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Wie ein Schrittmacher funktioniert

  • Steffen GazarekEmail author
  • Christian Restle
Chapter

Zusammenfassung

Anders, als in Kap. 2, in dem Schrittmacherfunktionen sowie ihre jeweils sinnvolle Anwendung für das Grundverständnis der Schrittmachertherapie beschrieben werden, werden im Kap. 5 die einzelnen Funktionen mit vielen Anwendungsbeispielen detailliert beschrieben. Die Darstellung reicht vom Intervall der Grundfrequenz bis zur Beschreibung von Frequenzadaptation, Mode Switch und AV-Management.

8.1 Worum geht es

Dieses Kapitel geht – im Unterschied zu Kap.  2 – näher auf die technischen Abläufe im Schrittmacher ein. Es enthält eine detaillierte Beschreibung der Schrittmacherfunktionen, die beim allerersten Kontakt mit der Thematik den Zugang unnötig kompliziert gestalten würden, weshalb diese technische Darstellung auch erst jetzt erfolgt.

8.2 Zeitintervalle

Wenn der Herzschrittmacher als elektrische Prothese für Reizbildung und Erregungsleitung am Herzen arbeitet, dann nimmt er entweder Herzeigenaktionen wahr oder er stimuliert. Mit jeder wahrgenommenen oder stimulierten Herzaktion wird ein Zeitintervall gestartet, innerhalb dessen der Schrittmacher wahrnimmt und dann nicht stimuliert, weil ja eine eigene Erregung vorhanden war, bzw. an dessen Ende er einen Impuls abgibt, weil es ja keine eigene Erregung gegeben hat.

Der Herzschrittmacher arbeitet mit Zeitintervallen. Auch wenn für die Schrittmacherprogrammierung Frequenzen in Schlägen pro Minute eingestellt werden, die interne Steuerung arbeitet mit Intervallen in Millisekunden. Für die Umrechnung von Intervallen (ms) und Frequenzen (/min) gilt die Formel
$$ Frequenz = \frac{60.000}{Intervall} . $$
Um nicht ständig hin- und her rechnen zu müssen, sind einige Frequenzen und Intervalle in Tab. 8.1 aufgeführt.
Tab. 8.1

Frequenzen und entsprechende Zeitintervalle. Hervorgehoben sind einige der häufig verwendeten Intervalle bzw. Frequenzen

Frequenz/min

Intervall in ms

30

2000

40

1500

50

1200

60

1000

70

875

80

750

90

667

100

600

120

500

130

462

140

429

150

400

160

375

180

333

190

316

200

300

210

286

Den Autoren dieser Zeilen ist einmal gesagt worden, dass man, wenn man die Funktionsweise des VVI-Schrittmachers verinnerlicht hätte, die gesamte Schrittmacherei verstehen würde. Aus diesem Grund geht es zunächst um genau diesen – den VVI-Schrittmacher.

8.2.1 Grundintervall – Erwartungsintervall im VVI-Schrittmacher

Für den VVI-Schrittmacher beginnt der Herzzyklus mit einer stimulierten oder wahrgenommenen R-Zacke. In genau diesem Moment startet der VVI-Schrittmacher sein Grundintervall. Häufig wird dieses Intervall auch Auslöseintervall oder Erwartungsintervall genannt. Es entspricht der programmierten Grundfrequenz.

Für einen Herzrhythmus von 60/min startet der Schrittmacher demnach ein Intervall von 1000 ms. Ist bis zum Ablauf dieses Zeitintervalls keine eigene Erregung aufgetreten, gibt der Schrittmacher einen Stimulationsimpuls ab und startet den Intervallzähler erneut.

Nimmt der Schrittmacher jedoch innerhalb des Intervalls eine intrinsische R-Zacke wahr, der eigene Herzrhythmus ist folglich schneller als die eingestellten 60/min, braucht kein Impuls abgegeben zu werden. Auch mit der Wahrnehmung einer eigenen R-Zacke wird ein neues Erwartungsintervall gestartet, an dessen Ende bei Bedarf stimuliert werden würde.

Mit dieser Funktion lässt der Herzschrittmacher kein R-R-Intervall zu, das länger ist als das Intervall der programmierten Grundfrequenz. Das Grundintervall, Inhibieren und Neustart des Grundintervallzählers sind in Abb. 8.1 dargestellt.
Abb. 8.1

VVI 60; 1 Erwartungsintervall 1000 ms (blau) – da keine Wahrnehmung innerhalb des Intervalls erfolgte, wird zum Ende stimuliert. 2 Das neue Erwartungsintervall wurde durch VES-Wahrnehmung abgebrochen (Rest des Erwartungsintervalls hellblau) und 3 ein neues Erwartungsintervall gestartet. Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); Abl. III; intraventrikuläres Elektrogramm. Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

8.2.2 Wenn der Schrittmacher zu viel wahrnimmt: Die Refraktärzeit im VVI-Schrittmacher

Wie bereits beschrieben, besitzt der VVI-Schrittmacher eine Wahrnehmungsfunktion. „Sieht“ der Schrittmacher eine intrinsische Ventrikelerregung, wird inhibiert, es wird nicht stimuliert und ein neues Erwartungsintervall gestartet (der zweite und dritte Buchstabe des Schrittmachercodes).

Bei einer Ventrikelerregung, egal ob intrinsisch oder stimuliert, herrscht bis zum Ende der T-Welle jedoch elektrische Aktivität im Ventrikelmyokard. Diese würde der Schrittmacher mit seiner Wahrnehmungsfunktion erkennen, und, solange sie andauert, stets den Intervallzähler zurücksetzen und neu beginnen zu zählen. So haben wir uns das eigentlich nicht gedacht!

Damit genau solch ein Verhalten nicht auftritt, darf der Schrittmacher die elektrische Erregung des aktuellen Herzzyklus nach Detektion oder Stimulation nicht weiter wahrnehmen: Die Wahrnehmungsfunktion wird für die Dauer der Kammererregung bis zum Ende der T-Welle ausgeschaltet. Dieses Zeitintervall wird in Analogie zur Refraktärzeit einer erregbaren Zelle während des Aktionspotentials technische Refraktärzeit genannt. Ein Beispiel für eine korrekt eingestellte technische Refraktärzeit zeigt Abb. 8.2: Es kommt bis zum Ende der T-Welle zu keiner Wahrnehmung der Ventrikelaktivität.
Abb. 8.2

VVI 60 mit ventrikulärer Refraktärzeit 200 ms (rote Balken) Oversensing tritt nicht auf. Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); Abl. III; intraventrikuläres Elektrogramm. Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Hat ein Patient ein sehr langes QT-Intervall oder ist die Refraktärzeit am Schrittmacher zu kurz eingestellt, kommt es nach Ablauf der Refraktärzeit zur Wahrnehmung der T-Welle. Dieses T-Wellen-Oversensing führt zum Inhibieren und Neustarten des Erwartungsintervalls.

Wie im Abschn.  4.9 beschrieben führt Oversensing dazu, dass mit niedrigerer Frequenz stimuliert wird als programmiert. Ein Beispiel ist in Abb. 8.3 dargestellt.
Abb. 8.3

VVI 60 mit Oversensing der T-Welle. Die ventrikuläre Refraktärzeit (rote Balken) ist mit 200 ms zu kurz programmiert. T-Wellen-Wahrnehmung findet nach 400 ms statt und startet ein neues Erwartungsintervall (blau). Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraventrikuläres Elektrogramm; Abl. III; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Beispiel (Abb. 8.3)

Ein VVI-Schrittmacher ist auf 60/min programmiert, die Refraktärzeit sei mit 200 ms etwas zu kurz eingestellt. Nach 400 ms tritt T-Wellen-Oversensing auf. Diese Wahrnehmung startet das Erwartungsintervall von 1000 ms erneut, so dass sich ein stimuliertes R-R-Intervall von insgesamt 1400 ms ergibt. Dies entspricht einer Pulsfrequenz von 42/min.

Der Fehler ist vergleichsweise leicht zu ermitteln: Im Markerkanal (nur am Programmiergerät verfügbar!) wird ein Marker für ventrikuläres Sensing „VS“ innerhalb der T-Welle dargestellt. An dieser Stelle hat der Schrittmacher wahrgenommen und ein neues Erwartungsintervall gestartet.

Eine andere Methode – an jedem Oberflächen-EKG durchführbar – besteht darin, das Grundintervall mit 1000 ms zwischen die Spitzen eines Stechzirkels zu nehmen und von einem Ventrikelstimulus zurückzuzirkeln (ein EKG-Lineal könnte ebenfalls benutzt werden). Dort, wo das Intervall beginnt, muss der Schrittmacher etwas wahrgenommen haben, was den Zähler für das Grundintervall zurückgesetzt hat. Anders ist das Intervall von 1400 ms statt 1000 ms nicht zu erklären. In Beispielfall befindet sich 1000 ms vor dem Stimulus die T-Welle.

Zum Beheben dieser Fehlfunktion muss die ventrikuläre Refraktärzeit auf etwas mehr als 400 ms verlängert werden. Glücklicherweise tritt T-Wellen-Oversensing recht selten auf, man muss nur darauf kommen!

8.2.3 Frequenzhysterese

Als Frequenzhysterese bezeichnet man ein verzögertes Einsetzen der Stimulation. Ein Beispiel soll das verdeutlichen:

Ein VVI-Schrittmacher sei auf 70/min programmiert. Der Patient habe seltene Pausen (mit Synkopen), jedoch meist einen chronotrop kompetenten Spontanrhythmus. Jede Kammeraktion, die mit einer Frequenz schneller als 70/min einfällt, führt zum Inhibieren des Schrittmachers. Längere R-R-Intervalle werden durch den Schrittmacher nicht zugelassen. Unter der Annahme, dass der intrinsische Rhythmus auch mit 55/min oder 60/min stabil vorhanden sei, wäre für diesen Moment die Stimulation mit 70/min nicht notwendig. Hier könnte man auf die Idee kommen, den Schrittmacher von vornherein als Synkopenschutz auf eine Frequenz von z. B. 40/min zu programmieren. Diese Grundfrequenz ist jedoch zu niedrig für den Fall, dass der intrinsische Rhythmus des Patienten aussetzt und der Schrittmacher einsetzen muss.

Die Lösung heißt Frequenzhysterese! Darunter versteht man eine Verlängerung des Erwartungsintervalls und sie tritt, wenn die Funktion aktiviert ist, nur nach Ventrikelwahrnehmung auf, nicht nach Stimulation.

Die Detektion einer Kammererregung startet, wie bereits beschrieben, ein neues Erwartungsintervall. Wird innerhalb dieses Intervalls keine neue R-Zacke wahrgenommen, wird nicht – wie bisher bekannt – mit Ablauf des Grundintervalls stimuliert, sondern es wird ein zusätzliches Zeitintervall, das Hystereseintervall, abgewartet, ob nicht doch noch eine R-Zacke auftritt.

Entweder es tritt innerhalb dieser zusätzlichen Wartezeit eine neue Kammeraktion auf, dann wird weiterhin inhibiert und ein neues Erwartungsintervall plus Hystereseintervall gestartet, oder es wird einmalig am Ende des verlängerten Intervalls ein Stimulationsimpuls abgegeben, um in der Folge nur mit dem Grundintervall und ohne Hysterese zu stimulieren.

Sobald der intrinsische Rhythmus erneut auftritt, tritt die die Intervallverlängerung wieder in Kraft.

Im einleitenden Beispiel würde die Programmierung des Schrittmachers wie folgt vorgenommen werden:
  • Programmierung auf VVI 70 (entsprechend 875 ms).

  • Aktivierung der Hysteresefunktion.

  • Festlegen der unteren Frequenzgrenze auf 40/min,

  • das entspricht einer Intervallverlängerung um 625 ms auf insgesamt 1500 ms.

Nun kann der Eigenrhythmus auch mit Frequenzen bis 40/min also unterhalb der Grundfrequenz auftreten; muss jedoch stimuliert werden, dann mit der höheren Grundfrequenz von 70/min.

In Abb. 8.4 wird mit ventrikulärer Wahrnehmung das Grundintervall gestartet (1, blau). Innerhalb des Grundintervalls wird keine Kammeraktion wahrgenommen und es folgt das Hystereseintervall (2, orange). Innerhalb dieser Intervallverlängerung erfolgt eine Wahrnehmung, das Hystereseintervall wird abgebrochen (3)hellgelb der „Rest“ des Hystereseintervalls und es folgt ein Neustart von Grundintervall und anschließender Hysterese. Wird auch innerhalb des Hystereseintervalls keine Eigenaktivität detektiert, erfolgt die Stimulation zum Ende der Hysterese (4, orange) einmalig mit VVI 40, um in der Folge mit der Grundfrequenz ohne Hysterese zu stimulieren.
Abb. 8.4

VVI 70 mit Frequenzhysterese 40/min. Zunächst Spontanrhythmus um 55/min, dann Vorhofstillstand. Das Grundintervall (blau) von 875 ms wird um einen Warteintervall von 625 ms verlängert. Treten intrinsische Kammeraktionen auf, wird inhibiert und ein neues Grund- und Hystereseintervall (orange) gestartet. Erfolgt keine Ventrikelwahrnehmung, wird mit 70/min stimuliert. Genaue Beschreibung im Text. Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Die Frequenzhysterese wird selten aktiviert, bei einigen Herstellern ist sie nur im Einkammermodus einzustellen.

Die Programmierung kann wie im Beispiel mit einer unteren Hysteresefrequenz vorgenommen werden. Verschiedene Geräte bieten an, die Hysterese statt mit der fixen Hysteresefrequenz als prozentuale Verlängerung des Grundintervalls zu programmieren. In der Regel wird die Verlängerung des Grundintervalls um das Hystereseintervall nur einmal vorgenommen, um anschließend mit regulärem Grundintervall zu stimulieren. Ein Hersteller ermöglicht die Suche nach Spontanrhythmus auch mehrmals in Folge (Biotronik: „Repetitive Hysterese“).

Der Begriff „Hysterese“ für ein Warteintervall, das intrinsische Aktivität so lange wie möglich zulassen soll, wird uns beim Zweikammerschrittmacher für die intrinsische AV-Überleitung als AV-Hysterese noch einmal begegnen.

