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

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 atrioventrikul/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 Schrit tmachertypen 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 ".~

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Re/z3Nom

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.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

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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 vorhanden. 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.-

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12.-

o.5-Z

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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 m s

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 eingetragen 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

t O �84

Zo

1.o

o j-

I I I t-- O, I rns

J, 50 100 150 200 250 300 350 m s

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 t terzmuskels 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-


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<s (23, 24) sind am ehesten diese Schwankungen der Reizschwelle, insbesondere die Ubernormalit/ i t am Ende der Refraktar- phase auf anodale StrSme mit Repolarisationsvorg/tngen, die auch HOFFMAN und CRA~SFIELD (25, 26) beschrieben, zurfickzufiihren. Be• mechanischer Stimulation konnte BXOOKS (8) diese Ph/~nomene nicht dokumentieren - eine Sttitze ffir die Theorie bereits begonnener anodaler Repolarisationen be• elektrischer I~eizung am Ende des Aktionspotentials.

4. Prii/ung der verschiedenen Reizschwellenstromst?irken und Impulszeiten auf statistische Zusammenhiinge

Wie in den letzten be• Abschnitten gezeigt werden konnte, besitzt weder die Herzfrequenz, noch der Zei tpunkt der Impulsgabe wtthrend der erregbaren Phase im Herzzyklus einen Eh~fluB auf die ReizschwellenhShe. Es konnten daher alle MeBwerte gleicher Reizzeiten in Gruppen zusammengefaBt werden. In den Tab. 1 und 2 sind die Reizschwellenmittelwerte in mA und mV mit ihren Streuungen aufgezeichnet. Die 10 einzelnen Impulsdauerstufen zwischen 0,05 und 100 ms lieBen sich statistisch untereinander trennen. Die Tab. 3 und 4 enthalten die gleichen Reizschwellengruppen be• Herzen mit experimentellem totalen a.v.-Block. Auch bier lassen sich die einzelnen Impulsdauer- stufen statistisch voneinander trennen. Aus diesen so entstandenen groBen

Tabelle 1. Reizschwellen in mA des Herzmuskels von normal schlagendem tIerzen be• unterschiedlichen Reizzeiten

Reizzei t (ms) n m V s s~ P (t-Test)

100 58 0,32 • 0,17 • 0,022 < 0,001

50 59 0,45 • 0,24 • 0,031 < 0,001

25 59 0,74 +_ 0,50 • 0,065 < 0,001

12 58 1,14 +_ 0,527 • 0,069 < 0,001

6 57 1,48 • 0,563 _ 0,074 < 0,001

3 184 2,22 • 1,18 _ 0,087 < 0,001

1,2 59 3,08 +_ 1,65 • 0,212 < 0,001

0,5 58 4,77 • 2,9 _ 0,38 < 0,001

0,1 58 14,6 • 7,6 _ 1,0 < 0,001

0,05 58 23,8 • _ 1,86

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 m a n die Wer tepaare in ein Koord ina tensys tem, die Stromst~rke abgetragen in die Ordinate, die Reizzei ten in die Abszisse, d a n n erhielt m a n eine Hyperbe l mi t ihren Asympto ten , den Koord ina ten x u n d y. Hyperbolische K u r v e n (z. B.

Tabelle 3. Reizschwellen in mA yon Hundeherzen mit totalem a.v.-Block und unterschiedlichen 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


Tabelle 4. Reizschwellen in mV yon Hundeherzen mit totalem a.v.-Block und unterschiedlichen 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 m e i s t e n in de r Bio log ie u n d Med iz in b e k a n n t e n Z e i t - I n t e n s i t ~ t s - W i r k u n g s - k u r v e n , so a u c h in de r E l e k t r o p h y s i o l o g i e f i i r N e r v u n d Muskel ) l a ssen s ich d u r c h L o g a r i t h m i e r e n der E i n z e l w e r t e in e ine G e r a d e t r a n s f o r m i e r e n . D u r c h R e g r e s s i o n s a n a l y s e n k o n n t e n die G e r a d e n f i i r u n s e r e ~Verte b e s t i m m t u n d die R e g r e s s i o n s k o e f f i z i e n t e n e r m i t t e l t we rden . D a d u r c h w u r d e b e k a n n t , dal3 m a n die S t r o m s t i i r k e f i i r H e r z e n m i t r e g e l r e c h t e r Sch lag fo lge u m eine Z e h n e r p o t e n z

2O

10

5,O

2,0

1,0 ,,

0,5 ~ ~

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-Reizzeit-Wertepaare, yon IIerzen mit ungest6rter Sehlagfolge (O)

und mit experimenteUem a.v.~ (A) ( b y = der Regressionskoefllzient).

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erhShen oder erniedrigen muB, wenn die Impu l sdaue r u m den Logar i thmus 1,6449 verkiirzt oder ver langer t werden soll, u m einen Reizerfolg zu erzielen. F/Jr die Herzen mi t exper imentel lem Block betrug der Logar i thmus 1,9385, u m den die Impu l sdaue r verk/irzt werden mu]~, wenn m a n mi t der 10fachen Strom- sti~rke eine Reizschwelle erhal ten will. Wie streng die Abh/ingigkeit von Reiz- zei tverki irzung u n d Stromst / i rkenerhShung zur Reizschwelleneinstel lung • wurde durch die Korre la t ionsrechnung analysier t . Die Korrelat ions-Koeffizien- t en be t rugen - 0 , 9 9 8 und - 0 , 9 9 6 , sie beweisen mi t sehr hohem Grade e inen s trai ten l inearen Z u s a m m e n h a n g (Abb. 4).

