Aktuelle antibradykarde und antitachykarde Herzschrittmachertherapie —
Eine Übersicht
M. Zegelman, P. Satter, J. Kreuzer
Laut Jahresbericht des Zentralregisters Herzschrittmacher (1) le
ben in der BRD rund 130 000 Personen mit einem Herzschritt
macher (SM). Nur schätzungsweise 20 000 Patienten davon sind
unter 60 Jahre alt. Im Jahre 1984 z. B. wurden ca. 28 000 Aggrega
te neu implantiert. Das mittlere Implantationsalter betrug bei
den männlichen Patienten (50,8%) 71,1 Jahre, bei den weiblichen
(49,2%) 73,1 Jahre. Der Anteil der Patienten unter 60 Jahre bei
den Neuimplantationen liegt mit 10,2% deutlich niedriger. Auf
632 implantierende Kliniken verteilten sich 1984 38 000 verkauf
ter SM. 17 Hersteller boten 124 verschiedene Modelle an(l). SM-
Operationen werden heute bei uns in über 600 Kliniken durch
geführt. Dabei beläuft sich die Zahl der Erstimplantationen im
Mittel je Klinik auf 40 – 50/Jahr. Bei den Universitätskliniken ist
diese Quote bei 110 -120 jährlich anzusiedeln. Hält man sich im
Vergleich dazu die Anzahl der SM-Eingriffe an unserem Zen
trum, nämlich 600 – 800/Jahr, vor Augen, wird die Sonderstel
lung der Frankfurter Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie (als
Zentrum mit überregionalen Einzugsgebiet) in Europa deutlich.
Maßgeblichen Beitrag zum Anstieg der SM-Operationen hier
und z. B. den USA ist dem Wandel der Indikationen zuzuschrei
ben. Während in den ersten Jahren SM praktisch ausschließlich
bei Patienten mit totalen AV-Block implantiert wurden, hat der
Anteil der Patienten, bei denen ein SM zur Therapie eines Si
nusknotensyndroms implantiert wurde, im Laufe der Jahre kon
tinuierlich zugenommen (2). Zielsetzung heute ist neben der
Verhinderung von Adams-Stokes’schen Anfällen und der Ver
minderung der Mortalität bedrohlicher Bradykardien mehr und
Indikationen zur Schrittmachertherapie
Neuimplantationen
n = 672
SKS
269
AV-Block
199
Bradyarrhythmie
168
Andere
36
Abbildung 1: Indikationsstellung
mehr eine Verbesserung der Hämodynamik und damit der Lei
stungsfähigkeit der Patienten. Gerade bei den Personen mit Si
nusknotensyndrom als Hauptgruppe bei der Indikationsstel
lung (Abb. 1) ist anzunehmen, daß auch ohne SM eine der Nor
malbevölkerungentsprechende Uberlebensrate erreicht wird (3)
(Abb. 2). Hier muß also bei der Implantation eine Verbesserung
der Lebensqualität unter Verhinderung unliebsamer Symptome
im Vordergrund stehen. Diesem Anspruch kann durch das heute
verfügbare Spektrum der Stimulationsmöglichkeiten bereits zu
einem Großteil Rechnung getragen werden. Hingegen trifft dies
für die in den letzten Jahren zunehmend weiterentwickelte aber
noch wenig verbreitete Behandlung tachykarder Herzrhyth-
musstörungen durch implantierbare Aggregate im allgemeinen
noch nicht zu.