8.2.4 Grundintervall im DDD-Schrittmacher: Die AV-Zeit und die VA-Zeit

Das Grund- oder Erwartungsintervall wurde im Abschn. 8.2.1 zum VVI-Schrittmacher vorgestellt. Kein RR-Abstand darf – vom Hystereseintervall abgesehen – größer werden, als das Intervall der programmierten Grundfrequenz.

Für den Einkammerschrittmacher ist das recht einfach: Aktionen der jeweils anderen Kammer werden nicht beachtet. Der Zweikammerschrittmacher soll jedoch genau dies tun – was die Ablaufsteuerung etwas komplexer macht.

Betrachten wir einen Herzzyklus am gesunden Herzen: Er beginnt im Sinusknoten, im rechten Vorhof. Die elektrische Erregung des Vorhofmyokards wird nach der PQ-Zeit auf die Ventrikel übergeleitet, anschließend folgen die nächste Vorhofaktion und die nächste Überleitung. Hieraus leiten sich die Zeitintervalle des Zweikammerschrittmachers ab: Zu der bereits bekannten Grundfrequenz mit ihrem entsprechenden RR-Intervall kommt die AV-Zeit als technische Entsprechung der PQ-Zeit hinzu.

Das Grundintervall zwischen zwei Herzzyklen wird in zwei Abschnitte aufgeteilt: Das Zeitintervall von einer P-Welle im Vorhof bis zur R-Zacke im Ventrikel („AV-Zeit“) und das Intervall von der R-Zacke bis zur nächsten P-Welle. Diese sogenannte VA-Zeit wird nicht explizit programmiert, sie ergibt sich aus Grund- und AV-Intervall.

Beide Zeitintervalle sind Erwartungsintervalle, es wird zum Ablauf des jeweiligen Intervalls ein Stimulationsimpuls abgegeben, falls nicht vorher eine spontane Aktivität aufgetreten ist. Die ventrikuläre Wahrnehmung innerhalb des AV-Intervalls führt zum Abbruch des AV-Intervallzählers, es wird nicht stimuliert und es wird ein neues VA-Intervall gestartet. Wird innerhalb dieses VA-Intervalls im Vorhof wahrgenommen, bricht den Zähler des VA-Intervalls ab, es wird im Vorhof inhibiert und eine neue AV-Zeit gestartet.

Diese Funktion ermöglicht es, dass im DDD-Modus die Ventrikelstimulation einer schnelleren Vorhoffrequenz folgen kann.

Technisches Detail zur AV-Zeit

Der Unterschied in der AV-Zeit nach Stimulation und Wahrnehmung

Zum Zeitpunkt der Wahrnehmung einer Vorhoferregung besteht je nach Lage der Vorhofsonde im rechten Vorhof bereits seit etwa 30 ms eine elektrische Aktivität des Vorhofmyokards: Die Reizbildung hat im Sinusknoten stattgefunden, die Depolarisation hat sich über die Vorhöfe ausgebreitet, bis sie nach diesen ca. 30 ms die Elektrode erreicht hat und wahrgenommen wird.

Wird im Vorhof stimuliert, benötigt die elektrische Aktivierung des Vorhofmyokards vom Zeitpunkt der Impulsabgabe bis zur vollständigen Erregung der Vorhöfe eine vergleichbare Zeit. Würde in diesem Fall mit der identischen AV-Zeit wie nach Vorhofwahrnehmung im Ventrikel stimuliert werden, dann wäre die ventrikuläre Füllungszeit verkürzt. Mitral- und Trikuspidalklappe schließen, bevor der aktive Einstrom in die Ventrikel abgeschlossen wäre. Zum Kompensieren dieses Zeitbedarfs zwischen Stimulus und Vorhofkontraktion werden für eine ausgeglichene Hämodynamik zwei verschiedene AV-Intervalle am Schrittmacher programmiert: Eine AV-Zeit nach Wahrnehmung und eine um etwa 30 ms längere AV-Zeit nach Stimulation.

Ein Beispiel (Abb. 8.5) soll das Zusammenspiel der Zeitintervalle verdeutlichen:
  • AV-Block III, Grundfrequenz: 60/min (Grundintervall 1000 ms), AV-Intervall: 150 ms (nach atrialer Wahrnehmung); 180 ms (nach atrialer Stimulation).

Abb. 8.5

DDD 60 Grundintervall und AV-Intervall; 1 AV-Zeit (grün) nach atrialer Wahrnehmung; 2 VA-Zeit (Grundintervall – AV-Zeit; blau) wird im Vorhof wahrgenommen, wird der AV-Zähler abgebrochen, das Restintervall wird hier hellblau dargestellt. 3 AV-Zeit nach atrialer Stimulation, 4 Grundintervall (dunkelblau); Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Abl. III; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Fangen wir mit der Beschreibung an der ersten P-Welle an: Die atriale Wahrnehmung startet eine AV-Zeit (genau genommen die AV-Zeit nach Wahrnehmung), an deren Ende im Ventrikel stimuliert wird, da keine eigene Überleitung aufgetreten ist. Die Kammerstimulation startet ein neues VA-Intervall. Da die AV-Zeit nach Wahrnehmung 150 ms beträgt, ergibt sich eine VA-Zeit von 850 ms. Der aktuelle Sinusrhythmus hat eine Frequenz von 80/min, entsprechend einem PP-Intervall von 750 ms.

Die neue P-Welle des nächsten Zyklus wird wahrgenommen bevor das VA-Intervall abgelaufen ist. Im Vorhofkanal wird inhibiert und es wird eine neue AV-Zeit gestartet, an deren Ende wiederum im Ventrikel stimuliert wird.

Nach der vierten P-Welle folgt ein Sinusarrest. Innerhalb der nächsten VA-Zeit tritt keine intrinsische P-Welle auf. Es wird im Vorhof stimuliert und anschließend die AV-Zeit nach Stimulation von 180 ms gestartet.

Da nun keine spontanen Vorhofaktionen auftreten und auch keine eigene Überleitung stattfindet, wird mit der programmierten Grundfrequenz stimuliert.

Ventrikuläre vs. atriale Steuerung

Das Beispiel aus Abb. 8.5 macht es uns einfach: Es wird im Ventrikel stimuliert und eine VA-Zeit gestartet. Es tritt keine spontane P-Welle auf, daher erfolgt die Vorhofstimulation nach Ablauf der VA-Zeit. Da auch keine eigene Überleitung stattfindet, wird am Ende der AV-Zeit im Ventrikel stimuliert.

Die programmierte AV-Zeit nach atrialer Stimulation beträgt 180 ms, die VA-Zeit entsprechend 820 ms. Es wird atrial wie ventrikulär mit der Grundfrequenz von 60/min stimuliert.

Stellen wir uns jedoch vor, eine eigene Überleitung würde 130 ms nach der stimulierten P-Welle stattfinden. Dies wäre 50 ms kürzer als die programmierte AV-Zeit nach Stimulation.

Wie beschrieben wird am Ende der VA-Zeit von 820 ms im Vorhof ein Impuls abgegeben, die anschließende eigene Überleitungszeit beträgt 130 ms. Es ergibt sich jetzt eine atrial stimulierte Frequenz von 63/min – und das, obwohl 60/min als Grundfrequenz programmiert worden ist! Die Erklärung liegt darin, dass sich bei diesem Gedankenspiel die zeitliche Basis für die Intervallberechnung auf die R-Zacke bezieht. Diese Methode der Berechnung wird als „Ventrikelsteuerung“ bezeichnet, bei der mögliche eigene (und kürzere) AV-Überleitungszeiten nicht beachtet werden.

Die für DDD-Schrittmacher exaktere Zeitsteuerung besteht darin, die mögliche schnellere eigene Überleitung bei der Berechnung des nächsten VA-Intervalls zu berücksichtigen. Tritt z. B. die eigene Überleitung 50 ms schneller als die programmierte AV-Zeit auf, dann werden diese 50 ms bei der Berechnung für die nächste VA-Zeit hinzugerechnet, das Grundintervall bleibt konstant. Diese Berechnung der Intervalle wird als „atriale Steuerung“ bezeichnet.

Ventrikuläre Steuerung ist damit nicht vollständig überholt: Im DDI-Modus während des Mode Switches (Abschn. 8.4) ist sie nach wie vor anzutreffen.

R-Zacken-Suchhysterese

Am Anfang dieses Buches steht im Kap.  2 ein Verweis auf die aktuellen Leitlinien von ESC und DGK zu Schrittmacherindikationen und Aggregatauswahl. Für die Therapie des Sinusknotensyndroms ist ein DDDR-Schrittmacher mit AVM (AV-Management) das Aggregat erster Wahl. Das AV-Management hat zum Ziel, bei Patienten mit Sinusknotensyndrom und erhaltener eigener Überleitung diese so lange wie möglich aufrechtzuerhalten (Abschn. 8.5.1). Die R-Zacken-Suchhysterese ist solch eine Funktion zum AV-Management.

Die einfachste Möglichkeit, intrinsischer AV-Leitung „Vorfahrt zu gewähren“ besteht darin, sehr lange AV-Zeiten zu programmieren: Eigene Überleitung tritt auf, bevor die programmierte AV-Zeit abgelaufen ist, und der Schrittmacher inhibiert im Ventrikel.

Muss im Fall eines paroxysmalen AV-Blocks jedoch stimuliert werden, sind lange AV-Zeiten alles andere als günstig (Abschn. „Totale atriale Refraktärzeit (TARP) und 2:1-Block“), die AV-Zeit sollte viel kürzer sein. Die Lösung des Problems ist die R-Zacken-Suchhysterese. Mit ähnlichen Worten wurde der Abschnitt zur Frequenzhysterese eingeleitet: Hysterese als das zeitlich verzögerte Einsetzen der Stimulation, um dem Eigenrhythmus Vorrang einzuräumen, und nun als R-Zacken-Suchhysterese, um die spontane AV-Überleitung zu fördern.

Zum Programmieren der Suchhysterese wird ein hämodynamisch sinnvoll kurzes AV-Intervall sowie eine Intervallverlängerung – das Hystereseintervall – eingestellt, innerhalb derer die intrinsisch übergeleitete Ventrikelaktion noch auftreten darf, ohne dass Kammerstimulation einsetzt.

Bei paroxysmalem AV-Block wird mit dem kürzeren AV-Intervall ohne Hysterese stimuliert; regelmäßig wird das Hystereseintervall („Suchhysterese“) geschaltet: tritt intrinsische Überleitung auf, wird wieder mit dem um die Hysterese verlängerten AV-Intervall gearbeitet, andernfalls verbleibt der Schrittmacher bei der Stimulation mit kurzer AV-Zeit.

Ein Beispiel soll die Funktion erklären (Abb. 8.6): Patient mit Sinusbradykardie und paroxysmalem höhergradigem AV-Block. Intrinsische AV-Überleitungszeit 200 ms. Schrittmacher DDDR 60, AV-Zeit nach Wahrnehmung bzw. Stimulation 150 ms bzw. 180 ms. Suchhysterese: ein, Hystereseintervall 200 ms (gesamtes Erwartungsintervall: stimulierte AV-Zeit plus Hystereseintervall = 380 ms).
Abb. 8.6

DDDR 60 mit R-Zacken-Suchhysterese. 1 Stimulierte AV-Zeit 180 ms – Ventrikelstimulation (dunkelgrün) 2 Hystereseintervall mit Spontanüberleitung (hellgrün). Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraventrikuläres Elektrogramm; Abl. III; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

In Abb. 8.6 wird zunächst AV-sequentiell stimuliert, da im Vorhof stimuliert wird, kommt die AV-Zeit nach Stimulation (1) zur Anwendung. Nach dem vierten Herzzyklus wird das Hystereseintervall zur Suche nach möglicher spontaner Überleitung geschaltet. Diese tritt in der verlängerten AV-Zeit auf, es wird inhibiert und der Schrittmacher arbeitet nun so lange mit AV-Zeit plus Hystereseintervall, bis die eigene Überleitung ausfällt oder nicht in mehr in das Suchfenster fällt.

Wäre die Suche nach dem vierten Zyklus erfolglos geblieben, hätte der Schrittmacher einmal nach Ablauf des verlängerten Intervalls stimuliert, um anschließend zur kurzen AV-Zeit zurückzukehren.

Für Patienten mit häufigen 2:1-Blockierungen ist die R-Zacken-Suchhysterese sinnvoll einsetzbar, im Unterschied zur AAI/DDD-Umschaltung fällt bei paroxysmalen Blockierungen mit der Hysteresefunktion kein Kammerkomplex aus (Abschn. 8.5.1).

Die konkrete technische Ausgestaltung sowie die Bezeichnungen der Suchhysteresefunktionen differiert zwischen den Herstellern (Tab. 8.2). Die Darstellung in diesem Abschnitt erläutert die prinzipielle Arbeitsweise, auf der jede Suchhysterese beruht.
Tab. 8.2

AV-Suchhysterese bei verschiedenen Herstellern

Hersteller

Funktion

Abbott (SJM)

VIP (Ventricular Intrinsic Preference)

Biotronik

IRS plus (Intrinsic Rhythm Support)

Boston Scientific

AV Search+

ELA/Sorin (Livanova)

Keine Suchhysterese

Medtronic

Search AV+

Dynamische AV-Zeit

Die Natur macht es uns vor: Bei zunehmender Herzfrequenz verkürzt sich die PQ-Zeit zwischen Ruhe und Belastung um ca. 10 ms. Diese Verkürzung kann mit der „dynamischen AV-Zeit“ nachgebildet werden. Oft wird die AV-Intervallverkürzung weitaus stärker programmiert, um atriale Wahrnehmungsprobleme (2:1-Block) zu vermeiden (Abschn. „Totale atriale Refraktärzeit (TARP) und 2:1-Block“).

