Simulation des hämodynamischen Verhaltens bei künstlicher frequenzadaptiver Stimulation an einem Herz/Kreislaufmodell

Abstract

Kurtfassung -Mit Hilfe eines numerischen Modells des menschlichen kardiovaskulären Systems wird das hä-modynamischc Verhalten bei künstlicher frequenzadaptiver Stimulation im Vergleich zum Gesunden für verschiedene Belastungssituationen untersucht Im Vordergrund steht die Frage, wie unter speziellen pathologischen Verhältnissen (Sinusknotcnsyndrom, Myokardinsuffizienz) eine optimale Stimulationsfrequenz ermittelt werden kann. Als konkretes Anwendungsheispicl wird der ANSgesteuerte Schrittmacher, der durch unipolare intrakardiale Impedanzmessung einen Kontraktilitätsparameter bestimmt und für die Frequenzadaption nutzt, in das Modell einbezogen. EINLEITUNG Die klassische Form der physiologischen, frequenzadaptiven Stimulation ist die Doppelkammerstimulation (DDD). Bei Patienten mit unphysiologischer Eigenfrequenz, z. B. bei Sinusknotensyndrom, ist es notwendig, die Stimulationsrate aufgrund anderer Kriterien anzupassen. Für diese Patienten wurden frcquenzadaptive Stimulationssysteme, die auf der Messung verschiedener korporaler und kardialer Parameter basieren, entwickelt. Durch unipolare intrakardiale Impedanzmessung werden Änderungen im inotropen Zustand des Herzens erfaßt, die in erster Linie durch den sympathischen Tonus des autonomen Nervensystems (ANS) bedingt sind. Da auch die natürliche Sinusrate vom ANS gesteuert wird, stellt die Gewinnung von ANS-Information die Voraussetzung für eine physiologische Frequenzanpassung dar. Der ANS-gesteuerte Schrittmacher, der die Stimulationselektrode gleichzeitig als Meßelektrode zur intrakardialen Impedanzmessung nutzt, wurde in seinem Adaptionsverhalten im Kreislaufmodell untersucht. Da es sich aus regelungstechnischer Sicht um ein geschlossenes, d. h. geregeltes System handelt, ist es notwendig, das Zusammenspiel des Schrittmachers mit den noch funktionsfähigen Gliedern der natürlichen Kreislaufregelung für die Ermittlung einer optimalen Stimulationsfrequenz zu berücksichtigen.

Konzeption geregelter frequenzadaptiver Schrittmacher auf der Grundlage einer mathematischen Beschreibung der Kreislaufregulation

“…Diese umfassen die Hämodynamik auf makroskopischer Ebene, außer-dem die biomechanischen Aspekte der myokardialen Kontraktion bis hin zur elektromechanischen Kopplung auf zellulärer Ebene; Ergebnisse dieser Simulationen sind bereits vorgestellt worden (3,4,5). Im näch-sten Schritt ist von diesen deskriptiven Formeln weiter zu abstrahieren, um die für den Entwurf des Schrittmacheralgorithmus zur Frequenzanpassung tatsäch-lich benötigten Zusammenhänge zwischen den wichtigsten hämodynamischen Bestimmungsgrößen einerseits, wie Herzfrequenz und Herzminutenvolumen bei verschiedenen äußeren und inneren Einflußfakto-ren, und dem Meßsignal andererseits, hier der intrakardialen Impedanz, sowie dessen Haupteinfluß-größen wie der lokalen Herzgeometrie und der Tonuslage der afferenten Herznerven herzustellen.…”