungsdichte umgerechnet
entspricht.
3
frisch
für
Oberfläche
der
Ladungsdichte
mittleren
einer
2
und
implantierte
chronisch
beträgt
1
beträgt
mit
Elektroden
intrakardiale
eine
Spannungseinprägung.
be
bei
Elektroden
frisch
den
273^1,
mm
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Impulsdauer
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den
diale
Die
frisch
für
583X1
bzw.
bei
Tierversuchen
wird
bzw,
415/1
insgesamt
34
bzw.
Patienten
einer
bestimmten
2
bzw.
ms
Elektro¬
intrakar¬
chronisch
für
und
gefundenen Ergebnisse.
während
1
implantierte
360.Q
Elektroden
bei
intrakardiale
chronisch
für
,
ist
Impedanz
implantierte
359X1
epikardiale
Resultate
Herzen
mittleren
der
Elektroden
tierte
implantierten epikardialen Elektro¬
chronisch
den
-
implan¬
447.fl.
bestätigen
Auch
am
die
in
menschlichen
Impulsdauer
Aus¬
zur
lösung einer Depolarisation eine minimale Ladungsmenge be¬
unabhängig
nötigt,
ob
davon
prägung stimuliert wird,
mit
d.h.
Spannungs-
unabhängig
Stromein¬
oder
von
der
des
Form
Stromimpulses.
dreifache
Der
tierten
Reizschwellenanstieg bei
intrakardialen
der
im
Die
Abweichung
Tierversuch
frisch
Es
ist
dichte
der
für
die
11
8,6
uAs/cm
den
für
nur
(31).
Grund
der
ist
dafür
bei
den
grösser als
bei
den
liegt vermutlich in
Fremdkörperreaktion
nach
Im¬
Elektroden.
die
dass
2
2
durch
für
ms
1
notwendige mittlere Ladungs¬
implantierten intrakardialen
chronisch
epikardialen
samkeit
wird
2
Der
Elektroden
yjAs/cm
Reizschwelle
der
Elektroden
Stärke
bemerkswert,
epikardialen
bzw.
Mittelwert
implantierten.
plantation
genau
gefundenen Zunahme.
vom
individuellen
der
implan¬
entspricht ziemlich
Elektroden
implantierten
chronisch
chronisch
ungefähr dieselbe
ms
Impulsdauer und
Impulsdauer.
Elektroden
ihre
Dies
ist,
11,2
bedeutet,
nämlich
yjAs/cm
dass
zugeschriebene geringere
grössere
Oberfläche
und
2
8,5
bzwt>
die
Wirk¬
vorgetäuscht
-
Die
er
zeigen,
Resultate
1
von
36% ansteigt
nicht
Der
2
auf
ms
und
ökonomisch
mittlere
dass
somit
bei
ähnlich
der
Impulsdauer.
37% und bei
Widerstand
kardiale
Die
2
53%
Systems.
des
Seit
der
ersten
Schrittmachern
im¬
Impulsdauer
ms
als
der
um
Ohm*sehe
implantierte
intra¬
entsprechenden Werte
um
33%
implantierten epikardialen
klinischen Anwendung
von
implantierbaren
für
schwelle
verfolgt
die
Herzens
Stimulation
zwei
die
über
durchgeführt.
dabei
Wider¬
Die
des
elektrische
Bestimmung
wesentliche
Herzens
der
durch
optimale
Kompliaktionen
wegen
Reiz¬
Reiz¬
Ziele:
niedrige Anfangsreizschwelle bei
Elektroden
spätere
chronische
Untersuchungen
möglichst
von
Lokalisation
Implan¬
zu
errei¬
Reizschwellenerhöhung
(37).
zu
vermeiden
2.
Eindeutige Kriterien
machern
frisch
für
Ohm'sche
des
der
Funktion
der
zahlreiche
um
1
eine
76% höher als
schwelle
Dauer
beo¬
Systems.
Diskussion
Eine
bei
65% höher
um
die
ist
ist
Impedanz
chronisch
44% bzw.
um
4.4.
chen,
26% niedriger
Tierversuchen
Impulses
chronisch
Für
liegen
die
für
und
des
tation
im¬
chronisch
rund
um
in
Elektroden
Impulsdauer
ms
Elektroden
Elektroden
1.