Die prinzipielle Funktion der dynamischen AV-Zeit ist in Abb. 8.7 dargestellt. Hier wird die wahrgenommene AV-Zeit sogar um 70 ms verkürzt; eine typische Programmierung, um die 2:1-Block-Problematik bei atrialer Wahrnehmung zu lösen.
Abb. 8.7

Dynamische (frequenzabhängige) AV-Zeit. 1 Lange AV-Zeit in Ruhe, 2 Verkürzung des AV-Intervalls bei zunehmender Sinusfrequenz, 3 kurzes AV-Intervall bei schneller Sinusfrequenz. bpm „beats per minute“ (Schläge/Minute)

Bei niedriger Sinusfrequenz wird zwischen Grundfrequenz (im Beispiel 60/min) und einer beschleunigten Frequenz (90/min) mit einem vergleichsweise langen AV-Intervall von 150 ms gearbeitet. Ab dieser sogenannten Startfrequenz wird die AV-Zeit bis zu einer bestimmten Sinusfrequenz (120/min) sukzessive verkürzt, um ab dieser Stoppfrequenz mit einem sehr kurzen AV-Intervall (70 ms) zu arbeiten. Die Werte 90/min für die Start- und die 120/min für die Stoppfrequenz wurden für dieses Beispiel willkürlich gewählt.

Die frequenzabhängige Verkürzung der AV-Zeit ist bei Patienten mit Sinusknotensyndrom und stabiler eigener Überleitung mit Vorsicht zu programmieren: Verkürzt sich die technische AV-Zeit mit zunehmender Sinusfrequenz stärker als die eigene Überleitungszeit, kommt es zu nicht notwendiger Ventrikelstimulation unter Belastung, da die Kammerstimulation der eigenen Überleitung zuvor kommt. In diesem Fall sollte die dynamische AV-Zeit nicht aktiviert werden.

Hämodynamik bei kurzem bzw. langem AV-Intervall

Betrachten wir für diesen Abschnitt zunächst die Hämodynamik am gesunden Herzen.

Nach einer P-Welle ist das Vorhofgewebe erregt und kontrahiert: in der aktiven ventrikulären Füllungsphase wird Blut durch die Vorhofkontraktion in die Ventrikel gepumpt, im echokardiografischen Flussbild der Mitralklappe durch die A-Welle repräsentiert.

Ist im EKG die PQ-Zeit abgelaufen, wird die elektrische Erregung über das spezifische Erregungsleitungssystem in die Ventrikel geleitet, es folgen der Klappenschluss mit der anschließenden isovolumetrischen Kontraktionsphase, der Aortenfluss und – nach der T-Welle – die isovolumetrische Relaxationsphase. In der diastolischen Phase des Herzzyklus erfolgt der schnelle passive Einstrom in die Ventrikel, im Echokardiogramm als E-Welle abgebildet, die im zeitgleich aufgezeichneten EKG bis an die nächste P-Welle reicht. Idealerweise erfolgt der nächste aktive Einstrom aufgrund der Vorhofkontraktion in unmittelbarem Anschluss an den passiven Einstrom, im Echo setzen bei normalem Erregungsablauf und normaler diastolischer Funktion E-Welle und A-Welle aneinander an.

Bei Patienten mit höhergradigem AV-Block ist diese funktionelle Verbindung von Vorhof- und Ventrikelfunktion aufgehoben.

Auf Vorhofebene gibt es einen stabilen Sinusrhythmus bzw. regelmäßige Vorhofstimulation. Jeder P-Welle folgt eine Vorhofkontraktion und, offene Klappen vorausgesetzt, ein aktiver Einstrom in die Ventrikel.

Die Ventrikelaktion beginnt mit dem ventrikulären Stimulus, der Klappenschluss wird erzwungen, es folgen Systole und anschließende diastolische passive Einstromphase. Das korrekte zeitliche Zusammenspiel von Vorhof- und Kammeraktion ist abhängig vom Zeitpunkt der Ventrikelstimulation, also vom AV-Intervall. Bei kurzem Intervall wird der gesamte Kammerkomplex nah an die Vorhofaktion herangezogen, bei langem Intervall ist er zeitlich entfernt.

Szenario 1: Die AV-Zeit ist zu lang programmiert (entspricht einem stimulierten AV-Block I)

In diesem Fall treten gleich zwei unerwünschte Effekte auf. Nach einer P-Welle vergeht ein gewisser Zeitraum, in dem der aktive Füllungsbeitrag der Vorhöfe, im Echo die A-Welle, bereits abgeschlossen ist, danach jedoch noch kein Ventrikelstimulus erfolgte. Das bedeutet, dass die Kammeraktion noch nicht einsetzt und es zu einer präsystolischen Mitralregurgitation kommt.

Nach Ventrikelstimulation mit langem AV-Intervall erfolgt die Kammeraktion dementsprechend spät und es wird somit auch die diastolische Phase mit ihrem passiven Einstrom zeitlich nach hinten verschoben. Inzwischen setzt bereits die nächste Vorhofaktion ein, der neue aktive Einstrom fusioniert mit dem passiven Einstrom der letzten Ventrikelaktion. Im Echo fällt die A-Welle in die E-Welle.

Szenario 2: Die AV-Zeit ist zu kurz programmiert

In diesem Fall wird die Kammeraktion (zu) nah an die Vorhofaktion herangezogen. Durch die frühzeitige Ventrikelstimulation erfolgt ein erzwungenes Schließen der Klappen, was zu einem vorzeitigen Beenden des aktiven Einstromes führt, im Echo als ein „Abschneiden“ der A-Welle zu erkennen.

Durch das nahe Heranziehen der Kammeraktion an die „alte“ P-Welle vergrößert sich der zeitliche Abstand zur neuen Vorhofaktion. Das bedeutet, die passive diastolische Füllungsphase ist bereits abgeschlossen, bevor der nächste aktive Einstrom der Vorhofaktion erfolgt. Im Echo fallen E-Welle und A-Welle auseinander, in dieser Zeit ist wiederum Mitralregurgitation möglich.

Zwischenfazit: Bei zu langer AV-Zeit „verpufft“ ein Teil des aktiven Einstromes in der passiven Füllungsphase, ist sie zu kurz, wird ein Teil des aktiven Einstromes verhindert. In beiden Fällen tritt Mitralregurgitation auf; die Ventrikelfüllung ist nicht optimal.

Szenario 3: Die AV-Zeit ist korrekt

Ziel ist es, den physiologischen Ablauf mit einer entsprechenden Programmierung der AV-Zeit nachzubilden. In den vergangenen Jahren ist viel Forschungsarbeit zur möglichst optimalen Einstellung der AV-Zeit geleistet worden.

Einen gewissen Bekanntheitsgrad hat die „Ritter-Formel“ (Ritter et al. 1995) gefunden, für deren Anwendung verschiedene Echomessungen bei verschiedenen AV-Intervallen durchgeführt werden müssen. Mit dem verbundenen Aufwand hat sich diese Methode der Optimierung der Hämodynamik als nicht routinetauglich erwiesen.

Eine schnellere und einfachere Methode zur AV-Zeit-Optimierung ist die „Koglek-Methode“ (Koglek et al. 2004), bei der die zeitlichen Zusammenhänge von Oberflächen-EKG und mechanischer Herzfunktion genutzt werden, ohne bei jeder Messung die Hämodynamik direkt bestimmen zu müssen. Diese Methode in einen kurzen Satz gebracht heißt: Vom Ende der P-Welle bis zur Spitze der R-Zacke sollten möglichst exakt 100 ms vergehen.

Ist der Abstand zu lang, muss diese Zeit vom AV-Intervall abgezogen werden, ist er zu kurz, muss die Differenz zu den 100 ms zum AV-Intervall hinzugerechnet werden. Diese EKG-gestützte Optimierung der AV-Zeit ist mit einem EKG-Lineal schnell und mit geringem Aufwand durchführbar. Einziges Manko: Stimulierte P-Wellen sind oftmals nicht zu erkennen, häufig sogar noch nicht einmal richtig in den Brustwandableitungen.

Größere Bedeutung hatte die Optimierung der Hämodynamik speziell bei Patienten mit einer Schrittmacherindikation und beeinträchtigter LV-Funktion, jenen Patienten, die heute von kardialer Resynchronisationstherapie profitieren. Daher spielt die Optimierung der AV-Zeit in der Schrittmachertherapie aktuell nur noch eine untergeordnete Rolle, in der kardialen Resynchronisationstherapie ist sie häufig von großem Nutzen.

8.2.5 Wenn der Schrittmacher zu viel wahrnimmt: Refraktärzeiten im DDD-Schrittmacher

Die technische Refraktärzeit haben wir bereits beim VVI-Schrittmacher kennengelernt: Die Wahrnehmungsfunktion wird für einen bestimmten Zeitraum, in dem Störpotentiale absehbar auftreten können, deaktiviert. Die Funktion wurde am Beispiel des VVI-Schrittmachers und möglichem T-Wellen-Oversensing geschildert: bei ausreichend lang programmierter ventrikulärer Refraktärperiode wird es vermieden.

Für den Zweikammerschrittmacher kommen gleich mehrere neue Refraktärperioden hinzu.

Die postventrikuläre atriale Refraktärperiode (PVARP)

Ohne diese Refraktärperiode würde es wahrscheinlich gar keine DDD-Schrittmacher geben – und dieses Kapitel wäre nie geschrieben worden.

Die Geschichte dazu ist Folgende: Der Zweikammerschrittmacher wurde erfunden, um atriale und ventrikuläre Aktivität bei Patienten mit AV-Block III wieder aufeinander zu synchronisieren, die entsprechende Funktion ist die vorhofgetriggerte Ventrikelstimulation. Das Schrittmachersyndrom des VVI-Schrittmachers wird vermieden, die Ventrikelfrequenz folgt dem Sinusrhythmus.

Wie groß muss das Entsetzen gewesen sein, als dieser Schrittmacher plötzlich und ohne zunächst ersichtlichen Grund mit Frequenzen um 130/min stimulierte – und das mit vorhofgetriggerter Kammerstimulation. Was war das für eine vorher unbekannte Vorhoftachykardie, der der Schrittmacher nun folgte?

Die Erklärung liegt in der Fähigkeit des AV-Knotens, elektrische Erregungen auch vom Ventrikel ins Vorhofmyokard leiten zu können, der retrograden Leitung. Etwa 30 % der Patienten mit antegradem AV-Block III haben eine gut funktionierende VA-Leitung. Sehr selten ist auch eine retrograde Leitung mit Wenckebach-Verhalten zu beobachten.

Tritt retrograde Leitung auf und trifft diese Erregung auf bereits wieder erregbares Vorhofgewebe, dann wird das Vorhofmyokard depolarisiert und es entsteht eine retrograde P-Welle.

Nimmt der DDD-Schrittmacher diese retrograde Vorhoferregung wahr, wird eine AV-Zeit gestartet, an deren Ende im Ventrikel stimuliert wird. Es folgen die nächste retrograde Leitung, die nächste retrograde P-Welle, die nächste AV-Zeit mit folgender Kammerstimulation, dann wieder eine retrograde Leitung usw.

Dieses Phänomen ist eine richtige AV-Reentry-Tachykardie, jedoch unter Beteiligung des Schrittmachers als zusätzlicher Leitungsbahn und wird als Schrittmachertachykardie oder PMT („pacemaker mediated tachycardia“) bezeichnet. Die Frequenz der Tachykardie ist abhängig von der retrograden (VA-)Leitungszeit sowie der programmierten AV-Zeit.

Die Idee, bei einem Patienten mit AV-Block III eine zusätzliche AV-Knoten-Ablation zum Beseitigen der retrograden Leitung vorzunehmen, um die problemlose DDD-Stimulation zu ermöglichen, hat keine Anhänger gefunden. Die Lösung besteht nun darin, dass der Schrittmacher auf eine retrograde P-Welle, wenn sie denn auftritt, nicht reagiert. Das bereits bekannte Mittel, störende Wahrnehmungsereignisse auszublenden, ist die technische Refraktärzeit! Die Wahrnehmung einer retrograden Vorhoferregung soll innerhalb einer Refraktärzeit verhindert werden.

Nun wird die Bedeutung des Akronyms „PVARP“ für postventrikuläre atriale Refraktärperiode deutlich: Eine Refraktärzeit für die atriale Wahrnehmung nach einem ventrikulären Ereignis. Wie wir es bereits bei der ventrikulären Refraktärzeit zum Vermeiden des T-Wellen-Oversensing (Abschn. 8.2.2) kennengelernt haben: Die Refraktärzeit muss lang genug programmiert sein, damit eine retrograde P-Welle zuverlässig ausgeblendet wird.

Aber Vorsicht! Sehr lang eingestellte Werte für die PVARP führen zu einem neuen Problem: Dem Ausblenden physiologisch schneller P-Wellen unter Belastung. Wie es zu einem 2:1-Block-Verhalten in der Wahrnehmung kommt, wird in Abschn. „Totale atriale Refraktärzeit (TARP) und 2:1-Block“ geschildert.

Hat ein Patient mit AV-Block III eine retrograde Leitung und ist die PVARP korrekt eingestellt, ist das Problem der Schrittmachertachykardie, der PMT, gelöst. Auf retrograde P-Wellen wird nicht reagiert und der DDD-Schrittmacher synchronisiert die Kammeraktivität auf wahrgenommene oder stimulierte Vorhofaktionen.

Einige – leider nicht alle – Zweikammerschrittmacher verfügen über eine spezielle Messfunktion zum Ausmessen der retrograden VA-Leitungszeit. Eine andere Möglichkeit, die Zeit bis zum Auftreten einer retrograden P-Welle zu bestimmen, besteht im Ausmessen des Intervalls zwischen Kammerstimulation und (retrograder) Vorhoferregung im intrakardialen Elektrogramm von Vorhof und Ventrikel.

Die PVARP wird entsprechend dieser Messung ca. 10–30 ms länger als die VA-Leitungszeit programmiert.

