Selektive Vagusnervstimulation beim Menschen (VNS)

Einführung:

Die Verwendung von Nervenstimulation zur Behandlung und Kontrolle einer Vielzahl von medizinischen, psychiatrischen und neurologischen Störungen hat in den letzten Jahrzehnten ein beträchtliches Wachstum erfahren. Insbesondere die Vagusnervstimulation (VNS) war Gegenstand beträchtlicher Forschung.

Der Vagusnerv innerviert umfassend die thorakalen und abdominalen Eingeweide (80 % afferente Fasern) und ist ein wichtiger Informationsweg zum Zentralnervensystem (efferente 20 % der Fasern). Eine der Hauptfunktionen des Vagus ist die Überwachung und Kontrolle der Aktivität der inneren Organe und Drüsen wie Herz, Lunge, Magen, Blase und Bauchspeicheldrüse.

Die Aktivierung des Parasympathikus führt zu negativ chronotropen, negativ dromotropen und negativ inotropen Veränderungen im Herzen. 11 Die postganglionären Neuronen im Vagusnerv projizieren auf die Sinusknoten (SA) und atrioventrikulären (AV) Knoten sowie auf die atriale und ventrikuläre Muskulatur. Beim Erwachsenen innerviert der rechte Vagusnerv überwiegend den SA-Knoten, den Vorhofmuskel und in viel geringerem Maße den AV-Knoten. Andererseits innerviert der linke Vagusnerv den SA-Knoten und den Vorhofmuskel in geringerem Maße als den AV-Knoten. Es kann jedoch zu erheblichen Überschneidungen in der anatomischen Verteilung kommen.

Die Stimulation des rechten Vagus verlangsamt die Entladungsrate der Schrittmacherzellen im SA-Knoten, verlangsamt somit die SA-Knoten-Frequenz und reduziert dadurch die Herzfrequenz. Die Stimulation des linken Vagusnervs führt zu einer gewissen Verlangsamung des SA-Knotens, einer Verlängerung der AV-Überleitung und einem teilweisen oder vollständigen AV-Block. Detaillierte Humandaten der Vagusnervstimulation und ihrer Auswirkungen auf die Herzfrequenz sind nicht verfügbar.

Das Ziel der vorliegenden Studie ist es, eine klinisch akzeptable Frequenz von biphasischem VNS zu finden, die eine allmähliche Abnahme der Herzfrequenz und des systemischen arteriellen Drucks ermöglichen könnte.

Methoden:

Patienten, die sich einer Karotis-Endarteriektomie und einer koronaren Bay-Pass-Operation unterziehen, werden in die Studie aufgenommen. Die Studie wurde von der Nationalen Medizinischen Ethikkommission des Gesundheitsministeriums der Republik Slowenien genehmigt (Nr. 142/02/07, 13. Februar 2007). Bevor eine Versuchstätigkeit durchgeführt wird, wird die informierte Zustimmung gemäß dem Verfahren der informierten Zustimmung ordnungsgemäß eingeholt.

Design einer Spiralmanschette mit mehreren Elektroden:

Für die Manschette wurde das selbstanpassende Spiraldesign gewählt. Eine detaillierte Beschreibung der 39-Elektroden-Manschette mit dreizehn Umfangsgruppen von drei Elektroden (GTE 1–13) und der Herstellung finden Sie in unserem vorherigen Bericht.

Anästhesie:

Eine Stunde vor der Operation erhalten die Patienten eine orale Prämedikation mit 5 mg Diazepam und 40 mg Pantoprazol. Zur Narkoseeinleitung wird das kurzwirksame intravenöse Anästhetikum Propofol in Dosierungen von 1 - 2 mg/kg Körpergewicht (KG) als langsame Bolusgabe (20 - 30 s) verabreicht, während Remifentanyl (Ultiva, GlaxoSmithKline, GSK Export VB) als kurzwirksamer synthetischer μ-Opioid-Agonist wird in einer initialen Aufsättigungsdosis von 1 – 1,5 µg/kg Körpergewicht verabreicht, die über einen Zeitraum von 30 bis 60 s verabreicht wird. Um die endotracheale Intubation zu erleichtern, wird ein Muskelrelaxans Vecuroniumbromid intravenös verabreicht.

