專利名稱：一種用于控制有害心臟重構的系統和方法
技術領域：
本申請通常涉及心臟的相關治療，更具體地涉及控制和防止跟隨心肌梗塞的有害心臟重構。
背景技術：
心臟的重構是和心臟衰竭、心臟病發作和心臟疾病一起發生的在心臟中的有害身體變化。重構的特征在于心臟的擴大和心臟壁的變薄。例如，在心臟病發作后，雖然正常心肌正常地響應興奮脈沖，被心臟病發作損壞的組織不能響應或者比正常速度更慢地響應興奮脈沖。雖然該健康組織繼續正常地運行，卻在被損害和邊際(marginalized)組織上布置增加的應力，從而使其“伸長”。該伸長增加了心臟保持的血液體積，經由Frank-Sterling機制導致短期的增加血液輸出。這樣，心肌運行有點像橡皮圈—其伸展地越長，則心臟產生越多的“銳聲(snap)”。然而，如果心肌伸展過長，或者如果心臟長時期重復拉伸，其最后失去其“銳聲”以及變得弛緩(重構的一種形式)。重構分階段進行。跟隨心臟病突發或作為心臟疾病的結果，心臟變得更圓更大。心肌細胞死亡以及作為泵的心臟變得更虛弱。如果重構被允許發展，則心臟的主增壓室—左心室—擴大以及改變形狀即變得更圓。心臟還經歷細胞水平的變化。
心臟被劃分為左側和右側。右側，包括右心房和右心室，收集和泵出脫氧血液到肺以獲得氧氣。左側，包括左心房和左心室，收集和泵出氧化血液到身體。從身體返回的缺氧血液通過腔靜脈進入右心房。右心房收縮，推動血液通過三尖瓣進入右心室。右心室收縮，以泵出血液通過肺動脈瓣并進入肺動脈，該肺動脈連接到肺。血液在肺中得到氧氣，然后通過肺靜脈回到心臟。肺靜脈倒空到左心房中，左心房收縮以推動氧化血液進入左心室。左心室收縮，推動血液通過主動脈瓣并進入主動脈，該主動脈連接到身體的其他部分。從主動脈延伸的冠狀動脈提供心臟血液。
心臟自身的起搏器位于心房中，并且負責心跳的啟動。心跳始于起搏器區域中的心房組織(也就是竇房節或者“SA”節)的激活，跟著是在心房到處的興奮的細胞到細胞傳播。將主動脈連接到心室的易興奮組織的唯一正常鏈接是位于主動脈和心室之間的邊界處的房室(AV)節。傳播以較慢的速度發生，但是在心室端His束(也就是位于心室間隔中的電傳導路徑)以及束辮以1-2m/s的相對高的速度將興奮傳送到右心室和左心室中的很多位置。在AV結中的慢傳導導致了主動脈興奮和心室興奮之間的大約0.1秒的延遲。此時間便利在心室收縮之前的源于主動脈收縮的心室的末期充盈。在AV節點的減慢之后，His束分離為兩個沿著隔膜的每側傳播的束分支(左和右)。該束分枝(ramify)為浦肯野纖維，其分叉到心室壁的側。這確保了在心室傳導系統中的興奮脈沖的傳播與通過AV節的傳播相比以相對較高的速度進行。
“心臟衰竭”的綜合病癥是很多形式的心臟疾病的發展的常見經歷。心臟衰竭可以被認為是其中心臟功能的異常對心臟不能以與新陳代謝組織的需求相稱的速度泵出血液或只能在異常增高的充盈壓處以與新陳代謝組織的需求相稱的速度泵出血液負責。典型的，增高的充盈壓導致左心室腔室的擴張。可以導致這種形式的心衰的病因學包括特發性心肌病、病毒性心肌病以及萎縮性心肌病。
心臟衰竭是影響超過五百萬美國人的慢性病，以及其也是老年人中住院治療的最常見原因。與其名字相反，心臟衰竭不是心臟病突發，心臟也不是突然停止跳動。心臟衰竭意味著心臟不能泵出足夠血液來滿足人體的需求。其通常發生在心臟被心臟病突發或其他情況削弱或損害的病人中。隨著心臟繼續衰竭，病人可能經歷喘不過氣、肢體中的液體積聚以及嚴重的疲勞。在隔膜對于興奮脈沖的響應中的延遲可能導致非同時的收縮，因此心室收縮模式是非同心的。以這種模式，心臟無效率地跳動。
當心臟適當地工作時，其兩個下腔室(心室)在同時泵出并且與兩個上腔室(心房)的泵出同步。然而，達到40％的心臟衰竭病人在電脈沖到心室的傳導中存在干擾(例如束分支阻塞或室間傳導延遲)。結果，左心室和右心室在不同時間被激活。當這種情況發生時，左心室(在全部人體中負責泵出血液的腔室)壁不是同時地收縮，這降低了心臟作為泵的效率。心臟典型地通過更快地跳動和擴張來響應。這導致進一步擴張的惡性循環、人體中的血管的收縮、鹽和水的滯留以及心臟衰竭的進一步惡化。這些傳導延遲不響應抗心律不齊劑或其他藥物。
具有心臟衰竭的病人可以是接收起搏器的候選者。雙心室起搏器是設計來治療心臟衰竭的一種類型的可植入起搏器。雙心室起搏器可以通過同時地向左心室和向右心室發送電信號來協助同步下腔室。通過刺激兩個心室(雙心室起搏)，起搏器使得右心室和左心室的壁再一次一起泵出。由此心臟再同步，更有效地泵出同時促成對于心肌自身的更少磨損和撕裂。這就是雙心室起搏器為什么也被稱為心臟再同步治療(CRT)的原因。
對于遭受心臟衰竭的病人，可能發生心臟的重構。與心臟衰竭相關聯的重構的特征在于心臟的左心室的擴張。此外，左心室壁變得更薄。其具有氧氣的增加使用、更大程度的二尖瓣回流以及減少的射血分數。重構引起對于心臟細胞的進一步損害的“多米諾效應”以及更嚴重的心臟疾病。本發明的雙心室起搏可以可能地反向過程。該對于心臟的有益效果被稱為“反向重構”。典型的雙心室起搏器在心房中使用2.5伏特的陰極脈沖以及在心室中使用5伏特的陰極脈沖。
心臟病發作心臟病發作是一種導致永久心臟損害或死亡的事件。其也已知為心肌梗塞，因為部分心臟肌肉(心肌)可能照字面意思地死亡(梗塞)。當冠狀動脈的一條變得嚴重或全部通常被血液凝塊阻塞時，心臟病發作。當心臟肌肉沒有接收到其需要的氧化血液時，其開始死亡。心臟病發作的嚴重性通常取決于在心臟病發作期間心臟肌肉被損害或死亡的程度。