Technologie im Wandel
Der erste SM wurde 1958 durch Senning in Schweden implan
tiert. 1961 wurde das Verfahren erstmals auch in Deutschland
angewendet. Seither sind bedeutende Fortschritte auf den ver-
Abbildung 2: Überlebensrate nach SM-Implantation von Patienten mit
Sinusknotensyndrom im Vergleich zu der Überlebensrate einer alters-
und geschlechtsgleichen Normalbevölkerung (2)
Kardiotechnik 10. Jahrgang/Heft 2/1987
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102
Fortbildung
schiedensten Gebieten der SM-Technologie gelungen. Betrachtet
man z. B. die Energiequelle, so stellten bis vor einigen jähren
Quecksilber-Zink-Elemente den Hauptanteil. Durch das bei der
Reaktion entstehende Wasserstoffgas traten spezifische Proble
me auf; eine Druckerhöhung in der Batterie konnte z. B. zum
Platzen des Gehäuses verbunden mit dem Austritt von Elektro
lyt führen. Die Folgen konnten u. a. Entzündungsreaktionen im
Gewebe und Schäden am Aggregat selbst sein. Wegen zahlreich
beschriebener Fälle von vorzeitiger Batterieerschöpfung war die
Zuverlässigkeit dieses Systems oft in Zweifel zu ziehen. Mit Ein
führung der Lithium-Elemente gelang ein wichtiger Schritt zur
Optimierung der Energiequelle. Neben wesentlich größerer
Energiedichte bei verminderter Größe und geringerem Ge
wicht, kommt es im Gegensatz zur Quecksilber-Zink-Batterie
nicht zu einem raschen Spannungsabfall am Ende der Lebens
dauer der Zelle. Durch eigene Untersuchungen konnten wir die
Sicherheit der Lithium-Elemente untermauern (4). Nun werden
aber Komplikationen bei der SM-Therapie wesentlich häufiger
durch Störungen der Elektrode, d. h. des Verbindungsgliedes
SM-Endokard, verursacht, als durch Störungen am Aggregat
selbst. Die häufigsten Gründe hierfür sind Isolationsdefekte,
Elektrodenbrüche oder Dislokationen bzw. eine Erhöhung der
Schwellenwerte für Reizung (Stimulation) oder Wahrnehmung
(Sensing). Bereits seit mehreren Jahren vermindern belastungs
stabilere 3-fach gewendelte Drähte in der Elektrode — im Gegen
satz zum früheren Einfachleiter — die Zahl der Elektrodenbrü
che. Bessere Reizschwellenwerte lassen sich durch sogenannte
passive Verankerung der Elektrode durch Flossen, Anker oder
Widerhaken im Trabekelwert des Herzens erhalten. Die Sicher
heit der Verankerung im Ventrikel entspricht hierbei derjenigen
aktiv durch Einschrauben fixierbarer Sonden, ohne daß hierbei
die stärkere Narbenbildung mit dadurch bedingter verschlech
terter Reizschwelle in Kauf genommen werden muß. So hatten
wir von 1980-1984 bei 1054 passiv verankerten Ventrikelsonden
(5) eine Dislokationsrate von nur 0,3% zu verzeichnen. Für Vor
hofsonden kann die Forderung nach passiver Befestigung nicht
analog übernommen werden, da hier durch die glatten Wandver
hältnisse andere Voraussetzungen mit höheren Dislokationszah
len vorliegen (6). Wir bevorzugen auch 1987 noch Schraubelek
troden im Atrium; die höhere Lagestabilität läßt ungünstigere
elektrophysiologische Bedingungen sekundär erscheinen. Ne
ben der Art der Fixation spielt auch die Gestalt und Beschaffen
heit des Elektrodenkopfes sowie das verwendete Material eine
durchaus bedeutende Rolle. Für ein optimales Sensing (d. h.
Wahrnehmung der Herzaktionen) wäre ein geometrisch großer
Elektrodenkopf mit niedriger Wahrnehmungsimpedanz, für ei
ne niedrige Stimulationsreizschwelle ein möglichst kleiner Kopf
mit entsprechend höherer Stimulationsimpedanz (und damit ge
ringeren Stromverlust für die Batterei) wünschenswert. Außer
dem sollte die Polarisationsspannung, die sich bei jedem Impuls
als gegenläufige Spannung an der Kontaktstelle Elektrode-
Elektrolyt aufbaut und einen zusätzlichen Verlust an Stimula
tionsenergie bedeutet, möglichst gering gehalten werden (7).
Verschiedene Hersteller haben dafür durch verschiedenartige
Konzepte Verbesserungsmöglichkeiten aufgezeigt und einge
führt. So werden zur Erzielung optimaler Eigenschaften poröse
Elektrodenoberflächen, Schießscheibenkonfigurationen, gela-
serte Siebe oder Kohlenstoff und ähnliches angeboten (Abb. 3).
Eine andere heute verfügbare Elektrode beinhaltet ein kristalloi-
des Kortikoid, das durch Diffusion eine lokale Entzündungs
hemmung an der Kontaktstelle und damit eine verminderte Fi-
brosierung erreicht. Zusammenfassend muß den heutigen Elek
troden eine relativ geringe Dislokationsrate verbunden mit recht
Abbildung 3: Elektrodenköpfe
günstigen Stimulations- und Sensing-Eigenschaften attestiert
werden.
Parallel zu den angesprochenen Fortschritten waren auch Ver
besserungen der SM-Technologie selbst, d. h. der eigentlichen
„Impulszentrale“ zu verzeichnen. Der erste programmierbare
SM aus dem Jahre 1963 mußte noch mit einer speziellen Nadel
transkutan zur Umstellung angestochen werden (8). Zum heuti
gen Standard gehört neben der selbstverständlichen Program
mierbarkeit von Basisfrequenz, Impulsamplitude (V) oder Im
pulsbreite (ms) auf nicht invasivem Wege über ein entsprechen
des Programmiergerät zumeist eine weitere Reihe von veränder
baren Optionen wie Empfindlichkeit, Refraktärzeit, Hysterese
und viele andere mehr. Diagnostische Funktion kann der SM
durch Telemetrie verschiedene Parameter enthalten. So gelingt
es heute „über Funk“ z. B. ein intrakardiales EKG ebenso auszu
drucken, wie die Anzahl von Extrasystolen oder den Herzfre
quenztrend über einen definierten Zeitraum im SM abzuspei
chern. Ermöglicht wird all dies durch entscheidende Neuent
wicklungen der Mikroelektronik (Large Scale Integration
CMOS-Technik, Mikroprozessoren mit RAM und ROM u. a.)
