Schonend zurück in den Takt: Innovatives Verfahren zur Niedrig-Energie-Defibrillation

Erstmals konnten die Forscher in vivo (am Tiermodell) zeigen, dass eine Abfolge niedrig-energetischer elektrischer Pulse Vorhofflimmern erfolgreich beenden kann. Dabei kommt die so genannte Niedrig-Energie-Defibrillation mit etwa 84 Prozent weniger Energie aus als die herkömmliche Defibrillation. An der neuen Studie waren auch Wissenschaftler der Universitätsmedizin Göttingen, des Rochester Institute of Technology, der Ecole Normale Supérieure de Lyon und des Laboratoire Non-Linéaire de Nice maßgeblich beteiligt. Von ihren Ergebnissen berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Nature. (Nature, veröffentlicht am 14. Juli 2011)

In einem gesunden Herzen steuern elektrische Impulse, die sich geordnet entlang des Herzmuskels ausbreiten, die mechanische Pump-Aktivität des Organs: In regelmäßigem Takt ziehen sich Herzkammern und Vorhöfe zusammen und erschlaffen danach wieder. Bei Menschen, die unter Herzrhythmusstörungen leiden, funktioniert dies nicht zuverlässig. Die elektrischen Signale breiten sich chaotisch in spiralförmigen Wellen im Herzen aus, unterbinden den regelmäßigen Herzschlag und verhindern so, dass der Körper adäquat mit Blut versorgt wird. Etwa 1-2 Millionen Menschen in Deutschland sind vom so genannten Vorhofflimmern betroffen.

Für Patienten, bei denen Vorhofflimmern auftritt, gibt es die Möglichkeit der Defibrillation, auch Kardioversion genannt. Ein starker elektrischer Puls, den die Betroffenen als schmerzhaft empfinden und der das umliegende Gewebe schädigen kann, bringt das Herz zurück in den gewohnten Takt. Aufgrund der Schmerzhaftigkeit wird die Defibrillation in der Regel während einer kurzen Narkose durchgeführt. Die Forscher um Prof. Dr. Stefan Luther vom Max-Planck-Institut und Dr. Flavio H. Fenton von der Cornell University setzen nun auf eine andere Methode: die Niedrig-Energie-Defibrillation. Mit Hilfe eines Herzkatheters erzeugen die Forscher eine Abfolge von fünf vergleichsweise schwachen elektrischen Pulsen im Herzen. Wenige Sekunden später schlägt das Herz wieder regelmäßig. „Die Energiemenge, die dem Herzen in Form von elektrischen Pulsen zugeführt wird, lässt sich im Vergleich mit der herkömmlichen Methode so um 84 Prozent verringern“, beschreibt Luther die jüngsten Ergebnisse.

Obwohl beide Verfahren auf den ersten Blick ähnlich funktionieren, lösen sie innerhalb des Herzens völlig verschiedene Prozesse aus. „Der klassische Defibrillator legt auf einen Schlag alle Zellen des Organs gleichzeitig lahm“, erklärt Prof. Dr. Robert F. Gilmour von der Cornell University. Für einen kurzen Moment können sie keinerlei elektrische Signale weiterleiten; die lebensbedrohlichen, chaotischen Wellen werden unterbunden. Danach kehrt das Herz in seinen gewohnten, gesunden Takt zurück – wie ein Computer, den man kurz aus- und wieder einschaltet.

Das neue Verfahren beendet die chaotischen Wellen im Herzen hingegen Schritt für Schritt. „Unsere wichtigsten Helfer dabei sind natürliche Inhomogenitäten im Herzen wie etwa Fettgewebe, Blutgefäße oder Bindegewebe“, erklärt Prof. Dr. Eberhard Bodenschatz, Direktor am Max-Planck-Institut. In Experimenten und Simulationen konnten die Forscher zeigen, dass diese Inhomogenitäten Ausgangspunkte für geordnete Wellen sein können. „Recht schwache elektrische Signale reichen aus, um die Zellen an diesen Stellen anzuregen, wieder „normale“ Wellen auszusenden“, erklärt Fenton. Mit jedem Puls werden mehr Inhomogenitäten aktiviert, so dass sie die chaotischen Wellen nach und nach verdrängen und das gesamte Organ wieder in den richtigen Takt versetzen.

Grundsätzlich lassen sich die Ergebnisse auch auf die Defibrillation von Kammerflimmern übertragen, eine lebensbedrohliche Rhythmusstörung, die durch einen internen oder externen Defibrillator beendet werden kann. Für viele Patienten mit implantiertem Cardioverter-Defibrillator (ICD) könnte die neue Technik Schmerzen vermindern, die Erfolgsrate der Behandlung erhöhen und die Batterielebensdauer verlängern und damit die Häufigkeit des chirurgischen Geräteaustausches reduzieren.

„Die Niedrig-Energie-Defibrillation (LEAP: Low-Energy Antifibrillation Pacing) ist eine bahnbrechende Entwicklung und ein hervorragendes Beispiel einer erfolgreichen Kooperation zwischen Grundlagenwissenschaftlern und Klinikern mit unmittelbarer Bedeutung für die Entwicklung neuer Therapieverfahren“, sagt Prof. Dr. Markus Zabel, Leiter der Klinischen Elektrophysiologie der Abteilung Kardiologie und Pneumologie der Universitätsmedizin Göttingen, und „wir arbeiten intensiv daran, diese neue Technik so schnell wie möglich zur Behandlung unserer Patienten einsetzen zu können“, ergänzt Prof. Dr. Gerd Hasenfuss, Vorsitzender des Herzzentrums der Universitätsmedizin Göttingen.

Diese Forschung wurde finanziert durch die Max Planck Gesellschaft, durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (FKZ 01EZ0905/6) und im Rahmen des European Community’s Seventh Framework Programme FP7/2007–2013, HEALTH-F2-2009-241526 (EUTrigTreat).

Originalveröffentlichung:
Stefan Luther*), Flavio H. Fenton*), Bruce G. Kornreich, Amgad Squires, Philip Bittihn, Daniel Hornung, Markus Zabel, James Flanders, Andrea Gladuli, Luis Campoy, Elizabeth M. Cherry, Gisa Luther, Gerd Hasenfuss, Valentin I. Krinsky, Alain Pumir, Robert F. Gilmour Jr., Eberhard Bodenschatz:
Low-energy Control of Electrical Turbulence in the Heart
Nature, Vol. 475, Issue 7355, 235-239 (2011)

*) Authors contributed equally.

Weitere Informationen:
www.bmp.ds.mpg.de
www.thevirtualheart.org

Kontakt:
Dr. Birgit Krummheuer
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
Tel.: +49 551 5176 668
mobil: +49 173 3958625
E-Mail: birgit.krummheuer@ds.mpg.de

Prof. Stefan Luther
Max Planck Institut für Dynamik und Selbstorganisation
Tel.: +49 551 5176 370
E-Mail: stefan.luther@ds.mpg.de

Dr. Flavio Fenton
Department of Biomedical Sciences
Cornell University
Tel.: +1 516 672 6003
E-Mail: flavio.h.fenton@cornell.edu

Prof. Dr. Markus Zabel
Abteilung Kardiologie und Pneumologie – Herzzentrum Göttingen
Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Tel.: +49 551 39-10265
E-Mail: markus.zabel@med.uni-goettingen.de

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