雖然心臟病發作通常是許多慢性心臟病(例如冠狀動脈疾病)的結果，心臟病發作的觸發器經常是血液凝塊，其阻塞了通過冠狀動脈的血液流。如果動脈已經被脂肪動脈粥樣斑(一種稱為動脈硬化癥的疾病)變窄，血液凝塊可能大到足夠嚴重或完全阻塞血液流。受害者可能經歷心臟缺血發作(cpisode)，其是一種其中心臟得不到足夠氧化血液的情況。這經常伴隨著絞痛(一種類型的胸腔疼痛、胸腔壓力或不適)，雖然無聲疼痛不顯示任何征兆。嚴重或長期的心臟缺血可以觸發心臟病發作。根據心臟病發作和并發創傷的嚴重性，心臟病發作可以導致以下
心臟衰竭，一種慢性病，其中心臟的至少一個腔室泵出不夠好，以至于不能滿足人體的需求。
心臟的電不穩定性，其可以引發潛在危險的異常心律(心律不齊)。
心臟停滯，其中心臟全部停止跳動，在缺乏即時醫療的情況下導致突然的心臟死亡。
心原性休克，一種其中損害的心肌不能正常泵出血液以及進入經常是致命的休克類似狀態。
死亡。
在心臟病突發后心肌是否繼續起作用取決于其被損害的程度或在病人可以得到醫療之前其壞死的程度。在心肌中的損害的定位也是重要的。因為不同的冠狀動脈供應心臟的不同區域，損害的嚴重性將取決于動脈被阻塞的程度以及依靠該阻塞的動脈的心肌區域。
如之前指出的，被心臟病突發損害的組織不響應或比正常速度更慢地響應興奮脈沖。健康組織正常地起作用，但是結果在這些邊際組織上布置增加的應力，從而“伸展”它。期望醫治心臟病突發以最小化繼續的有害重構的可能性。這可以通過減少正常心臟組織的收縮強度、通過增加邊際心臟組織的收縮強度或通過執行兩種治療的組合來實現。
心臟疾病和心律不齊影響AV結的疾病可能導致對于正常AV傳導的干擾。這通過不同程度的阻塞來說明。在一級阻塞中，效應僅僅減慢了傳導；在二級阻塞中，具有周期性的下降的心跳；但是在三級阻塞中，沒有信號到達心室。后者的情況也被稱為完全性心臟傳導阻塞。在這種情況下，心室完全從心房退耦(decouple)。盡管心房心率依然在AV節點處確定，心室被異位心室部位起搏。因為在正常情況下，心室被心房驅動，潛在的心室起搏器必須具有更低的速度。因此，在完全性心臟傳導阻塞中，心室以低速度跳動(心搏徐緩)。甚至這種情況可能不需要醫療，但是如果心率太慢，已知為Stokes-Adams綜合癥的狀態，則該狀態變得危及生命。在完全性心臟阻塞和Stokes-Adams的情況下，預后是50％的一年內死亡率。
另一種情況，已知為有病竇(sick sinus)綜合癥，對于該綜合癥人工起搏器是治療選擇。在這些情況下，心搏徐緩由心房速度反常低而引起。因此，即使AV結是正常的，心室也以很低的速度驅動。
相當多種的心律不齊可以在急性心肌梗塞之后發生。室上快速性心律不齊，包括竇心動過速、心房纖維性顫動以及心房顫振，相對常見以及通常不威脅生命。心室心律不齊具有較大的影響范圍過早心室跳動在高達90％的病人中發生，心室心動過速在高達40％的病人中發生，以及心室纖維性顫動在高達5％的病人中發生。心室纖維性顫動在心肌梗塞發生之后的第一24到48小時內最常見，并且是威脅生命的。雖然非持續性的心室心動過速在梗塞形成后期中有預后意義，如果治療將改變預后則其不是確定的。傳導異常和徐緩心律不齊，以及急性心肌梗塞的頻繁并發癥，當有癥狀時需要起搏治療。
首先典型地使用臨時起搏。如果癥狀持續，可能需要永久起搏器。起搏器是一種來電氣協助起搏心臟從而使得心臟可以更有效地泵出血液的人工裝置。可植入電子裝置已被開發以治療異常慢心率(心搏徐緩)以及過分快速心率(心動過速)。起搏器的工作是通過對增壓腔合適地傳遞代替心臟的正常節律脈沖的定時電脈沖來維持安全心率。該裝置設計為執行該維持生命任務，其由銀元大小的電源(包括電池)以及將該電源連接到心臟腔室的控制電路、電線或“導線”組成。它們允許起搏器根據需要該起搏器的地方來以多種組合感應和刺激。
沒有心律不齊的診斷的情況下，抵抗心律不齊的起搏不是典型地用作心肌梗塞受害者的治療。
心肌梗塞是否導致心臟衰竭很大程度上取決于剩余正常心臟肌肉表現得如何。心室擴張(重構)的過程通常是對于心肌的慢性體積過載或特殊損害的結果。在經受長期的增加心臟輸出需求的正常心臟例如運動員的心臟中，具有輕微心室擴張和肌細胞肥大的適應過程。這樣，心臟完全補償增加的心臟輸出要求。然而，在具有對于心肌的損害或慢性體積過載的情況下，在收縮心肌上施加增加的需求達到這樣的程度，使得該補償狀態不能達到，并且心臟繼續擴張。
較大擴張左心室的基本問題是在舒張期充盈期間和收縮期收縮期間在壁張力和/或應力上有顯著增加。在正常心臟中，肌肉肥大(變厚)的適應(或重構)和心室擴張為了收縮期收縮維持相當恒定的壁應力。然而，在衰竭心臟中，正在進行的擴張大于肥大以及結果是對于收縮期收縮的增加壁應力需求。這被認為是導致進一步肌肉損害的對于肌細胞的正在進行的損害。壁應力中的增加對于舒張期充盈也是正確的。另外，因為心臟輸出的缺乏，通常具有來自多個生理機制的心室充盈壓力的增加。此外，在心臟舒張期期間，具有超出正常的直徑增加和壓力增加，兩者都導致更高壁應力水平。在舒張期壁應力中的增加被認為是腔室的現在進行的擴張的主要貢獻者。
