SMART BIPHASIC EEN WETENSCHAPPELIJK ONDERBOUWDE, VASTE, LAAGENERGETISCHE DEFIBRILLATIECURVE

Transcriptie

1 SMART BIPHASIC EEN WETENSCHAPPELIJK ONDERBOUWDE, VASTE, LAAGENERGETISCHE DEFIBRILLATIECURVE

2

3 INLEIDING De jaren 90 van de vorige eeuw luidden een nieuw tijdperk van transthoracale defibrillatie in, een tijdperk waarin de regels van de conventionele praktijk niet langer van kracht zijn. Bij de zoektocht naar curven die efficiënter zijn dan de traditionele monofasische defibrillatiecurven hebben de meeste fabrikanten van externe defibrillators de koers gevolgd van de bedrijfstak die implanteerbare cardioverter-defibrillators (ICD) fabriceert en duidelijk wetenschappelijk bewijs heeft geleverd van de superieure klinische en technische prestaties van laagenergetische bifasische defibrillatie. Rond 1988 werd in vrijwel alle ICD s een bifasische defibrillatiecurve toegepast, wat de fabrikanten de mogelijkheid gaf defibrillators te ontwerpen die kleiner en betrouwbaarder waren en die superieure klinische prestaties leverden bij een lager energiegebruik. Net als bij ICD s zijn door de hedendaagse transthoracale bifasische curvetechnologieën ook kleinere, betrouwbaarder apparaten mogelijk, al moet bij externe curven wel rekening worden gehouden met de potentieel negatieve effecten van de wisselende impedantie van de thorax van de patiënt. In 1996 werd de eerste externe bifasische defibrillatiecurve in een automatische externe defibrillator toegepast door Philips Medical Systems. Philips biedt de laagenergetische, impedantiecompenserende SMART Biphasic truncated exponential (BTE - bifasische afgevlakte exponentiële) curve aan in zijn gehele defibrillatorlijn. Philips is binnen de defibrillatorindustrie uniek vanwege zijn leiderschap in wetenschappelijk onderbouwd ontwerpen. De fabrikanten hebben allemaal een andere benadering gekozen voor defibrillatie en impedantiecompensatie. Het gevolg is dat de idee van één gestandaardiseerd energieprotocol voor allen niet langer vanzelfsprekend of geschikt is en dat alle defibrillatiecurven op basis van beschikbaar onderzoek moeten worden geëvalueerd.

4 De regels van wetenschappelijk bewijs: evaluatie van de verschillen tussen bifasische curven Hoe valt er te differentiëren tussen de verschillende bifasische ontwerpen? Welke bifasische curve is de beste? Niemand weet het antwoord. Terwijl door collega-wetenschappers geëvalueerd onderzoek waarin alle bifasische technologieën binnen één studieopzet met elkaar worden vergeleken als ideaal wordt gezien, is de kans op vaststellen van statistisch significante prestatieverschillen in een geschikte onderzoekspopulatie uitermate klein. Daarom is nog geen enkele fabrikant aan een goed opgezette prospectieve studie bij mensen begonnen om de vraag te beantwoorden wat de beste bifasische technologie is. De American Heart Association (AHA) heeft echter wel een duidelijk wetenschappelijk onderbouwd proces voor de evaluatie van technologieën vastgesteld. In 1997 heeft de AHA een aantal aanbevelingen vastgelegd voor fabrikanten die 'alternatieve curven' probeerden te ontwikkelen. 1 Deze richtlijnen werden in 1998 gevolgd door de eerste toepassing van het nieuwe proces van wetenschappelijk onderbouwde beoordeling 2, waarin de AHA het beschikbare onderzoek naar defibrillatiecurven geëvalueerd heeft en aanbevelingen heeft gedaan voor de klinische praktijk. Dit proces heeft geresulteerd in de klasse-iib-aanbeveling ("veilig, acceptabel en klinisch effectief") voor niet-progressieve bifasische schokken van 150 J. De SMART Biphasic curve van Philips is daar het eerste en enige voorbeeld van. De AHA vervolgde het thema van de wetenschappelijk onderbouwde praktijk in de in 2000 verschenen Richtlijnen 3, waarin de AHA geen classificatie voor hoogenergetische defibrillatie uitgaf en een duidelijke aanbeveling voor laagenergetische bifasische curven deed. De volgende verklaring volgt op een lijst met onderzoeken die de prestatie van de Philips SMART Biphasic curve weergeven: "De vroege klinische ervaringen met de 150 J impedantiecompenserende BTE-curve voor de behandeling van extramuraal langdurig VF vielen eveneens positief uit... De groeiende hoeveelheid bewijs wordt nu voldoende geacht voor een klasse-iia-aanbeveling voor deze laagenergetische BTE-curve." Pagina I-63. (Klasse IIa wordt gedefinieerd als "onderbouwd met goed tot zeer goed bewijs", "een maatstaf voor zorg", "eerste keus interventie".) Verder wordt de volgende algemene aanbeveling voor laagenergetische bifasische defibrillatie gedaan: "De gegevens duiden erop dat relatief laagenergetische (< 200 J) schokken met een bifasische curve veilig zijn en vergeleken met oplopende hoogenergetische schokken met een monofasische curve een gelijkwaardige of grotere effectiviteit hebben voor het beëindigen van VF (Klasse IIa)". Pagina I-63. Tot slot wordt de behoefte aan uitgebreide curvespecifieke gegevens benadrukt: "De aan specifieke bifasische curven gerelateerde veiligheids- en effectiviteitsgegevens moeten op individuele basis zowel in het ziekenhuis... als buiten het ziekenhuis worden geëvalueerd." Zoals al eerder is opgemerkt, passen fabrikanten van hedendaagse defibrillatiecurven verschillende strategieën toe bij de ontwikkeling van curven. In navolging van de koers van de AHA is het van essentieel belang om de gepubliceerde curveprestatiegegevens nauwgezet te beoordelen voordat er over een product beslissingen worden genomen. Om de verschillen in het ontwerp van curven goed te kunnen evalueren is het eveneens noodzakelijk iets van enkele basale elektrische concepten af te weten. Elektriciteit begrijpen Een defibrillator levert een elektrisch geneesmiddel Denk aan het toedienen van een geneesmiddel aan een patiënt: het doel is een zodanige dosis van het juiste geneesmiddel aan te bieden dat een aandoening daarmee snel en effectief wordt behandeld. De dosis moet op de juiste wijze worden afgemeten en gedurende een voorgeschreven tijdsduur worden toegediend. De dosis moet groot genoeg zijn om therapeutisch te zijn maar niet zo groot dat er schade ontstaat. Een te kleine dosis kan onwerkzaam zijn, bij een te grote dosis bestaat het risico van een overdosis. In kritieke omstandigheden is het belangrijk meteen over de juiste dosis te beschikken zonder eerst experimentele doses te hoeven uitproberen. Denk nu aan defibrillatie als aan het toedienen van een dosis elektriciteit en aan de curve als een grafische manier om te laten zien hoe stroom in de loop der tijd aan de patiënt wordt toegediend. Net als bij gewone geneesmiddelen is het van essentieel belang om dit elektrische geneesmiddel op de patiënt toe te snijden, waarbij de juiste defibrillatiedosis de eerste keer wordt berekend en gemeten en vervolgens effectief wordt toegediend om de kans op succes zo groot mogelijk te maken. De defibrillator Een defibrillator genereert en levert elektrische therapie. Bij draagbare transthoracale defibrillators wordt de elektriciteit door een batterij geleverd. Hoewel een batterij een grote hoeveelheid energie kan bevatten, heeft die energie niet de vorm waarmee een defibrillatiecurve kan worden opgewekt die snel aan een patiënt kan worden afgegeven. Daarvoor is het nodig dat het oplaadcircuit van de defibrillator energie uit de batterij haalt en opslaat in een condensator.