Impulsdauer
zeigt einen deutlichen
und
dies
des
mittlere
intrakardiale
plantierte
wurden
bis
28
um
wurde.
Impedanzzunahme während
stand
Elektroden
wie
bei
liegt
implantierten
Die
bzw.
Impulsdau¬
Ladungsdichte
Verlängerung der
Widerstand
Ohm*sehe
Widerstandsabfall,
bachtet
der
Verlängerung
ist.
frisch
den
bei
eine
plantierten intrakardialen
als
-
notwendige
die
ms
71
elektischen
festzulegen.
für
optimale Form-,
Impulse
bei
Stärke-
und
implantierbaren Schritt¬
72
-
Für
genügt eine Reizschwellenbestimmung
erstere
das
Strom-
Spannungs-,
-
oder
jeweils
Energieschwelle
zur
Verfügung stehenden externen Stimulator.
bei
eine
deren
maximale Reizschwelle
die
Wert
liegen
Reizschwelle
wird
aus
den
Lage
der
Elektrode
Methode
Impulsdauer
Impulsform.
nen
Elektrodentypen
bis
3-
Für
die
liefert
macher
diese
Elektrodendrähte
liche
des
oder
Werte
Art
Auch
der
Wird
ist
eine
Reiz¬
der
der
der
späte¬
implantierbaren Schritt¬
Reizschwellenbestimmung keine
Reizschwelle
die
je
nach
der
Unterschiede
-
ergibt
ebenfalls
die
beeinflusst
Die
Reizschwellenbestimmung
miteinander
aus
Die
Spannungs¬
Elektroden
unterschied¬
im Ohm'sehen
Widerstand
d.h.
-
demselben
Form
des
gemessenen
als
als
Längeder benützten
Stimulation
der
Reizschwellenwerte.
und
günstigste
verschiede¬
von
jede Elektrode
man
ses
deutige
unter
gleichbleibender
mit
Benützung
Oberfläche
die Art
bipolare Reizung
schiedene
Bei
der
erhält
und
wegen
Systems.
Reizart
Verbesserung der
bestimmt,
da¬
Reizschwellenerhöhung Rechnung trägt.
eindeutigen Resultate.
schwelle
wird
Elektrode
Voraussetzung
festgelegt werden,
neu
5-fachen
weitere
Die
für
muss
schwellen-Grenzwert
ren
der
dem
Schrittmacherelektroden
von
ermittelt.
standardisierte
und
implantierten
Reizschwellenwerten die
gemessenen
nach
empirisch festgelegt
der
Implantation
Bei
muss.
Es
als
unipolare
Grunde
ver¬
Spannungsimpul¬
Reizschwellenwerte.
Stromschwelle
ergibt ein¬
vergleichbare Resultate,
falls
mit
echter
Stromeinprägung,
d.h.
mit
rechteckförmigen Stromim¬
pulsen
gearbeitet wird.
Wird
die
Messung mit
prägung oder Kondensatorentladung
Vergleich
der
gemessenen
Stromeinprägung nicht möglich.
oft
auch
énergie
aus
durchgeführt,
Die
Energieschwelle bestimmt,
dem
Integral
ist
ein
Strom-Spitzenwerte mit Ergebnissen
der
als
Spannungsein¬
von
Strom
mal
Reizschwelle
wobei
die
wird
Impuls-'
Spannung während
der
73
-
errechnet
Impulsdauer
ist
wegen
keine
Die
wird
die
Art
fehlen.
den"
So
entsprechenden Vergleich
Es
ist
daher
zuführen,
eindeutige
den
Widerstands
bei
auch
und
Anwendung
samkeit
des
elektrischen
während
des
Impulses
Impulsdauer
die
des
mit
der
Wird
kann
die
ergibt
Elektroden,
Elektro¬
ohne
durch
eine
bestimmte
Zellen
der
die
somit
und
sich
die
zu
Integration
Bei
die
dass
einer
als
der
Wirk¬
die
gegebenen
Ladungsmenge
auszulösen.
Art
erhalten
Dabei
in
der
fliessen,
spielt
die
Einprägung keine
Ladungsmengenschwelle
de¬
Möglichkeit Reizschwellenmessungen
Methoden
Resultate
Werte
Metho¬
Ladungsmenge,
der
abhängt.
durch¬
so
verschiedenen
ergeben,
von
(31).
berichtet
erregbaren Muskelfasern
Reizschwelle
verschiedenen
gleichbare
die
Elektrode
Depolarisation
finiert,
der
Angaben über
intramuralen
von
haben
Impulses
fliesst,
durch
muss
Stromimpulses
Rolle.
dass
vergleichbare
miteinander
Eigene Untersuchungen
um
Vergleich
Reizschwellenmessungen
werden.