利用心臟不充分地泵出血液到動脈系統有時被稱為“前向衰竭”，而“后向衰竭”表示導致充血的在肺和全身靜脈中的結果高壓。后向衰竭是如在肺部和靜脈系統中的血液不能泵出的前向衰竭的自然結果。前向衰竭可以由心室的受損收縮性或由增加的后負載(也就是抵抗血液噴出的力)導致，其應歸于例如全身性高血壓或瓣膜功能失常。一種起到增加心臟輸出的作用的生理補償機構歸結于后向衰竭，其增加心室的舒張期充盈壓從而增加了預載(也就是在心臟舒張期的末期利用在心室中的血液體積伸長心室的程度)。預載中的增加導致了在收縮期間的搏出量的增加，已知為Frank-Starling原理的現象。因此，心臟衰竭可以至少部分地由該機制來補償，但是代價是可能的肺部和/或全身充血。
當心室在一定時期中由于增加的預載而伸展時，心室變得擴大。心室體積的放大導致在給出心臟收縮壓處的增加心室壁應力。和由心室完成的增加的壓力體積作用一起，其作為用于導致細胞結構中的改變的心室心肌的肥大的刺激，該過程被稱作心室重構。
肥大可以增加心臟收縮壓但是也降低心室的順從性，并因此增加心臟舒張充盈壓以導致更多的充血。還顯示，導致肥大的持續的應力可能引發心肌細胞的細胞死亡(也就是程序化(programmed)細胞死亡)，以及最后的壁變薄導致在心臟功能中的進一步惡化。因此，雖然心室擴張和肥大可能先是補償性的以及增加心臟輸出，過程最終導致心臟收縮和心臟舒張功能異常。顯示心室重構的程度確實與在CHF病人中的增加的死亡率相關聯。
在過去的幾年中，完成了無數隨機臨床試驗，其顯示兩種藥物可以顯著地提高具有迫近心臟衰竭的征兆(低左心室射血分數或增加的心室擴張)的病人的全部成活率。這些藥物是β-受體阻滯藥和ACE抑制劑。β-受體阻滯藥通過阻斷在心臟上的腎上腺素的效果來起作用，以及被注意到在多種類型的心臟疾病中具有許多有益效果。β-受體阻滯藥降低了在具有冠狀動脈疾病的病人中的絞痛風險，顯著地提高了具有心臟衰竭的病人的成活率，顯著地降低了病人在心臟病突發后突然死亡的風險，以及看來延遲或防止了在心臟病突發后在左心室中看到的重構。然而，具有嚴重哮喘或具有其他肺部疾病的病人的確(simply)不能安全地使用這些藥物。
ACE抑制劑阻斷血管緊縮素轉化酶，由此在心臟血管系統上產生許多有益效果。這種藥物顯著地提高了在急性心肌梗塞的存活者中的長期成活率，以及另外降低了心臟衰竭(通過防止或延遲重構明顯地降低)、再發生的心臟病突發、中風(stroke)以及突然死亡的發生率。
雖然使用藥物可能是有益的，在心肌梗塞之后，心臟的未損害區域依然需要更辛苦地工作以及被梗塞損害的組織保持未治愈。
真會有用的是提供治療心臟衰竭和心肌梗塞之后情況的可選擇方法，其將減少或阻止有害重構以及允許損害的組織被治愈。這樣的可選擇方法將代替或與傳統藥劑治療以及與新組織再生治療合作地提供。
發明內容
本發明的實施例提供一種用于治療在心肌梗塞(MI)之后的心臟的方法。電刺激被提供給選擇的心臟部分，而與是否作出心律不齊的診斷無關。刺激可以為使用陰極、陽極和兩相波形的興奮性或非興奮性的脈沖的形式。選擇用于刺激的心臟部分可以確定為基于執行的刺激的類型以及心臟組織承受的損害程度來選擇。在示例性實施例中，只刺激健康心臟組織。
在本發明的可選擇示例性實施例中，邊際心臟組織也可以被刺激，這樣心臟以更平穩的方式跳動。
在示例性實施例中，雙相、雙心室刺激致力于心臟的未損害區域，以增強健康組織的肌肉收縮，從而允許心臟來完成正常或接近正常的機能。心臟被刺激部分的增強的肌肉收縮減少了不均勻的心臟負載以及防止或減少了在心肌梗塞之后的心臟的重構的不利狀態(form)。本發明的示例性實施例的雙相、雙心室刺激包括通過電極將陰極和陽極脈沖同時地連續施加到右心室和左心室，該電極接觸心臟的未損害部分。
在本發明的實施例中，和用于控制心律不齊的起搏器不同，非興奮性雙相刺激不響應于感應指示心律不齊的心臟信號來施加到心臟。而是，非興奮性雙相刺激連續地施加以允許心臟補償被MI影響的心臟組織，同時避免不期望的重構狀態。可選擇的，雙相刺激的應用被定時為與去極波的初始化一致，該去極波的初始化如心臟傳感器所確定。
另外，示例性實施例的刺激可以與心臟組織被損害的部位處與干細胞植入相結合。該干細胞治療再生損害的心臟組織，這樣隨著時間過去，刺激治療可以終止。
在本發明的示例性實施例中，不利重構的防止源自許多機制。雙心室起搏的效果提供增加的變力性效應，同時減少心臟的氧氣需求和消耗，以及通過減少和使得壁張力均衡，在實際上減少伸展心臟的被損害區域的趨勢。同樣的，用于干細胞植入的刺激和適合的定位取決于在被損害區域上的適合壁張力和電活動。這些情況適當地通過該治療來建立。此外，將被損害的心臟組織暴露給電流可以直接治愈被損害區域。這類似于使用適合極性的電流來治愈其他組織例如骨折和皮膚切口。
如本領域技術人員將知道的，示例性實施例的描述不是限制性的。在雙相時，這里描述了雙心室刺激，可以采用其他波形和刺激部位來減少在未損害心臟組織上的工作負載，從而允許心臟反向或避免不期望的重構。另外，治療可以使用興奮或非興奮脈沖。如之前指出的，被心臟病突發損害的組織不響應或比正常速度更慢地響應興奮脈沖。健康組織在該邊際組織上放置增加的應力，從而“伸展”它。需要治療心臟病突發，以最小化繼續有害重構的可能性。這可以通過減少健康心臟組織的收縮強度、通過增加邊際心臟組織的收縮強度或通過執行兩種治療的組合來實現。
因此本發明的一個方面是促進被MI影響的心臟組織的治愈。
本發明的另一個方面是通過更協調(心臟收縮來增加未被MI影響的心臟組織的心臟輸出，該更協調的心臟收縮導致具有需要更少心臟工作的更大搏出量。
本發明的又一個方面是刺激心臟組織的邊際區域，這樣它們收縮到一定程度，導致MI后的心臟的更平衡操作。
