Die elektrische Erregbarkeit des Hundeherzens bei normaler Schagfolge, nach künstlichem atrioventrikulären Block und in der Anoxie

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    10-Jul-2016

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  • 250 Archiv /fir KreisIau]/or~chung, Band 56, He]t 3-4

    Aus der Chirurgischen Universit~tsklinik Erlangen-Niirnberg (Direktor: Pro]. Dr. G. Hegemann)

    Die elektrisehe Erregbarkeit des Hundeherzens bei normaler Schlagfolge, nach kiinsflichem atrioventrikul~ren Block

    und in der Anoxie

    Von HERBERT DITTRICH*)

    Mit 9 Abbildungen in 10 Einzeldarstellungen und 6 Tabellen

    (Eingegangen am 4. Oktobcr 1967)

    PAuL ZOLL gelang es 1952 (62) erstmals bei 2 Patienten mit totalem atrio- ventrikul/iren Block, das Herz durch elek~rische Impulse zum rhy~hmischcn Schlagen zu bringen. Er benutzte subeutane Nadclclektroden, spi~ter reizte er fiber 2 auf die vordere Brustwand aufgedrfickte Plattenelektroden (63, 64, 65, 66). ELMQUIST und S~N~INQ bauten 1959 (17) einen transistorisierten Klein- schrittmaeher, der implantierbar war und fiber in das Myocard eingeniihte Drahtelektroden das Herz mit einer fixierten Frequenz yon etwa 70 Impu]sen/ rain zur Kontraktion brachte. Einen i~hnlicben Pacemaker konstruierten 1960 CHAI~DACK, GAGE und GREATBACH (14). Seit dieser Zeit wurden verschicdene Schrittmachertypen enbwickelt, die sich besonders in der Elektrodenzufiihrung und Schaltung unterschieden (10, 11, 12, 13, 15, 19, 20, 29, 31, 35-38). Bei der stfirmisehen Entwicklung der Technik und der schnellen Verbreitung des groBen kommerziellen Angebotes yon Schrittmachertypen, die unterschied- lichste Impulsformen und Reizzeiten abgeben, btieben noeh zahlreiche Fragen often.

    Wir stellten uns die Aufgabe, mit einer defiIfierten elektrischen Impulsform und variabler Reizzeit vergleichende Versuche an Herzen mit normaler Schlag- folge und experimentellem a.v.-Block vorzunehmen. In weiteren Untersuchun- gen sollte gekl~rt werden: Wo ist der giinstigste Ort der Elektrodenbefestigung ? Besteht eine Abh~ingigkeit der ReizschwellenhShe yon der Schlagfrequenz? Andert sich die Reizschwe]le in den verschiedenen Phasen des Herzzyklus? Welche Beziehungen bestehen zwischen Stromstarke, Spannung und Reizzeit am normal schlagendcn Herzen und nach experimentellem totalen Block? Kann man aus erreehneten Gr513en (z. B. Elektrizitiitsmenge, Reizenergie Chronaxie) anf ,,optimale" Reizzeiten und Stromst~rken sehlieBen? Welchen EinfluB auf den Herzmuskel haben fixierte Schrittmacherfolgen (Reizserien) mit immer kfirzer werdenden Zwisehenpausen (Frequenzsteigerung) und wie verhalten sich dazu die Stromsti~rken und die Impulszeiten? Sind Schritt- macherreize w~hrend der Anoxie erfolgreich?

    I. Methodik

    Als Reizstromger~it wurde das stromgesteuerte (constant-current-Schaltung) Neuroton 510 benutzt, das ideale Rechteckimpulse mit kontinuierlichem ]~bergang zu Dreieckimpulsen (Exponentialstrom) abgab. Die Impulsdauer konnte bis 0,05 Millisekunden (ms) verktirzt

    *) Habilitationsschrift Erlangen 1966. (Einzelne Abschnitte wurden fiir den Druck etwas straffer abgef~t).