Umgebung
sehr
Autoren
Elektrodendrähte
der
Oberflächen
der
wünschenswert
dass
ab¬
auch
"weniger wirksamen epikardialen Elektroden"
und
vom
Elektroden
benützten
der
"hochwirksamen
von
Ein
erschwert,
Oberfläche
Ohm*sehen
wurde
erwähnt,
Reizschwellenbe¬
der
vorliegen.
dadurch
noch
oft
und
Impulsdauer
der
verschiedenen
von
Ergebnisse
Einprägung,
der
Oberfläche
Methoden
dass
stimmungen führt dazu,
Resultate
anfangs
Energieschwellen-Bestimmungen
verschiedener
unterschiedliche
Spannungsimpul¬
und
vergleichbaren Ergebnisse.
miteinander
Anwendung
nur
Polarisationsimpedanz
der
von
der
von
die
liefern
ist,
wie
Elektroden
den
an
Bestimmung
genaue
Strom-
der
Spannung,
sowie
somit
und
Systems
hängig
die
aber
Da
Widerstand
Ohm'sehen
des
Polarisationsvorgänge
der
möglich.
Eine
muss.
graphische Integration
durch
se
werden
-
durchzuführen
erhalten.
des
Die
und
trotzdem
ver¬
Ladungsmengenschwelle
Stromimpulses
berechnet
werden.
Form
74
-
-
(As) ausgedrückt.
Sie wird
in Ampere
dung
rechteckförmigen Stromimpulsen,
von
Impulsdauer errechnet werden.
tion
Impulsformen wie z.B.
Lage
bei
und
die
Reizschwelle
Kriterien
die
für
Stimulation
schen
die
beurteilt
Elektrode
der
graphische
durch
dungsmengenschwelle
Herzens
als
zu.
optimale
eindeutige
chroni¬
zur
eine
die
sowohl
nehmen
mittlere
Für
diese
werden.
gewonnen
die
auch
Impulsdauer
der
die
auch
als
werden,
bei
Impedanz
bessere
eine
Verkürzung der
proportional
direkt
unabhängig
der
von
dass
Daraus
folgt,
fläche
niedrige
somit
die
auch
macher
indifferenten
Reduktion
Reizschwellenwerte
Ausgangsleistung
allerdings eine
im
System
sprechende Erhöhung
tungen,
der
starke
werden
Eine
kann.
Erhöhung
des
was
sowie Anwendung
von
unipolarer Reizung
Widerstand
des
Systems
kann
reduziert
Schritt¬
starke
lO
eine
Batteriespannung notwendig
Elektrode,
und
mm
)
Ohm*sehen
niederohmigen
indifferenter
zu
(unterhalb
von
flächiger
sind
implantierbaren
der
Verwendung
Durch
Elektrode.
erforderlich
(vergl. Kapitel 3,4.),
der
dagegen
Reizelektrodenober¬
der
Reizelektrodenoberfläche
der
Widerstands
würde.
Oberfläche
durch
(12).
Tierexperimenten
in
Reizelektrodenoberfläche,
entsprechend reduziert
Reduktion
bewirkt
zur
Ver¬
wäre
Impulsdauer wünschenswert
Ladungsmengenschwelle erwies sich
La¬
Ausnützung
Energiequelle in implantierbaren Schrittmachern
daher
Oszil¬
Integra¬
auf
den
sowohl
können
Untersuchungen gezeigt haben,
längerung
Aus
implantierbaren Schrittmacher
des
an¬
Strom
der
muss
Stromimpulses bestimmt werden.
bestimmten Reizschwellen
Bei
rechteckförmigen Spannungs¬
"Kondensatorentladungen"
oder
des
Weise
sche
Produkt
und
lographien
Die
dem
Stromstärke
impulsen
der
Strom¬
Ladungsmengenschwelle
aus
Anwen¬
bei
die
deren
Wie
d.h.
Bei
kann
einprägung
von
Sekunden
x
ent¬
machen
Elektrodenzulei¬
der
mit
gross¬
gesamte Ohm'-
werden.