5 Volt Energie Condensator Stroom Condensator = Watertank Energie = Hoeveelheid opgeslagen water Spanning = Waterpeil (druk) Stroom = Waterstroom Impedantie = Stroombeperking Patiëntimpedantie Afbeelding 1. Analogie met een watertank Denk, ter illustratie van de verschillende elektrische termen die worden gebruikt bij dit proces van het efficiënt opslaan van elektriciteit en de afgifte daarvan aan de patiënt, aan een analogie waarbij een watertank wordt gebruikt (zie afbeelding 1). In een watertank wordt energie opgeslagen in de vorm van water dat op een specifiek peil is gebracht. Op dezelfde wijze slaat de condensator van een defibrillator energie op in de vorm van elektronen bij een specifieke spanning. De capacitantie (elektrische capaciteit) van de condensator wordt gemeten in microfarad (µf). Hoe groter de capacitantie, des te meer energie moet worden opgeslagen om een gewenste spanning te bereiken. Monofasisch Stroom afgegeven in één richting Afbeelding 2. Monofasische versus bifasische curve De defibrillatiecurve Bifasisch Stroom afgegeven in twee richtingen Wanneer er gedefibrilleerd moet worden, maken schakelcircuits in de defibrillator via paddles of elektrodepads verbinding tussen de opgeladen condensator en de borstkas van de patiënt. Nadat deze verbinding tot stand is gebracht, zorgt de spanning in de condensator ervoor dat er stroom door de patiënt gaat lopen. In een watertank creëert de hoogte van het waterpeil de stuwkracht (druk) die ervoor zorgt dat water een open leiding in wordt gestuwd, in een defibrillator is de spanning in de condensator de stuwkracht die ervoor zorgt dat er elektronen (stroom) door een circuit van de defibrillator stromen. Het is die stroom die energie aan de patiënt afgeeft. De stroom ondervindt echter weerstand van de patiënt (de impedantie, gemeten in ohm (Ω)), net zoals water in een nauwe leiding weerstand ondervindt. In tegenstelling tot wat algemeen gedacht wordt, bestaat er geen nauw verband tussen de patiëntimpedantie en de grootte of het gewicht van de patiënt. De stroom die door de borstkas van de patiënt loopt moet tijdens de afgifte op een specifieke manier worden gevarieerd om effectief te kunnen defibrilleren. De aan de patiënt afgegeven stroom verandert daarom tijdens het verloop van een defibrillatieschok. Het patroon, of tijdverloop, van deze stroomvariatie wordt een curve genoemd. Zoals in afbeelding 2 te zien is, loopt de stroom bij conventionele monofasische curven in één richting, terwijl de stroom in een bifasisch curvecircuit zowel in positieve als in negatieve richting loopt. Deze bifasische tweerichtingsstroom in de defibrillator wordt uitgedrukt in stroom die van elektrode tot elektrode door de patiënt loopt: eerst in de ene richting en na omkering van de stroom in de andere richting. De hoeveelheid stroom die door de condensator wordt afgegeven is afhankelijk van de patiëntimpedantie, dat wil zeggen de weerstand die de stroom ondervindt. De stroomsterkte (I) is gelijk aan de condensatorspanning (V) gedeeld door de weerstand van de thorax van de patiënt (hiervoor wordt in dit geval het symbool R gebruikt); dit verband staat bekend als de wet van Ohm : I = V/R. Terwijl de defibrillatiestroom loopt, wordt er energie aan de patiënt afgegeven. Hoe langer de stroom loopt, des te meer energie er aan de patiënt wordt afgegeven.