Werden die in m A gemessenen Reizschweltenwerte der no rma l schtagenden I te rzen mi t den bloekier ten verglichen, d a n n sind fiir die Reizzei ten yon 0,5 bis 100 ms stat ist isch sichere Untersehiede vorhanden. Die no rma l schlagenden Herzen besitzen eine gering niedrigere Reizschwelle. Be• den Spannungs- messungen sind n ich t • echte Differenzen e rkennbar (Tab. 5 u n d 6).

Tabelle 5. Vergleich der Reizschwellen in mA yon ttundeherzen mit normaler Schlag- frequenz und experimentellem a.v.-Block be• unterschiedlichen Reizzeiten

lteizzeit normale Schlagfrcqucnz p a.v.-Block (ms) mA s mh s

100 0,32 • 0,17 < 0,001 0,51 ___ 0,21 50 0,45 • 0,24 < 0,001 . 0,70 +_ 0,406 25 0,74 + 0,50 < 0,001 1,3 -t- 0,616 12 1,14 • 0,53 < 0,001 2,07 _+ 0,997 6 1,48 • 0,56 < 0,001 2,78 _+ 1,23 3 2,22 • 1,18 < 0,001 3,4 • 1,16 1,2 3,08 • 1,65 < 0,001 4,88 _ 2,14 0,5 4,77 _ 2,9 < 0,001 7,66 _+ 2,33 0,1 14,6 • 7,6 > 0,05 12,4 • 4,74 0,05 23,8 • 14,2 > 0,05 20,7 • 5,75

Tabelle 6. Vergleich der Reizschwellen in mV yon Hundeherzen mit normaler Schlag- frequenz und experimentellem a.v.-Block be• untcrschicdlichen Reizzeiten

Iteizzeit normale Schlagfrequenz p a.v.-Block |n$) lilY S mV s

100 242,3 _+ 148 > 0,5 293,4 • 101 50 290,9 _ 180 < 0,002 443,7 • 158 25 366,0 _ 211 < 0,002 490,4 • 182 12 446,5 _ 181 < 0,001 604,4 _• 218 6 465,5 __+ 181 < 0,001 727,2 • 232 3 557,8 _ 237 > 0,05 763,5 • 292,5 1,2 723,0 -}- 423 < 0,02 914,6 + 358 0,5 946,7 _ 400 < 0,01 1081,3 • 410 0,1 2366,6 • 1091 < 0,001 1641,7 • 551 0,05 3533,2 • < 0,002 2490,0 • 732,5

5. Statistische Pri~/ungen der Zusammenhgnge zwischen Stromstdrke und Spannung bei verschieden langen Reizzeiten

Ordnete m a n die Wer tepaare - Stromst/irke u n d S p a n n u n g - in e inem Koord ina tensys tem, so zeigte sich, dab der K u r v e n v e r l a u f die F o r m einer dureh die Abszisse im Schei te lpunkt ha lb ier ten t type rbe l aufwies. Diese Kur -

H. Dittrlch, Elektrische Erregbarkelt des Hundeherzens 259

venform liel3 erwarten, dab der Logarithmus unserer Stromsti~rke - Spannung Wertepaare im Koordinatensystem eingetragen eine lineare Funktion ergab. Diese tIypothese sollte dureh die Regressionsrechnung welter analysiert werden. Eine einseitige Abhiingigkeit der Variablen y (mV) war gegeben, da unser Reizstromger~t einen stromgesteuerten Impuls abgab. Es war deshalb sinnvoll, nur eine Regressionsgerade zu bestimmen, die angab, um welehen Anteil sich y (mV) ~ndert, wenn x (mA) um eine Einheit vermehrt oder verringert wurde. Der Tangens des Winkels, den die Regressionsgeraden mit der Abszisse bildeten (Regressionskoeffizienten), betrug log 0,5642 ohne Herzblock und log 0,7123 mit experimentellern Herzblock {Abb. 5). Diese Werte geben also an, dab die Spannung um diesen Betrag wachsen mu2, wenn die Stromst~rke um eine Zehnerpotenz ansteigt.

mV 5 0 0 0 ~ # 0 0 0 ~ 3 0 0 0 ~

8 0 0 ~ 6 0 0 ~

O,Z 0,30,b, �9 0,60,8 f 2 3 # 5 6 8 fO 2,0 304050mA

Abb. 5. Regressionsgeraden der Reizschwellenwerte in mV und mA uud ihre Regrcssionskoefflzicntcn (by) yon Herzen mit normaler (~ ) and bloekierter (A) atrioventrikul~,rer ~berleitung.