Die Abbildungen Abb. 8.8, 8.9 und 8.10 illustrieren die Funktionsweise der PVARP bei einem Patienten mit AV-Block III und retrograder Leitung. In Abb. 8.8 wird die VA-Leitungszeit bestimmt. Der hier verwendete Schrittmacher verfügt über keine Messfunktion für die VA-Leitung; es ist jedoch möglich, die Leitungszeit im intrakardialen Elektrogramm auszumessen.
Abb. 8.8

VVI 70 mit retrograder Leitung. VA-Leitung (gelb) gemessen vom ventrikulären Stimulus bis zur P-Welle im intraatrialen Elektrogramm. Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Abb. 8.9

DDD 60: Schrittmachertachykardie. Die PVARP (1, rot) ist mit 200 ms deutlich zu kurz. Die retrograde VA-Leitungszeit (2, gelb) beträgt ca. 310 ms. Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Abb. 8.10

DDD 60, keine Schrittmachertachykardie. Die PVARP (1, rot) ist mit 350 ms länger als die retrograde Leitungszeit (2, gelb). Die Ursache der retrograden P-Wellen, die ineffektive atriale Stimulation, ist nicht beseitigt. Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Die Messung wurde in der VVI-70-Betriebsart vorgenommen: Es erfolgt keine atriale Stimulation, die Stimulationsfrequenz sollte schneller sein als ein evtl. vorhandener Sinusrhythmus (70/min im Beispiel ist ausreichend schnell), so dass retrograde Leitungen recht sicher retrograde P-Wellen auslösen.

Abb. 8.9 zeigt den Beginn einer Schrittmachertachykardie. Zunächst ist das Vorhofmyokard durch zwei intrinsische P-Wellen depolarisiert. Zum Zeitpunkt der retrograden Leitung ist das Vorhofgewebe noch nicht wieder erregbar, es entstehen keine retrograden P-Wellen. Die dritte P-Welle fällt aus, der Schrittmacher stimuliert am Ende des atrialen Erwartungsintervalls, jedoch ist der Stimulus ineffektiv (Reizschwellenerhöhung, zu wenig Energie). Das Vorhofmyokard wird nicht depolarisiert und nach dem dritten Herzzyklus löst die retrograde Leitung eine retrograde P-Welle aus. Die PVARP ist mit 250 ms kürzer als die VA-Leitungszeit, so dass das retrograde P nicht ausgeblendet wird. Der Schrittmacher nimmt diese P-Welle wahr, startet eine AV-Zeit und die PMT läuft.

Abb. 8.10 zeigt den identischen Auslösemechanismus der PMT wie Abb. 8.9, jedoch ist die PVARP ausreichend lang eingestellt, so dass das retrograde P-Welle nicht wahrgenommen wird, eine PMT wird verhindert.

Die Ursache, dass retrograde P-Wellen entstehen können, ist in diesem Beispiel die ineffektive atriale Stimulation. De facto wird der Patient in diesem Moment VVI stimuliert, da keine Vorhofaktionen ausgelöst werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass der Patient durch die retrograden P-Wellen die Symptome eines Schrittmachersyndroms entwickelt, ist hoch. Abhilfe bringt die korrekte Einstellung der atrialen Stimulationsparameter.

Die Auslösung von PMT

Zum Auslösen von PMT müssen mehrere Bedingungen zusammentreffen.

Voraussetzungen sind:
  • Patient mit antegradem AV-Block III,

  • retrograde VA-Leitung,

  • zu kurz eingestellt PVARP.

Wenn zu diesen Voraussetzungen eine retrograd geleitete Erregung auf erregbares Vorhofgewebe trifft, entsteht eine PMT. Dies kann in folgenden Szenarien auftreten:
  • Ineffektive Vorhofstimulation: Zu geringe Stimulationsenergie.

  • Ineffektive Vorhofstimulation nach atrialem Undersensing: Der Stimulus wird in die Refraktärzeit des Vorhofgewebes abgegeben. Die Zeit, bis die retrograde VA-Leitung das Vorhofgewebe erreicht, ist ausreichend lang zur Repolarisation des atrialen Gewebes.

  • Bei atrialem Oversensing: Artefakte werden für Vorhoferregungen gehalten und es wird nicht stimuliert.

  • Zu lang eingestellte AV-Zeit.

  • Nach VES.

Viele der aufgeführten Auslösemechanismen für PMT sind mit aktuellen Schrittmachermodellen Raritäten: Automatische Wahrnehmungs- und Reizschwellenbestimmungen mit adaptiver Anpassung von Sensing- und Stimulationsparametern helfen, die häufigsten PMT-Ursachen zu vermeiden. Permanent lang programmierte AV-Zeiten zum Fördern eigener Überleitung sind mit Funktionen zum AV-Management nicht notwendig und retrograde P-Wellen nach VES werden durch eine automatische PVARP-Verlängerung nach VES-Wahrnehmung ausgeblendet. Darüber hinaus verfügen verschiedene Zweikammerschrittmacher über eine frequenzabhängig variable PVARP, die sich bei hohen Frequenzen automatisch verkürzt, um einerseits die atriale Wahrnehmung nicht einzuschränken und dennoch Schutz vor PMT zu bieten.

Das postventrikuläre atriale Blanking (PVAB)

Im vorherigen Abschnitt (Abschn. „Die Auslösung von PMT“) haben wir die PVARP als technische Refraktärzeit kennengelernt, um retrograde P-Wellen als Auslöser von Schrittmachertachykardien auszublenden. Während dieses Ziel zuverlässig erreicht wird, kollidiert die PVARP mit einer weiteren Funktion des DDD-Schrittmachers: der Erkennung von Vorhofarrhythmien für die automatische Modusumschaltung bei Vorhofflimmern, dem „Mode Switch“.

In Abschn. „Totale atriale Refraktärzeit (TARP) und 2:1-Block“ wird beschrieben, dass DDD-Schrittmacher eine obere Frequenzgrenze für die atriale Wahrnehmung besitzen, die sich aus AV-Zeit und PVARP ergibt: Während des AV-Intervalls und der sich anschließenden PVARP nimmt der Schrittmacher keine atrialen Aktionen wahr. Je nach Programmierung liegt die Frequenzgrenze zwischen 120/min und 200/min. Diese im Vergleich zu Vorhofflimmern niedrigen Frequenzen führen dazu, dass atriale Arrhythmien nicht wahrgenommen werden, die Mode-Switch-Funktion nicht aktiv wird und der Schrittmacher schnell im Ventrikel stimuliert (Kap. 2, Abb.  2.10).

Im nächsten Schritt der technischen Entwicklung wurde die PVARP für die Vorhofflimmererkennung „durchlässig“, schnelle P-Wellen werden registriert, jedoch werden Vorhofaktionen, die während der PVARP einfallen, weiterhin nicht auf die Ventrikel übertragen. Das Problem der Flimmererkennung schien gelöst, wenn denn nicht ein weiterer Beleg des bereits zitierten Murphy-Gesetzes zum Tragen kommen würde, dass die Lösung eines Problems die Ursache für ein neues Problem darstellt!

Dieses neue Problem heißt Fernfeldwahrnehmung und es bedeutet, dass die großen Amplituden der R-Zacke bei Depolarisation der Ventrikel im Vorhofkanal wahrgenommen werden. Häufig wird dieses Phänomen als FFRW (Far-Field R-Wave)-Sensing bezeichnet. Es führt dazu, dass diese Fernfeldwahrnehmung als schnelle Vorhofaktion erfasst wird (Abb. 8.11) und ein falsch-positiver Mode Switch erfolgen kann.
Abb. 8.11

Fernfeld-R-Zacken-Wahrnehmung die Ventrikelerregung erscheint im intraatrialen Elektrogramm (1, Pfeil). Das FFRW-Sensing wird durch die PVAB (2, rot) verhindert, während die PVARP (3, blassrot) für die Wahrnehmung durchlässig ist. Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Auch in diesen Fall bringt eine Refraktärzeit die Lösung des Problems! Eine technische Ausblendzeit verhindert die Wahrnehmung der Fernfeld-R-Zacke. Diese Refraktärzeit ist eine ganz nahe Verwandte der PVARP, bevor diese für die Flimmerdetektion durchlässig wurde und heißt PVAB: postventrikuläres atriales Blanking.

Die Fernfeldwahrnehmung der R-Zacken tritt typisch etwa 50–120 ms nach Ventrikelstimulation auf. Die PVAB muss daher länger als diese Zeit eingestellt werden, oft auf 150 ms.

Die Wahrscheinlichkeit für FFRW ist vor allem abhängig von der Position der atrialen Elektrode, im rechten Herzohr ist sie größer als bei einer Elektrodenposition an der lateralen Wand.

Das ventrikuläre Blanking

Im Abschnitt zur Fernfeldwahrnehmung der R-Zacke im atrialen Kanal ist uns das Phänomen bereits begegnet: Signale aus dem Ventrikel werden im Atrium wahrgenommen. In entgegengesetzter Richtung ist die Wahrnehmung von P-Wellen im Ventrikel nahezu ausgeschlossen, ihre Amplituden sind dafür zu klein. Groß genug jedoch, um im Ventrikelkanal wahrgenommen zu werden ist der atriale Stimulationsimpuls!

Während die Detektion der (physiologischen) Kammererregung im Vorhof als Fernfeldwahrnehmung bezeichnet wird, heißt die Wahrnehmung des (technischen) atrialen Stimulationsartefaktes im Ventrikelkanal „Crosstalk“ („Übersprechen“).

Die Konsequenz des Crosstalk ist fatal: der Vorhofstimulation folgt eine ventrikuläre Wahrnehmung, die den Kammerkanal inhibiert. Es wird nicht stimuliert, der Intervallzähler neu gestartet. Bei Patienten mit AV-Block III ohne ausreichenden Ersatzrhythmus führt Crosstalk zur Asystolie (Abb. 8.12).
Abb. 8.12

Crosstalk, der atriale Stimulationsartefakt wird im Ventrikelkanal wahrgenommen (rote Markierung), das ventrikuläre Blanking (PAVB) ist zu kurz eingestellt. Die ventrikuläre Wahrnehmung führt zum Inhibieren und bei diesem Patienten zu extremer Bradykardie. Deutlich erkennbar der große Artefakt im ventrikulären Elektrogramm. Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Folgende Faktoren können Crosstalk begünstigen:
  • Große Stimulationsamplitude im Vorhof,

  • große Impulsbreite im Vorhof,

  • sehr hohe ventrikuläre Empfindlichkeit,

  • unipolare Wahrnehmung.

Zum Ausblenden des Crosstalk-Artefakts wird im Ventrikel zu einem bekannten Mittel gegriffen: es wird eine Refraktärzeit geschaltet. Das postatriale ventrikuläre Blanking (PAVB) ist eine ventrikuläre Refraktärzeit nach atrialem Stimulus. Da diese Refraktärzeit für die Sicherheit der Stimulation essentiell ist, kann sie oftmals nicht programmiert werden, sie ist jedoch vorhanden.

Ventrikuläre Sicherheitsstimulation (VSP; „ventricular safety pacing“)

Es kommt durchaus vor, dass das postatriale ventrikuläre Blanking aus dem vorhergehenden Abschnitt nicht lang genug eingestellt ist, Crosstalk-Signale treten auf und werden wahrgenommen. Die Konsequenz aus dem Phänomen Crosstalk heißt: Tritt unmittelbar zum Zeitpunkt eines atriales Stimulationsimpulses eine ventrikuläre Wahrnehmung auf, dann ist die Wahrscheinlichkeit eines Crosstalk-Oversensings sehr hoch und zum Vermeiden einer Asystolie muss auf jeden Fall ventrikulär stimuliert werden. Das wäre Szenario 1.

Denkbar ist aber auch Szenario 2 (Abb. 8.14): Patient mit Sinusrhythmus und eigener Überleitung. Tritt atriales Undersensing auf, wird im Vorhof stimuliert. Fällt solch ein atrialer Stimulus mit dem Ende der intrinsischen PQ Zeit zusammen, erfolgt zum Zeitpunkt atrialer Stimulation die ventrikuläre Wahrnehmung der intrinsisch übergeleiteten R-Zacke – eine Wahrnehmung wie bei Crosstalk. Nur besteht der Unterschied, dass in diesem Fall kein Artefakt, sondern eine Kammererregung wahrgenommen wurde und der Schrittmacher inhibieren soll.

Beide Szenarien sind für den Schrittmacher nicht auseinanderzuhalten: Unmittelbar nach atrialer Impulsabgabe erfolgt eine ventrikuläre Wahrnehmung. In einem Fall muss der Schrittmacher stimulieren, im anderen Fall darf er es nicht.

Der Ausweg aus diesem Widerspruch heißt „Ventrikuläre Sicherheitsstimulation“. Erfolgt zum Zeitpunkt der Vorhofstimulation eine ventrikuläre Wahrnehmung, wird ein ventrikulärer Sicherheitsimpuls mit stark verkürzter AV-Zeit abgegeben (Abb. 8.13 und 8.14): dem „VS“ folgt unmittelbar ein „VP“.
Abb. 8.13

Safety Pacing bei AV-Block: Der Stimulus verhindert die Asystolie bei Crosstalk (rote Markierung, VS nach atrialer Stimulation). Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Abb. 8.14

Safety Pacing bei Sinusrhythmus, eigener Überleitung (VS) und atrialem Undersensing: Der ventrikuläre Stimulus mit kurzer AV-Zeit verhindert mögliche T-Wellen-Stimulation (rote Markierung). Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Sicherheitsimpuls heißt:
  • Bei Crosstalk wird die Asystolie vermieden.

  • Die Stimulation erfolgt mit sehr kurzer AV-Zeit. Bei atrialem Undersensing und eigener Überleitung fällt der Impuls in die Ventrikelerregung (Pseudofusion). Würde der ventrikuläre Impuls mit normal langer AV-Zeit abgegeben, bestünde die Gefahr, dass der Stimulus in die T-Welle fällt. Die sehr kurze AV-Zeit verhindert dieses Risiko.

Die kurze AV-Zeit bei Sicherheitsstimulation variiert zwischen den Herstellern, sie liegt um 100–120 ms, es sei denn, sie ist bereits kürzer programmiert.

Einige Schrittmachermodelle verfügen über einen Zähler, wie häufig Safety Pacing im letzten Nachkontrollzeitraum eingesetzt hat. Treten hier sehr hohe Werte auf, kann dies ein Hinweis auf atriales Undersensing sein.

8.2.6 Wenn Zeitintervalle Probleme bereiten

Maximalfrequenz

Im Abschn.  4.9.2 zur patientenindividuellen Programmierung wurde sie bereits vorgestellt, die Maximalfrequenz. Für sie gibt es eine Reihe synonymer Bezeichnungen: Maximale Synchronfrequenz, Maximale Trackingfrequenz, obere Grenzfrequenz, Upper Tracking Limit.