6 Vaste versus oplopende energie Vanwege de vele octrooien ter bescherming van de diverse curveontwerpen heeft elke fabrikant voor een andere aanpak van het manipuleren van de curve gekozen. Het gevolg is dat er geen gestandaardiseerde energieprotocollen meer zijn. Sommige fabrikanten hebben voor een (vaste of oplopende) laagenergetische benadering gekozen, terwijl anderen de standaard voor oplopende energie uit het verleden hebben aangehouden. Een kanttekening is hier echter van belang: de historische methode van oplopende energie is ontwikkeld omdat de vroege monofasische curven betrekkelijk slecht presteerden bij patiënten met een hoge impedantie. Afhankelijk van het type monofasische curve bedroeg de gemiddelde effectiviteit van de eerste schok slechts 40 tot 60%. Het laten oplopen van de energie bood een mechanisme dat voor een hogere stroom zorgde, waardoor de waarschijnlijkheid van succes ondanks de inherent inefficiënte technologie toenam. Achteraf gezien is er nooit veel wetenschappelijke onderbouwing geweest voor de praktijk van oplopende energie. In feite werden er in een vroeg stadium aanwijzingen gevonden dat oplopende energie gepaard ging met ongewenste gevolgen. 4 Het probleem met oplopende energie, ongeacht of het mono- of bifasische technologie betreft, is tweevoudig. Ten eerste blijft het myocard in zijn letale ritme terwijl het apparaat een effectieve stroomdosis aan het laden is. Deze vertraging bij de opbouw van een effectieve dosis is vooral bij patiënten met een hoge impedantie een probleem, omdat bij hen afgifte van voldoende stroom ook zonder impedantiecompensatie toch al moeilijker is. Ten tweede is uit een veelheid aan onderzoeksgegevens over zowel ICD s als transthoracale monofasische defibrillators overduidelijk gebleken dat er bij hoogenergetisch defibrilleren een potentieel risico van myocarddisfunctie bestaat. 4-9 Tot op heden zijn er geen onderzoeken gepubliceerd waarin de mate van disfunctie is beoordeeld die zich voordoet wanneer hoogenergetische bifasische transthoracale schokken op een ischemisch hart worden toegepast. Voor elke curve geldt dat afgegeven stroom bij een bepaalde hoeveelheid energie varieert afhankelijk van de patiëntimpedantie. Een goed ontworpen curve past zich derhalve aan de variatie in stroomafgifte aan en waarborgt tegelijkertijd een hoge defibrillatie-effectiviteit. De defibrillatieresponskrommen in afbeelding 3 geven grafisch weer hoe de kans op defibrillatie verandert met het verhogen van de stroom. 10 Afbeelding 3 laat ook het verschil zien tussen de defibrillatieresponskromme van een typische BTE-curve (bifasische afgevlakte exponentieel) en de MDS-curve (monofasische gedempte sinus), (de meest gebruikte monofasische curve). Gezien de geleidelijke helling van de MDScurve is het duidelijk dat naarmate de stroom verhoogd wordt ook de defibrillatie-effectiviteit toeneemt. Deze bevinding leidde tot het gebruik van oplopende energie bij de MDS-curve aangezien de piekstroom bij oplopende energie toeneemt, wat resulteert in een grotere defibrillatiewaarschijnlijkheid. Derhalve kan bij een monofasische curve verhoging van de energie tot een betere defibrillatie-effectiviteit leiden. Defibrillatiewaarschijnlijkheid 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0 BTEcurve Oplopen niet nodig MDS-merkteken Vaste energiedosis Oplopen nodig Stroom (ampère) De stroom is variabel, afhankelijk van de patiëntimpedantie 5 Afbeelding 3. Responskrommen bij vaste versus oplopende defibrillatie Door te kiezen voor een vaste energie in combinatie met de monofasische curve waarmee alle patiënten gedefibrilleerd zouden worden, kan een gevaarlijk hoog energie- en stroomniveau ontstaan. Dit is een nog factor die het gebruik van oplopende energie in combinatie met conventionele monofasische curven ondersteunt. De responskromme voor de bifasische curve heeft echter een steilere helling, waarbij de defibrillatiewaarschijnlijkheid nog maar weinig verandert wanneer een bepaald stroomniveau eenmaal bereikt is. Dit betekent dat als het energieniveau en het minimaal af te geven stroomniveau goed gekozen zijn (150 J voor defibrillatie, in ons geval), er geen oplopende energie nodig is om de effectiviteit te verbeteren. Door een vaste energiedosis te kiezen kan de aan de patiënt afgegeven stroom variëren naarmate de patiëntimpedantie varieert (hierover later meer) en blijft de defibrillatiewaarschijnlijkheid groot. Bij de bifasische curve verbetert het oplopen van de energie de defibrillatie-effectiviteit niet.