75
-
Da
die
ist,
in
schwelle
Strommenge
dungsmengendichte)
Reizelektroden
grossen
Untersuchungen
zeigt
2
dungsmenge
und
pro
cm
epikardiale
mit
die
Patienten
ge¬
14
bzw.
chronisch
ausgedrückt
implantierte
keine
Elektroden
(La¬
Wie
Gruppen
8
Reiz¬
verschieden
vergleichen.
für
,
umzurechnen
zu
von
Reiz¬
die
miteinander
zeigen die Reizschwellen,
haben,
diale
zwei
an
Flächeneinheit
Reizschwellenwerte
so
zur
Möglichkeit
die
besteht
pro
und
proportional
direkt
Ladungsmengenschwelle
elektrodenoberfläche
-
in
La-
intrakar¬
signifikanten Unter¬
schiede.
elektrolytischen Vorgängen
den
Auch
Schrittmachern
ob
eine
Ob
den.
Elektrolyts
die
grössere Aufmerksamkeit
sollte
Elektrolyse stattfindet,
wieweit
und
die
übersteigt.
chern
der
an
die
dass
Für
bei
Spannung
ist
nur
2,2
Der
Spannungsabfall
chronische
möglich,
geschenkt
u.a.
bis
2,5
durch
wenn
V
die
im
mit
ungünstig.
von
2
höher
als
die
implantierte
ms.
Für
26
Fig.
eine
mittlere
von
V
Zuleitungen
wer¬
niedriger Spannung
so
Form
des
Spannungs¬
Impulses
"Kondensatorentladung"
sind
dieser
in
demonstriert
von
3,3
uF
die
bei
und
Ladungsmenge
von
und
ohne
6,8 V.
Elektroden)
Für
dieselbe
Hinsicht
von
be¬
Verhältnisse
einer
20 liAs
Ladungsmengenschwelle
intrakardiale
Spitzenspannung
2,5
Ausgangskreis einen Kondensator
einem Ausgangskondensator
dauer
als
berücksichtigt
dabei
geeignete
einiger /jF Kapazität besitzen,
sonders
des
Dies
gefunden.
höher
die
über
muss
Stimulation
Schrittmacher mit
Strombegrenzung,
ab,
davon
experimentell
wurde
impulses eine maximale Strommenge während des
fliesst.
wer¬
implantierbaren Schrittma¬
von
(hochohmige Elektrodendrähte)
Eine
Herz
das
Elektrodenspitze nicht viel
liegen sollte.
den.
hängt
mit
Reizspannung die Zersetzungsspannung
Zersetzungsspannung rj
bedeutet,
Stimulation
während
für
braucht
bei
Impuls¬
(3,6
mal
chronisch
man
Strommenge
eine
ist
bei
-
Anwendung
Spannung
3
V
notwendig.
Dies
geeigneter Impulsformen
wendung
implantierbaren Schrittmacher
durch
wird
einerseits
überschritten
und
geschädigt.
Anwendung
somit
Anderseits
von
eine
durch
Verminderung
eine
erzielt
bedeutet,
die
Erhöhung
kann
der
durch
der
kann.
Da¬
in
Umgebung
der
durch
die
der
Reizelek¬
Elektrolyse weniger
Anzahl
Batterien
der
reduziert
Zuverlässigkeit
der
bei
werden,
des
wo¬
Energiequelle
störungsanfälligen Komponenten
Verkleinerung
An¬
Zersetzungsspannung weniger
die
der
dass
werden
eine
nur
Impulsspannung
reduziert
Quecksilberoxydzellen
durch
wie
die
liegenden Muskelzellen
troden
-
rechteckförmigem Spannungsimpuls
von
von
76
so¬
implantierbaren Schrittmachers
werden.
i
mA
25
20
2
r15
10
-
HSR
t
11
0
05ms
B
Figur 26:
Unterschiedlicher
Batteriespannungsbedarf
gleichen Ladungsmengen
denen
yuAs)
und
verschie¬
Impulsformen.
A.
Kondensatorentladung
B,
Spannungseinprägung.
Gemessen
und
(Q=20
bei
mit
mit
C=3,3yuF.
intrakardialer
Elektrode
indifferenter Elektrode
herzen.
