Summary
With introduction of the automatic implantable cardioverterdefibrillator for treatment of medically refractory ventricular arrhythmias, many investigations are focussing on possibilities of reducing the energy necessary for defibrillating the heart to obtain a more adequate size and a longer durability of the generator. Several studies favour the sequential pulse delivery, using three electrodes, either endocardial, epicardial or subcutaneous plates, to improve defibrillation Performance of low energy shocks. However, the validity of this conclusion remains equivocal since two different electrode configurations were used for single and sequential defibrillation.
In the present study the influence of sequential pulse delivery, pulse sequence and resultant current pathways on defibrillation energy requirements were examined in comparison with single-shocks between the same epicardial electrode configuration as well as four orthogonally positioned patches. The energy requirement for 100% efficiency could be reduced by sequential pulsing with a time interval of 1 msec thus yielding significant superiority compared to single pulse defibrillation using three electrodes. The same reliable defibrillation and reduced threshold has been obtained by using four electrodes and one single shock. The addition of a third electrode alone had no influence on the energy requirements.
Therefore, we have to discuss a different electrophysiological mechanism for sequential defibrillation than for single shocks with an extended current distribution over the heart using four electrodes. Possibly the action potential of the single cell of the fibrillating heart is of interest in reflecting the efficiency of sequential pulse defibrillation. By influencing the action potential pharmacologically in some animals, the optimal time interval for double shocks could be extended up to 7 msec. This supports the hypothesis of depolarisation at least of a «critical muscle mass» to obtain defibrillation by sequential shocking.
Zusammenfassung
Der automatische implantierbare Kardioverter-Defibrillator (AICD) hat sich bei inzwischen weltweit über 1 600 lmplantationen als ein vrläßliches System zur Terminierung therapierefraktärer ventrikulärer Tachyrrhythmien erwiesen. Die zur Defibrillation erforderliche hohe Energiebereitstellung mit hieraus resultierender erheblicher subjektier Beeinträchtigung des Patienten, der erforderliche große thoraxchirurgische Eingriff zur lmplantation der großvolumigen Aggregate und Elektroden sowie die kurze Lebenszeit der Generatoren zeigen jedoch deutlich die Zielrichtungen künftiger Entwicklungen auf. Es wurden daher in den letzten Jahren alte Konzepte der seriellen Mehrfachschockabgabe aufgegriffen, um über eine Modifizierung der Pulsabgabe sowie Elektrodenanordnung eine Verringerung der Defibrillationsenergie zu erzielen. Hierbei ist bis heute ungeklärt, ob zur Defibrillation des Herzens die simultane Depolarisation aller Herzmuskelzellen innerhalb eines großen elektrischen Feldes oder die Depolarisation lediglich einer kritischen Muskelmasse erforderlich ist, um die kreisende Erregung zu unterbrechen bzw. den Fokus für ein Persistieren des Flimmerns auszuschalten. Der energieeinsparende Effekt einer sequentiellen Defibrillation durch Abgabe zweier zeitlich und räumlich versetzter Pulse kann derzeit jedoch nicht als erwiesen angesehen werden, da sämtliche experimentellen und klinischen Untersuchungen die sequentielle Defibrillation über eine tripolare Elektrodenanordnung einer bipolaren Einzelpulsabgabe gegenüberstellten. Es kann daher nicht die Schlußfolgerung gezogen werden, daß die sequentielle Defibrillation einen Vorteil bringt, möglicherweise ist die höhere Effizienz und niedrigere Defibrillationsschwelle lediglich auf eine homogenere Stromverteilung zurückzuführen.
In der vorgelegten Studie, durchgeführt an 21 Bastardhunden, wurde daher im direkten Vergleich das Defibrillationsverhalten bei Einzel- und Doppelpulsdefibrillation bei identischer Elektrodenkonfiguration untersucht. Darüber hinaus erfolgte die Überprüfung des Einflusses der zeitlichen Trennung zweier Defibrillationspulse sowie der Spreizung des elektrischen Feldes durch Verwendung von vier Elektroden bei für Monopulsdefibrillation erfolgreicher Energie.
Bei tripolarer Elektrodenanordnung mit einer Kathode sowie zwei Anoden identischer Oberfläche erwies sich die sequentielle Doppelschockdefibrillation mit Dauer der Einzelpulse von 5 bis 8 msec und einer zeitlichen Trennung von 1 msec den anderen getesteten Modifikationen, Einzelpuls- sowie Doppelpuls ohne und mit zeitlicher Trennung von 10 msec hinsichtlich der Defibrillationsschwelle und des kumulativen Erfolges hoch signifikant überlegen. Vergleichbare Ergebnisse waren jedoch auch durch eine Einzelpulsapplikation unter Verwendung zweier Kathoden und zweier Anoden, hierbei ist eine homogenere Stromverteilung zu unterstellen, zu erzielen.
Die die Defibrillationsschwelle des Herzens herabsetzende Wirkung der sequentiellen Defibrillation, die allerdings nur bei zeitlicher Separation beider Einzelpulse um einige wenige Millisekunden zu beobachten war, läßt vermuten, daß den getesteten Defibrillationsmodifikationen ein völlig anderer Wirkungsmechanismus zugrundeliegt. Bei der sequentiellen Defibrillation spielt möglicherweise das Aktionspotential der Einzelzelle während des Kammerflimmerns eine führende Rolle, wie eigene Pilotversuche unter pharmakologischer Beeinflussung der Refraktärphase tendentiell bestätigten.
Für die Weiterentwicklung implantierbarer Defibrillatoren ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt die Defibrillationspulsahbgabe über vier orthogonal angeordnete kleinflächige epikardiale Elektroden als das leichter zu realisierende Konzept anzusehen.
Key words
Sequential defibrillation - Pulse separation - Energy reduction - Electric field