  • H. Dittrich, Elektrische Erregbarkeit des Hundeherzens 251

    werden, die Stromst~irke war stufenlos yon 0 bis 80 mA regelbar. Impulsfolgen konnten mit exakt vorgew~hlter Pausendauer - zeitlicher Abstand von 2 aufeinanderfolgenden Reizen - eingestellt werden. Dem Reizger~t vorgeschaltet war ein sogenannter Synchronizer. Dieses Ger~t markierte, stufenlos vorw~hlbar, fiber ein getrennt abgeleitetes Elektrocardiogramm, punktfSrmig jede gewiinschte Phase des Herzzyklus in VerzSgerung zur R-Zacke. Gekoppelt mit dem Reizstromger/it war es mSglich, in jeder beliebigen Herzphase den gewiinschten Impuls abzugeben.

    Die Elektroden bestanden aus einer nieht rostenden 49-adrigen Stahl-S 136-Litze. Der Isoliermantel war aus DuPoNT-Teflon T.F.E. in Schichten ohne Gebrauch eines Polymers hergestellt. Ein Oszilloskop wurde so in den Stromkreis gebracht, dab Stromst~irken- und Spannungsmessungen m5glich wurden. Dabei wurde die Stromstiirke indirekt als Span- nungsabfall an einem konstanten 500 Ohm-Widerstand gemessen. Um den MeBvorgang zu

    ~ Oszillograph I ".~

    I I

    " "ILI

    i ! N";r F~I - . . . . t.____Lq,,_,J .," ; I I ~,. ~/~.-J I ~

    Re/z3Nom

    J=l:

    =r

    Ekq ~ _~ Drud~mepki~pfe

    .A.bb. 1. Anordnung und $chaltung der Rciz-Me[l- und l~egistriergeriite.

    kontrollieren, konnte immer zum Vergleich gegen einen 500 Ohm-Widerstand als Ersatz fiir das Versuehsobjekt ,,gereizt" werden.

    Zur Defibrillierung benutzten wir ein Kondensatorenentladungsger~t, das maximal eine elektrische Energie yon 400 Wattsekunden abgab.

    Die Messung der arteriellen und ven6sen Drucke erfolgte mit einem Elektromanometer fiber Statham-DosenmeBkSpfe. Registriert wurden die Drucke und das Elektrokardio- gramm in der zweiten Standardableitung mit einem ttellige 6-Kanalschreiber.

    Alle Ger~te, einschlieBlich der Operationstisch, das Beatmungsger/it und das Versuchs- tier, wurden untereinander mit einem Erdkabel verbunden und am Schutzleiter geerdet. Um alle iibrigen interferierenden elektrisehen Einflfisse auszuschlieBen, fanden alle Ver- suche in einem als Faradayschen K~ifig ausgebauten Tieroperationssaal start. Die Reiz-, Meg- und Registrieranordnung ist schematisch in Abb. 1 wiedergegeben.

    Versuehstiere waren mischrassige Hunde beiderlei Geschlechts zwischen 24 und 34 kg KSrpergewicht. S~mtliche Versuche wurden in Vollnarkose, Relaxation und maschineller

  • 252 Archly/fir Kreislau/]orschung, Band 56, Heft 3-4

    Sauerstoffbeatmung durchgeffihrt. Nach erSffnetem Thorax und Herzbeutel wurden die Elektroden in einera gefiiBarmen Bezirk an der Basis des reehten Ventrikels fiber der Ausfluflbahn der Puhnonalarterie nahe des Septums und auf die Herzspitze fiber dem linken Ventrikel eingen~ht. Die dritte Elektrode wurde in der )Iuskulatur der seitlichen Brust- wand befestigt. Dadurch waren dureh wahlweises Umpolen 6 Ableitm6glichkeiten vorhan- den. Das Operationsgebiet wurde w~hrend der Versuche mit einer durchsichtigen Plastik- haut dicht verschlossen.

    Zur Erzielung eines totalen atrio-ventrikul~ren Blockes bew~hrte sich am besten die Ligatur des HIsschen Bfindels (51, 52) unter direkter Sicht. Um keinerlei hypoxEmische Sch~den zu erhalten, wurde bei der Ligaturtechnik voriibergehend ein extrakorporaler Kreislauf mit Hilfe der Erlanger tterz-Lungen-Maschine angelegt. Zu ebenso guten Ergeb- nissen ffihrte nach einiger Obung die direkte transaurikuli~re Formalininjektion in das Hmsche ]3findel.