Die Programmierung erfolgt bei der Ersteinstellung altersgerecht: (220 – Lebensalter) in/min, es sei denn, dass zu diesem Zeitpunkt bereits bekannt ist, dass der Sinusrhythmus schneller werden kann, oder aber andere Gründe dagegen sprechen, eine entsprechend hohe Frequenz zu programmieren.

Bis zu dieser Frequenz wird der DDD-Schrittmacher alle P-Wellen, die außerhalb einer Refraktärzeit wahrgenommen werden, 1:1 auf die Ventrikel übertragen.

Totale atriale Refraktärzeit (TARP) und 2:1-Block

Der letzte Satz im vorangehenden Abschnitt hat es in sich: Alle Vorhofaktionen, die außerhalb einer Refraktärzeit liegen, werden 1:1 auf die Ventrikel übertragen. Nun können aber auch physiologische Vorhoferregungen, wenn sie nur schnell genug auftreten, in die Refraktärzeit PVARP fallen und das ist gar nicht so unwahrscheinlich.

Hier folgt die technische Beschreibung: Nach atrialer Wahrnehmung wird die AV-Zeit gestartet. Innerhalb dieser AV-Zeit ist der Vorhofkanal refraktär, denn unmittelbar nach einer P-Welle können keine physiologischen Vorhofsignale auftreten und mögliche Artefakte könnten die Ablaufsteuerung stören. Nach der Ventrikelstimulation ist der Vorhofkanal für die Dauer der PVARP wiederum refraktär, retrograde Vorhoferregungen sollen ausgeblendet werden.

Mit anderen Worten: Von der Detektion einer Vorhofaktion bis zum Ende der PVARP ist die Vorhofwahrnehmung deaktiviert. Diese Zeitdauer wird „totale atriale Refraktärzeit“ – TARP genannt; P-Wellen, die in die TARP fallen, werden wie retrograde P-Wellen behandelt und nicht auf die Ventrikel übertragen.

Tritt Sinusrhythmus mit kürzerem PP-Intervall auf als das Intervall der TARP, fällt jede zweite Vorhoferregung in die TARP (genauer: das Ende der PVARP) und es ergibt sich ein 2:1-Block in Wahrnehmung und Stimulation. Die Frequenz, die dem TARP-Intervall entspricht, wird als 2:1-Frequenz bezeichnet.

In Ruhe und bei niedriger Sinusfrequenz treten durch die TARP keine Probleme auf (Abb. 8.15). Steigt die Sinusfrequenz an, wird bis zum Erreichen der TARP 1:1-übergeleitet, bei weiterer Frequenzsteigerung folgt der 2:1-Block. In Abb. 8.16 wird zunächst noch jede P-Welle kurz vor dem Erreichen der 2:1-Frequenz wahrgenommen, dann folgt der 2:1-Block: jede zweite Vorhoferregung fällt in die PVARP.
Abb. 8.15

Die TARP: AV-Zeit (grün) + PVARP (gelb) bei langsamem Sinusrhythmus. Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Abb. 8.16

Die TARP bei hoher Sinusfrequenz, links noch 1:1-Triggerung, rechts mit 2:1-Block. AV-Zeit (grün), PVARP (gelb); AS atriales Sensing; AR atrial, in der Refraktärzeit; Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Es braucht wenig Fantasie sich vorzustellen, dass diese Frequenzhalbierung unter Belastung von Patienten als schwere Einschränkung empfunden wird. Abhilfe ist durch sorgfältige Einstellung von AV-Zeit und PVARP zu erreichen, wobei die einzelnen Schritte davon abhängig sind, wie komfortabel das jeweilige Aggregat zu programmieren ist.

Eine elegante Lösung bieten frequenzabhängig programmierbare AV-Zeit (Abb. 8.7) und dynamische PVARP. Bei niedrigen Frequenzen wird mit langer AV-Zeit und PVARP gearbeitet. Mit steigender Frequenz werden beide Intervalle gekürzt.

Da sich mit zunehmender Sinusfrequenz der Anteil des Vorhofbeitrags zur Ventrikelfüllung im Verhältnis zum passiven Einstrom vermindert, ist es durchaus zulässig, bei hohen Frequenzen auch hämodynamisch nicht mehr sinnvolle AV-Intervalle bis hin zu 70 ms einzustellen. Eine Verkürzung der AV-Zeit um 100 ms verschiebt die 2:1-Frequenz um 20/min. Für viele Patienten wird durch die Programmierung der dynamischen AV-Zeit bereits das Problem des 2:1-Blocks gelöst sein.

Muss eine noch höhere Maximalfrequenz erreicht werden, ist die zweite Stellschraube die Verkürzung der PVARP, wobei Vorsicht geboten ist. Sie muss stets länger als eine mögliche VA-Leitung sein. Unter Belastung verkürzt sich unter Katecholamineinfluss auch die retrograde Leitungszeit, so dass es sinnvoll ist, bei Aktivierung einer frequenzabhängigen PVARP für hohe Frequenzen ein moderat kürzeres (um 50 ms) Intervall zu wählen.

Besondere Bedeutung hat das Problem des 2:1-Bocks bei der Schrittmachertherapie im Kindesalter. Hier können sehr hohe Vorhoffrequenzen erreicht werden. Etwas erleichtert wird die Schrittmacherprogrammierung dadurch, dass bei angeborenem oder iatrogenem AV-Block keine retrograden Leitungen auftreten und auf die PVARP verzichtet werden kann, d. h. diese in der Praxis auf den geringsten Wert programmiert wird.

Wenckebach-Verhalten

Ein Patient hat bei AV-Block III einen DDD-Schrittmacher erhalten und im Langzeit-EKG zeigt sich ein Bild wie in Abb. 8.17: Der Schrittmacher arbeitet, als wolle er einen AV-Block 2 Typ Wenckebach nachbilden. So war das nicht beabsichtigt!
Abb. 8.17

Schrittmacher-Wenckebach-Verhalten. AV-Zeit (grün), programmierte Maximalfrequenz (gelb), Warteintervall (rot), PVARP (blassrot); Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Dieses eigenartige Verhalten erklärt sich aus der Programmierung des Schrittmachers, sehen wir uns das Beispiel aus Abb. 8.17 genauer an:

Programmierung:
  • DDD: 60–130,

  • AV-Zeit bei Wahrnehmung: 170 ms,

  • PVARP: 250 ms,

  • Es ergibt sich eine TARP von 420 ms entsprechend einer 2:1-Frequenz von 143/min.

Der Patient hat unter körperlicher Belastung einen Sinusrhythmus von 140/min. Die 2:1-Frequenz ist mit 143/min höher als die Sinusfrequenz, alle P-Wellen werden ohne 2:1-Block wahrgenommen.

Was geschieht: Eine atriale Erregung wird gesehen, die AV-Zeit (1) gestartet. Zum Ende der AV-Zeit wird im Ventrikel stimuliert. Die nächste Vorhoferregung (140/min!) wird detektiert, eine AV-Zeit gestartet. Zum Ende der AV-Zeit möchte der Schrittmacher im Ventrikel stimulieren, er darf aber noch nicht: Die programmierte Maximalfrequenz (2) ist auf 130/min programmiert. Die Stimulation am Ende der AV-Zeit würde einer Frequenz von 140/min entsprechen. Die Impulsabgabe wird so lange hinausgezögert, bis das Intervall der Maximalfrequenz abgelaufen ist (3).

Nach der nächsten Vorhoferkennung wird die Ventrikelstimulation wiederum hinausgezögert: Zu dem Warteintervall aus Zyklus 3 kommt die Wartezeit vom Zyklus 2 hinzu – die P-Wellen „laufen durch“ (4).

Der Abstand der Ventrikelstimulation, mit der sich anschließenden PVARP, zur vorhergehenden P-Welle wird mit jedem Herzzyklus größer und der Kammerkomplex rückt immer näher an die nächste P-Welle heran, bis diese (5) in die PVARP fällt und nicht übergeleitet wird. Für den nächsten Zyklus ist inzwischen das Intervall für die Maximalfrequenz abgelaufen, die folgende P-Welle wird wieder normal übergeleitet und das Wenckebach-Verhalten beginnt von vorn.

Aus dem Verhältnis von Vorhoffrequenz, programmierter Maximalfrequenz und PVARP ergibt sich die Häufigkeit der Blockierung, ob ein 3:1- oder X:1-Block auftritt.

Die Ursache für das Wenckebach-Verhalten ist, dass ein Sinusrhythmus mit höheren Frequenzen auftritt, als die eingestellte Maximalfrequenz. Durch einfaches Umprogrammieren der Maximalfrequenz auf einen höheren Wert wird das Problem behoben.

8.3 Frequenzadaptive Stimulation

In Kap.  2 zur korrekten Aggregatauswahl und Kap.  4 zur indikationsgerechten Programmierung wurde sie bereits genannt: Die Frequenzadaptation. Oft wird auch von Frequenzadaption, frequenzadaptiver Stimulation, Rate Response oder einfach nur von „R-Funktion“ gesprochen. Adaptiv heißt angepasst und im Fall der Schrittmacherstimulation bedeutet es, dass die Stimulationsfrequenz an den Frequenzbedarf des Patienten angepasst ist.

Für Aggregatauswahl und Programmierung gilt, dass bei Patienten mit chronotroper Inkompetenz oder Bradyarrhythmien Aggregate und Stimulationsmodi mit R-Funktion zur Anwendung kommen sollten.

Folgende Aspekte sind zu betrachten:
  • Wann ist ein Patient chronotrop inkompetent?

  • Wie ermittelt der Schrittmacher den tatsächlichen Frequenzbedarf des Patienten?

  • Wie muss die Funktion korrekt eingestellt werden?

Wann ist ein Patient chronotrop inkompetent?

Chronotrope Inkompetenz bedeutet, dass die Herzleistung nicht ausreichend ist, dem metabolischen Bedarf des Organismus zu entsprechen. Im klinischen Alltag handhabbarer und griffiger ist die Definition als Unfähigkeit, mehr als 85 % der altersabhängigen Maximalfrequenz (entspricht 220 – Lebensalter) zu erreichen.

In der Herzschrittmachertherapie ist die Diagnose chronotroper Inkompetenz einfach: Neben der Symptomatik verminderter körperlicher Belastbarkeit geben uns die Schrittmacherspeicher eine genaue Auskunft über die erreichten Herzfrequenzen im Langzeitverlauf.

  • Bei Patienten mit Sinusbradykardie oder Bradyarrhythmie wird regelhaft von chronotroper Inkompetenz ausgegangen, für die Schrittmachertherapie ist die Frequenzadaptation entsprechend zu aktivieren.

  • Patienten mit AV-Block und erhaltenem Sinusrhythmus profitieren hingegen nicht von frequenzadaptiver Stimulation, die R-Funktion bleibt zunächst ausgeschaltet. Im Fall von Belastungsintoleranz kann erwogen werden, die R-Funktion zu aktivieren, wobei herauszufinden ist, ob für die eingeschränkte Belastbarkeit wirklich eine chronotrope Inkompetenz ursächlich ist (Herzfrequenzprofile!), ob andere Gründe (Anämien, pulmonale Erkrankungen …) vorliegen oder ob eine sich verschlechternde LV-Funktion die Ursache ist. Hier sollte die Frequenzadaptation nicht aktiviert werden.

Wie ermittelt der Schrittmacher den tatsächlichen Frequenzbedarf des Patienten?

Im Schrittmachervokabular hat sich der Begriff „Frequenzsensor“ etabliert, auch wird von sensorgesteuerter Frequenz gesprochen. Bei einigen Methoden der Frequenzadaptation ist das auch korrekt: Ein spezielles Bauteil, der Sensor, ermittelt eine Messgröße, die mit dem Frequenzbedarf korreliert. Bei anderen Methoden der Frequenzadaptation kann auf einen besonderen Sensor als extra Bauelement verzichtet werden, die Messgröße wird aus z. B. aus intrakardialen Elektrogrammen oder – mit den Schrittmacherelektroden messbar – der transthorakalen Impedanz bestimmt. Aber auch hier wird verallgemeinernd vom Frequenzsensor gesprochen.

Die heute als selbstverständlich betrachtete Funktion hat eine aufwendige Entwicklungsgeschichte vorzuweisen. Über viele Jahre ist viel Forschungsarbeit geleistet worden. Das Problem bestand und besteht darin, dass das autonome Nervensystem und ausgeschüttete Katecholamine, die die Frequenzregulation bestimmen, mit den Mitteln des Herzschrittmachers nicht messbar sind. Folglich musste eine einfach zu bestimmende Messgröße gefunden werden, die den Frequenzbedarf des Patienten möglichst gut abbildet.

In der Praxis haben sich mechanische Sensoren (Aktivität, Beschleunigung) sowie Verfahren durchgesetzt, bei denen physiologische Parameter wie veränderte Inotropie bei sich änderndem Katecholaminspiegel („Closed Loop Stimulation“) oder die Messung des Atemminutenvolumens abhängig von der Sauerstoffschuld unter Belastung, gemessen werden.

Mechanische Messverfahren: Aktivitätssensoren und Akzelerometer

Die Grundidee ist einfach: Ein Patient in Ruhe benötigt eine niedrigere Herzfrequenz als ein Patient, der sich bewegt. Die Bewegung wird im einfachsten Fall von einem Erschütterungssensor registriert: meldet der Sensor wenig Bewegung, ist die Stimulationsfrequenz niedriger als bei größerem Sensorsignal unter stärkerer Belastung.

Diese Messung ist jedoch bezüglich körperlicher Aktivität völlig unspezifisch, so dass die Weiterentwicklung darin bestand, Beschleunigungssensoren zu verwenden, die Bewegungen nur in einer Richtung registrieren. Sie sind in der Regel im Schrittmacher derartig platziert, dass der Sensor nur auf Oberkörperpendelbewegungen in AP-Richtung anspricht. Diese Messung ist bezüglich Körperbewegungen deutlich spezifischer, Erschütterungen z. B. beim Fahren auf unebener Straße oder Vibrationen wie z. B. beim Rasenmähen werden vom Beschleunigungssensor nicht registriert.

Das Signal des Beschleunigungssensors ist messtechnisch einfach zu erfassen, die Messung benötigt keine zusätzliche Energie und die Frequenzreaktion des Schrittmachers ist für die meisten Patienten durchaus zufriedenstellend, so dass Geräte mit diesen mechanischen Sensoren heute die Mehrzahl der frequenzadaptiven Aggregate stellen.

