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4.  Diskussion

Verschiedene Hypothesen wurden entwickelt, um die Mechanismen der kardialen Defibrillation sowie die Pathogenese des Entstehens und Aufrechterhaltung von Kammerflimmern zu erklären.

„Total extinction Mechanism“-Hypothese

Wiggers et al beschrieb im Jahr 1940 die „Total extinction Mechanism“-Hypothese [6]. Diese Hypothese beschreibt, dass Kammerflimmern multiple, wechselnde Aktivierungsfronten aufweist, die alle durch einen elektrischen Defibrillationsschock schlagartig beendet werden müssen. Nur, wenn jede dieser Flimmerwellen „ausgelöscht“ wird, kann ein normaler Rhythmus erneut beginnen. Diese Hypothese wurde durch die Arbeit von Chen et al. widerlegt [25]. Die tierexperimentelle Mappingarbeit zeigte, dass ein Defibrillationsschock Kammerflimmern auch dann erfolgreich beenden kann, wenn ein oder zwei Postschockaktivierungen zwischen dem Schock und dem Einsetzen des normalen Rhythmus auftreten (Typ B-Defibrillation).

„Critical Mass Mechanism“ Hypothese

In den Jahren 1974/75 postulierten Mower und Zipes die „Critical Mass Mechanism“-Hypothese [7,26]. Sie besagt, dass die Aktivierungsfronten in einer bestimmten kritischen Masse des Ventrikelmyokards angehalten werden müssen. Dadurch wird das Aufrechterhalten oder Neuenentstehen von Kammerflimmern unmöglich gemacht und es kommt zum „Aussterben“ dieser Aktivierungsfronten. Zhou et al. konnten zeigen, dass ca. 10% des Ventrikelmyokards ausreichen, um Kammerflimmern aufrechtzuerhalten, d.h. in mindestens 90% des Ventrikelmyokards müssen die Aktivierungsfronten durch den Schock beendet werden, bevor ein normaler Rhythmus einsetzen kann [27].

„Refractory Period Extension Mechanism“ Hypothese

Die „Refractory Period Extension Mechanism“ Hypothese basiert darauf, dass ein erfolgreicher Defibrillationsschock die Dauer des Aktionspotentials und damit die Refraktärperiode verlängert, ohne dabei ein neues Aktionspotential auszulösen [28-31]. Hierzu muss der Defibrillationsschock einen minimalen lokalen Potential-Gradienten von ca. 6 V/cm im Ventrikelmyokard erzeugen [32]. Durch die dadurch entstehende Verlängerung der Refraktärperiode werden neue Aktionspotentiale verhindert und es können keine neuen Aktivierungsfronten entstehen.


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Weiterhin wird in der „Refractory Period Extension Mechanism“- Hypothese davon ausgegangen, dass die Verlängerung der Refraktärperiode grösser ist für weniger erholte Zellen und die Dispersion der Refraktärität in der kritischen Masse des Ventrikelmyokards durch den Schock verringert wird.

„Upper Limit of Vulnerability Mechanism“ Hypothese

Auch die „Upper Limit of Vulnerability Mechanism“ Hypothese beschreibt einen minimalen lokalen Potential-Gradienten von ca. 6 V/cm zur Terminierung von Kammerflimmern [25]. Bei dieser Hypothese stoppt ein Defibrillationsschock die Aktivierungsfronten, indem er das Myokard vor diesen Aktivierungsfronten direkt erregt oder die Refraktärperiode verlängert.

Im Unterschied zur „Upper Limit of Vulnerability Mechanism“ Hypothese geht die „Refractory Period Extension Mechanism“Hypothese davon aus, dass das Kammerflimmern nach einem nicht erfolgreichen Schock ein Fortsetzen des Kammerflimmerns vor dem Schock darstellt. Die „Upper Limit of Vulnerability Mechanism“ Hypothese hingegen besagt, dass nach einem erfolglosen Defibrillationsschock Kammerflimmern neu initiiert wird. Es wird postuliert, dass der erfolglose Defibrillationsschock zwar alle Aktivierungsfronten stoppt, aber im Bereich des Ventrikelmyokards – an dem ein kritischer Potential-Gradient und ein kritischer Refraktäritätsgrad zusammentreffen - Kammerflimmern neu auftritt. Dieser Bereich wird als „Kritischer Punkt“ (critical point) bezeichnet. Die „Upper Limit of Vulnerability Mechanism“ Hypothese und der „Kritischer Punkt“ werden auch als ein Erklärungsmodell für das spontane Auftreten von Kammerflimmern herangezogen.