6. Das Verhalten der Reizschwellenwerte bei Impuls[olgen mit kurzer Pausendauer

Die bisherigen Ergebnisse waren mit elektrischen Einzelimpulsen gewonnen, die immer fiber das synchronisierte Verz6gerungsglied unserer Versuchs- apparatur ausgelSst wurden. Sie traten also mit der normalen Schlagfolge un- abhiingig yon der Frequenz in ein Verhi~ltnis yon 1:1. In den folgenden Ver- suehsgruppen wurde mit fixierten elektrischen Impulsserien, deren Pausen zwisehen 2 Impulsen stufenlos verkiirzt oder verl~ngert werden konnten, gearbeitet. Dazu eigneten sieh besonders Herzen nach kiinstlich gesetztem a.v.-Block mit langsamer Kammerfrequenz. Die Ventrikelautomatie konnte vollst/indig dureh externe Impulsgaben unterdrfiekt werden, sobald die Pausen- dauer zwischen 2 Stromst~rken unter 600 bis 750 ms lag. Die Herzen pal3ten sieh der neuen Frequenz vollst~ndig an. Bis auf durehsehnittlich 300 ms ver- kiirzter Impulsfolge - entsprieht einer Frequenz yon 200 Herzschliigen pro M/nute - blieb die Reizschwelle ffir die untersuchten Einzelimpulszeiten von 0,05 ms bis 25 ms konstant. Bei weiterer Verkiirzung auf 250 ms verdoppelte sieh durchschnittlich die erforderliche Schwellenstromst~rke, u m b e i 200 ms Pausendauer zweier aufeinanderfolgender Impulse einer Serie auf das 3- bis

260 Archly/fir Kreislau//orschung, Band 56, Heft 3-4

4fache anzusteigen (Abb. 6). Beschleunigte man noch weiter die Frequenz mit RechteckstrSmen von 0,05 bis 25 ms Dauer aus einem stromgesteuerten Reiz- ger&t, dann entstand bei weiterer ReizschwellenerhShung mit einer Impuls- folge zwischen 100 bis 150 ms immer Kammerflimmern. Dieses Ph&nomen war stets reproduzierbar, so dab man von einer definierten Flimmer-Bedingung sprechen konnte (s. Abb. 7 a, 7 b). Die Durchschnittsgrenzwerte aus 4-6 Einzel- messungen an 9 Tieren, bei denen Flimmern erzeugt wurde, lagen ffir die Impulsdauergruppen yon 25 ms bei 3,81 mA/1,38 V; 12 ms: 5,6 mA/1,58 V; 3 ms: 10,03 mA/2,15 V; 1,2 ms: 13,12 mA/2,83 V; 0,5 ms: 25,8 mA/4,2 V; 0,1 ms: 40,0 mA/5,32 V und 0,05 ms: 85,0 mA/9,84 V.

mA I00"

oo: 60'

4O

30

20-

tO-

8:

6. 5.

4,

3.

1. = 0,05 m s

l"= 0,1 ms w

�9 ~ = 0,5 ms

1.= 1,2 m-~ j

T= 3 m s

I" = 12 m s �9 w

1~ = 25 m s �9 !

ms

~&o 2& 360 ,~o 5oo 660 760 86o Abb. 6. Reizschwellen (in mA) yon Impulsserien mit unterschiedlicher Frequenz. Die Reizfolge (in ms) ist auf

der Absziase abgetragen. Variation der Einzelimpulsdauer (t) zwischen 0,05 und 25 ms.

7. Die Elektrizitdtsmenge

Der Strom yon 1 Ampbre, der durch einen Leiter in der Zeit yon einer Sekunde flieBt, ist als Elektrizit&tsmenge yon 1 Coulomb oder Amp~re-Sekunde definiert. Aus Mittelwerten unserer einzelnen Reizschwellengruppen yon tierzen mit normaler Schlagfolge und totalem Block errechneten wir diese GrSBe und stellten sie in einem Diagramm zusammen. Kontinuierlich stieg die notwendige Elektrizit&tsmenge zum ~berschreiten der Reizschwelle mit zunehmender Reizzeit an. Bei Verl&ngerung der Impulsdauer um 2 Zehnerpotenzen stieg die Elektrizit&tsmenge durchschnittlich um eine Zehnerpotenz an. W&hrend bei 0,05 ms Impulsdauer die Elektrizit~tsmenge 1,19 �9 10 -e Coulomb betrug, stieg sic bei 100 ms Impulsdauer auf 32 �9 10 -e C bei normalen Herzen, auf 51.10 -6 C bei tterzen mit totalem a.v.-Block an. Bei einer Impulsdauer zwischen 0,2 und


Abb. 7a. Ekg und Druckkurven bei einer Schrittmacherimpulsfolge yon 150 ms. Abb. 7 b. Ekg und Druckkurven bei einer Schrittmacherimpulsfolge yon 100 ms mit nachfolgendem (Jbergang

in Kammerflimmern.

0 ,3 m s k r e u z t e n s i c h d i e b e i d e n G e r a d e n . H i e r w u r d e n f f i r d i e a . v . - b l o c k i e r t e n H e r z e n u n d r e g e l r e c h t s c h l a g e n d e n H e r z e n e t w a g l e i c h grol~e E l e k t r i z i t ~ t s - m e n g e n z u r A u s l S s u n g d e r R e i z s c h w e l l e b e n S t i g t ( A b b . 8).

20

I0

5,0

2,0

f,O

0,5

0,2

0,02 0,O5 0,1 0,2 0,5 1,0 2,O 5,O ~0,0 2O 5O lOOms Abb. 8. Elektrizitiitsmengen ffir Sehwellenreize untersehiedlieher hnpulsdauer an normal sehlagenden (~)

und a.v.-bloekierten Herzen (A) (Elektrizit~tsmenge in Coulomb �9 10 -~.