    Ffir die Anoxie-Versuche wurde die Asphyxiemethode durch Abstellen der kiinstliehen Beatmung wEhrend der Relaxation gewEhlt. So konnte der Kreislauf often gehalten werden und fortlaufende Druckmessungen in den groBen Gef~Ben erfolgen. Bei 26 Tieren wurden diese Asphyxieversuche durchgefiihrt, davon hatten 11 Tiere einen totalen Block. In Ab- st~inden yon einer Minute wurden die Reizschwellen durch Impulsserien yon durch- sehnittlicher Herzfrequenz (150 Schl~ge/min) bestimmt. Bei 19 weiteren Tieren wurden nach 4 und 8 rain Anoxiedauer Wiederbelebungsversuche mit reiner Sauerst~ffbeatmung, Pacem~kerimpulsen und zusEtzlicher Herzmassage durchgeffihrt.

    II. Ergebnisse

    1. Abhgnffigkeit der Reizschwelle vom Elelctrodensitz

    Die geringste elektrische Reizenergie zur Erregung der Herzmuskulatur wurde dann benStigt, wenn die Kathode und Anode in den Paarungen: Basis des reehten Ventrikels ( - ) - Herzspitze links (~-), Basis des rechten Ven- trikels ( - ) - Brustwandmuskulatnr (-~) und Iterzspitze links ( - ) - Brust- wandmuskulatur (-F) ausgelegt wurden. Fiir alle fibrigen Kombinationen, besonders beim Kathodensitz an der Brustwand, wurden durchschnittlich 25% mehr elektrische Energie f/ir einen Reizerfolg verbraucht. Es ist demnaeh vSllig ausreiehend, nur die Kathode am Herzen zu befestigen, wenn die Anode in der Brustwandmuskulatur liegt.

    2. AbhSngigkeit der Reizzchwelle yon der Herz/requenz

    Die ws der Diastole gewonnenen Schwellenwerte, gemessen in mA und mV, wurden naeh der Herzfrequenz und Impulsdauer in Reihen geordnet und auf statistische Unterschiede nach dem t-Test gepriift. F/ir die Impuls- zeiten: 100 ms, 50 ms, 25 ms, 12 ms, 6 ms, 1,2 ms, 0,5 ms, 0,1 ms und 0,05 ms wurden die Herzfrequenzen unter 125, 126-145, 146-165, 166-185 und fiber 186 Sehl~ge pro Minute in einzelnen Reihen erfagt. Die Schwellenwerte der Impulszeiten yon 3 ms liel3en sich in Frequenzgruppen yon 96 bis 105, 106-115, 116-125, 126-135, 136-145, 146-155, 156-165, 166-175, 176-185, 186-195 und 196-205 Herzschl~ge pro Minute unterteilen. So entstanden 112 Versuchs- reihen, die nach den Impulszeiten in 20 Gruppen zusammengefai3t wurden. Die einzelnen Reihen nach den Frequenzen geordnet zeigten innerhalb einer Gruppe keinen statistisch-signifikanten Unterschied. Die tIerzfrequenz be- einfluBte demzufolge die Erregbarkeit des Herzens nicht.

  • H. Dittrich, Elektrische Erregbarlceit des Hundeherzens 253

    3. Die geizschwellengri~fle in Abhgngigkei~ der zeitliehen Impulseinwirkung wiihrend des Herzzyldus

    Da die Herzfrequenz keinen EinfluB auf die ReizschwellenhShe aufwies, war es erlaubt, f/Jr die Ermi~tlung der Reizschwellen in den verschiedenen Phasen des IIerzzyklus alle zeitliche VerzSgerung zur R-Zacke des Elektro. kardiogramms (synchronisierte ImpulsauslSsung) auf eine durchsehnittUche Herzfrequenz mit durchschnittlieher Systolen- und Diastolendauer zu beziehen.

    mA 1001

    5o i

    20.