Zu beachten ist, dass bei körperlichen Belastungen bei denen speziell der Thorax wenig bewegt wird (z. B. Fahrradergometrie) die Frequenzänderung nicht korrekt ausfällt. Auch werden mentale Belastungen nicht berücksichtigt.

Physiologische Messverfahren: Atemminutenvolumen (AMV)

Für die Bestimmung des Atemminutenvolumens als Marker für die Belastungssituation wird der transthorakale elektrische Widerstand zwischen Schrittmachergehäuse und der Elektrodenspitze im rechten Herzen gemessen.

Die Geometrie zwischen Herz und Schrittmachergehäuse ändert sich mit jeder Atembewegung. Wird eingeatmet, senkt sich das Zwerchfell ab, der Abstand zwischen Herz und Schrittmacher wird größer, die Impedanz (der elektrische Widerstand) zwischen beiden Punkten steigt. Beim Ausatmen hebt sich das Zwerchfell an, der Abstand zwischen Herz und Schrittmacher wird geringer und entsprechend vermindert sich die Impedanz. Aus dem zeitlichen Verlauf der Impedanzmessungen lässt sich die Atemfrequenz ermitteln, die Amplitude der Impedanzänderungen entspricht der Atemzugtiefe. Beide Werte ergeben zusammen ein Messergebnis, das dem Atemminutenvolumen sehr gut entspricht.

Da die Atmung mit der Sauerstoffschuld korreliert und der Verlauf des Atemminutenvolumens durch das Messverfahren recht gut abgebildet wird, ist die AMV-gesteuerte Frequenzadaptation nah am physiologischen Verlauf der Frequenzregulation. Allerdings benötigt das Verfahren einen zusätzlichen Messstrom für die transthorakale Impedanzmessung.

Da das AMV nicht unmittelbar bei Belastungsbeginn ansteigt, werden in einigen Schrittmacheraggregaten AMV-Messung und Aktivitätsmessung kombiniert, so dass einerseits ein schnelles Ansprechen auf Belastungsänderungen, andererseits eine zur andauernden Arbeitslast proportionale Stimulationsfrequenz erreicht werden kann.

Technisches Detail zur AMV-Messung

Um den Impedanzverlauf während der Atemzyklen korrekt zu erfassen, müssen die jeweiligen Messungen häufig genug durchgeführt werden, um die ständigen Änderungen der Impedanz richtig abzubilden. Diese „Abtastfrequenz“ der Messungen beträgt herstellerabhängig um 8–10 Hz, es wird alle 100–125 ms ein Messimpuls abgegeben. Die Messung ist für das Myokard unterschwellig, kann jedoch von EKG-Geräten erfasst und dargestellt werden. Dies sieht zunächst sehr verwirrend aus, unzählige ineffektive „Stimuli“ überlagern das EKG. Abhilfe kann geschaffen werden, wenn am EKG-Gerät Schrittmacher- und/oder Stimulationsartefakterkennung ausgeschaltet wird.

Physiologische Messverfahren: Inotropiemessung – Closed-Loop- Stimulation

Hier wird direkt am Herzen gemessen. Die Inotropie, also der kardiale kontraktile Status, wird vom Sympathikotonus des Patienten bestimmt, und sie kann mit einem Impedanzmessverfahren abgebildet werden. Zum Zeitpunkt der isovolumetrischen Kontraktionsphase wird Blut als elektrischer Volumenleiter von der Elektrodenspitze verdrängt, wodurch sich die elektrische Impedanz zwischen der Elektrodenspitze und dem Schrittmachergehäuse bzw. der bipolaren Ringelektrode erhöht.

Die Schnelligkeit des Impedanzanstiegs entspricht der Kontraktilität des Myokards. Bei geringem Katecholaminspiegel in Ruhe wird das Blut langsamer verdrängt und die Impedanz steigt weniger schnell an als unter Belastung, wo Katecholaminspiegel und damit die Kontraktilität höher sind. Bei schnellerem Impedanzanstieg, entsprechend einem erhöhten Katecholaminspiegel, wird schneller stimuliert, bei gleichbleibenden Werten sind Belastung und Herzleistung (-frequenz) in einem ausgeglichenen Verhältnis. Fällt der Impedanzanstieg langsamer aus, der Katecholaminspiegel ist gesunken, kann die Stimulationsfrequenz so lange reduziert werden, bis wieder ein ausgeglichenen Verhältnis erreicht ist.

Damit ist dieses Messverfahren nahe an der Funktion des ANS, reagiert auch auf mentalen Stress und kann die Funktion des Sinusknotens im Regelkreis der Herzkreislaufregulation nachbilden. Allerdings ist auch hier ein zusätzlicher Messstrom erforderlich.

Wie muss die Funktion korrekt eingestellt werden?

Grundlegendes zur Programmierung der Frequenzen wurde bereits im Abschn.  4.9.2 ausgeführt. Die Grundfrequenz ist die Frequenz, mit der der Schrittmacher stimuliert, wenn der Patient in Ruhe ist. Die maximale Sensorfrequenz sollte möglichst genau bei maximaler Belastung erreicht werden.

Im Bereich zwischen Ruhe und Maximalbelastung wird mit der vom Sensor bestimmten Frequenz stimuliert. Von der Stimulation im geschlossenen Regelkreis abgesehen, bei der so lange die Stimulationsfrequenz entweder erhöht oder verringert wird bis ein ausgeglichener Zustand erreicht ist, verwenden alle Systeme mit Aktivitäts- oder Beschleunigungssensoren aber auch mit AMV-Messung sogenannte Kalibrierkurven zur Frequenzbestimmung: Einem konkreten Wert des Sensorsignals wird genau eine Stimulationsfrequenz zugeordnet. Abb. 8.18 zeigt den prinzipiellen Verlauf von Kalibierkurven. Je nach verwendeter Kurve, auch Sensorsteilheit genannt, entsprechen einem konkreten Wert des Sensorsignals (XS) bestimmte Frequenzen der unterschiedlichen Sensorsteilheiten.
Abb. 8.18

Kalibrierkurven eines Frequenzsensors. 1: Sehr steiler Sensoranstieg: Starke Frequenzänderung bei geringer Belastungsänderung. 4: Flacher Sensoranstieg: geringe Frequenzänderung bei größerer Belastungsänderung. Bei identischer Belastung Xs werden je nach verwendeter Sensorsteilheit unterschiedliche Stimulationsfrequenzen erreicht

Welche Kalibrierkurve wird verwendet? In der Regel wird keine bestimmte Sensorsteilheit fix programmiert: Um dem gesamten Bereich des Sensorsignals von Ruhe bis Maximalbelastung den gesamten Frequenzbereich von Ruhefrequenz bis maximaler Sensorfrequenz zuordnen zu können, erfolgt die Kalibrierung des Sensors automatisch, so dass stets der geeignetste Sensoranstieg ausgewählt wird.

Nur in extremen Ausnahmesituationen kann es sinnvoll sein, die Sensorautomatik zu deaktivieren, beispielsweise bei einem Ausdauersportler, bei dem das maximale Sensorsignal über viele Stunden anliegt. Bei diesem Patienten würde die Maximalfrequenz nur noch bei stundenlanger Belastung erreicht, nicht aber im täglichen Leben. Eine weitere Ausnahmesituation wäre ein Patient mit AMV-gesteuertem Schrittmacher und Schlafapnoe. Hier würde die Grundfrequenz nur noch bei Atemstillstand erreicht werden und die Stimulation wäre bei normaler Atemfrequenz bereits deutlich beschleunigt.

Die Methoden der automatischen Kalibrierung sind herstellerspezifisch sehr unterschiedlich, so dass an dieser Stelle lediglich das Prinzip der Kalibrierung dargestellt wird. Konkrete Funktionen unterschiedlicher Schrittmachermodelle müssen in den jeweiligen Produkthandbüchern nachgeschlagen werden. Auf den jeweiligen Programmiergeräten findet sich diese Funktion unter den Bezeichnungen wie Sensorautomatik, automatische Kalibrierung oder Optimierung des Frequenzprofils. Ein Hersteller (Medtronic) bietet für seine Aggregate gleich zwei Gruppen von Kalibrierkurven an, getrennt für den Bereich niedriger und hoher Belastung, so dass eine sehr genaue Zuordnung von Sensorsignal und Stimulationsfrequenzen bei unterschiedlichen Belastungsgraden erreicht werden kann.

Für nichtphysiologische Sensoren muss zusätzlich eine sogenannte Sensorempfindlichkeit, auch Aktivitätsschwelle genannt, programmiert werden. Es wird eingestellt, bis zu welcher Belastungsstärke die Signale des mechanischen Sensors ausgeblendet werden, bevor sie im nächsten Schritt entsprechend der Kalibrierkurve in eine Stimulationsfrequenz umgesetzt werden. Ist die Schwelle zu niedrig, werden bereits geringe Sensorsignale (wie leichte Erschütterungen beim einfachen Aktivitätssensor) mit stärkeren Frequenzänderungen beantwortet. Bereits bei wenig Belastung würde mit hoher Frequenz stimuliert. Hier hilft das Umprogrammieren auf einen höheren Schwellwert, bei dem auf kleinere Sensorsignale nicht reagiert wird.

Sinngemäß ist auch ein entgegengesetztes Szenario denkbar: Bei relativ unempfindlich eingestelltem Sensor reichen selbst größere Aktivitäten nicht aus, Frequenzänderungen hervorzurufen; de facto funktioniert die Frequenzadaptation nicht. Abhilfe schafft das Absenken der Empfindlichkeitsschwelle, so dass mehr Sensorsignale oberhalb des Schwellwerts ausgewertet werden und sich die Stimulationsfrequenz entsprechend ändert.

8.4 Automatische Modusumschaltung: Mode Switch

In diesem Kapitel treffen einige Kapitel dieses Buches zusammen: so beispielsweise Stimulationsmodi, Refraktärzeiten, Frequenzadaptation, Empfindlichkeitseinstellungen, diagnostische Speicher.

Mit der automatischen Modusumschaltung ist es ähnlich, wie in der Welt der Automobile: Den „Tempomaten“ gibt es streng genommen nur bei einem Hersteller. Aus Markenschutzgründen verwenden alle anderen Hersteller unterschiedliche Bezeichnungen wie „Cruise Control“ oder „Geschwindigkeitsregelanlage GRA“. Dennoch spricht man nur vom „Tempomaten“. Für die automatische Modusumschaltung bei Vorhofflimmern hat sich der Begriff „Mode Switch“ eingebürgert, auch wenn die Funktion bei verschiedenen Herstellern unterschiedliche Namen erhalten hat (Tab. 8.3).
Tab. 8.3

Bezeichnungen für Automatische Modusumschaltungen

Medtronic, Biotronik, Abbott

Mode Switch (MS)

Sorin

Fallback Mode Switch (AMS)

Boston

Atriale Tachykardie Reaktion (ATR)

Dem Einsteiger in die Welt der Herzschrittmacher sei geraten, diese Mode-Switch-Funktion einfach zu aktivieren, sie funktioniert. Im Kap.  4 zur indikationsgerechten Programmierung wurde sie bereits genannt.

Was macht ein Mode Switch, wie funktioniert er?

Bevor die Funktion des Mode Switches erfunden war, stellte Vorhofflimmern ein riesiges Problem für DDD-Schrittmacher dar: Jede außerhalb einer Refraktärzeit (PVARP) wahrgenommene Vorhoferregung startet eine AV-Zeit und triggert die Ventrikelstimulation. Ist die totale atriale Refraktärperiode (TARP) geschickt programmiert und es werden atriale Frequenzen bis z. B. 170/min wahrgenommen, so wird im Ventrikel mit Frequenzen bis 170/min stimuliert, die Vorhofarrhythmie wird vom Schrittmacher eine Kammertachykardie umgewandelt. Diese Funktionsweise ist in Kap. 2, Abb.  2.10 dargestellt. Paroxysmales Vorhofflimmern war eine Kontraindikation für DDD-Stimulation!

Eine Lösung des Problems gibt uns der DDI-Modus an die Hand, bei dem Vorhofwahrnehmungen lediglich zum Inhibieren der atrialen Stimulation führen, nicht aber zum Triggern der Kammerstimulation. Der Ventrikelkanal führt mit seiner Grundfrequenz bzw. der Sensorfrequenz im DDIR-Modus gewissermaßen ein Eigenleben. Im Moment des Vorhofflimmerns wäre das der ideale Stimulationsmodus (Kap. 2, Abb.  2.15). Für den Patienten mit paroxysmalem Flimmern wird, sobald das Flimmern sistiert, aus dem idealen Modus der ungünstigste: Bei AV-Block III und Sinusrhythmus funktioniert der DDI-Modus wie ein ventrikulärer Einkammerschrittmacher, Vorhof- und Kammeraktionen werden nicht synchronisiert und das Auftreten des Schrittmachersyndroms ist wahrscheinlich (Kap. 2, Abb.  2.14).

Genau diese Patienten benötigen situationsbedingt beides: DDD-Stimulation bei Sinusrhythmus und DDIR-Stimulation während des Vorhofflimmerns. Diese Umschaltung bietet uns die Mode-Switch-Funktion, auch als AMS (automatischer Mode Switch) bezeichnet.

Voraussetzungen für die korrekte Mode-Switch-Funktion sind gleich mehrere:
  1. 1.

    Der Patient muss einen höhergradigen AV-Block haben. Wird Vorhofflimmern intrinsisch schnell übergeleitet, inhibiert der Schrittmacher im Ventrikel, aber der Patient hat dennoch eine hohe Kammerfrequenz. In diesem Fall kann der Schrittmacher nicht eingreifen, man würde lediglich in den diagnostischen Speichern feststellen, dass die Frequenzkontrolle zu verbessern wäre.

     
  2. 2.

    Die Vorhofwahrnehmung muss richtig eingestellt sein: Tritt atriales Oversensing auf (z. B. R-Zacken-Fernfeldwahrnehmung, FFRW) wird ein falsch-positiver Mode Switch ausgelöst. Bei atrialem Undersensing wird das Flimmern nicht erkannt, die Mode-Switch-Funktion nicht aktiviert, und es wird ineffektiv im Vorhof stimuliert.