7 Principes van het ontwerp van een effectieve curve Tot voor kort verliep de afgifte van elektrische therapie door transthoracale defibrillators bij alle fabrikanten in wezen op dezelfde manier. De gebruikte defibrillatiecurven waren meestal monofasisch. De mogelijkheden van de monofasische technologie waren beperkt door de elektronische onderdelen die in de periode van het ontstaan van deze technologie (rond 1960) voorhanden waren en er was nooit substantieel onderzoek gedaan ter ondersteuning van de prestaties van deze technologie. Verder maakten de curven weinig efficiënt gebruik van de energie en konden deze zich niet effectief aanpassen aan de impedantie van de thorax van de patiënt. Zonder effectieve impedantiecompensatie door de defibrillator wordt de curve door een hoge patiëntimpedantie verlaagd, een sleutelfactor bij de relatief slechte prestaties van conventionele niet-gecompenseerde monofasische technologieën. Bij een lage impedantie kunnen andere problemen ontstaan. Patiënten met een lage impedantie lopen een groter risico dat stroom van het hart wordt afgeleid, maar hier wordt later nader op ingegaan. Tegenwoordig is met moderne elektronica een veel betere regeling van opwekking en afgifte van therapie mogelijk, waaronder de mogelijkheid tot compensatie van de ongunstige effecten van hoge en lage patiëntimpedantie. In de volgende paragrafen onderzoeken we hoe een goed ontworpen moderne defibrillator omgaat met cruciale doseringsfactoren met als doel het veilig en effectief toedienen van een elektrisch geneesmiddel. Doseringsfactor 1: elke seconde telt; de eerste keer meteen de juiste dosis berekenen Er is uitvoerig bewijs dat een eerste schok snel moet worden toegediend: als de eerste schok slechts een minuut later wordt afgegeven, is dat al van invloed op het resultaat van de behandeling. 3, De defibrillator moet dus al bij de eerste schok de juiste hoeveelheid stroom op effectieve wijze afgeven. Het is het patroon van het stroomverloop, en niet de energie, die defibrillatie mogelijk maakt. Spanning, stroom en tijdverloop van de curveafgifte zijn allemaal van invloed op de energie die aan de patiënt wordt afgegeven. Het is nu mogelijk de defibrillator deze elektrische karakteristieken zodanig te laten manipuleren dat een effectief stroompatroon wordt afgegeven bij een zo efficiënt mogelijk energiegebruik. Oplopende energie is niet langer nodig. De oplossing voor problemen voortvloeiend uit patiëntimpedantie bestaat uit het ontwerpen van een defibrillatiecurve die patiëntimpedantie effectief meet en compenseert en zodoende bij de eerste schok de juiste dosis stroom (en energie) afgeeft. Een van de problemen bij de afgifte van de juiste dosis stroom is echter het ontwerpen van een curve die iets doet aan het shunten van stroom, wat vooral als een probleem wordt gezien bij patiënten met een lage impedantie. Een defibrillator geeft stroom af dwars door de thorax heen ( transthoracale stroom ), maar het is het gedeelte van die transthoracale stroom die door het hart loopt ( transcardiale stroom ) die klinisch van betekenis is. Helaas loopt echter maar een fractie van de door de defibrillator afgegeven stroom naar het hart. 14 Ter compensatie van deze stroomshunting levert een goed ontworpen defibrillator voldoende transthoracale stroom, zelfs bij stroomshunting, zoals te zien is in afbeelding 8. Kortom, door het manipuleren van de elektronica van de defibrillator en het optimaliseren van de curve om problemen als hoge impedantie en shunting op te lossen, is het nu mogelijk bij de eerste dosis al defibrillatie te bereiken door een zorgvuldig gekalibreerde vaste laagenergetische curve toe te passen. Er is in feite uitgebreid en overtuigend bewijs dat de Philips 150 J BTE-curve bij de eerste schok even goed of, in de meeste onderzoeken, veel beter presteert dan de gouden standaard (de monofasische defibrillatiecurve), zonder noodzaak om de energie op te laten lopen. 5, 8, 11-13, In een representatief onderzoek, waarin 150 J SMART Biphasic defibrillatie met monofasische defibrillatie werd vergeleken, 16 werd de Philipscurve geassocieerd met superieure effectiviteit (96% bij de eerste schok, 98% bij de derde schok en 100% patiënteffectiviteit), verbeterd herstel van de spontane circulatie en betere neurologische resultaten voor overlevenden, ondanks een lange gemiddelde tijd van oproep tot eerste schok van 8,9 minuten (zie afbeelding 4, 5 en 6). Er is geen andere fabrikant van defibrillators die vergelijkbare gegevens kan laten zien met betrekking tot patiëntuitkomsten en curveprestatie bij een patiëntenpopulatie met een ischemische plotselinge hartstilstand.