(9). Wird die elektronische Schaltung eines SM mit oder ohne
Mikroprozessor (entspricht einem Mikrocomputer auf einem
winzigen Chip) funktionspezifisch festgelegt, so nennt man das
Hardware-SM. Diese Festlegung der Funktionsabläufe geschieht
bereits bei der Konstruktion und kann später nicht mehr geän
dert werden. Bestünde dann bei einem SM-Modell der Wunsch
nach Erweiterung der Programmierbarkeit oder der Monitor
funktion z. B., müßte die Anzahl der Register (durch Einsetzen
Kardiotechnik 10. Jahrgang/Heft 2/1987
Fortbildung
103
neuer Elemente) weiter erhöht werden, die Schaltung würde aus
Gründen der Größe unpraktikabel. Eine Umstellung auf einem
Mikrochip selbst ist durch lange Entwicklungszeiten (z. T. Jah
re) und hohe Kosten (mehrere 100 000,- DM) sehr aufwendig.
Aus diesen Gründen wird in den letzten Jahren ein Trend zum
sogenannten Software- organisierten SM erkennbar. Der Unter
schied zum Hardware-SM besteht darin, daß der Software-SM
keine von vornherein festgelegte Register besitzt, sondern Spei
cherregister. Die einzelnen Funktionsregister werden dabei über
die Software erreicht, d. h. durch ein Computerprogramm (8).
Dem Prozessor obliegt es dann, Registerinhalte als Befehle zu in
terpretieren und diese auszuführen, er kann den Inhalt von Regi
stern verändern sowie Befehle anderen Registern zuordnen. Ein
völlig Software- organisierter SM läßt sich selbst nach der Im
plantation so umprogrammieren, daß er Stimulationsmodi
durchführen kann, die bei der Herstellung des SM noch nicht
bekannt waren (9). Solch neue Technologie bringt aber neben
neuen Möglichkeiten für Diagnostik und Therapie gerade in der
Entwicklungsphase auch neue Probleme mit sich. Die Störungs
anfälligkeit ist fast zwangsläufig höher je stärker die Betonung
auf eine Software-Steuerung liegt. In unseren eigenen Patienten
gut mußten bei 2 SM-Trägern wegen eines Fehlers im (RAM-)
Speicher Neuprogrammierungen vom Hersteller über Telefon
mit Hilfe eines Modem durchgeführt werden (Telefonverbin
dung Frankfurt-Dieren in Holland) (10). Zum Standard der heu
tigen SM-Therapie gehört daher neben der erforderlichen eige
nen Routine auch ein gutes Service- und Beratungsnetz der SM-
Firmen.
Hämodynamische Vorteile durch physiologische Stimula
tion
Die physiologische Antwort des Herzens auf Belastung besteht
sowohl in einer Steigerung der Herzfrequenz als auch des Schlag
volumens. Dadurch wird in einem gesunden, nicht speziell trai
nierten Herzen bei Anstrengung die Frequenz um den Faktor 3,
das Schlagvolumen jedoch nur um den Faktor 1,5 gesteigert, wo
durch insgesamt das Herzzeitvolumen (HZV) 3 x 1,5 = 4,5 fach
vermehrt wird (11). Im Falle einer normalen Funktion des Si
nusknotens und einem z. B. gleichzeitig bestehenden AV-Block
3. Grades kann dies durch die Implantation eines Zweikam
mernsystems (Vorhof- und Ventrikelsonde) erreicht werden.
Die sogenannten DDD-SM mit ihren verschiedenen Program
mierungsmöglichkeiten repräsentieren dabei z. T. die am weite
sten entwickelte Lösung des Problems der AV-Synchronisation.