本發明的還有一個方面是施加刺激的組合到被損害的組織以及到未被MI損害的組織，以促進MI后的心臟組織的平衡機能。
本發明的還有一個方面是減少緊跟MI之后的心臟的重構的不利狀態。
本發明的又有一個方面是使用刺激脈沖連續地刺激未被MI影響的心臟的選擇部分。
本發明的還有一個方面是使用干細胞促進被MI影響的心臟組織的治愈。
本發明的另一方面是在忍受心臟疾病的病人中將心臟中的壁張力維持在可接收水平。
本發明的另一方面是促進壁應力的正常化，從而促進在損害組織中的干細胞的植入。
本發明的這些和其他方面從以下的大體和詳細描述中將變得明顯。
根據本發明的實施例，一種用于最小化無心律不齊的病人的心臟重構的設備，其包括心臟刺激裝置、左心室電極組以及右心室電極組。左心室電極組包括在距離AV節增加距離處連接到左心室的LV電極。右心室電極組包括在距離AV節增加距離處連接到左心室的RV電極。心臟刺激裝置適用于刺激心臟組織的健康和損害(compromised)區域。
心臟刺激裝置連接到LV和RV電極，以及產生與不應期一致的定時信號。響應該定時信號，心臟刺激裝置發送脈沖給順序的LV和RV電極，這樣初始脈沖到達最接近AV結的LV電極和RV電極，以及后來脈沖到達距離AV結逐漸更遠的LR電極和RV電極。
在本發明的一個實施例中，脈沖是興奮性的。在本發明的另一個實施例中，脈沖是非興奮性的。在本發明的又一實施例中，脈沖是雙相的。
根據本發明的一個實施例，雙相脈沖包括具有第一相極性、第一相振幅、第一相形狀以及第一相持續時間的第一刺激相，從而預處理心肌以接收后續刺激。該雙相脈沖還包括具有第二相極性、在絕對值上大于第一相振幅的第二相振幅、第二相形狀以及第二相持續時間的第二刺激相。在本發明的一個實施例中，第一相極性是正的，而第二相急性是負的。在本發明的又一個實施例中，第一相振幅在最大閾下振幅處。
在本發明的實施例中，干細胞被淀積在心臟組織上。在本發明的一個實施例中，LV和RV電極這樣布置，以電刺激淀積有干細胞的心臟組織的損害區域。在本發明的可選擇實施例中，LV和RV電極這樣布置，以排除對于淀積有干細胞的心臟組織的損害區域的電刺激。
根據本發明的一個實施例，一種用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備包括心臟刺激裝置、左心室電極組、右心室電極組和傳感器。該傳感器感應心臟腔室的興奮。
左心室電極組包括在距離AV節增加距離處連接到左心室的LV電極。右心室電極組包括在距離AV節增加距離處連接到左心室的RV電極。心臟刺激裝置適用于刺激心臟組織的健康和損害區域。
心臟刺激裝置連接到LV電極和RV電極以及傳感器。響應來自傳感器的信號，心臟刺激裝置發送脈沖到順序的LV和RV電極，這樣初始脈沖到達最接近AV結的LV電極和RV電極，以及后續脈沖到達距離AV結逐漸更遠的LR和RV電極。
在本發明的一個實施例中，脈沖是興奮性的。在本發明的另一實施例中，脈沖是非興奮性的。在本發明的又一實施例中，脈沖是雙相的。
根據本發明的一個實施例，雙相脈沖包括具有第一相極性、第一相振幅、第一相形狀以及第一相持續時間的第一刺激相，以預處理心肌來接收后續刺激。該雙相脈沖還包括具有第二相極性、在絕對值上大于第一相振幅的第二相振幅、第二相形狀和第二相持續時間的第二刺激相。在本發明的實施例中，第一相極性是正的，而第二相極性是負的。在本發明的又一個實施例中，第一相振幅在最大閾下振幅處。
在本發明的一個實施例中，干細胞淀積在心臟組織上。在本發明的一個實施例中，LV和RV電極這樣布置，以電刺激淀積有干細胞的心臟組織的損害區域。在本發明的一個可選擇實施例中，LV和RV電極這樣布置，以排除對于其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域的電刺激。
本發明的一個實施例包括用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的方法。干細胞被施加到病人的心肌梗塞(MI)區域。雙相雙心室刺激被連續地施加到MI區域之外的心臟組織。
根據本發明的一個實施例，雙相脈沖包括具有第一相極性、第一相振幅、第一相形狀和第一相持續時間的第一刺激相，以預處理心肌來接收后續刺激。該雙相脈沖還包括具有第二相極性、在絕對值上大于第一相振幅的第二相振幅、第二相形狀和第二相持續時間的第二刺激相。在本發明的一個實施例中，第一相極性是正的，而第二相極性是負的。在本發明的又一個實施例中，第一相振幅在最大閾下振幅處。
在本發明的一個實施例中，干細胞被淀積在心臟組織上。在本發明的一個實施例中，LV和RV電極這樣布置，以電刺激其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域。在本發明的可選擇實施例中，LV和RV電極這樣布置，以排除對于其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域的刺激。
根據本發明的一個實施例，一種用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備包括心臟刺激裝置、左心室電極組、右心室電極組以及傳感器。該傳感器感應心臟腔室的興奮。