8 Eerste schok Derde schok SMART Biphasic High-Energy Monophasic SMART Monofasisch SMART Biphasic Biphasic Monofasisch SMART Biphasic Monofasisch Goede hersenfunctie Matige invaliditeit Ernstige invaliditeit Comateus Afbeelding 4. Schokeffectiviteit Afbeelding 5. Herstel van de spontane circulatie Afbeelding 6. Hersenfunctie bij overlevenden Doseringsfactor 2: zorg ervoor dat de dosis accuraat en efficiënt over het juiste tijdverloop wordt gemeten Een tweede cruciale factor bij het tot stand komen van effectieve defibrillatie is het afgeven van een adequaat gemeten dosis stroom gedurende de juiste tijdsduur. De motor van dit proces is een defibrillatorcondensator van het juiste kaliber. Het kaliber van de condensator ( capacitantie gemeten in microfarad of µf) is van essentieel belang voor het ontwerp van een effectieve en efficiënte defibrillator. Ter voorbereiding van een defibrillatieschok moet de condensator van de defibrillator worden opgeladen tot een spanning die groot genoeg is om gedurende het gehele tijdverloop van de schok voldoende stroom door de weerstand van de thorax van de patiënt te sturen. Tijdens het opladen van de condensator wordt energie opgeslagen als voorbereiding op het defibrilleren. Hoe groter de condensator, hoe groter de hoeveelheid energie die moet worden opgeslagen om de spanning te bereiken die nodig is om een geschikte dosis defibrillatiestroom op te wekken. Het is echter mogelijk een systeem te ontwerpen dat efficiënt gebruik maakt van energie en dat niet zo veel energie nodig heeft als van oudsher het geval was bij de conventionele monofasische curven. Dit onderkennende heeft Philips Medical Systems een optimaal 100 µf condensatorontwerp gepatenteerd voor zijn impedantiecompenserende SMART Biphasic curve. De condensator van Philips vraagt weinig energie tijdens het opladen maar bereikt toch de spanning die nodig is om gedurende de gehele schol van 150 J effectieve defibrillatiestromen op te wekken. Sommige andere moderne defibrillators daarentegen maken gebruik van een grotere condensator (200 µf). Deze ontwerpen hebben twee keer zo veel energie nodig om dezelfde patiëntstroom op te wekken als de laagenergetische 100 µf defibrillator van Philips. In afbeelding 7 wordt de 150 J SMART Biphasic curve met een 100 µf condensator vergeleken met andere hoogenergetische curven. De curve van Philips levert meer stroom op die 150 J afgeeft dan een 200 µf curve die 200 J afgeeft. De stroom van de hoogenergetische bifasische defibrillator wordt pas bij de tweede schok, wanneer de energie 300 J bereikt, vergelijkbaar met de curve van Philips. Ook dient bij afbeelding 7 te worden opgemerkt dat moderne bifasische curven veel minder stroom afgeven dan sommige historische monofasische curvesystemen. Alle moderne bifasische technologieën zijn gericht op effectiviteit bij verhoudingsgewijs lage piekstromen. Op die manier worden de potentiële risico s van oudere curven met hoge piekstromen geminimaliseerd. Kortom, het systeem van Philips maakt gebruik van een gedeponeerde condensator met lage capacitantie waarmee op efficiënte wijze een op de impedantie van de patiënt toegesneden curve wordt gegenereerd. Deze benadering levert consistent gunstige resultaten op, ook in moeilijke patiëntenpopulaties met een lange uitvaltijd.

9 Doseringsfactor 3: dien elke patiënt ongeacht diens impedantie de dosis stroom (en energie) gedurende de juiste tijdsduur toe een gepersonaliseerde curve De laatste cruciale doseringsfactor heeft betrekking op het ontwerp van de curve, die gedurende de gehele schok aan de patiënt een wisselend stroompatroon afgeeft aangepast aan variaties in patiëntimpedantie. Omdat dit stroompatroon soms negatief door patiëntimpedantie wordt beïnvloed, moet een goed ontworpen curve de patiëntimpedantie meten en de vorm en de duur van de curve dienovereenkomstig aanpassen. Zo zal de curveprestatie over de hele reeks van te verwachten impedantiewaarden geoptimaliseerd worden. Een defibrillatorcurve dient te compenseren voor zowel een hoge als een lage thoraximpedantie. De menselijke thoraximpedantie varieert tussen 25 en 180 ohm, zo is gebleken. Volgens de wet van Ohm (I = V/R) remt een hoogimpedante patiënt de loop van de stroom en is de piekstroom derhalve kleiner, terwijl de piekstroom bij een laagimpedante patiënt verhoudingsgewijs groter is. Deze relatie met de wet van Ohm wordt in afbeelding 8 geïllustreerd. Hier is te zien hoe de vorm en de duur van de Philips SMART Biphasic curve bij een vaste hoeveelheid energie van 150 J actief worden aangepast aan de impedantie van de patiënt. Stroom (amp) Lage impedantie (50 ohm) J 300 J 360 J 150 J SMART 360 J hoogenergetisch hoogenergetisch hoogenergetisch Biphasic monofasisch bifasisch bifasisch bifasisch Afbeelding 7. De hoogte van de piekstroom De in afbeelding 8 weergegeven variaties in vorm en duur zijn zorgvuldig ontworpen op basis van door collega-wetenschappers geëvalueerde wetenschappelijke gegevens die specifiek zijn voor de Philips curve.19 Middels dit onderzoek is voor de SMART Biphasic curve het meest effectieve punt voor curvevorm en -duur vastgesteld met een vast defibrillatieprotocol van 150 J voor volwassenen. Stroom (amp) J Stroom aangepast wegens shunting Curvevorm op maat Elke patiënt en iedere schok Tijd (msec) Afbeelding 8. Impedantiecompensatie door de SMART Biphasic curve De SMART Biphasic curve is, gebaseerd op dit onderzoek, zodanig ontworpen dat hij goed presteert bij een breed bereik van te verwachten patiëntimpedantiewaarden. Bij hoogimpedante patiënten wordt de curve langer om voldoende energie af te geven. Bij laagimpedante patiënten geeft de defibrillator een iets hogere piekstroom af ter compensatie van de mogelijke effecten van shunting. De prestaties van de Philips SMART Biphasic curve zijn getest in talloze door collega-wetenschappers beoordeelde manuscripten, waarvan het aantal en de reikwijdte die van welke andere fabrikant dan ook verre overtreffen. Deze gepubliceerde onderzoeken betreffen de curveprestaties bij zowel dieren 7, als mensen.