262 Archly ]iir Kreislau//orschung, Band 56, He/t 3-d

8. Die Reizenergie

Diejenige elektrisehe Energie, die einem erregbaren System zugeftihrt werden mug, um einen Reizerfolg auszulSsen, wird dureh die drei Komponenten Stromst/irke, Spannung und Zeitdauer der elektrisehen Impulse bestimrat. Das Produkt aus diesen drei Parametern, die elektrisehe Energie, wird in Joule, N e ~ o n m e t e r oder Wattsekunden angegeben. Wit erreehneten aus unseren durehsehnittliehen Gruppenwergen die elektrisehe Energie und zeiehneten die

10-.'~ j

10.

9-

8

7. �9 �9 �9

6-

5-

# .

3-

2-

1

O,02 O, O5 0,1 O , 2 0 ~ 7,O 2,O 5,0 10,0 2O 5O 700~s~

Abb. 9, Elektrische ]~nergie ftir Schwellenreize an normal schlagenden (O) und a.v.-blockierten Herzen (A) (:Elektrische Energie iu Joule �9 10-e).

Punkte in ein halb logarithmisches Koordinatensystem ein. In der Ordinate wurde die elektrische Energie in Joule �9 10 -6 und in der Abszisse mit logarithmi- seher Einteilung die Reizzeit abgetragen (Abb. 9). Dureh Verbinden der Werte entstanden Kurven, die Minima an elektrischer Energie zur Erzeugung der Reizsehwellen aufwiesen. Ffir die Herzen mit normaler Sehlagfolge wurde bei einer Impulsdauer zwisehen 0,3 bis 0,9 ms die geringste Energie benStigt. Bei t = 0,5 ms betrug die elektrisehe Energie 2,12 �9 10 -6 J, die Stromstarke 5,8mA, die Spannung 730 mV, der Ohmsche Widerstand 126 Ohm. Die Herzen mit experimentellem a.v.-Block besaBen ein Reizsehwellenminimum fiir elektrisehe Energie zwisehen t = 0,1-0,28 ms. Der Tiefpunkt lag b e i t = 0,18 ms. Die elektrisehe Energie betrug bier 2,3 �9 10 -6 J , die Stromst/~rke 13 mA, die Span- nung 982 mV und der Ohmsche Widerstand 75,5 Ohm. Ein Sehnit tpunkt beider Kurven - bier ben5tigten beide Herzgruppen die gleiehe elektrisehe Energie, lag noeh im Bereich ihrer Kurvenminima und erforderte eine Reizzeit yon 0,28 ms bei einer elektrischen Energie yon 2,45 �9 10 -6 J . Die Stromst/~rke betrug 8,7 mA, die Spannung 986 mV und der Ohmsehe Widerstand 112,5 Ohm.

9. Erregbarkeit w~ihrend der Anoxie

Iqaeh durehsehnittlich 2 rain 40 see totalen Sauerstoffentzuges t ra ten Extrasystolen vereinzelt oder aueh in rhythmischer Folge unter dem Bild eines Bigeminus oder Trigeminus auf. Zwisehen 3 his 5 rain kam es zu einer Frequenz-

H. Dittrich, Elelctrische Erregbarkeit des Hundeherzens 263

steigerung und Anheben des Blutdruckes. l~ach 5 bis 6 min steter Abfall der Blutdruckwerte und Verminderung der Frequenz. Bei Herzen ohne vorherige experimentelle Blockade der atrio-ventrikuliiren 0berlei tung entstand immer nach 4 bis 6 rain ein a.v.-Block I. Grades, der dann sps gewShnlich nach 8 bis 9 min in einen totalen Block fiberging [am ,,sterbenden Herzen" beobach- tete schon Mo~iwz SC~IFF (45) das Auftreten eines Blockes]. Durchsehnittlich 13 mhl nach Sauerstoffentzug standen VorhSfe und K a m m e r n still. Das Kri- terium dafiir war eine asystolisehe Pause yon mindestens 30 see. Bei den Herzen mit totalem Block war diese Zeit in der Regel schon nach ]0 rain erreieht. Kammerf i immern t ra t bei 5 yon 26 I terzen ein. Die iibrigen Herzen waren maximal di]atiert und prall mit Blur gefiillt. Eine assistierte elektrisehe Stimu- lation in der anoxischen Phase mit verminderter Sehlagfrequenz oder ein kon- tinuierliehcs Paeemaking i~nderte bis auf die elektrisch angeregte, rhythmisch geordnete Schlagfrequenz prinzipiell niehts im Ablauf der anoxischen Folge- zustitnde dieser Herzen. Die Druckwerte lagen bei elektrischer Stimulation in gleieher tIShe wie bei der autonomen Erregung. Aueh die voriibergehende DruekerhShung in der ano:dschen Phase z~dschen 3 und 5 rain und der sp~tere sti~rkere Abfall war bei alleiniger elektrischer Erregung ebenfalls registrierbar. Der Herzmuskel verlor mit und ohne elektrisehe Untersti i tzung durchschnittlich zur gleichen Zeit seine Kontraktionsf~higkeit. Es war zwar auch spiiter noch mit StrSmen von iiblicher Reizschwellenst~rke Aktionspotentiale naehweisbar, sie blieben aber haemodynamiseh vSllig wirkungslos. Die Reiz- schwellenhShe ~nderte sich bei Impulszeiten yon 3 ms Dauer yon Beginn der Anoxie bis zum Herzstillstand nieht wesentlieh. Bei 18 Versuchstieren wurde untersucht, ob durch elektrisehe Sehrittmacherimpulse und ausreichende Sauer- stoffzufuhr nach 4 und 8 min Anoxiedauer die Wiederbelebungsversuehe giinstiger werden. Jewefls 4 Herzen erhielten nach 4 und 8 min eine rhythmi- sche Schlagfrequenz yon 150 elektrischen Impulsen pro Minute mit 3 ms Impu!sdauer und 3 mA Stromsti~rke. Gleiehzeitig wurden die Tiere mit reinem Sauerstoff beatmet. Die 10 Vergleichstiere ohne elektrische Stimulation wurden ebenfalls, die eine H~lfte naeh 4 min und die andere nach 8 min Anoxiedauer, wieder ausreichend mit Sauerstoff versorgt. Nach 4 rain konnten alle 9 Tiere mit und ohne kfinstlichen elektrischen Schri t tmacher wiederbelebt werden. Naeh 8 rain wurde nur ein Herz mit elektrischen Schli~gen und 2 Herzen ohne elektrisehe Stimulation wieder funktionstiichtig. Ein Herz mit elektrischer Erregung begann nach 9 rain zu flimmern. Weder Herzmassage allein noeh Schrittmacherimpulse mit gleichzeitiger Herzmassage konnten dieses Herz, wie aueh die anderen 5 Herzen, wiederbeleben. Die Zufuhr elektriseher Energie, gleieh weleher GrSBe, war demnaeh nicht in der Lage, die Folgen eines Sauer- stoffmangels im Herzmuskel zu fiberbriicken und damit die Zeit ffir eine Wieder- belebung zu verli~ngern.

