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2.  Therapie

Die folgenden Arbeiten beschäftigen sich mit der Senkung der Defibrillationschwelle von Kammerflimmern.

Ventrikuläre Defibrillation

In den ersten zwei tierexperimentellen Serien (Veröffentlichung 2.1. und 2.2.) wurden neuartige Elektrodenmaterialien zur Senkung der Defibrillationsschwelle eingesetzt. Das Konzept bei der Entwicklung und Erprobung dieser Kohlefaserelektroden war, dass die deutlich grössere Oberfläche (Mikroporen) der Kohlefaserelektroden zu einem größeren Potentialgradienten und damit zu niedrigeren Defibrillationsschwellen führten. Im Tierversuch zeigten die in Zusammenarbeit mit der Fachhochschule München, Bereich Elektrotechnik entwickelten Elektroden eine signifikant niedrigere Defibrillationsschwelle. Die Ursache dieser deutlichen Reduktion war allerdings nicht nur die grössere Oberfläche, sondern auch eine geringere Störung des elektrischen Feldes durch die nicht-metallischen Kohlefasern.

Neben diesen Versuchsreihen hinsichtlich neuartiger Elektrodenmaterialien wurde der Einfluss passiver endokardialer und epikardialer Elektroden auf die Defibrillationsschwelle untersucht (Veröffentlichung 2.3. und 2.4.). Diese Versuchsreihen basierten auf klinischen Fragestellungen und es konnte gezeigt werden, dass passive metallische epikardiale Elektroden die Defibrillationsschwelle durch eine Art „Kurzschluss“ (current shunt, Störung des elektrischen Feldes) deutlich erhöhen können, wohingegen passive endokardiale Elektroden kaum Einfluss auf das elektrische Feld und damit die Defibrillationsschwelle haben.

In einer Übersichtsarbeit (Veröffentlichung 2.5.). wurden die Grundlagen und die klinische Relevanz des Potentialgradienten und der Defibrillationsschwelle diskutiert. Zur erfolgreichen Defibrillation der Ventrikel muss eine ausreichende Energiemenge pro Zeiteinheit appliziert werden, um einen genügend großen Potentialgradienten zu erreichen [19,20]. Diese direkte Messung des Potentialgradienten ist am Patienten aber nicht möglich. In der klinischen Routine wird deshalb die minimale Energie, die benötigt wird, um das Herz zu defibrillieren, in Joule bestimmt (Defibrillationsschwelle) [21].


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2.1.  Alt E, Fotuhi P, Callihan R, Rollins D, Mestre E, Combs M, Smith W, Ideker R. Improved defibrillation threshold with a new epicardial carbon electrode compared to a standard epicardial titanium patch. Circulation 1995;91:445-450

In dieser Tierversuchsserie wurde untersucht, ob durch neuartige epikardiale Defibrillationselektroden aus geflochtenen Kohlefasern die Defibrillationsschwelle gesenkt werden kann. Bei 8 Hunden wurde mittels standardisiertem Defibrillationsprotokoll die Defibrillationsschwelle der epikardialen Kohlefaserelektrode mit der Defibrillationsschwelle einer handelsüblichen epikardialen Flächenelektrode verglichen.

Es konnte gezeigt werden, dass die Defibrillationsschwelle der geflochtenen Kohlefaserelektrode signifikant niedriger war verglichen mit der handelsüblichen Defibrillationselektrode. Ursache ist wahrscheinlich nicht nur die größere Oberfläche und die geringere Impedanz, sondern evtl. auch eine geringere Störung des elektrischen Feldes durch die nicht-metallischen Elektroden.