左心室電極組包括在距離AV節增加距離處連接到左心室的LV電極。右心室電極組包括在距離AV節增加距離處連接到左心室的RV電極。心臟刺激裝置適用于刺激心臟組織的健康和損害區域。心臟的損害區域其上淀積有干細胞。
心臟刺激裝置連接到LV電極和RV電極以及傳感器。響應來自傳感器的信號，心臟刺激裝置發送脈沖給順序的LV和RV電極，這樣初始脈沖到達最接近AV結的LV電極和RV電極，以及后續脈沖到達距離AV結逐漸更遠的LR和RV電極。
在本發明的一個實施例中，干細胞淀積在心臟組織上。在本發明的一個實施例中，LV和RV電極這樣布置，以電刺激其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域。在本發明的一個可選擇實施例中，LV和RV電極這樣布置，以排除對于其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域的電刺激。
圖1描述了根據本發明的實施例的具有連接到心室的外表面的多個心室電極的心臟，該多個心室電極包括用于右心室和左心室的分離電極組。
圖2是根據本發明的引導(leading)陽極雙相刺激的示意性表示。
圖3是根據本發明的實施例的緊跟有陰極刺激的低電平和長持續時間的引導陽極刺激的示意性表示。
圖4是根據本發明的實施例的緊跟有陰極刺激的斜坡低電平和長持續時間的引導陽極刺激的示意性表示。
圖5是根據本發明的實施例的緊跟有陰極刺激的連續執行的低電平和短持續時間的引導陽極刺激的示意性表示。
具體實施例方式
本發明的實施例提供了一種用于治療在心肌梗塞(MI)之后的心臟的方法。電刺激被提供到心臟的選擇部分，而與是否給出任何心律不齊的診斷無關。刺激可以是使用陰極、陽極和雙相波形的興奮或非興奮的形式。所選擇的用于刺激的心臟部分基于執行的刺激類型和心臟組織承受的損害程度來選擇。在示例性實施例中，只刺激健康心臟組織。
在本發明的一個示例性實施例中，雙相雙心室刺激致力于心臟的未損害區域，以增強健康組織的肌肉收縮，從而允許心臟獲得正常或接近正常機能。心臟的刺激部分的增強肌肉收縮減少了心臟負載以及防止和減少了心肌梗塞之后的心臟的重構的不利狀態。該雙相雙心室刺激包括通過接觸心臟的未損害部分的電極同時地對于右心室和左心室的陰極和陽極脈沖的連續施加。
在本發明的一個實施例中，和用于控制心律不齊的起搏不同，雙相刺激不是響應感應到表示心律不齊的心臟信號而施加到心臟。而是，雙相刺激連續地施加以允許心臟補償被MI影響的心臟組織，同時避免不期望的重構狀態。可選擇的，雙相刺激的施加被定時以與由心臟傳感器確定的去極波的開始一致。
此外，示例性實施例的雙相刺激與在心臟組織被損害的部位處的干細胞植入結合。干細胞治療再生被損害心臟組織，這樣隨著時間過去，雙相刺激治療可以終止。
參考圖1，心臟的示圖描述了四個腔室右心房(RA)、左心房(LA)、右心室(RV)和左心室(LV)。電極引線201連接到RV電極組201A，其包括獨立的電極202、204、206、208和210，顯示為具有連接到右心室的外表面上的多個點的各個電極。電極引線301連接到LV電極組301A，其包括獨立的電極302、304、306、308和310，顯示為具有連接到左心室的外表面上的多個點的各個電極。雖然RV電極組201A和LV電極組301A被描述為每個組具有五個電極，這不意圖是限制性的。其他的組大小也可以使用而不偏離本發明的范圍。
在可選擇的實施例中，在圖1中的各個電極(202、204、206、208和210；以及302、304、306、308和310)的位置被選擇以避免對于損害心臟組織例如作為MI的結果損害的組織的刺激。
在本發明的又一個實施例中，脈沖施加到電極，以模仿正常心室去極波的正常生理流。在該實施例中，在給出心拍期間首先刺激最接近(或位于)A-V節的區域。在本發明的一個實施例中，房興奮被感應到(P-Q區間)或心室興奮被感應到(QRS區間)，以及外部興奮脈沖被施加到第一電極(在適當的延遲后)以與心室去極波的開始一致。后續興奮脈沖致力于距離A-V節逐漸更遠的區域。在這兩個極端之間的區域在成比例的時間基礎上(on a scaled time basis)適合地被刺激，其再一次模仿便利最有效的心臟收縮的正常固有傳導路徑。在本發明的一個實施例中，脈沖給施加到沒有被MI影響的健康心臟組織，從而允許被損害組織被治愈以及刺激電壓較低。
該改進的刺激實施例需要每個電極相對于其他各個電極的布置的特殊知識，以及各個電極相對于心臟中的電氣傳導路徑的布置。因此，預期電極的“類”是適合的，其中，例如電極根據它們何時被激發來識別或分類。在簡單化的五層系統中，例如第一層電極(也就是最接近A-V節的電極)設計為首先被激發，緊跟著(以及根據正常傳導路徑暫時逐漸地)是第二、第三、第四和第五層電極，其中第五層電極將是最后被激發的，以及其在心室上的位置將對應于在正常心室收縮/心拍的過程中最后被去極的區域。可以使用一種甚至更簡單的(也就是二、三或四)層系統，或更復雜的系統(也就是具有大于五層的層系統，或具有其他電極布置的基礎的系統，例如具有已知或待檢驗的病狀例如節律性、再進入、傳導、收縮性等的在特定區域中的蜂巢狀陣列。此外，在給出層中的多個電極可以編號或另外清楚識別，這樣醫師可以測試和使用關于心臟中的已知位置的電極，例如，以預期和/或給電氣阻塞的區域設旁路。在該實施例中，多個小電極以生理順序方式產生興奮脈沖。
在本發明的又一實施例中，用于刺激心室的以上描述的技術應用于心房。在該實施例中，電極逐漸地從靠近SA節(首先放電)到靠近AV節(最后放電)布置，模仿心房的正常固有傳導路徑。