III. Besprechung der Ergebnisse

Wird die Kathode an der Basis des rechten Ventrikels oder an der Herz- spitze befestigt, die Anode an der Brustwandmuskulatur oder ebenfalls am Herzen, dann wird die geringste elektrisehe Reizenergie zur Erregung der Herz- muskulatur benStigt. Zur Erregung des Herzens mit kfinstliehen Schrit tmachern erscheint dieses Ergebnis beachtenswert. Es ist demnach vSllig ausreichend,

18

264 Archly/i~r Kreislau//orschung, Band 56, He# 3-4

nur die Kathode am Herzmuskel zu befestigen, wi~hrend die Anode in die umgebende Muskulatur implantiert wird. Wenn eine zweite Elektrode in den Herzmuskel implantiert wird, dann sollte diese nur a]s Ersatzelektrode dienen, u m b e i einem Elektrodenbruch sofort durch Umpolen die St5rung zu beheben. Es gibt einige Schrit tmaehertypen, bci denen diese Vorstellungen schon ver- wirklicht sind.

])er Ubergang v o n d e r normalen Erregbarkeit des tIerzmuskels wi~hrend der Diastole zur refrakt~ren Phase war bei unseren Versuehen durch eine kontinuierliche steile t~eizschwellenerh6hung in einer Zeitperiode yon 20 bis 40 ms gekennzeichnet. Es warcn wohl kleine individuelle Schwankungen vorhanden, die aber niemals ein charakteristisehcs Gruppenmerkmal bildeten.

Seit ADRIA~ und LucAs 1912 (3) ihre Beobaehtungen yon einer ,,Ober- normali ts wirksamer elektrischer Reize an Nerven im Anschlui3 an die Refrakt~rzeit mitteilten, wurde oft versueht, dieses Ph~nomen weiter experimentell aufzukl~ren. HABERLANDT (23) fand 1913 bei elektrischen Reizver- suehen am Froschherzen gelegentlich als Nebenbefund eine En'egbarkeits- erh6hung der K am m ern durch vorangehende Schwellenreize. ADRIAN konnte 1920 und 1921 (1, 2) tcilweise dicse Erscheinungen aufkl~ren. Er fand zun~chst starke Abweichungen zwischen Nerv und Kaltblfiterherz. Bei frischen Herz- pr~paratcn fehlte die ,,supernormal recovery phase" ganz. Befanden sich die Priiparate in RingerlSsung, so war die ~)bernormalitiit schr deutlich. I m alkalischen Milieu war sie nieht naehweisbar. Daraus sehlol3 ADrIAn, dais die Wasserstoff-Ionenkonzentration ffir das Auftreten der fibernormalen Phase entscheidend skin mfisse. Unabhangig yon ADRI~'~ berichtete WAs~_~ 1922 (55) v o n d e r nicht regelmi~iSig nachzuweisenden Ubernormalit~t am Frosehherzen. Oft erst dann, wenn die t terzen l~ngere Zeit im Versuch standen, fand er dieses Ph~nomen. Heute wissen wh', dab in der Regel nach l~ngeren Versuchen eine S~uerung des Gewebes (metabolisch oder dureh Proteinalteration (42) eintritt. Somit kSnnten die Beobachtungen yon ADRIAN und WASTL durchaus gleieh- sinnig beurteilt werden. Der fibernormalen Phase zeitlich folgend, land JUNKER- ~ANN 1925 (28) unter solchen Bedingungen am Froschherzen eine unternormale Phase verminderter Erregbarkeit . LEwis und MASTER (32) gelang es 1924 nicht, eine iibernormale Phase am Hundeherzen naehzuweisen. Erst nach st~rkerer Ermfidung konnte ASHMA~ 1925 (4) am komprimierten Sehildkr5tenherzcn eine Ubernormali tgt finden. Er glaubte mit WooLEY (5), dab die a.v.-~berleitung ausschlieiS]ich in dieser fibernormalen Phase erfo]ge. Starke Zweifel an der Existenz der fibernormalen Phase aulSerte 1928 WOLFE~T~ (61). Er land keinen Beweis ffir alas Vorhandensein einer solchen Periode im S~uge- tierherzen.