Zur Aufrechterhaltung der Allgemeinanästhesie wird ein Inhalationsanästhetikum Isofluran in eingeatmeten Konzentrationen von 1,5 bis 3,0 % verwendet und die Analgesie wird durch eine kontinuierliche Infusion von 0,3 - 0,5 µg/kg/min Remifentanyl sichergestellt. Vecuroniumbromid wird verabreicht, wenn aus irgendeinem Grund eine stärkere Muskelrelaxation erforderlich war. Die Low-Flow-Anästhesietechnik wird durch einen weiteren kontinuierlich inhalierten Frischgasfluss von bis zu 1,5 l/min Sauerstoff-Luft-Gemisch durchgeführt, um 40 % von FiO2 zu erreichen. Die Patienten werden mit einem vorbestimmten Tidalvolumen (VT) (5–7 ml/kg KG), einem positiven endexspiratorischen Druck (PEEP) zwischen 3–5 cm H2O und einer Atemfrequenz (RR) zwischen 12 und 15 pro Minute mechanisch beatmet ETCO2 zwischen 30 und 35 mm Hg halten.

Während der Erhaltungstherapie kam es aufgrund der Narkosetiefe zu einem übermäßigen Abfall des systemischen Blutdrucks, der durch eine aufhellende Narkose korrigiert wurde. Um eine eventuelle Myokardischämie zu vermeiden, wurde die Aufrechterhaltung einer normalen Hämodynamik streng kontrolliert.

EKG-Aufzeichnung:

Das EKG von der ersten bipolaren Extremitätenableitung (Ableitung I) wird über eine selbstklebende, vorgelierte Ag/AgCl-Überwachungselektrode zum Einmalgebrauch aufgezeichnet.

Hämodynamische Überwachung:

Der Druck an der Atemwegsöffnung (Pao) wird mit einem Wandler zur invasiven Blutdrucküberwachung überwacht und an einem Endotrachealtubus mit Manschette befestigt. Der invasive systemische arterielle Druck (SAP) wird durch dieselben Wandler gemessen, die an der intraarteriellen Leitung angebracht sind, die in der linken oder rechten Radialarterie platziert ist. Der zentrale Venenkatheter für den zentralvenösen Druck (CVP) und der Swan-Ganz-Katheter (Swan-Ganz CCOmbo Pulmonary Artery Catheter and Vigilance II Monitor, Edwards Inc., USA) für die kontinuierliche Messung des Herzzeitvolumens und des pulmonalen Arteriendrucks (PAP) werden eingeführt nach Einleitung in Vollnarkose über die rechte V. jugularis interna.

Alle Signale wurden von einem speziell entwickelten batteriebetriebenen Brückenverstärker mit einstellbarer Verstärkung verstärkt. Alle verstärkten Signale, einschließlich des verstärkten EKG, werden dann einem Hochleistungs-Datenerfassungs-A/D-Wandler für Notebook-PC zugeführt. Die Daten werden auf einer PC-Festplatte zur Offline-Reanalyse gespeichert. Grafische Darstellungen der Ergebnisse werden mit dem AxoScope 10.2, einer von Axon Instruments, Inc., 3280 Whipple Road, Union City, CA 94587, USA, entwickelten Software durchgeführt.

Manschettenimplantation:

Nach der internen Karotis-Endarteriektomie und der Koronararterien-Bypass-Operation außerhalb der Pumpe wird eine Manschette um den linken Vagusnerv implantiert. Der Vagusnerv verläuft in der Karotisscheide senkrecht den Hals hinunter, liegt zwischen der V. jugularis interna und der A. carotis interna bis zum oberen Rand des Schildknorpels und dann zwischen derselben Vene und der A. carotis communis bis zur Wurzel der A. carotis Nacken. Der weitere Verlauf des Nervs unterscheidet sich auf beiden Körperseiten.