本發明還期望對損害組織的區域設置旁路，以及可以通過首先識別這樣的區域來實現，識別這樣的區域可以例如通過確定電極之間的心肌電阻值。電脈沖然后盡可能接近地沿著正常固有傳導路徑的傳導線，發送到那些具有適當較低電阻的心肌區域。電極之間的通信、控制和電阻測量，以及開發用于特定病人的旁路協議，可以利用外部計算機實現。該外部計算機可以通過任何方便的方法來與起搏器通信，該方便的方法例如生物遙測學、直接耦合(如通過將來自起搏器的外部線連接到病人的皮膚表面)等。
圖2到圖5表示雙相刺激協議的范圍。這些協議已經在授予Mower的美國專利5,871,506中公開，該專利通過參考全部包括在這里。
圖2描述了其中第一刺激相包括利用振幅204和持續時間206執行的陽極刺激202的雙相電刺激。該第一刺激相緊跟著是包括陰極刺激208的第二刺激相，其與陽極刺激202的強度和持續時間相同。
圖3描述了其中執行包括低電平長持續時間陽極刺激302的第一刺激相的雙相電刺激，該陽極刺激302具有振幅304和持續時間306。該第一刺激相緊跟著是第二刺激相，其包括傳統強度和持續時間的陰極刺激308。在本發明的可選擇實施例中，陽極刺激302在最大閾下振幅處。在本發明的又一個可選擇實施例中，陽極刺激302小于3伏特。在本發明的另一可選擇實施例中，陽極刺激302持續時間大約2到8毫秒。在本發明的又一可選擇實施例中，陰極刺激308持續時間短。在本發明的另一可選擇實施例中，陰極刺激308大約是0.3到1.5毫秒。在本發明的另一可選擇實施例中，陰極刺激308具有較高振幅。在本發明的另一可選擇實施例中，陰極刺激308在3到20伏特的大約范圍內。在本發明的又一可選擇實施例中，陰極刺激308具有小于0.3毫秒的持續時間以及處于大約20伏特的電壓處。在本發明的另一可選擇實施例中，陽極刺激302控制在心拍之后超過200毫秒時。以這些實施例公開的方式，以及經由本說明書的閱讀將變得明顯的那些改變和修改，在刺激的第一相中得到沒有激活的最大膜電勢。
圖4描述了一種雙相電刺激，其中包括陽極刺激402的第一刺激相在時期404上控制為具有上升強度的電平406。上升強度電平406的斜坡可以是線性或非線性的，以及斜率可以改變。該陽極刺激緊跟著是包括傳統強度和持續時間的陰極刺激408的第二刺激相。在本發明的可選擇實施例中，陽極刺激402上升到最大閾下振幅。在本發明的又一可選擇實施例中，陽極刺激402上升到小于3伏特的最大振幅。在本發明的另一可選擇實施例中，陽極刺激402具有大約2到8毫秒的持續時間。在本發明的又一可選擇實施例中，陰極刺激408具有較短持續時間。在本發明的另一可選擇實施例中，陰極刺激408大約是0.3到1.5毫秒。在本發明的另一可選擇實施例中，陰極刺激408具有較高振幅。在本發明的另一可選擇實施例中，陰極刺激408在大約3到20伏特的范圍中。在本發明的又一可選擇實施例中，陰極刺激408具有小于0.3毫秒的持續時間以及在大于20伏特的電壓處。在另一可選擇實施例中，陽極刺激402被控制在心拍之后超過200毫秒時。以這些實施例以及經由本說明書的閱讀將變得明顯的改變和修改所公開的方式，在第一刺激相中得到不激活的最大膜電勢。
圖5描述了一種雙相電刺激，其中第一刺激相包括控制在振幅504處的陽極脈沖的序列502。在一個實施例中，休眠期506具有與刺激期508相同的持續時間，以及控制在基線振幅處。在可選擇實施例中，休眠期506具有不同于刺激期508的持續時間，以及控制在基線振幅處。休眠期506在每個刺激期508之后發生，除非第二刺激相緊跟著序列502的完成，該第二刺激相包括具有傳統強度和持續時間的陰極刺激510。在本發明的可選擇實施例中，通過陽極刺激的序列502傳送的全部電荷處于最大閾下電平處。在本發明的又一可選擇實施例中，第一刺激脈沖序列502控制在心拍之后超出200毫秒時。在本發明的又一可選擇實施例中，陰極刺激510具有較短持續時間。在本發明的又一可選擇實施例中，陰極刺激510大約0.3到1.5毫秒。在本發明的另一可選擇實施例中，陰極刺激510具有較高振幅。在本發明的又一可選擇實施例中，陰極刺激510在3到20伏特的大約范圍內。在本發明的另一可選擇實施例中，陰極刺激510具有小于0.3毫秒的持續時間以及處于大于20伏特的電壓處。脈沖序列的各個脈沖可以是方波，或它們可以是任何其他形狀，例如從初始閾下振幅線性衰減或曲線衰減到更低振幅的脈沖。
在本發明實踐的雙相刺激協議中，陽極相的振幅不超出最大閾下振幅。該陽極相用來預處理刺激的心肌，從而降低興奮閾值，這樣比正常更少的強度的陰極刺激將產生導致收縮的去極。
壁應力的起搏和后來的正常化促進在損害組織中的干細胞的植入，以及在細胞的成熟期間引導它們的合適定位。
持續時間和振幅的值取決于這些因數，例如特定電極的布置/位置(包括例如電極是否在專門傳導或起搏組織中的完全肌肉組織中)、損害/創傷組織是否很接近電極、電極在組織中的深度、局部組織電阻、大范圍的局部病狀的任何的存在或缺乏等。雖然典型的陽極相持續時間經常落在從2毫秒到大約8毫秒的范圍內，但是典型的陰極持續時間經常落在從大約0.3毫秒到大約1.5毫秒的范圍內。與從大約3伏特到大約20伏特的典型陰極相振幅對比，典型的陽極相振幅(最常在最大閾下振幅處)經常落在從大約0.5伏特到3.5伏特的范圍內。