Experimentelle und klinische Untersuchungen

Mit den initial zur Verfügung stehenden Mappingsystemen konnten nur epikardiale Aktivierungsänderungen erfasst werden (Sockelektrode, Mappingstempel, optisches Mapping) oder es kam zur Störung der Erregungsausbreitung durch die metallischen transmyokardialen Meßelektroden [33]. Eine Aussage zur endokardialen und transmyokardialen Aktivierung war somit nicht möglich. In einer weiteren Versuchsreihe wurden dann erstmalig neuartige Meßelektroden aus Kunststoff eingesetzt. Durch die Kunststoffelektroden wird das elektrische Feld und die Erregungsausbreitung weniger beeinflusst. Darüber hinaus sind diese Elektroden deutlich dünner und damit weniger traumatisch als die bisherigen metallischen Elektroden. Durch diese Technik konnte die kardiale Aktivierung erstmalig in einem räumlichen, 3-


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dimensionalen Zusammenhang untersucht werden, ohne dass es durch die Messelektroden zu einer relevanten Störung des elektrischen Feldes kam.

Diese Daten zeigen, dass

  1. nach einem Defibrillationsschock, der alle Flimmerwellen terminiert hat, neuartig Kammerflimmern auftreten kann,
  2. dieses Kammerflimmern initial fokal und geordnet auftritt,
  3. Kammerflimmern im Unterschied zur Kammertachykardie initial kein Reentry zugrunde liegt.

Diese Habilitationsarbeit stützt die Hypothese der „Upper Limit of Vulnerability Mechanism“ und des „Kritischen Punktes“ als Entstehungsort für Kammerflimmern. Unklar ist bisher noch, welche Triggermechanismen zu dem Neuauftreten von Kammerflimmern führen.

Parallel zu diesen Mappingversuchen wurde in einer tierexperimentellen Arbeit untersucht, ob durch die Modifikation des Endokards die Induzierbarkeit von Herzrhythmusstörungen vermindert werden kann. Hintergrund ist, dass das spezielle Reizleitungssystem als wichtiger subendokardialer Entstehungsort für ventrikuläre Herzrhythmusstörungen angesehen wird [34-40]. Das periphere Reizleitungssystem und das Myokardium sind durch sog. Purkinje-ventricular junctions (PVJs) verbunden. Durch die relativ langen Aktionspotentiale der Purkinje-Zellen kann es dazu kommen, dass eine subendokardiale Extrasystole (Aktivierungsfront) einerseits an einer Purkinje-ventricular junction geblockt wird, andererseits aber retrograd (myokardial zu Purkinje) über eine andere Purkinje-ventricular junction überleitet. Dieser Mechanismus kann somit zum subendokardialen Reentry führen [41,42]. In der Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch Radiofrequenzablation die Induzierbarkeit von Herzrhythmusstörungen signifikant reduziert wird. Ob dies durch Modifikation des Purkinjesystems oder des „kritischen Punktes“ im Bereich des linksventrikulären Apex erfolgt, konnte in dieser Arbeit nicht untersucht werden.

Sowohl die eigenen klinischen Arbeiten in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Kuck (Hamburg) als auch Untersuchungen von Haissaguerre et al. stützen die im Tiermodell gewonnenen Ergebnisse [43,44]. Auch diese Daten weisen auf eine ursächliche Beteiligung des Purkinje-Systems bei beim Entstehen von Herzrhythmusstörungen hin.


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Ausblick

Die dargestellten Ergebnisse tragen zum Verständnis der Pathomechanismen des Entstehens von Kammerflimmern und der kardialen Defibrillation bei. In weiteren Arbeiten soll untersucht werden: 1) was die Neuentstehung von Kammerflimmern nach einem Defibrillationsschock triggert, 2) wie Kammerflimmern bei Vorliegen von strukturellen Myokardschäden entsteht, 3) welche Beteiligung das Purkinje-System beim Entstehen von Herzrhythmusstörungen hat und 4) welche therapeutischen Möglichkeiten sich daraus ergeben.


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11.02.2004