LUTEN und POrE (1930), SCHELLO~O (193]), J]~RVELL (1934), ECCLES und HOFF (1934) glaubten Hinweise ffir eine fibernormale Phase zu erkennen, konnten aber keine schlfissige Begriindung finden. SCHi~TZ (46) suchte gezielt nach dieser elektrischen Ubernormalit~t. Es gelang ihm aber auch nicht, diese Phase zu definieren. Er schloB sich der Meinung TRENDELENBURGS an, dal3 sich das Herz tfinreichenden elektrischen Reizen gegenfiber sehr schwankend verhiilt. ]-]OFF und NAHUM (24) und spi~ter besonders die Arbeitsgruppe von B~oo](s und ORIAS (6, 9) konnten w~hrend der letzten 14 Jahre experimentell nachweisen, dal3 die Erholung der Erregbarkei t kein sanft fortschreitender Prozel3 sei, sondern im Vorhof und Ventrikel Schwankungen erschienen, die


,,Dips" genannt wurden. Diesc ,,Dips" k6nnten Folgen yon schwankenden Nachpotentialen sein.

Ein weiterer Begriff in diesem Zusammenhang, die ,,vulnerable Phase", entstand 1940 durch die Beobachtungen von WIOO~RS (59, 60) : Starke Strom- stSl~e yon kurzer Dauer (Kondensatorschock) konnten w~hrend der T-Zacke Kammerflimmern hervorrufen. Schon 1934 land KInG (30), dab in dieser Posi- tion des Herzzyklus durch hohe Wechselstromimpulse Kammerflimmern entstand. Diese Erscheinung soll zeitlich mit der Phase der sogenannten fibernormalen Reaktion des Herzmuskels auf elektrische Reize zusammenfallen oder schon am Ende der absolu~en Refraktiirzeit beginnen (22).

Zahlreiche Spekulationen, teilweise auch unbefriedigend erkl~rbare Einzel- beobachtungen, wurden mit diesen Begriffen verkniipft. Besonders h~ufig wurden w~hrend der letzten l0 Jahre Mil~erfolge bei der Anwendung kiinstlicher Sehrittmacher auf,,unglficklich einfallende" elektrische Reize in die, ,vulnerable Phase" gedeutet. BROOKS, der zu diesemThema sehr grol~e eigene experimentelle Erfahrungen besitzt, schreibt in seinem Bueh ,,Exeibility of the hear t" (6, Seite 69), da~ bei Priifung der Erregbarkeit des Iterzens mit elektrischen Einzelimpulsen, auch beim Testen in der sogenannten vulnerablen Phase des t ierzzyklus kein Kammerflimmern auftrat; denn es sei auch ,,noeh niemals eine Periode gefunden worden, in der ein minimaler effektiver Reiz am tterzen Flimmern ausgel5st hi~tte". Sieht man unter diesem kritischen Gesichtspunkt die neue Literatur dutch, dann steht auch bis heute noch der experimentelle Beweis einer solchen Vulnerabilit~t des Herzmuskels in einer bestimmten Phase des t terzzyklus aus.

Eine ,,Flimmer-Vulnerabilititt" des Herzmuskels konnten wir mit elektrischen Einzelimpulsen zur Ermittlung der Reizschwelle in keiner bestimmten Phase des Herzzyklus finden. Rund 19350 einzelne elektrische Reize, davon 44mal durchschnittlich 25 Impulse fiir jede der 10 verschiedenen Reizzeiten und 34mal durehschnittlieh 25 Impulse fiir jede der 6 versehiedenen Anoden- und Kathodenpositionen, wurden allein in der yon den versehiedenen Autoren besehriebenen Zeit der ,,vulnerablen Phase" zur Reizsehwellenermittlung abgegeben, aber niemals kam es bei uns zu Myokardfibrillationen oder Extra- systolensalven. Unter diesen gepriiften Bedingungen muI~ man das Vorhanden- sein einer vulnerablen Phase f/Jr tIerzen ohne oder mit Oberleitungsblock ab- lehnen.

I - IoF]~ ' r u. Mitarb. fanden unter derartigen ]3edingungen Flimmern aueh nur, wenn sie die Stromst&rke wesentlich fiber die Schwellenwerte erh5hten.

Diese bisherigen Aussagen yon unseren Ergeblfissen beziehen sieh also nur auf elektrische Einzelimpulse, die synehronisiert in jedem Herzzyklus, un- abhs yon der Grundfrequenz, nur einmal den Herzmuskel stimulierten.