F
A
=4000
F
-47
2
mm
am
2
mm
Hunde-
77
-
-
Die
Dimensionierung eines Schrittmachers
der
Oberfläche
auch
Ohm'schen
den
Berücksichtigung
Unter
Systems.
Zeuleitungöwiderstände
der
bis
für
2,5-fache
fliessen
werte
die
deutet,
Daten
mit
den
dazugehörigen
mit
an
Elektroden
einen
jedem
und
weitere
dimensioniert
Zuverlässigkeit
durchgeführt werden,
sowie
Resultate
geeignet
man
eindeutige
dass
von
von
der
Die
kombinieren
Geräte
ihn
verwenden
zu
kön¬
Kosten
der
geht.
implantierbaren Schrittma¬
Elektrode
Patienten
an
der
von
miteinander
so
angewandten
vergleich¬
der
Reizschwelle
als
Ladungsmengendichte
hat
sich
Zweck
erwiesen.
von
der
Schritt¬
stellen,
auf
was
unabhängig
man
unzer¬
erfüllen,
Forderung
werden,
andere
Bestimmung
erhält.
oder
als
unabhängig
diese
die
eine
zu
zu
Elektrodentyp
Reizschwellenbestimmungen
sollten
Ladungsmenge
Forderung
be¬
die
ungünstig,
ist
Fabrikaten
Optimalisierung
Messmethode
Elektroden
anderen
die
Dies
daher
und
Es
existierenden
optimal
Sicherheit
müssen.
Schrittmacher
heute
Lebensdauer
bare
von
Schrittmacher,
nicht
chern
bilden
Schwellen¬
unipolare Reizung
für
bipolare,
für
die
Impulses
des
des
Impedanz und
gewährleisten.
zu
als
können.
Für
Stimulation
hat
Einheit
mittleren
ausreichende
eine
und
Impedanz
chronischen
aufzuweisen
macher
nen
um
Anfangs- bzw.
mittlere
während
der
Schrittmacher
der
dass
trennliche
mit
können,
Oberfläche
Stimulation
der
der
muss
Ladungsmenge
chronische
Schrittmacher
oder
bei
sowie
Widerstand
Die
richten.
nach
Wider¬
Ohm'schen
dem
erwartenden
zu
Reizschwellenwerte
chronischen
2-
bestimmt.die
Elektroden
der
sowie
Elektroden,
Elektrodenzuleitungen
der
stand
der
sich
sollte
Bei
Anwendung
und
miteinander
der
benützten
dieser
für
Methode
den
erhält
vergleichbare Resultate,
Impulsform
sind.
die
78
-
5.
Zusammenfassung
Auf
Grund
bei
Tierversuchen
von
schaltbild
für
das
Stimulation
gestellt,
Es
untersucht.
die
über
liegt,
strom
kann
halb
sich
wegen
(250
1500A)
-r
als
Funktion
der
Quellenimpedanz
der
bei
Vorgänge
der
Stimulation
einprägung bewirkt eine
zweiten
Teil
gieschwelle)
Die
fern.
für
die
keine
sich,
der
dass
Stimulation
und
der
Resultate
(Ladungsdichte)
bei
auch
Form
des
liefert.
betrug
1
Die
Untersuchungsergebnisse
bzw.
forderungen
an
2
ms
wurden
Einfluss
Der
Bei
Strom¬
während
die
dass
als
der
herkömm¬
Ener¬
34
an
Definition
neue
Herzens
des
eingeführt.
Patienten
unabhängig
In
zeigte
von
es
Art
der
Stromimpulses miteinander
Die
mittlere
2
1
auf
cm
sowohl
epikardialen Elektroden 8,5
bei
ms
wurde
Messungen
Ladungsmengenschwelle gerechnet
fläche
Wider¬
elektrolytischen
untersucht.
Ladungsmengenschwelle
die
vergleichbare
in
Dop-
der
(Spannungs-, Strom-,
Reizschwelle
und
unter¬
vergleichbaren Resultate lie¬
Ladungsmengenschwelle
Tierexperimenten
die
gezeigt,
wurde
miteinander
elektrische
Grösse
Quellenimpedanz
Reizschwellenbestimmungen
lichen
Gleich¬
Elektrolyse.
