The integration of the baroceptor reflex into the rate regulation of Closed Loop Stimulation

Zusammenfassung

Hintergrund: Die grundlegende Aufgabe des kardiovaskulären Systems ist die Aufrechterhaltung eines adäquaten Perfusionsdrucks zum Erhalt der Homöostase im Organismus. Dafür kommt dem Barorezeptorreflex als dem wesentlichen kurzfristig wirkenden Mechanismus eine besondere Bedeutung zu. Als Folge der chronotropen Inkompetenz z.B. durch eine Sinusknotendysfunktion ist der Regelungsmechanismus des Barorezeptorreflex außer Kraft gesetzt; es werden Änderungen des Blutdrucks nicht mehr ausreichend kompensiert und die Herzfrequenz kann nicht an die augenblicklichen Erfordernisse angepaßt werden. Mit dem Herzschrittmacher liegt nun ein System vor, das den Barorezeptorreflex in die Regelung der Stimulationsfrequenz und des systemischen Blutdrucks mit einbezieht und damit die Funktion des Barorezeptorreflex wiederherstellt.¶Studienziel: Ziel der Untersuchungen war der Nachweis der Einbindung des Barorezeptorreflex in die Regelung der Stimulationsfrequenz über den Herzschrittmacher. Weiterhin wurde die Funktionalität des Systems während psychischer und physischer Belastung untersucht.¶Methoden: 30 Patienten (14m/16w, mittleres Alter 70,8±7 Jahre) wurde das Herzschrittmachersystem INOS²CLS (BIOTRONIK, Berlin) implantiert. Im Rahmen der Follow-up-Untersuchung 3 Monate post-implantation wurde zum Nachweis der Einbindung des Barorezeptorreflex in die Closed-Loop-Stimulation bei 28 Patienten das Valsalva-Manöver durchgeführt. Dabei wurde kontinuierlich der Blutdruck sowie die Herzfrequenz mittels eines Fina-Press-Systems aufgezeichnet. Anschließend wurde ein mentaler Stresstest (Color-Word-Test) durchgeführt. Die physische Belastung erfolgte durch eine symptomlimitierte Laufbandergometrie. Dabei wurde der Blutdruck nach Riva/Rocci aufgezeichnet. Der Frequenzverlauf sowie die Unterscheidung zwischen atrialen Eigenaktionen und atrial stimulierten Ereignissen erfolgte durch die Datenanalyse des Schrittmacherspeichers.¶Ergebnisse: Alle 28 Patienten zeigten den für das Valsalva-Manöver typischen Verlauf von mittlerem arteriellen Blutdruck (MABP) und der Herzfrequenz. Von einem MABP in Ruhe von 93±13mmHg in Phase 1 ausgehend, stieg der MABP in Phase 2 auf 113±21mmHg an, um in Phase 3 auf 84±16mmHg abzufallen. Ein zweiter Gipfel in Phase 4 lag bei 99±12mmHg. Im Verlauf pendelte sich der MABP wie erwartet wieder bei 94±8mmHg ein. Die mittlere Frequenz lag zu Beginn des Tests 73±10bpm und stieg auf ein Maximum in Phase 3 von 88±12bpm an. Am Ende des Beobachtungszeitraumes nach einer Minute lag die mittlere Herzfrequenz bei 75±7bpm. Eine Aufteilung der Patienten in zwei Gruppen in unter 70-jährige und 70-jährige und Ältere zeigte, dass der Blutdruck und die Herzfrequenz der älteren Gruppe geringere Variationen aufweist. Dieses Ergebnis spiegelt die herabgesetzte Barorezeptorsensitivität im Alter wider und ist als physiologisches Phänomen zu werten. Ausgehend des Ruhezustandes erfolgte in der ersten psychischen Belastungsphase des Color-Word-Tests eine Erhöhung des Blutdrucks und der Herzfrequenz um 17mmHg bzw. 6bpm. Nach einer 2-minütigen Erholungsphase wurde der Test wiederholt, wobei ein gleichsinniges Verhalten des Blutdrucks und der Herzfrequenz zu beobachten waren.¶ Die Ergebnisse der Laufbandergometrie zeigten für alle Patienten einen adäquaten, der jeweiligen Belastungssituation angepassten Verlauf von Blutdruck und Herzfrequenz. Der exemplarische Verlauf von Blutdruck und Herzfrequenz einer Patientin (53Jahre, 172cm, 98kg, Indikation: Sick-Sinus-Syndrom) zeigte, dass bis an die aerob-anaerobe Schwere im Wesentlichen nur stimulierte atriale Ereignisse zu beobachten waren. Bei weiter steigender Belastung übernahm der Sinusknoten der Patientin dann die Führung der Herzfrequenz.¶Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit sprechen dafür, dass die Closed-Loop-Stimulation den Barorezeptorreflex bei chronotroper Inkompetenz wiederherzustellen in der Lage ist. Es scheint allein aufgrund der Beobachtung der Kontraktionsdynamik ohne weitere Sensorsysteme möglich, eine optimale Frequenzanpassung in psychischen und physischen Belastungssituationen bei bradykarden Rhythmusstörungen zu bieten. Durch die Wiederherstellung des Barorezeptorreflex ist zu erwarten, dass sich die Prognose der Patienten wesentlich verbessert und eine Erhöhung der „Quality of Life“ der Patienten zu verzeichnen ist.