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2.2.  Alt E, Fotuhi P, Callihan R, Mestre E, Smith W, Ideker R. Endocardial carbon-braid electrodes: A new concept for lower defibrillation thresholds. Circulation 1995;92:1627-1633

Vor dem gleichen Hintergrund wie die vorherige Arbeit wurde auch eine endokardiale Kohlefaserelektrode entwickelt und mit zwei handelsüblichen Defibrillationselektroden verglichen. Auch in dieser Versuchsreihe mit 8 Hunden konnte mittels standardisiertem Defibrillationsprotokoll gezeigt werden, dass die endokardiale Kohlefaserelektrode signifikant niedrigere Defibrillationsschwellen hat, verglichen mit den zwei handelsüblichen endokardialen Defibrillationselektroden.


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2.3.  Fotuhi P, Ideker R, Callihan R, Idriss S, Walker R, Alt E. Influence of epicardial patches on the defibrillation threshold using nonthoracotomy lead configurations. Circulation 1995;92:3082-3088

Die ersten implantierbaren Defibrillatoren hatten epikardiale Flächenelektroden, die mittels Thorakotomie direkt auf das Epikard genäht wurden. Ende der 80ger Jahre wurden vermehrt endokardiale Elektroden zur Defibrillation eingesetzt. In den folgenden Jahren wurden mehr und mehr Patienten von einem epikardialen auf ein endokardiales System „umgerüstet“, wobei die epikardialen Elektroden belassen wurden. Aufgrund der klinischen Erfahrung stellte sich die Frage, ob und wie stark die Defibrillationsschwelle eines endokardialen Defibrillationssystems durch die passiven epikardialen Flächenelektroden beeinflusst wird. In einer Tierversuchsreihe mit 6 Hunden zeigte sich, dass die passiven epikardialen Elektroden zu einer signifikanten und klinisch relevanten Erhöhung der Defibrillationsschwelle endokardialer Systeme führen können. Mögliche Ursache für diese Erhöhung der Defibrillationsschwelle kann die Störung des elektrischen Feldes und des Feldgradienten durch die epikardialen Elektroden sein.


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2.4.  Fotuhi P, KenKnight B, Melnick S, Smith W, Baumann G, Ideker R. Effect of a passive endocardial electrode on the 50% effective dose for successful defibrillation of a nonthoracotomy lead system. J Am Coll Cardiol. 1997;29:825-830

In der vorangegangenen Untersuchung konnte gezeigt werden, dass es durch passive epikardiale Elektroden zum erheblichen Anstieg der Defibrillationsschwelle kommen kann. Daran schloss sich die klinische Frage an, ob es auch durch passive endokardiale Elektroden zur Änderung der Defibrillationsschwelle kommt. Diese klinisch relevante Frage wurde an 6 Hunden untersucht.

Im Gegensatz zu passiven epikardialen Elektroden beeinflussen passive endokardiale Elektroden die Defibrillationsschwelle endokardialer Defibrillationssysteme nicht. Klinisch wichtig bei der Implantation einer endokardialen Defibrillationselektrode ist, dass die zu implantierende elektrisch-aktive und die vorbestehende elektrisch-passive endokardiale Elektrode nicht miteinander in Kontakt kommen.


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2.5.  Fotuhi P, Epstein A, Ideker R. Energy levels for defibrillation: What is of real clinical importance? Am J Cardiol. 1999;83(Suppl 5B):24D-33D

Diese Übersichtsarbeit ist der Abschluss der Untersuchungen zur Defibrillationsschwelle. Sie fasst die Theorien zur Defibrillation sowie die Bedeutung der „Defibrillationsschwelle“ und des Potentialgradienten unter klinischen Gesichtspunkten zusammen. Weiterhin werden in dieser Übersichtsarbeit epikardiale Mappinguntersuchungen zur Entstehung von Herzrhythmusstörungen diskutiert.

Der Buchbeitrag (Veröffentlichung 3.1.) und diese Übersichtsarbeit sind die Grundlage für die Untersuchungen zur Pathogenese von Herzrhythmusstörungen und verbinden die dargestellten Arbeiten zur Therapie mit denen zur Pathogenese.


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11.02.2004