Nieht synehronisierte Impulsfolgen yon Rechteekimpulsen von 0,05 bis 25 ms Reizdauer, die durch Verkiirzung der Impulspausendauer die eigene Frequenz der Hundeherzen vollsti~ndig unterdriickten, fiihrten konstant zu Kammerflimmern, wenn die Impulsfolge 100 bis 160 ms betrug und die bei dieser Frequenz auf das drei- bis vierfaehe angestiegene Reizschwelle gerade iiberschritten wurde. Der Anstieg der Reizsehwelle bei dieser Frequenz ist leicht erkl~rbar: Jeder Impuls fiillt bei diesen Reizserien immer in die Zeitperiode der relativen Refrakt~rphase des vorausgegangenen Erregungsablaufes und da liegen die Reizsehwellen in dieser HShe, wie schon die Versuchsreihen mit

18"

266 Archiv [i~r Kreislau//orschung, Band 56, Heft 3-4

synchronausgel6sten Einzelimpulsen zeigten. Mit dieser Erscheinung finden wahrscheinlich auch die fr/ihercn Ergebnisse besonders yon KInG (30) und WIGGERS (59, 60) eine Erkl/irung. Sie sprachen dann yon einer vulnerablen Phase mit nachfolgendem Kammerfl immern, wenn ein fiberstarker StromstoB in die Zeit der relativen Refraktfi.rperiode fie]. I m Vergleieh mit unseren Ergeb- nissen t r a t immer dann Kammerfl immern auf, wenn die Sehlagfolge das Zeit- intervall yon der Dauer einer l~efraktiirzeit gerade unterschritt , Somit scheint es unter diesen Bedingungen durchaus gerechtfertigt, yon einer Vulnerabilit~t des Herzmuskels zu sprechen. Damit dfirfte der nach B~oo~s (6) noch fehlende Beweis erbracht sein, dab ein minimaler, effektiver (die hier sehr hohe Reiz- sehwelle/ibersehreitender) Reiz (aus einer Serie mit zeitlichem Abstand zweier Impulse yon Refrakt~rperiodendauer) ausreicht, um Kammerf l immern aus- zulSsen.

Die geringste yon aui]en zugeffihrte elektrische Energie, die eine Kontrak- tion des Herzmuskels hervorruft und bei wiederholter Applikation im Rhyth- mus einer normalen Schlagfolge das Herz in Erffillung seiner regul/iren Kreis- lauffunktion zum Arbeiten bringt, sollte als , ,optimal" angesehen werden. Wir fanden ffir unsere Herzen diese elektrische Energie von 2,4 �9 10 -6 J bei einer Impulsdauer yon 0,28 ms. Die Stromstfirke betrug 8,7 mA, die Spannung 986 mV bei einem errechneten Ohmschen Widerstand yon 112,5 Ohm. Es war daher m6glich, sowohl das a.v.-blockierte Herz wie aueh die Herzen mit regel- rechter Seh]agfolge dureh Zufuhr einer einzigen, fiir beide Herzen ausreichen- den, relativ niedrigen elektrisehen Energie die Reizsehwelle zu fiberschreiten und eine Herzmuskelkontraktion auszul6sen. Die aufgestellten Kurven {Abb. 9) fiber das Verhalten der elektrischen Energie zeigen bei li~ngeren Impulszeiten einen ziemlieh steilen Anstieg. Daraus muB man schlieBen, dai] lange Zeiten unter unsercn Bedingungen wesentlieh weniger 6konomisch sind. Auch der Aufwand an elektrischer Energie bei einigen handelsfiblichen Schrittmachern, die Reizzeiten zwisehen 1,5 bis 8 ms abgeben, dfirfte dann unwirtschaftlich sein, sie ben6tigen etwa die 2 bis 4fache Energie, um effektiv zu sein. Bei der Einstellung der kfinstliehen Schri t tmacherapparate auf diese l~ngeren Reiz- zeiten bezieht man sich gelegentlieh auf die Mitteilung yon N~(~HTINGAL~. (39). Er betraehtet die Chronaxie als Kri ter imn einer optimalen Reizzeit und ffihrt FI~I)~tClQ (18), O~IAS (41) und WEIRICH (58) an, die Chronaxiewerte bei etwa 2 ms fanden. Erreehnete man unsere Chronaxiewerte nach der Methode yon LUnLIES (33), dann betrug die Chronaxie ffir normal schlagende Herzen 3,7 ms und bei t Ierzen mit totalem Block 2,04 ms. Diese ~u entspraehen dureh- schnittIich denen des Schrifttums. ~u wir aber zeigen konnten, verbrauchen elektrisehe Impulse yon Chronaxiedauer bis 3mal hShere Reizenergien, um die Reizschwelle zu fiberschreiten. Ffir das Versagen kfinstlicher Schrit tmacher werden unter anderem Widerstandserh6hungen im Elektrodenbett durch fibr6sen Umbau des Herzmuskels beschrieben. Die erforderliehe Energie, die dem Herz bei 3 ms Reizzeit und angenommener 4facher Widerstandserh6hung zugeffihrt werden muB, betr/~gt 31 ,3 .10 -6 J. Bei 0,28 ms Reizdauer nur 2 ,4 .10 -6 J. Bei der kurzen Impulsdauer yon 0,28 mfiBte der ~u auf das 13fache ansteigen, um dann erst 31,3 �9 10 -6 J ffir eine Ventrikelkontraktion zu verbrauchen. Sol]ten sich auch nach Messungen am menschlichen Herzen gleiche oder nur wenig abweichende Ergebnisse finden, dann liei]e sich der Wirkungsgrad der Schrittmacherger~te mindestens um den Fak tor 3 verbes-

H. Dittrich, Elektrische Erregbarkelt des Hundeherzens 267

sern, w e n n m a n d u r c h I m p u l s z e i t e n v e r k i i r z u n g den e l ek t r i s chen E n e r g i c v e r - b r a u c h e inspar t , d a m i t grSl]ere R e s e r v e n b e r e i t g e s t e l l t u n d m i t de r g lc i chen Wi rk - s a m k e i t wahr sche in l i ch u n t e r g i ins t ige ren phys io log i schen B e d i n g u n g e n das H e r z z u m S c h l a g e n b r ing t .