10 Van de 13 onderzoeken met mensen die tot op heden gepubliceerd zijn rapporteren er drie over de ervaring met intramuraal geïnduceerd kortdurend ventrikelfibrilleren (VF) 5, 8, 22 en tien over de prestaties bij het problematischer langdurend VF dat voorkomt in extramurale omstandigheden en in andere situaties waarbij het langer duurt voordat tot defibrilleren kan worden overgegaan , 15-18, Uit deze gegevens blijken prestaties die consequent gelijk zijn aan of beter zijn dan hoogenergetische oplopende therapieën is, ongeacht factoren als: de grootte, de leeftijd of de impedantie van de patiënt, de onderliggende oorzaak van de plotselinge hartstilstand (inclusief hartinfarct) en de plaatsing van de elektroden. Een vergelijking van transthoracale bifasische curven Na deze toelichting op de kernelementen van het ontwerp van een effectieve bifasische curve volgt een kort overzicht van andere technologieën voor externe bifasische curven die op de markt verkrijgbaar zijn. De SMART Biphasic curve werd in 1996 geïntroduceerd, met een aanzienlijke octrooibescherming. Ook de toepassingsmogelijkheden van verschillende andere technologieën zijn door octrooiering beperkt. Het gevolg is dat de bifasische technologieën met de bijbehorende energieprotocollen allemaal anders zijn. Vanwege deze verschillen in ontwerp moet het energieprotocol voor defibrillators van elke fabrikanten geïndividualiseerd worden. De noodzaak voor productspecifieke energieprotocollen wordt bevestigd door de ECRI (Emergency Care Research Institute), een organisatie zonder winstoogmerk met als mandaat het objectief evalueren van biomedische apparatuur: " een curve ontworpen voor laagenergetische defibrillatie kan een overdosis tot gevolg hebben als deze curve bij hoge energie wordt toegepast, terwijl een andere curve die voor hoge energie ontworpen is bij lage energie mogelijk niet defibrilleert." 26 Belangrijker nog is dat andere fabrikanten vergeleken met de Philips SMART Biphasic curve over relatief weinig gepubliceerde, door collegawetenschappers beoordeelde, onderzoeken beschikken om het presteren van hun curve aan te tonen. Sommige fabrikanten hebben helemaal geen gegevens, andere leunen zwaar op abstracte gegevens en dieronderzoek met een kleine steekproef om de curveprestaties aan te tonen. De gepubliceerde manuscripten over de SMART Biphasic overstijgen niet alleen in aantal en reikwijdte die van curven van andere fabrikanten, maar ook is Philips tot op heden de enige die door collega-wetenschappers beoordeelde gegevens heeft geleverd voor zowel intra- als extramurale patiëntenpopulaties. De laagenergetische rectilineaire bifasische curve: een alternatief? De rectilineaire bifasische curve heeft met de SMART Biphasic een laagenergetisch ontwerp met een lage capacitantie gemeen, maar verder bestaan er aanzienlijke verschillen. Het belangrijkste verschil is dat de rectilineaire curve slechts door een beperkte hoeveelheid door collega-wetenschappers beoordeelde gegevens wordt ondersteund. Ten tijde van dit schrijven waren bij ons geen gepubliceerde door collegawetenschappers beoordeelde gegevens bekend over de prestaties bij de problematische patiëntenpopulatie met een lange uitvaltijd die het moeilijkst effectief te behandelen is. Hogeimpedantie patiënten Lageimpedantie patiënten SMART Biphasic 150J Defibrillator modificeert Rectilineair stroom ter compensatie van bifasisch shunting 120J Duur (msec) Duur (msec) Constante defibrillatorstroom ongeacht shunting Afbeelding 9: SMART Biphasic versus rectilineair bifasisch De rectilineaire curve doet weinig om de stroom in reactie op het probleem van stroomshunting binnen de thorax te corrigeren. De curve maakt gebruik van wat in de bedrijfsliteratuur wordt beschreven als een constantestroombenadering in de eerste fase van de curve. In tegenstelling tot de SMART Biphasic, die piekstroom, curvevorm en curveduur op basis van patiëntimpedantie modificeert, moet de rectilineaire aanpak de totale curveduur en de ratio tussen de twee fasen ongeacht de patiëntimpedantie constant houden (zie afbeelding 9). Het gepubliceerde energieprotocol voor volwassenen voor het apparaat met de rectilineaire bifasische curve begint bij 120 J en loopt op tot 200 J. Zoals al eerder opgemerkt is, werd oplopende energie van oudsher gebruikt om de piekstroom bij de inherent inefficiënte monofasische curven te verhogen. Dit is met de hedendaagse technologie niet langer nodig om effectief te defibrilleren. Duur (msec) Duur (msec)