Die Bedeutung einer regelrechten Vorhofaktion wird aber um so
geringer, je höher der Pulmonalkapillardruck liegt (12). Bei der
Herzinsuffizienz wird nämlich der linke Ventrikel infolge des
erhöhten linksartrialen Mitteldrucks bereits in der frühen Dia
stolen maximal gefüllt und ist nicht mehr auf die atriale Booster-
Pumpe angewiesen (11). Unter stärkerer Belastung läßt sich
ebenso die dominierende Rolle der Herz- oder Stimulationsfre
quenz herausstreichen. Die zusätzliche Synchronisierung des
Vorhofs bringt kaum mehr ein Plus an HZV, die Bedeutung der
AV-Synchronisation wird gering (12). Es ist daher nicht verwun
derlich, daß auch Patienten z. B. mit Vorhofflimmern und Bra-
chyarrhythmie haemodynamisch von einer Frequenzanhebung
unter Belastung profitieren. Seit 1983 befinden sich solche soge
nannte frequenzadaptierende SM in unserem Zentrum in klini
scher Erprobung und sind mittlerweile zu einem integrierten
Bestandteil im Therapieangebot geworden. Zur Steuerung der
Frequenz dient neben der Ventrikelelektrode zumeist ein zu-
Abbildung 4: Stimulationsfrequenz unter Belastung (QT-SM)
sätzlicher Sensor innerhalb oder außerhalb des SM. 4 Prinzipien
sind derzeit verwirklicht und zur Implantation verfügbar: QT-
Zeit, Atemfrequenz, Muskelaktivität, zentralvenöse Bluttempe
ratur (13,14,15,16). Allen Systeme gemeinsam ist die Möglich
keit, eine Anhebung der Stimulationsfrequenz unter Belastung
zu erreichen, verbunden mit einer erhöhten Leistungsfähigkeit
des Patienten durch eine Verbesserung der Haemodynamik —
unabhängig von den Sinusknoten — bzw. Vorhoffunktion. Un
sere Untersuchungen zeigten eine Zunahme des HZV unter Be
lastung mit Frequenzanpassung um 20 – 30% gegenüber einer
nicht frequenzvariablen Stimulation (Abb. 4, 5) (17). Obwohl
sich diese neue Technologie durchaus bereits im klinischen All
tag bewährt hat, sind weitere Verbesserungen zu fordern und
auch zu erwarten.
CARDIAC
OUTPUT
l/min
«ART-RATE
Abbildung 5: Herzzeitvolumina bei Belastung (QT-SM)
OW 61 YEARS
Kardiotechnik 10. Jahrgang/Heft 2/1987
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Fortbildung
Implantierbare Kardioverter und Defibrillatoren,
antitachykarde Schrittmacher
Als Ursache für den plötzlichen Herztod von Patienten z. B. mit
koronarer Herzkrankheit und dilativer Kardiomyopathie kom
men besonders tachykarde ventrikuläre Rhythmusstörungen
wie Kammertachykardien, Kammerflattern und Kammerflim
mern in Frage. Eine Prävention spontan rezidivierender ventri
kulärer Tachyarrhythmien durch medikamentös-antiarrhyth
mische Langzeittherapie erweist sich häufig als nicht suffizient,
kardiochirurgische Maßnahmen (z. B. zirkuläre oder subendo
kardiale Ventrikulotomie, subendokardiale Resektion, kryochi
rurgische Verfahren) oder die Katheterablation sind oftmals
nicht indiziert oder wenig erfolgversprechend (18, 19, 20). In
den vergangenen Jahren wurden daher Methoden zur Terminie
rung dieser malignen Rhythmusstörungen durch annähernd
rechteckförmige elektrische Impulse unterschiedlicher Energie
aus implantierbaren Aggregaten über spezielle Elektrodensyste
me entwickelt. Verfügbar sind derzeit zwei verschiedene Syste
me mit unterschiedlicher Konzeption (18). Bei der transvenösen
endokardialen Kardioversion (21) wird über einen speziellen
transvenösen Katheter sowohl im Bedarfsfall stimuliert als auch
kardiovertiert. Bei Degeneration der Tachykardie und Kammer
flimmern ist eine Terminierung allerdings kaum mehr möglich.
Das Aggregat (93 Gramm) ist, wie ein konventioneller SM in Lo-
kalanaesthesie implantierbar. Durch Sternotomie hingegen wird
der automatische Kardioverter-Defibrillator implantiert (22).
von einem relativ großen Generator (292 Gramm) aus wird die
Energie über zwei epikardiale Netzelektroden abgegeben. Zwei
zusätzliche Schraubelektroden dienen der Herzfrequenzerken
nung und der R-Wellensynchronisation; die Möglichkeit zur
antibradykarden Stimulation ist nicht gegeben (22). Die beiden
Systeme erweisen sich nach Meinung verschiedener Autoren in
ihren Indikationsbereichen als effektiv und als Fortschritt in der
Prävention des akuten Herztodes (18). Erforderlich sind jedoch
nach Ausreizung anderer Therapiemöglichkeiten eine sorgfälti
ge Patientenauswahl verbunden mit einer eingehenden prä- und
intraoperativen elektrophysiologischen Testu