Zusammen/assu~g

Mit einem stromgesteuerten Reizstromger~t, dessen Impulse fiber eine Synchronisier- vorrichtung zu jedem vorgew~hlten Zeitpunkt w~hrend des Herzzyklus ausgelSst werden konnte, wurden Reizversuche an Hundeherzen mit ungest5rter Schlagfolge und nach experimentellem atrio-ventrikulhren Block durchgefiihrt.

Die geringste elektrische Reizenergie zur Erregung der Hcrzmuskulatur wurde beim Kathodensitz an der Basis des rechten Ventrikels oder der tterzspitze und Anodenlage an der Brustwandmuskulatur benStigt.

Herzfrequenzen beim Hund zwischen 96 und 205 Schliigen/min 5nderten die Reiz- schwellengrSQen bei gleichen Impulszeiten zwischen 0,05 und 100 ms nicht. Bis auf die Dauer der Refraktiirzeit waren alle Herzcn im weiteren Zyklusablauf mit einer einzigen durchschnittlichen Stromstiirke bei konstanter Rcizzcit crregbar. W~hrend dieser Phase konnten mit statistischen Prfifverfahren keine Perioden verminderter oder erh5hter elektrischer Erregbarkeit gcfunden werden. Ebenso war mit Impulsen yon ReizschwellenhShe niemals eine Phase gesteigerter Fibrillationsbereitschaft zu registrieren, solange in jedem aufeinanderfolgenden Herzzyklus immer nur ein elektrischer Reiz in gleicher Position zur /~-Zacke der Herzstromkurve abgegeben wurde.

Impulsserien mit starrer Frequenz ffihrten bei einer Reizfolge untcr 100-160 ms und gerade fiberschrittener Reizschwelle immer zu Kammerflimmern. Durch diese definicrbar gewordenen Flimmerbedingungen kSnnte somit auch die gelegentlich beobachtcte ,,vulnerable Phase" des Herzmuskels am Ende der Refrakt~irzeit eine Erkli~rung finden.

Um weitere Einblicke in die Zusammenh~inge yon Stromst~rke, Spannung und Reiz- zeit zu erhalten, wurden Stromst~irke-Reizzeit-Charakteristika, Stromst~rke-Spannungs- Diagramme, Elektriziti~tsmengenkurven und Kennlinicn der elektrischen Reizenergien aufgestellt und soweit m5glich, mit statistisctmn Verfahren welter untersucht.

Ein Minimum an elektriseher Energie (2,4 �9 10 -e J) wurde zur Erregung beider Herz- gruppen bei einer Reizzeit yon 0,28 ms gefunden.

W~hrend der Anoxie brachte die zusiitz]iche elcktrische Erregung des tterzmuskels keinerlei Vorteil. Mit elektrischem Strom ist es mSglich, einige Reizleitungsausf~lle des Herzens erfolgreich zu ersetzen, unmSglieh aber, ein in der Anoxie sterbcndes Herz wieder zu beleben.

Summary

Stimulation of dog-hearts with either sinus rhythm or experimentally produced AV- Block was brought about through a constant current impulse generator with a synchronizer.

The least electrical intensity necessary to elicit cardiac stimulation was found with the electrode located at the base of the right ventricle or at the apex of the heart, the anode being applied to the thoracic wall.

Cardiac rates between 96 and 205 beats/min had no influence on threshold intensity of the stimulating current at constant utilization times between 0.05-100 ms. Although the refractory period varied, all hearts could be stimulated with an average magnitude of current at a constant utilization time. :No decreased or increased excitability was found during this period. Impulses at threshold intensity never caused fibrillation as long as only one stimulus was administered during each cycle in constant relation to the/~-wave. In contrast, impulses administered at a fixed rate below 100-160 ms and above threshold intensity always produced ventricular fibrillation. These experimental conditions producing ventricular fibrillation seem to convey some explanation on the vulnerable phase of the

268 Archiv /fir Kreislau//orschung, Band 56, He/t 3-4

hear t during the refractory period. In order to obta in fur ther information regarding inter- relationships between current magnitude, voltage and util ization time, we examined s t rength - durat ion and s t rength - voltage characteristics and constructed diagrams reflecting the quan t i ty of electricity as well as threshold intensities.

The uti l ization t ime was 0,28 ms a t a minimal electrical energy of 2,4 �9 10 -+ J . No results were encountered in anoxic hear ts with means of electrical st imulation.

Electrical s t imulat ion is successful in combating certain defects which may arise in the cardiac conduction system bu t i t is unable to revive an anoxic heart .

Literatur

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Anschrift des Verfassers: Priv.-Doz. Dr. HERBERT DITTRICH, Chirurgische Univcrsitiitsklinik, 852 Erlangen, KrankenhausstraSe 12

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