    Io.-

    ~o-

    ~,0--

    12.-

    o.5-Z

    02--

    9 ~ ,~ . 9 ; . "o . 9

    9 ".'..j.:." .: . ~ : : .,- ;/" ::-T.:

    9 .: . : . : "

    ~ I- r ~ ~ -

    0,~ '~ 1 , ,~L i i i . , i . , l . l~ l , i , l , , i , l , , l , D , , l l , , I

    J - 50 I00 150 200 250 300 350 ms Abb, 2. Reizschwcllen in mA. w~hrcnd eines normalen tIerzzyklus bei 8 ms Impulsdauer. Dic durchgezogenB

    Lin[e markiert die Durchschnittswerte.

    Es wurden 184 Elektrokardiogramme ausgemessen und in Frequenzgruppen unterteflt. Da die Q-T.Streeke im Ekg die Systolendauer umfaBt und mit der Refrakt~rzeit korrespondiert, wurde diese Streeke aus dem Ekg ebenfalls mit ausgewertet. Die Q-T-Zeit ver/~nderte sich aber beim Hundeherzen nieht im konstanten Verh/~ltnis zur Zyklusdauer; so war es sinnvoll, den zeitlichen Abstand des elektrischen Impulses zur R-Zacke auf eine normierte Q-T-Zei~ einer durehschnittlichen Herzfrequenz zu beziehen. Naeh Eintragen unserer Werte in eine Verteflungstafel lieB sieh dann nach dem Multiplikationsverfah- ren (56) eine durehsehnittliche Herzzyklusdauer yon 395 ms ----152 Schl~ge pro Minute und eine Q-T-Zeit yon 155,6 ms errechnen. Jede in ms eingestellte

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    oder auch aus dem Ekg ausgemessene ImpulsverzSgerungszeit wurde mit dem Quotienten aus durehsehnittlieher und tats/ichlicher Q-T-Zeit multipliziert, um mit den anderen Werten in einem normierten Herzzyklussehema ein- getragen und vergliehen werden zu kSnnen. So wurden statistiseh auswertbare Reihen aufgestellt, die mit einer durehschnittlichen VerzSgerungszeit und einer gemeinsamen Impulsdauer gebildet wurden. In Abb. 2 ist ein Punkt- sehwurm yon Reizschwellenstromst/irken in einem Ekg-Schema mit normierter Zeitskala ffir 3 ms Impulsdauer eingetragen. Die durchgezogene Linie entstand durch Verbinden der Mittelwerte von 7 verschiedenen Zeitpunkten des Herz- zyklus.

    mA 100"r~r

    50

    tO 84

    Zo

    1.o

    o j-

    I I I t-- O, I rns

    J, 50 100 150 200 250 300 350 ms

    Abb. 3. l~eizschwellenkurven (in mA) w~hrend eines normalen Herzzyklus mit unterschicdlicher Impulsdauer (~) zwischen 0,05 und 100 ms.

    In Abb. 3 sind ffir die Impulszeiten yon 0,05 ms bis 100 ms die Reizschwellen w~hrend eines Herzzyklus aufgezeichnet. Nach unseren statistischen Berech- nungen und wie aus den Darstellungen ersichtlich, warea w~hrend der Diastole sowohl bei Herzen ohne, wie auch mit experimentellem a.v.-~berleitungsblock keine Unterschiede in der Erregbarkeit des tterzmuskels nachzuweisen. Der Anstieg der Stromsti~rke zum Uberschrei~en der Reizschwelle in der relativen Refrakb~rphase verlief sehr steil, wie auch schon Sc~Iff~z und Lf~CKnN (47-50) exakt feststellen konnten, aber aueh schon GL~u 1889 (21) bekannt war. So-

  • H. Dittrich, Elektrische Erregbarkeit des Hundeherzens 255

    genannte iibernormale oder unternormale Phasen oder Dips w~thrend der relativen Refrakt~rzeit gab as be unseren Durchschnittswerten nicht. Einzelne Herzen zeigten nicht selten Schwankungen der ]~cizschwellen auch in den Dimensionen, die nach ORIAS (41) zwisehen 5-15%, gelegentlich auch be 20% liegen. Doch ehle Gesetzmttl]igkeit lieB sich daraus nicht able und statistisch waren diese indivktuellen Schwankungen nicht erfaBbar. Nach den neueren VerSffentlichungen yon B~ooJ