因為心臟被不變地刺激，起搏脈沖被施加，而不需要要求感應。此外，不變一致的起搏減少了心臟上的應力。
在本發明的另一實施例中，損害的組織被定位，以及通過插入或施加供體或“干”細胞來治療。用于插入的裝置和用于施加干細胞到被損害心臟組織的裝置在標題為“用于活體組織的細胞和電氣治療的方法和設備”的美國專利申請No.60/429,954以及在2003年11月25日提交的其的實用新型申請中描述，這兩個申請為了所有目的被全部包括在這里。在本發明的一個實施例中，治療被損害的組織，以及雙心室起搏脈沖被連續地施加到心臟的機能部分。在一個實施例中，起搏部位被選擇以確保利用干細胞治療的組織沒有被電刺激。在一個可選擇實施例中，起搏部位被選擇為利用干細胞治療的組織接收電刺激脈沖，其具有低于使得心臟組織興奮所需要的振幅。
公開了一種用于管理在心肌梗塞之后的有害心臟重構的系統和方法。還要知道，本發明可以以其他特定形式實施而不偏離公開的本發明的范圍，以及這里描述的例子和實施例在所有方面都是說明性的而不是限制性的。本發明的本領域技術人員將知道使用這里描述的概念的其他實施例也是可以的。此外，任何對于單數的權利要求元素，例如使用冠詞“一個(a)”、“一個(an)”或“該(the)”不被解釋為將元素限制為單數。
權利要求
1.一種用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其包括心臟刺激裝置，其適用于刺激心臟組織，其中該心臟組織包括健康和損害的區域；左心室電極組，其中該左心室電極組包括在距離AV節增加的距離處連接到左心室的LV電極；以及右心室電極組，其中該右心室電極組包括在距離AV節增加的距離處連接到左心室的RV電極，以及其中，該心臟刺激裝置還適用于連接到LV電極和RV電極；產生與不應期一致的定時信號；以及響應該定時信號，發送脈沖給順序的LV和RV電極，這樣初始脈沖到達最接近AV結的LV電極和RV電極，以及后續脈沖到達從AV結逐漸更遠的LR和RV電極。
2.根據權利要求1所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中所述脈沖是興奮性的。
3.根據權利要求1所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中所述脈沖是非興奮性的。
4.根據權利要求1所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中所述脈沖是雙相的。
5.根據權利要求4所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中所述雙相脈沖包括第一刺激相，其具有第一相極性、第一相振幅、第一相形狀以及第一相持續時間，以預處理心肌來接收后續的刺激，以及第二刺激相，其具有第二相極性、在絕對值上大于第一相振幅的第二相振幅、第二相形狀以及第二相持續時間。
6.根據權利要求5所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中所述第一相極性是正的，而第二相極性是負的。
7.根據權利要求5所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中第一相振幅處于最大閾下振幅處。
8.根據權利要求1所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中心臟組織的損害區域其上淀積有干細胞。
9.根據權利要求8所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中LV和RV電極這樣布置，以電刺激其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域。
10.根據權利要求8所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中所述LV和RV電極這樣布置，以排除對于其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域的電刺激。
11.一種用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其包括心臟刺激裝置，其適用于刺激心臟組織，其中該心臟組織包括健康和損害區域；左心室電極組，其中該左心室電極組包括在距離AV節增加的距離處連接到左心室的LV電極；右心室電極組，其中該右心室電極組包括在距離AV節增加的距離處連接到左心室的RV電極；以及傳感器，以及其中，該傳感器適用于感應心臟腔室的興奮，以及其中，該心臟刺激裝置還適用于連接到LV和RV電極；連接到傳感器；以及響應來自該傳感器的信號，發送脈沖到順序的LV和RV電極，這樣初始脈沖到達最接近AV結的LV電極和RV電極，以及后續脈沖到達距離AV結逐漸更遠的LR和RV電極。
12.根據權利要求11所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中所述脈沖是興奮性的。
13.根據權利要求11所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中所述脈沖是非興奮性的。