11 De werkelijk afgegeven energie van de rectilineaire curve varieert sterk over het bereik van patiëntimpedantie, onafhankelijk welke instelling geselecteerd wordt. Voorts verliest de rectilineaire bifasische curve het constante-stroomprofiel en wordt deze in wezen een BTE-curve die erg veel op de SMART Biphasic lijkt (afbeelding 10), wanneer de patiëntimpedantiewaarde boven de 100 ohm komt en 200 J energie geselecteerd is. 27 Kortom, de rectilineaire curve, op de markt gebracht als een constante-stroomcurve, doet weinig aan aanpassing van de stroom in reactie op stroomshunting in de thorax van de patiënt. De fabrikant ziet voor enkele hoogimpedante patiënten af van de kwalificatie constantestroombenadering en, wat misschien wel het belangrijkst is, heeft slechts een beperkte hoeveelheid gegevens ter beschikking waaraan de prestatie van zijn curve kan worden afgemeten; geen van die gegevens biedt informatie over het presteren bij de ischemische patiënt met een plotselinge hartstilstand. De hoogenergetische bifasische curve als alternatief Er zijn momenteel verscheidene oplopende hoogenergetische bifasische curven op de markt. Het valt buiten het bestek van dit artikel om elk van deze ontwerpen tot in detail te beschrijven. In plaats daarvan leggen we u een hoogwaardig overzicht voor van technische kwesties die bij de klasse van hoogenergetische curven in overweging dienen te worden genomen. Rectilineair bifasisch 200 J, 100 Ω Tijd (msec) Afbeelding 10. Constante stroom niet altijd constant Eerst en vooral zijn ons ten tijde van het schrijven van dit artikel geen gepubliceerde door collegawetenschappers beoordeelde wetenschappelijke gegevens bekend over de prestaties van welke van de hoogenergetische bifasische curven dan ook, bij de ischemische patiëntenpopulatie met een plotselinge hartstilstand en een lange uitvaltijd. In sommige gevallen voorzien fabrikanten in weinig tot geen door collega-wetenschappers beoordeelde gegevens. Hoogimpedante patiënten Laagimpedante patiënten SMART Biphasic 150 J Eén lage energiedosis van 150 J Tijd (msec) Tijd (msec) Twee keer zo veel Rectilineair energie nodig voor bifasisch evenveel 120 J piekstroom Afbeelding 11. SMART Biphasic versus hoogenergetisch bifasisch De specifieke methoden van impedantiecompensatie verschillen per fabrikant. Afbeelding 11 bevat een vergelijking van de SMART Biphasic met een veelgebruikte hoogenergetische bifasische curve. Het is duidelijk dat beide curven de piekstroom, de curvevorm en de curveduur in reactie op de patiëntimpedantie op dezelfde wijze aanpassen. Het grote verschil is dat de hoogenergetische curven vanwege hun grote condensators veel energie nodig hebben om voldoende stroom aan de patiënt af te geven, terwijl de laagenergetische BTE-curve van Philips bij de eerste schok voldoende stroom afgeeft zonder de energie te hoeven verhogen. Tijd (msec) Tijd (msec)

12 Kortom, over de hoogenergetische bifasische curven zijn in vergelijking met de Philips SMART Biphasic curve weinig tot geen gepubliceerde door collega-wetenschappers beoordeelde gegevens beschikbaar. De gegevens hebben in ieder geval geen betrekking op de prestaties bij de patiëntenpopulatie met een plotselinge hartstilstand en een zeer lange uitvaltijd. De hoogenergetische alternatieven gaan niet efficiënt met energie om. Zij gebruiken veel energie en hebben vaak meerdere schokken nodig om dezelfde stroom (en spanning) te leveren die de vaste laagenergetische SMART Biphasic curve bij de eerste schok levert. Tot slot zij nog vermeld dat de AHA geen wetenschappelijk onderbouwde aanbevelingen betreffende bifasische defibrillatie > 200 J heeft gepubliceerd. Conclusie De conventionele monofasische curvetechnologie heeft weliswaar vele levens gered, maar kent belangrijke beperkingen. Bij een hoge patiëntimpedantie wordt de curve verlaagd, waardoor de curve relatief slecht presteert. Zonder wetenschappelijke onderbouwing werd een strategie van oplopende energie toegepast, in een poging de beperkingen van het monofasische ontwerp te compenseren. Met de opkomst van de moderne bifasische curvetechnologie hebben impedantiecompensatie en andere verbeteringen in het ontwerp echter geresulteerd in algemeen superieure klinische en technische prestatiekenmerken, zonder de noodzaak van oplopende energie. De grote variatie aan beschikbare externe bifasische curven is de oorzaak van complexiteit en verwarring rond richtlijnen voor de klinische praktijk. Conventionele praktijkstandaarden zijn niet langer van toepassing en de clinicus dient nu veel meer te evalueren dan tot nu toe het geval was: de principes van het elektrotechnische ontwerp, curvespecifieke energieprotocollen en gepubliceerd onderzoek. De AHA heeft een wetenschappelijk onderbouwd proces aanbevolen voor de evaluatie van defibrillatiecurven op basis van gepubliceerd onderzoek onder zowel intra- als extramurale omstandigheden. Tot op heden is Philips Medical Systems de enige fabrikant die gepubliceerde gegevens over prestaties bij zowel intra- als extramurale patiënten biedt. Daarmee heeft Philips Medical Systems een duidelijke leidinggevende positie verworven op het gebied van wetenschappelijk onderbouwde curveontwerpen. Op basis van gepubliceerd onderzoek is de AHA overgegaan tot een IIa-aanbeveling voor laagenergetische bifasische defibrillatie (< 200 J), een specifieke IIa-aanbeveling voor het type vaste laagenergetische bifasische curve waar het apparaat van Philips op is gebaseerd en geen aanbeveling voor hoge energieafgifte.