  • 256 Archiv /iir Kreislau]]orschun9, Band 56, Heir 3--4

    Tabelle 2. Reizschwellen in mV des Herzmuskels yon normal schlagenden Herzen bei unterschiedliehen Reizzei~n

    Reizzeit (ms) n rnV s s~ P (t-Test)

    100 54 242,3 148 __ 20,2 > 0,05

    50 56 290,9 180 24,3 < 0,05

    25 56 366,0 211 28,2 < 0,05

    12 55 446,5 181 24,4 > 0,05

    6 54 465,5 181 _+ 24,6 < 0,002

    3 184 557,8 237,2 17,63 < 0,001

    1,2 56 723,0 423 56,5 < 0,001

    0,5 55 946,7 400 _ 53,8 < 0,001

    0,1 55 2366,6 < 0,001

    0,05 55 3533,2 2070 _ 28i

    < 0,001

    < 0,001

    < 0,001

    < 0,001

    < 0,O01

    Gruppen lieBen sich Stromsts aufstellen. Brachte man die Wertepaare in ein Koordinatensystem, die Stromst~rke abgetragen in die Ordinate, die Reizzeiten in die Abszisse, dann erhielt man eine Hyperbel mit ihren Asymptoten, den Koordinaten x und y. Hyperbolische Kurven (z. B.

    Tabelle 3. Reizschwellen in mA yon Hundeherzen mit totalem a.v.-Block und unterschied- lichen Reizzeiten

    l~eizzeit (ms) n mA s ~x P (t-Test)

    100 39 0,51 0,21 0,03 < 0,01

    50 51 0,70 0,406 0,06 < 0,001

    25 45 1,3 0,616 0,09 < 0,001

    12 50 2,07 0,997 0,14 < 0,0027

    6 47 2,78 1,23 0,18 < 0,05

    3 51 3,4 _ 1,61 0,225 < 0,001

    1,2 52 4,88 2,14 + 0,297 < 0,O01

    0,5 44 7,66 2,33 + 0,352 < 0,001

    0,1 47 12,4 4,74 0,69 < 0,001

    0,05 45 20,7 5,75 0,86

  • H. Dittrich, Elektrische Erregbarkeit des Hundeherzens 257

    Tabelle 4. Reizschwellen in mV yon Hundeherzen mit totalem a.v.-Block und unterschied- lichen Reizzeiten

    Reizzeit (ms) n mV s s~ P (t-Test)

    1O0

    50

    25

    12

    6

    39 293,4 + 101 + 16,2 < 0,01

    51 433,7 +_ 158 + 22,1 < 0,001 < 0,01

    45 490,4 -4- 182 4- 27,2 < 0,001 < 0,01

    50 604,4 + 218 + 30,7 < 0,001 < 0,01

    47 727,2 + 232 + 33,8 < 0,001 > 0,05

    3 51 763,5 + 292,5 4- 41 < 0,001 < 0,02

    1,2 52 914,6 358 4- 49,5 < 0,001 < 0,001

    0,5 44 1081,3 4- 410 4- 61,5 < 0,001

    0,1 47 1641,7 4- 551 + 80,5 < 0,001

    0,05 45 2490,0 _ 732,5 ___ 163

    die meisten in der Biologie und Mediz in bekannten Ze i t - In tens i t~ts -Wi rkungs- kurven , so auch in der E lekt rophys io log ie fi ir Nerv und Muskel) lassen sich durch Logar i thmieren der E inze lwer te in eine Gerade t ransformieren. Durch Regress ionsana lysen konnten die Geraden fi ir unsere ~Verte best immt und die Regress ionskoef f iz ienten ermi t te l t werden. Dadurch wurde bekannt , dal3 man die St romst i i rke fi ir Herzen mi t regel rechter Schlagfolge um eine Zehnerpotenz

    2O

    10

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    0,O2 O,05 0,1 0,2 O,5 1,0 2,O s 10,O 2O 5O lOOms Abb. 4. Regressionsgeraden der 8tromst~,rke-Reizzei...

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