14.根據權利要求11所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中所述脈沖是雙相的。
15.根據權利要求14所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中所述雙相刺激包括第一刺激相，其具有第一相極性、第一相振幅、第一相形狀和第一相持續時間，以預處理心肌來接收后續刺激，以及第二刺激相，其具有第二相極性、在絕對值上大于第一相振幅的第二相振幅、第二相形狀和第二相持續時間。
16.根據權利要求15所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中第一相極性是正的，而第二相極性是負的。
17.根據權利要求15所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中第一相振幅在最大閾下振幅處。
18.根據權利要求11所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中心臟組織的損害區域其上淀積有干細胞。
19.根據權利要求18所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中LV和RV電極這樣布置，以電刺激其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域。
20.根據權利要求18所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中LV和RV電極這樣布置，以排除對于其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域的電刺激。
21.一種用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的方法，其包括對病人的心肌梗塞(MI)區域施加干細胞；連續地對MI區域之外的心臟組織施加雙相雙心室刺激，其中該雙相刺激包括第一刺激相，其具有第一相極性、第一相振幅、第一相形狀以及第一相持續時間，以預處理心肌來接收后續的刺激，以及第二刺激相，其具有第二相極性、在絕對值上大于第一相振幅的第二相振幅、第二相形狀以及第二相持續時間。
22.根據權利要求21所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的方法，其中所述第一相極性是正的，而第二相極性是負的。
23.根據權利要求21所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的方法，其中所述第一相振幅處于最大閾下振幅處。
24.根據權利要求21所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的方法，其中所述雙相刺激被執行，以電刺激對其施加有干細胞的MI區域。
25.根據權利要求21所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的方法，其中所述雙相刺激被執行，以排除對于MI區域的電刺激，已經對該MI區域施加干細胞。
26.一種用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其包括心臟刺激裝置，其適用于刺激心臟組織，其中該心臟組織包括健康和損害區域，以及其中該損害區域其上淀積有干細胞；左心室電極組，其中該左心室電極組包括在距離AV節增加距離處連接到左心室的LV電極；右心室電極組，其中該右心室電極組包括在距離AV節增加距離處連接到左心室的RV電極；以及傳感器，以及其中，該傳感器適用于感應心臟腔室的興奮，以及其中，該心臟刺激裝置還適用于連接到LV電極和RV電極；連接到傳感器；以及響應來自傳感器的信號，發送雙相刺激到順序的LV和RV電極，這樣初始脈沖到達最接近AV結的LV電極和RV電極，而后續脈沖到達距離AV結逐漸更遠的LR和RV電極，以及其中所述雙相刺激包括第一刺激相，其具有第一相極性、第一相振幅、第一相形狀和第一相持續時間，以及第二刺激相，其具有第二相極性、在絕對值上大于第一相振幅的第二相振幅、第二相形狀和第二相持續時間。
27.根據權利要求26所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中LV電極和RV電極這樣布置，以電刺激其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域。
28.根據權利要求26所述的用于最小化無心律不齊病人的心臟重構的設備，其中LV電極和RV電極這樣布置，以排除對于其上淀積有干細胞的心臟組織的損害區域的電刺激。
全文摘要
一種用于管理和抑制在MI病人中的心臟重構的系統和方法。雙心室刺激不變地提供，其具有感應或不設置感應，以促進在一致基礎上的心臟的正常泵出。脈沖使用跟隨有陰極脈沖的陽極脈沖來施加，以刺激心臟肌肉收縮。干細胞被施加到MI區域以促進在被損害區域中的心臟組織的再生。刺激可以提供給健康的和損害的心臟組織。
文檔編號A61N1/362GK101076369SQ200580025177
公開日2007年11月21日 申請日期2005年5月31日 優先權日2004年5月28日
發明者莫頓·M·莫厄爾 申請人:莫頓·M·莫厄爾