    In der „Vor-Mode-Switch-Zeit“ war das Undersensing des Vorhofflimmerns mitunter beabsichtigt, P-Wellen bei Sinusrhythmus besitzen eine größere Amplitude und werden wahrgenommen, der DDD-Modus funktioniert. P-Wellen bei Flimmern mit kleinerer Amplitude werden nicht wahrgenommen und es entsteht kein Herzrasen wie in der Einleitung zu diesem Abschnitt beschrieben.

    Abgesehen davon, dass dieses gezielte Undersensing nicht zuverlässig funktioniert, wollen wir über eine exakte Vorhofwahrnehmung auch exakte diagnostische Informationen in den Schrittmacherspeichern erfassen, die zur Überwachung konkomitierender antiarrhythmischer Medikation sehr hilfreich sind.

     
  3. 3.

    Die totale atriale Refraktärzeit muss bei Geräten, die keine „halbdurchlässige PVARP“ (Abschn. „Die postventrikuläre atriale Refraktärperiode (PVARP)“ und „Das postventrikuläre atriale Blanking (PVAB)“) besitzen, kurz genug eingestellt sein, damit schnelle Vorhofrhythmen erkannt werden.

     

Die Schritte der automatischen Modusumschaltung: Erkennung, Umschalten, Zurückschalten

Erkennung

Unter der Voraussetzung fehlerfreier Vorhofwahrnehmung nimmt der Schrittmacher Vorhofflimmern als hohe atriale Frequenz wahr.

Für beinahe alle Algorithmen zur automatischen Modusumschaltung ist eine Erkennungsfrequenz für Vorhofflimmern zu programmieren, auch als Mode-Switch-Frequenz bezeichnet. Diese eingestellte Frequenz ist für den Schrittmacher das Kriterium für das Umschalten von DDD auf DDI: ist die wahrgenommene Frequenz höher als diese Erkennungsfrequenz, wird die Funktion ausgelöst.

Um das Auslösen des Mode Switches gegenüber Artefakten oder auch intermittierendem Undersensing robuster zu machen, wird in der Regel nicht die gerade erfasste Vorhoffrequenz ausgewertet: es wird ein gleitender Mittelwert der Vorhoffrequenz verwendet. In diesem Fall muss zum Auslösen des Mode Switches die gemittelte Frequenz größer als die Erkennungsfrequenz sein. Häufig wird auch ein sogenanntes X-aus-Y-Kriterium verwendet: X Intervalle von Y Wahrnehmungen müssen im Intervall kürzer sein als das Intervall der Erkennungsfrequenz.

Bei einem Hersteller (Sorin) wird die Vorzeitigkeit einer atrialen Wahrnehmung als pathologisches Merkmal des einsetzenden Flimmerns gewertet und nach einem Bestätigungsintervall über mehrere Herzzyklen – die Vorhoferkennung muss schnell bleiben –, wird der Mode Switch ausgelöst.

Umschaltung

Die Umschaltung während Vorhofflimmerns erfolgt in jedem Fall in einen Modus, der nicht atrial getriggert ist: DDI, VVI, VDI, DVI (veraltet) oder besser in den jeweiligen frequenzadaptiven Modus DDIR oder VVIR. Gerade für den Patienten mit AV-Block und Sinusrhythmus ist die Umschaltung von DDD (ohne Frequenzadaptation) in den DDIR-Modus mit Frequenzadaptation während Vorhofflimmerns sinnvoll.

Ohne Frequenzadaptation würde ein DDD-60-Schrittmacher in den DDI-60-Modus umschalten, auf eine Grundfrequenz, die mit 60/min deutliche Einschränkungen in der Belastbarkeit erwarten lässt.

Bei einigen Schrittmachermodellen, die die Umschaltung auf einen frequenzadaptiven Modus nicht ermöglichen, gibt es als Ausweg eine sogenannte „Fallback-Frequenz“, eine andere Grundfrequenz für den Zeitraum des Vorhofflimmerns. So könnte ein Schrittmacher von DDD 60 auf DDI 70 umschalten.

Zurückschalten

So lange Vorhofflimmern andauert, sind VVI(R)- oder DDI(R)-Stimulation äquivalent, es wird nur ventrikulär ohne Beachtung des Vorhofflimmerns stimuliert.

Häufig sistiert paroxysmales Vorhofflimmern, besonders bei Patienten mit Sinusknotensyndrom mit längeren präautomatischen Pausen. Hat ein Schrittmacher während des Mode Switches auf den VVI-Modus geschaltet, wird auch nach dem Ende des Vorhofflimmerns noch so lange im VVI-Modus weiterstimuliert, bis entweder das X-aus-Y-Kriterium nicht mehr erfüllt ist oder die gemittelte atriale Frequenz wieder unter den Wert der Erkennungsfrequenz abgesunken ist.

Die VVI(R)-Stimulation hat in dieser Konstellation gegenüber dem DDI(R)-Modus einen deutlichen Nachteil: Es wird nicht AV-sequentiell stimuliert, es können bei intakter VA-Leitung retrograde P-Wellen auftreten, die im ungünstigen Fall als Trigger der nächsten Vorhofflimmerepisode wirken können.

Im Vergleich arbeitet der DDI-Schrittmacher nach dem Ende des Vorhofflimmerns sofort AV-sequentiell. Es wird im Vorhofkanal nicht inhibiert, dementsprechend nach Ablauf des atrialen Erwartungsintervalls (der VA-Zeit) stimuliert, anschließend nach Ablauf der AV-Zeit im Ventrikel. Diese Funktionsweise während der präautomatischen Pause ist hämodynamisch sinnvoller und es treten keine retrograden Vorhoferregungen auf.

Vorhofflattern

Vorhofflattern mit Frequenzen um 220/min stellt für viele Schrittmachermodelle mit Mode-Switch-Funktion ein richtiges Problem dar.

Ein Beispiel: Die Frequenz des Vorhofflatterns sei 220/min. Das entspricht einer PP-Zykluslänge von ca. 275 ms. Der Mode Switch soll bei Vorhoffrequenzen >180/min schalten.
  • Eine Flatterwelle wird wahrgenommen.

  • Die Wahrnehmung startet eine AV-Zeit von 150 ms.

  • Nach der Ventrikelstimulation sind eine PVARP von 300 ms und eine PVAB von 150 ms aktiv.

  • Während der PVAB ist die atriale Wahrnehmungsfunktion vollständig deaktiviert.

  • Es ergibt sich eine totale atriale Refraktärzeit (AV-Zeit + PVAB) von 300 ms. Diese 300 ms sind länger als das PP-Intervall.

  • Zwischenzeitlich fällt nach 275 ms die nächste Flatterwelle ein. Sie tritt während der TARP auf und wird nicht wahrgenommen. Es ergibt sich ein 2:1-Block der Wahrnehmung bei Vorhofflattern, die wahrgenommene atriale Frequenz beträgt 110/min, die Mode-Switch-Funktion wird nicht aktiviert.

Verschiedene Mode-Switch-Algorithmen haben eine zusätzliche Flattererkennung, um das beschriebene Beispiel zu vermeiden: Wird über eine bestimmte Anzahl von Herzzyklen mit einer hohen Frequenz mit vorhofgetriggerter Kammerstimulation (VAT) stimuliert, besteht der Verdacht, dass es sich um 2:1 wahrgenommenes Vorhofflattern handeln könnte.

Nun müssen zwei Bedingungen erfüllt werden:
  1. 1.

    Die halbe Zykluslänge der wahrgenommenen PP-Intervalle ist kürzer als die TARP.

     
  2. 2.

    Die Frequenz der halben Zykluslänge ist höher als die Mode-Switch-Erkennungsfrequenz.

     

Wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wird zum Bestätigen eine PVARP mit maximaler Länge geschaltet. Das führt dazu, dass die nächste Flatterwelle in die verlängerte PVARP fällt, die kurze Zykluslänge des Vorhofflatterns wird ohne 2:1 erkannt, und der der Mode Switch wird aktiviert.

Bei einer tatsächlichen langsamen atrialen Tachykardie tritt keine verdeckte Vorhoferregung mit halber Zykluslänge auf, der Schrittmacher verbleibt im DDD-Modus.

Zurück zu dem Beispiel:

Flattern von 220/min (275 ms), 2:1-Block der Wahrnehmung. Nur jede zweite Flatterwelle wird mit 110/min wahrgenommen (550 ms).
  • Erstes Kriterium: Das halbe Intervall der wahrgenommen Vorhoffrequenz beträgt 275 ms. Dieses Intervall ist kürzer als die TARP (300 ms).

  • Zweites Kriterium: Die Frequenz, die dem Intervall von 275 ms entspricht, beträgt 220/min (die tatsächliche Flatterfrequenz).

  • Diese Frequenz von 220/min ist schneller als die Mode-Switch-Frequenz von 180/min.

  • Es besteht der Verdacht auf Vorhofflattern.

  • Zum Bestätigen wird nach der nächsten Kammerstimulation eine verlängerte PVARP geschaltet.

  • Die nächste Flatterwelle tritt nach 275 ms auf, also innerhalb der der PVARP.

  • Damit ist der PP-Abstand von 275 ms bestätigt, d. h. Vorhofflattern von 220/min und der Mode Switch wird ausgelöst.

Diese Flattererkennung ist wie viele nützliche Funktionen leider nicht in allen Schrittmacheraggregaten verfügbar. Hat ein Patient mit einem solchen Aggregat Vorhofflattern, empfiehlt es sich, bis zur Vorhofflatterablation den Schrittmacher auf DDI(R) umzuprogrammieren.

8.5 Spezialfunktionen

8.5.1 AV-Management

Unter AV-Management wird eine Gruppe von Funktionen verstanden, die bei Patienten, bei denen die intrinsische AV-Überleitung nicht oder nur selten beeinträchtigt ist, die rechtsventrikuläre Stimulation weitestgehend vermeiden soll. Eine Reihe von Studien konnte nachweisen, dass rechtsventrikuläre Stimulation, wenn sie nicht wie bei AV-Block-Patienten zwingend notwendig ist, die Prognose der Patienten hinsichtlich Herzinsuffizienz aber auch Vorhofflimmern verschlechtern kann. Im Ergebnis dieser Studien sind Funktionen entwickelt worden, die die eigene Überleitung so weit wie möglich fördern. Sie werden als „AV-Management“ bezeichnet und haben den Weg in die Leitlinien gefunden. Der DDDR-Schrittmacher mit AV-Management ist für Patienten mit Sinusknotensyndrom die Empfehlung erster Wahl.

Eine Variante des AV-Managements ist uns bereits im Kapitel zur AV-Zeit mit der AV-Hysterese bzw. R-Zacken-Suchhysterese begegnet (Abschn. 8.2).

Die zweite Möglichkeit zur Vermeidung nicht notwendiger Ventrikelstimulation ist ein echter Mode-Switch, dieses Mal vom AAI(R)-Modus zum DDD(R)-Modus für den Fall des paroxysmalen Blocks. Diese Modusumschaltungen begegnen uns bei verschiedenen Herstellern unter unterschiedlichen Bezeichnungen (Tab. 8.4):
Tab. 8.4

Modusumschaltungen zum AV-Management

Hersteller

Funktion

Abbott (SJM)

Keine AAI/DDD-Umschaltung

Biotronik

Vp Suppression

Boston Scientific

RYTHMIQ

ELA/Sorin (Livanova)

SafeR

Medtronic

MVP

Diese Funktionen gehören alle zur Familie „AV-Management“, die jeweiligen technischen Realisierungen differieren jedoch zum Teil deutlich. Während einfachere Schrittmacherfunktionen wie z. B. die AV-Hysterese im Oberflächen-EKG gut zu erkennen sind, kann ein Schrittmacher-EKG mit einem der genannten Algorithmen ohne Kenntnis der Spezialfunktionen beunruhigend sein: Stimulationsausfälle aufgrund der regelrechten Funktion der Algorithmen könnten als Gerätedefekt interpretiert werden. Es ist daher sehr hilfreich, zur Analyse von Langzeit-EKGs bei Schrittmacherpatienten auch Informationen über das jeweilige Schrittmacheraggregat zur Verfügung zu haben.

Biotronik: Vp-Suppression-Modus

Die Vp-Suppression-Funktion beginnt im DDD(R)-Modus. Tritt eine Ventrikelwahrnehmung auf oder wird über 30 s ventrikulär stimuliert, beginnt ein Suchintervall für intrinsisch übergeleitete R-Zacken über 8 Herzzyklen, in dem die AV-Zeit 450 ms beträgt. Wird das Detektionskriterium für eigene Überleitung erfüllt (programmierbar 1–8 konsekutive übergeleitete R-Zacken innerhalb der AV-Zeit, nominal 6), schaltet der Algorithmus in den ADI(R)-Modus, andernfalls wird der DDD(R)-Modus beibehalten.

Wenn im ADI(R)-Modus eine P-Welle blockiert wird, startet ein erneutes Suchfenster über 8 Zyklen. In den DDD(R)-Modus wird zurückgeschaltet, wenn das Überleitungskriterium nicht erfüllt werden sollte, oder über 2 s keine eigene Überleitung auftritt.

Boston Scientific: RYTHMIQ Algorithmus

Diese Funktion unterscheidet sich etwas stärker von den übrigen Modi zum AV-Management. Es wird zunächst im AAI(R)-Modus stimuliert, während gleichzeitig eine VVI(R)-Backupstimulation mit geringerer Stimulationsfrequenz (15/min niedriger als die AAI-Frequenz) vorgehalten wird. Man kann sich die Funktion vorstellen, als wenn ein AAI(R)- und ein VVI(R)-Schrittmacher mit unterschiedlich eingestellten Grundfrequenzen gleichzeitig implantiert wären. Im Kontrast zu SafeR, MVP und Vp-Suppression kommt es damit nicht zu ventrikulären Pausen aufgrund blockierter P-Wellen. Im EKG kann der Verlust der AV-Synchronität auffallen. Bei AV-Block schaltet der Algorithmus auf DDD(R) um. Dieser wird festgestellt, wenn 3 aus 11 ventrikulären Zyklen (wahrgenommen oder stimuliert) mit langsamerer Frequenz auftreten, als die Vorhoffrequenz (als Intervall ausgedrückt: >150 ms größere RR-Abstände als PP-Abstände).