13 Referenties 1. Kerber RE, et al. Automatic external defibrillators for public access defibrillation: recommendations for specifying and reporting arrhythmia analysis algorithm performance, incorporating new waveforms, and enhancing safety: a statement for health professions from the AHA Task Force on Automatic External Defibrillation, Subcommittee on AED Safety and Efficacy. Circulation 1997;95: Cummins RO, et al. Low-energy biphasic waveform defibrillation: evidence-based review applied to emergency cardiovascular care guidelines: a statement for healthcare professionals from the American Heart Association Committee on Emergency Cardiovascular Care and the Subcommittees on Basic Life Support, Advanced Cardiac Life Support, and Pediatric Resuscitation. Circulation 1998;97: Cummins RO, et al. Guidelines 2000 for cardiopulmonary resuscitation and emergency cardiovascular care. Supplement to Circulation 2000;102(8):I-5,I-63,I Weaver WD, et al. Ventricular defibrillation-a comparative trial using 175J and 320J shocks. New England Journal of Medicine. 1982;307: Reddy RK, et al. Biphasic transthoracic defibrillation causes fewer ECG ST-segment changes after shock. Annals of Emergency Medicine 1997;30: Tokano, J, et al. Effects of ventricular shock strength on cardiac hemodynamics. Journal Cardiovascular Electrophysiology 1998;9: Tang W, et al. The effects of biphasic and conventional monophasic defibrillation on postresuscitation myocardial function. Journal American College Cardiology 1999;34(3): Bardy GH, et al. Multicenter comparison of truncated biphasic shock and standard damped sine wave monophasic shocks for transthoracic ventricular defibrillation. Circulation 1996;94: Xie J, et al. High-energy defibrillation increases the severity of postresuscitation myocardial function. Circulation 1997;96: Tovar OH, et al. Immediate termination of fibrillation is more likely with biphasic truncated exponential versus monophasic damped sine waveforms used for external defibrillation. Journal of the American College of Cardiology (Supplement A) 2002;39(5):336A (abstract 870-4). 11. White RD, et al. Patient outcomes following defibrillation with a low energy biphasic truncated exponential waveform in out-ofhospital cardiac arrest. Resuscitation 2001;49: Capucci A, et al. Tripling survival from sudden cardiac arrest via early defibrillation without traditional education in cardiopulmonary resuscitation. Circulation 2002;106: White RD. Early out-of-hospital experience with an impedance-compensating low-energy biphasic waveform automatic external defibrillator. Journal of Cardiovascular Electrophysiology 1997;1: Lerman BB, et al. Relation between transcardiac and transthoracic current during defibrillation in humans. Circulation Research 1990;67: Gliner BE, et al. Treatment of out-of-hospital cardiac arrest with a low-energy impedancecompensating biphasic waveform automatic external defibrillation. Biomedical Instrumentation & Technology 1998;32: Schneider T, et al. Multicenter, randomized, controlled trial of 150-J biphasic shocks compared with J monophasic shocks in the resuscitation of out-of-hospital cardiac arrest victims. Circulation 2000;102(15): Page RL, et al Use of automated external defibrillators by a U.S. airline. New England Journal of Medicine 2000;343: White RD, et al. Refibrillation, resuscitation and survival in out-of-hospital sudden cardiac arrest victims treated with biphasic automated external defibrillators. Resuscitation 2002; 55(1): Gliner BE, et al. Transthoracic defibrillation of swine with monophasic and biphasic waveforms. Circulation 1995;92: Tang W, et al. A comparison of biphasic and monophasic waveform defibrillation after prolonged ventricular fibrillation. Chest 2001;120: Tang W, et al. Fixed energy biphasic waveform defibrillation in a pediatric model of cardiac arrest and resuscitation. Critical Care Medicine 2002;30(12): Bardy GH, et al. Truncated biphasic pulses for transthoracic defibrillation. Circulation 1995;91: Gliner BE, White RD. Electrocardiographic evaluation of defibrillation shocks delivered to out-of-hospital sudden cardiac arrest patients. Resuscitation 1999;41(2): Poole JE, et al. Low-energy impedancecompensating biphasic waveforms terminate ventricular fibrillation at high rates in victims of out-of-hospital cardiac arrest. Journal of Cardiovascular Electrophysiology 1997;8: Martens PR, et al. Optimal response to cardiac arrest study: defibrillation waveform effects. Resuscitation 2001;49: Health Devices. June 2001;30(6): Achleitner U, et al. Waveform analysis of biphasic external defibrillators. Resuscitation 2001;50:61-70.

14 PHILIPS MEDICAL SYSTEMS IS PART OF ROYAL PHILIPS ELECTRONICS On the web: Via By fax: By postal service: Philips Medical Systems Global Information Center I.B.R.S. / C.C.R.I. Numéro VC Eindhoven Pays-Bas / The Netherlands CORPORATE HEADQUARTERS Philips Medical Systems Nederland B.V. Postbus DA Best Netherlands UNITED STATES Andover, Massachusetts (800) CANADA Markham, Ontario (800) EUROPE, MIDDLE EAST AND AFRICA Böblingen, Germany Fax: (49) LATIN AMERICA HEADQUARTERS Sunrise, Florida (954) ASIA PACIFIC HEADQUARTERS Wanchai, Hong Kong (852) Philips Medical Systems North America Corporation, 2003 Alle rechten voorbehouden. Reproductie in zijn geheel of gedeeltelijk is verboden zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de houder van het auteursrecht. Philips Medical Systems North America Corporation behoudt zich het recht voor wijzigingen aan te brengen in specificaties of enig product ooit te beëindigen zonder aankondiging of verplichting en is niet aansprakelijk voor enige consequentie die voortvloeit uit het gebruik van deze publicatie. Gedrukt in Nederland * JUN 2003