Der Vagusnerv wird in der Karotisscheide in einer hinteren Furche zwischen der Halsschlagader und der Jugularvene identifiziert. Gefäßschlaufen werden verwendet, um den Vagusnerv zu mobilisieren, so dass etwa 2,5 bis 3 cm für die Befestigung der Spiralmanschette zur Verfügung stehen. Danach wird das Nervensegment vollständig von seinem umgebenden Gewebe befreit und die Manschette dann vorsichtig am freigelegten Nerv befestigt. Da die Notwendigkeit, die Manschette am Nerv mit einer Naht zu "versiegeln", unnötig ist, war die Manschettenimplantation eine relativ einfache Operation. Die selbstpassende Natur des spiralförmigen Designs machte es nämlich einfach, eine eng anliegende Manschette an einem Nerv anzubringen. Darüber hinaus wurde das Design der Spiralmanschette entwickelt, um bei der Installation am Nerv einen sehr geringen Druck zu induzieren, so dass alle passiv induzierten Nervenschäden eliminiert werden. Es wird jedoch besondere Sorgfalt darauf verwendet, die Kabel zum Stecker zu führen, um so weit wie möglich zu vermeiden, dass eine mechanische Spannung auf die Manschette übertragen wird. Während der Operation wird besondere Sorgfalt darauf verwendet, auch ein mechanisches Trauma des N. recurrens zu vermeiden.

Vagusnervstimulation:

Stimulus Stimulus wird eine Kombination aus quasi-trapezförmigen kathodischen und rechteckigen anodischen Stromimpulsen sein. Genau gesagt besteht die resultierende Strom-, Zweiphasen- und Ladungsausgleichskombination aus einer quasi-trapezförmigen kathodischen Phase mit einer quadratischen Vorderkante mit unterschiedlicher Intensität ic , einem Plateau tc von 300 μs und einer exponentiell abfallenden Phase texp von 500 μs, gefolgt von a breite rechteckige anodische Phase ta mit niedriger Stromstärke ia. Die anodische Phase ia wird ein Zehntel der Größenordnung in der kathodischen Phase betragen. Die Breite der anodischen Phase ta hängt jedoch von der in die kathodische Phase injizierten Ladung ab: je größer die Ladung, desto breiter die anodische Phase.

Identifizierung bestimmter Nervenkompartimente und Gruppen von Baumelektroden (GTE) Stimuli mit einer Intensität ic einer quasi-trapezförmigen kathodischen Phase von 2 mA mit einer Frequenz von 20 Hz werden für etwa 10 Sekunden quasi-bipolar an alle 13 GTEs innerhalb der Manschette geliefert. Die Stimulation des separaten GTE wird im Abstand von 1 Minute durchgeführt. Das GTE, das die größte Änderung der Herzfrequenz hervorrief, nämlich GTE1, wird als relevant für die weitere Stimulation betrachtet.

Vagusstimulation mit unterschiedlicher Frequenz und ansteigendem Strom Ungefähr 10 Sekunden lange Impulszüge mit Intensitäten ic von 0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 2,5 und 3,0 mA bei unterschiedlichen Stimulationsfrequenzen (10 Hz, 20 Hz und 30 Hz) werden an das zuvor erwähnte GTE1 bis geliefert es trat keine Herzkontraktion auf. VNS wird sofort beendet, nachdem das Fehlen einer Herzkontraktion festgestellt wurde. Das Zeitintervall zwischen zwei verschiedenen Simulationen beträgt mindestens 2 Minuten oder dauert, bis die Herzfrequenz oder der SAP den Basalwert vor dem Stimulationszug nicht erreicht haben. Die Stimulation wird auf demselben System wie EKG, SAP, PAP, CVP und PAO aufgezeichnet.

Ergebnisse:

Wir erwarten, eine optimale Frequenz/Strom-Beziehung selektiver VNS zu finden, die eine klinisch nützliche Manipulation der Herzfrequenz und des systemischen arteriellen Drucks ermöglichen könnte.