Arbeit
der
auch
gemessen.
auf
wurde
hohe
irreversible
Impulspause
etwa
bei
Polarisationsimpedanz
Pacemakers
impuls-
und
Ohm'schen
des
Elektrodenoberfläche
des
auf¬
die
Die
fliessen.
der
und
vorliegt,
impulsförmiger
Ein
(22 jjF/cm ),
es
erst
Doppelschichtkapazitäten
der
pelschichtkapazitäten
stands
wie
Gleichstrom
Elektrolyts,
beginnt.
Zersetzungsspannung
der
ein
dass
des
Ersatz¬
Spannungseinprägung
und
gezeigt,
fliessen
zu
Schrittmachern
Strom-
Zersetzungsspannung
2,2 V
elektrisches
gegenüber Gleichstrom
Verhalten
hat
mit
Herzens
des
dessen
ein
wurde
Elektroden-Elektrolyt-System,
förmigem Gleichstrom mit
Im
-
bei
chronische
Elektrodenober¬
intrakardialen
jjAs/cm
bzw.
11,2
als
iuAs/cm
Impulsdauer.
wurden
im
Hinblick
auf
implantierbare Pacemaker diskutiert.
die
An¬
79
-
-
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surface
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Myocardial stimulation:
Mansfield,P.B.
stry
Artif.
Soc.
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Lewin,G., G.H.Myers,
polarizing
-
beim
Erzeugung
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ohne
eines
totalen
Thorakotomie.
atrioven¬
Thorax¬
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M.,
chronic
atrioventricular
block
cotomy.
Cardiovasc.
4:389,
Van
Dam.R.T.,
The
excitability
the
dog's
Proc.
Windisch,
with
cardiac
L.H.van
der
Tweel.
stimulation
cardiac
the
pacemaking.
E.,
H.FUrnrohr,
für
U.Worbs.
eine
of
cycle.
Amsterdam
Ann.
S'er.
C,
Electrical
N.Y.
Acad.
hazards
Sei.
Reizschwellenmessung
optimale
Herzschrittmachersysteme.
Z.
Funktion
implantier¬
Kreislaufforschung
1969.
Resuscitation
Zoll,P.M.
Med.
anodal
H.D.Mcintosh.
ter
J.
39.
C.F.Starmer,
Voraussetzung
by
and
and
Wetenschap.
als
still
1968.
during
Akad.
thora¬
1964.
Ill,
58:724,
38.
Ned.
without
dogs
of
1955.
associated
37.
cathodal
for
in
J.Strachee,
ventricle
left
Whalen,R.E.,
Vol.
Res.
Production
W,Wegmann.
and
D.Durrer,
Koninkl.
58:421,
36.
I.Babotai,
-
external
247:768,
Zoll,P.M.,
pacemakers.
electric
the
heart
in
stimulation.
ventricular
New
stand¬
England
1952.
H.A.Frank,
Ann.
of
N.Y.
A.J.Linenthal.
Acad.
Sei.
Implantable
111:1068,
1964.
cardiac
Lebenslauf
Am
17.
Dort
und
1957
wurde
1939
ich
in
Budapest
ich
8
Jahre
die
Primär-
anschliessend
4
Jahre
das
Gymnasium.
besuchte
begann
nischen
ich
August
mit
ich
mein
Hochschule
dem
geschlossen
Assistent
an
Diplom
habe.
der
versitätsklinik
A
Studium
Zürich,
in
als
an
der
Sekundärschule
und
Eidgenössischen
Tech¬
Abteilung Elektrotechnik,
Elektroingenieur im
Seitdem
arbeite
ich
Forschungsabteilung
am
(Ungarn) geboren.
1961
ab¬
wissenschaftlicher
als
der
Jahre
das
Chirurgischen Uni¬
Kantonsspital Zürich.
Prof,
Herrn
H.Weber
aufrichtiger
mein
Herrn
PD
abteilung
sche
Dank
der
PD
Idee
und
bei
danke
ich
der
Ä.Senning gebührt
Prof.
den
Anregungen,
und
Kollegen
Chirurgischen Klinik
Dr.W.Wegmann
Universität
Herrn
für
Dr.F.Largiader
Unterstützung
Herrn
und
A
für
Durchführung
ebenso
der
Forschungs¬
die
chirurgi¬
der
Versuche.
vom
Pathologischen Institut
für
die
histologischen
der
Untersu¬
chungen.
Ein
Teil
rische
der
eigenen Arbeiten
Stiftung
für
wurde
durch
die
Kardiologie unterstützt.
Schweize¬