Herr Lukas Rantner, Msc, PhD, erhielt den Stefan-Schuy-Preis 2013 im Rahmen der Veranstaltung 'Surgery meets Biomedical Engineering' in Wagrain am 15. Nov. 2014 für seine hervorragende Arbeit: 'Terminating Ventricular Tachyarrhythmias Using Far-Field Low-Voltage Stimuli: Mechanisms and Delivery Protocols.' Rantner LJ, Tice BM, Trayanova NA. Heart Rhythm.

In der vorliegenden Arbeit wird anhand eines extrem detaillierten Computermodells gezeigt, dass die endokardiale Mikrostruktur des Herzens von immenser Bedeutung für die Mechanismen der Defibrillation mit geringer Energie ist. Die virtuellen Elektroden, die an diesen kleinen Strukturen entstehen, sind verantwortlich für ein Vorrücken der Erregungs-Wellenfront und daher für eine Verringerung des erregbaren Gewebes, aber auch für die Entstehung neuer Erregungs-Wellenfronten. Kammertachykardie kann mit Hilfe dieser Mechanismen schon mit wenigen Feld-Stimulations-Pulsen von geringer Energie terminiert werden. Kammerflimmern kann mit geringer Energie defibrilliert werden, wenn mehrere Feld-Stimulations-Pulse in einer Rate in etwa der Zykluslänge der Arrhythmie entsprechend verabreicht werden. Weiters wurde ein komplett neuartiges und einzigartiges Defibrillationsprotokoll entwickelt, mit welchem in einer ersten Stufe Kammerflimmern in Kammertachykardie umgewandelt wird indem Feld-Stimulations-Pulse genau dann verabreicht werden, wenn das Ausmaß an erregbarem Gewebe maximal ist. In der zweiten Stufe dieses neuen Defibrillationsprotokolls wird die Kammertachykardie terminiert. In dem Computermodell konnte Kammerflimmern mit diesem Protokoll mit nur einigen wenigen Feld-Stimulations-Pulsen von nur 2–3× der Stärke des diastolischen Erregungs-Reizschwelle defibrilliert werden.

Background: Low-voltage termination of ventricular tachycardia (VT) and atrial fibrillation has shown promising results; however, the mechanisms and full range of applications remain unexplored.

Objectives: To elucidate the mechanisms for low-voltage cardioversion and defibrillation and to develop an optimal low-voltage defibrillation protocol.

Methods: We developed a detailed magnetic resonance imaging-based computational model of the rabbit right ventricular wall. We applied multiple low-voltage far-field stimuli of various strengths (≤1 V/cm) and stimulation rates in VT and ventricular fibrillation (VF).

Results: Of the 5 stimulation rates tested, stimuli applied at 16% or 88% of the VT cycle length (CL) were most effective in cardioverting VT, the mechanism being consecutive excitable gap decreases. Stimuli given at 88% of the VF CL defibrillated successfully, whereas a faster stimulation rate (16%) often failed because the fast stimuli did not capture enough tissue. In this model, defibrillation threshold energy for multiple low-voltage stimuli at 88% of VF CL was 0.58% of the defibrillation threshold energy for a single strong biphasic shock. Based on the simulation results, a novel 2-stage defibrillation protocol was proposed. The first stage converted VF into VT by applying low-voltage stimuli at times of maximal excitable gap, capturing large tissue volume and synchronizing depolarization; the second stage terminated VT. The energy required for successful defibrillation using this protocol was 57.42% of the energy for low-voltage defibrillation when stimulating at 88% of VF CL.

Conclusions: A novel 2-stage low-voltage defibrillation protocol using the excitable gap extent to time multiple stimuli defibrillated VF with the least energy by first converting VF into VT and then terminating VT.

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