Summary

Background: The role of the cardiovascular system is to keep up an adequate perfusion pressure in order to maintain the homeostasis in the organism. In this context, the baroreceptor reflex, as the short-term mechanism, is of major importance. As a result of chronotropic incompetence, e.g. because of a dysfunction of the sinus node, the control mechanisms of the baroreceptor reflex do not function, changes of blood pressure are no longer adequately compensated and the heart rate is not adjusted to the current needs. The Inos²CLS pacemaker provides a system that includes the baroreceptor reflex in the regulation of the stimulation rate and the systemic blood pressure and thus reestablishes the functioning of the baroreceptor reflex.¶Aim of the study: Aim of the study was to prove that the baroreceptor reflex is included in the regulation of the stimulation rate by the pacemaker Inos²CLS. Furthermore, the functionality of the system under emotional and physical stress was tested.¶Methods: 30 patients (14 male, 16 female, mean age 70.9±7 years) were implanted with the pacemaker system Inos²CLS. In order to prove the inclusion of the baroreceptor reflex in the Closed Loop Stimulation, the patients had to perform the Valsalva maneuver at the 3-month follow-up investigation. Blood pressure as well as heart rate were continually recorded by a fina-press system. Afterwards, the patients had to perform a mental stress test (Color-Word Test). The physical stress was performed by a symptom-limited treadmill ergonometry. Blood pressure was recorded according to Riva/Rocci. The development of the rate as well as the differentiation between intrinsic and stimulated atrial events was recorded by the data analysis of the pacemaker.¶Results: All 28 patients, who were included in the investigation, showed a change in mean arterial blood pressure and heart rate which is typical for the Valsalva maneuver. In phase 1 (rest) the MABP was 93±13mmHg, it increased in phase 2 to 113±21mmHg, and dropped in phase 3 to 84±16mmHg. A second peak in phase 4 was at 99±12mmHg. As expected, the MABP leveled off to 94±8mmHg. At the beginning of the test, the mean rate was at 73±10bpm and increased to a maximum in phase 3 of 88±12bpm. Splitting the patients into two groups, one patients <70years, the other patients ≥70years, demonstrated that blood pressure and heart rate of the older group varied less. These results reflect the reduced baroreceptor sensitivity in elderly people and can be considered as a physiological phenomenon.¶ During the first mental phase of the Color-Word Test, blood pressure and heart rate increased by 17mmHg and 6bpm, respectively. After a two-minute rest, the test was repeated. An analogous behavior of blood pressure and heart rate could be observed.¶ The results of the treadmill ergonometry showed for all patients an adequate development of blood pressure and heart rate, adapted to the actual situation. The exemplary development of blood pressure and heart rate of a female patient (53years, 172cm, 98kg, indication sicksinus syndrome) showed that only stimulated atrial events could be observed up to the aerobic-anaerobic threshold. When stress increased, the patient‘s sinus node controlled the heart rate.¶Conclusion: This study suggests that the Closed Loop Stimulation reestablishes the baroreceptor reflex in the case of chronotropic incompetence. By simply monitoring the contraction dynamics without any further sensor systems, it may be possible to offer an optimal rate adaptation in mental and physical stress situations in the case of bradyarrhythmia combined with chronotropic incompetence. Because of the reestablishment of the baroreceptor reflex, it can be expected that the patients‘ prognosis improves significantly and, leads to an increase of the patients‘“quality of life”.