Der Test, ob die eigene Überleitung wiederhergestellt ist, wird mit der R-Zacken-Suchhysteresefunktion (AV Search+) über 25 Zyklen durchgeführt: wird während der letzten 10 Zyklen höchstens 1-mal ventrikulär stimuliert, erfolgt das Zurückschalten wird in den AAI-Modus mit VVI-Backup.

Bei der direkten Modusumschaltung ist es bis auf die RYTHMIQ-Funktion Teil der Algorithmen, dass eine oder mehrere P-Wellen nicht übergeleitet werden. Für Patienten mit sehr häufigen paroxysmalen AV-Blockierungen können die dann immer wieder auftretenden Pausen symptomatisch sein. Bei diesen Patienten wäre eine Suchhysterese die Funktion zum AV-Management, die zu bevorzugen ist.

Medtronic: MVP-Modus

Der Wechsel vom AAIR- zur DDDR-Modus wird bei dem Medtronic MVP-Algorithmus (Abb. 8.19) ähnlich ausgelöst: Werden zwei P-Wellen nicht übergeleitet, erfolgt die Umschaltung. Tritt ein AV-Block auf, wird nach der ersten blockierten P-Welle bei der folgenden zweiten P-Welle ein ventrikulärer Sicherheitsstimulus abgegeben, um die ventrikuläre Pause nicht zu groß werden zu lassen. Wird auch die nächste (dritte) P-Welle nicht übergeleitet, wechselt der Stimulationsmodus zum DDD(R). Der erste Test auf eigene Überleitung erfolgt nach einer Minute, im erfolgreichen Fall wird zurück zum AAIR-Modus gewechselt, ansonsten erfolgt der nächste Test nach zwei, vier, acht Minuten bis hin zu 16 Stunden. Bei länger andauerndem AV-Block wird alle 16 Stunden ein Test auf eigene Überleitung durchgeführt.
Abb. 8.19

AV-Management. Umschalten vom AAIR auf DDDR mit dem MVP-Algorithmus (Medtronic) Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Sorin: Safe-R-Modus

In Abb. 8.20 ist das Umschalten von AAIR- zu DDDR-Stimulation des Sorin Modus Safe-R bei AV-Block dargestellt: Zwei P-Wellen werden nicht übergeleitet, und die Umschaltung findet statt.
Abb. 8.20

AV-Management. Umschalten vom AAIR auf DDDR mit dem AAI-Safe-R-Algorithmus (Sorin). Zeilen von oben nach unten: intrakardiales (intraatriales und intraventrikuläres) Elektrogramm; Markerkanal Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Für AV-Blockierungen zweiten Grades kommt eine statistische Auswertung zur Anwendung: Werden 3 aus 12 P-Wellen nicht übergeleitet, wird ebenfalls umgeschaltet. Zur Überprüfung, ob die eigene Überleitung wiederhergestellt ist, wird nach je 100 ventrikulären Zyklen zurückgeschaltet.

8.5.2 Synkopenschutz

Das Thema Synkopenschutz wurde bereits an einigen Stellen dieses Buches erwähnt: Im einfachsten Fall sorgt ein VVI-40-Schrittmacher dafür, dass keine Pausen, die zu Synkopen führen können, mehr auftreten.

Eine zweite, schon etwas elegantere Methode wurde mit der Frequenzhysterese vorgestellt (Abschn. 8.2.3): Der Schrittmacher wird auf z. B. VVI 70 programmiert zusammen mit einer Hysterese, die eigene Frequenzen bis z. B. 40/min zulässt. Tritt die Pause auf, wird einmalig mit der 40er-Frequenz stimuliert, anschließend mit VVI 70 so lange bis wieder Eigenrhythmus >70/min wahrgenommen wird, der Schrittmacher inhibiert und wiederum sein zusätzliches Hystereseintervall abwartet.

Die beste Lösung ist jedoch die sogenannte Frequenzabfallreaktion (Abb. 8.21), erhältlich bei vielen Schrittmacherherstellern in den jeweiligen Premiumgeräten. Zum Einsatz kommt sie bei Patienten, die keine Bradykardieindikation zur Schrittmachertherapie im engeren Sinne haben, vielmehr bei Patienten mit einem Karotissinussyndrom oder auch neurokardiogener Synkope.
Abb. 8.21

Frequenzabfallreaktion bei Karotissinussyndrom. Zeilen von oben nach unten: Abl. II mit Schrittmachermarkern (Abkürzungsverzeichnis); intraatriales Elektrogramm; intraventrikuläres Elektrogramm; Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s

Die Funktion ist folgende:
  • Auslöser für das Aktivieren der Frequenzabfallreaktion ist ein plötzlicher Frequenzabfall (daher der Name), auf zum Beispiel unter 40/min (ähnlich dem VVI 40).

  • Nun wird mit einer programmierbaren hohen Interventionsfrequenz (z. B. 110/min) für einen programmierbar langen Zeitraum (z. B. 2 min) stimuliert – ähnlich wie bei der Frequenzhysterese.

  • Nach Ablauf der Interventionszeit wird die Stimulationsfrequenz langsam abgesenkt, bis der Eigenrhythmus wieder übernimmt. (Besser als bei Frequenzhysterese, dort müsste der Eigenrhythmus von sich aus über die Stimulationsfrequenz ansteigen!)

Die Rationale für diese Funktion liegt im Karotissinussyndrom (CSS). Dieses ist eine pathologische Überreaktion von Erregungsbildung und -leitung im Sinus- und AV-Knoten nach Vagusreiz durch Druck auf die blutdruckregelnden Barorezeptoren an der A. carotis.

Leichter Druck auf die A. carotis führt bei diesen Patienten nicht nur zu einer moderaten Herzfrequenz- und Blutdruckreduktion, beim Karotissinussyndrom führt die überschießende Reaktion zu Kardioinhibition mit Pausen >6 s und zu Vasodepression. Der Blutdruck sinkt um mehr als 50 mmHg.

Patienten, bei denen lediglich die vasodepressorische Komponente auftritt, kann mit Schrittmachertherapie nicht geholfen werden, der Schrittmacher erkennt Pausen, jedoch keinen Blutdruckabfall. Patienten ohne kardioinhibitorische Komponente bei CSS haben keine Schrittmacherindikation (Klasse III); tritt sie jedoch auf, dann entspricht dies einer Klasse-I-Indikation zur Schrittmachertherapie (Brignole et al. 2013; Israel et al. 2015).

Im Fall der Kardioinhibition setzt der Schrittmacher mit Stimulation ein und verhindert das Auftreten von Pausen. Zusätzlich kann er mit einer erhöhten Stimulationsfrequenz einsetzen und es wird versucht, den Blutdruckabfall durch ein gesteigertes Herzzeitvolumen zu kompensieren.

Neben dem Frequenzabfall unter eine bestimmte Frequenzgrenze können einige der Algorithmen auch auf plötzliche Frequenzeinbrüche reagieren, ohne dass die untere Grenzfrequenz von z. B. 40/min unterschritten werden muss. Ein Frequenzabfall von z. B. 120/min auf 70/min innerhalb weniger Sekunden wäre auch in der Lage, die Funktion zu starten. Der Einsatz der Frequenzabfallreaktion zur Therapie der vasovagalen bzw. neurokardiogenen Synkope ist in den aktuellen Leitlinien als Klasse IIb Indikation aufgeführt. Hier muss darauf hingewiesen werden, dass in der ISSUE-III-Studie (Brignole et al. 2012), die die Basis der Leitlinienempfehlung darstellt, die Anzahl der der neurokardiogenen Synkopen signifikant reduziert wurde, diese jedoch nicht vollständig verhindert werden konnten. Im Aufklärungsgespräch mit diesen Patienten muss das erläutert werden.

8.5.3 Präventive Stimulation gegen das Auftreten von Vorhofarrhythmien

Bei einer Reihe von Schrittmacherpatienten, insbesondere mit Bradykardie-Tachykardie-Syndrom sowie Sinusknotensyndrom und paroxysmalem Vorhofflimmern, kann beobachtet werden, dass, sobald die Bradykardie durch die Schrittmacherstimulation behandelt ist, auch Vorhofflimmerepisoden seltener auftreten, mitunter sogar ganz verschwinden. Aus dieser Beobachtung heraus entstand der Gedanke, dass Schrittmacherstimulation präventiv gegen das Auftreten von Vorhofflimmern eingesetzt werden könnte und es wurden eine Reihe vorhofflimmerpräventiver Stimulationsfunktionen entwickelt.

Im Abschn.  2.2 wird der Schrittmachercode vorgestellt, der in dieser Form seit dem Jahr 2002 gültig ist. Vor der Revision des Codes wurden an der fünften Stelle, an der aktuell Multisitestimulation angezeigt wird, besondere Stimulationsformen angegeben: vorhofflimmerpräventive Stimulation mit dem Buchstaben „P“. Ein Schrittmacher mit entsprechenden Stimulationsmodi wurde als „DDDRP“ bezeichnet. Eine Abkürzung, die auch heute noch hin und wieder zu lesen ist, und die in der Literatur zur Stimulation gegen das Auftreten von Vorhofflimmern die Standarddarstellung war.

Zum einen wurde versucht, durch kontinuierliche dynamische Overdrivestimulation im Vorhof die Dispersion der Refraktärzeiten des atrialen Myokards zu reduzieren und somit das Auftreten supraventrikulärer Extrasystolen (SVES) als Trigger für Vorhofflimmern zu unterdrücken. Dafür wird ein spontanes PP-Intervall bei Sinusrhythmus gemessen, um dann vom Schrittmacher mit kürzerem atrialem Erwartungsintervall eine Overdrivestimulation im Vorhof durchzuführen. Das Intervall wird langsam verlängert, bis wieder eine intrinsische Vorhoferregung durchdringt, um anschließend wiederum das Erwartungsintervall zu verkürzen. Auf diese Art und Weise wird permanent leicht schneller als der intrinsischen Rhythmus stimuliert.

Als diskontinuierliche Overdrivestimulation kamen Funktionen zum Einsatz, die für einen gewissen Zeitraum nach SVES oder atrialen Salven die atriale Stimulationsfrequenz erhöhen, ähnlich auch ein Algorithmus, des schnell wieder auftretendes Vorhofflimmern nach dem Sistieren einer Flimmerepisode (ERAF) durch Overdrivestimulation unterdrückt.

Ein weiterer Ansatz war, keine atrialen Short-Long-Short-Zyklen als Auslöser für Vorhofflimmern zuzulassen, indem postextrasystolische Pausen nach SVES durch Stimulation verkürzt wurden.

Nachdem mehrere Hersteller vorhofflimmerpräventive Stimulationsalgorithmen in ihren Aggregaten angeboten haben, wurden diese mit großen Erwartungen auf medizinischer Seite angenommen in der Hoffnung, das Problem des Vorhofflimmerns – wenn schon nicht zu lösen –, dann doch aber deutlich zu reduzieren. Nur in wenigen Studien konnte sich die vorhofflimmerpräventive Stimulation als erfolgreich bewähren. Die Mehrzahl der Studien zeigte keinen oder nur einen geringfügigen Effekt.

Zu einem wirksamen „elektrischen Antiarrhythmikum“ wurden diese DDDRP-Algorithmen nicht. Zeitgleich zu dieser nur bedingt erfolgreichen technischen Entwicklung wurde die Vorhofflimmerablation zu einer richtigen Therapiealternative, die in vielen Fällen zur Heilung führt.

Eine Reihe von Schrittmacheraggregaten bietet jedoch nach wie vor die Möglichkeit, vorhofflimmerpräventive Stimulationsmodi einzuschalten. Die aktuellen ESC- und DGK-Leitlinien führen diese Therapie als IIb Indikation, es spricht bei Patienten mit paroxysmalem Flimmern nichts dagegen, diese Funktionen zu aktivieren und die in einigen Studien tatsächlich nachgewiesenen „Superresponder“, bei denen die Vorhofflimmerlast „AF burden“ auf null gesenkt werden konnte, sollten Grund genug sein, diese Funktionen auszuprobieren. Kontraindikationen oder gar proarrhythmische Effekte wurden nicht nachgewiesen.

Literatur

Zitierte Quellen

  1. Brignole M et al (2012) Pacemaker therapy in patients with neurally mediated syncope and documented asystole: Third International Study on Syncope of Uncertain Etiology (ISSUE-3): a randomized trial. Circulation 125:2566–2571CrossRefGoogle Scholar
  2. Brignole M et al (2013) ESC Guidelines on cardiac pacing and cardiac resynchronization therapy. Europ Heart J 34:2281–2329CrossRefGoogle Scholar
  3. Israel CW et al (2015) Kommentar zu den neuen ESC-Leitlinien zur Schrittmacher und kardialen Resynchronisationstherapie. Kardiologe 9:35–45CrossRefGoogle Scholar
  4. Koglek W et al (2004) Eine einfache Methode zur Bestimmung des AV-Intervalls bei 2-Kammerschrittmachern. Herzschr Elektrophys 15 (Suppl 1) I/23–I/32Google Scholar
  5. Ritter P et al (1995) New method for determining the optimal atrio-ventricular delay in patients paced in DDD mode for complete atrio-ventricular block. Pacing Clin Electrophysiol 18:855Google Scholar

Weiterführende Literatur

  1. Barold SS, Stroobandt RX, Sinnaeve AF (2010) Cardiac pacemakers and resynchronization step by step: an illustrated guide. Wiley-Blackwell, ChichesterGoogle Scholar
  2. Burri H, Israel C, Deharo JC (2015) The Ehra Book of Pacemaker, ICD, and CRT Troubleshooting: Case-Based Learning with Multiple Choice Questions. Textbook of Preventive Cardiology ISBN-10: 0198727771 ISBN-13: 978-0198727774Google Scholar
  3. Ellenbogen KA, Wilkoff BL, Kay N, Lau CP, Auricchio A (2016) Clinical cardiac pacing, defibrillation and resynchronization therapy. Elsevier, OxfordGoogle Scholar

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Authors and Affiliations

  1. 1.BerlinDeutschland
  2. 2.Freiburg im BreisgauDeutschland

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