Blitzdings… Funktionsprinzip Defi

Alle weg… Achtung… Schuss… es zuckt – hoffentlich nur der Patient und alle schauen gebannt auf den Monitor… den ERC-Algorithmus können wir hoffentlich zu beliebiger Zeit und Melodie singen… aber wie funzt der Defi eigentlich?

Ja… anschalten halt, auf AED, Paddels dran und plötzlich spricht er… ähm, jepp… geht’s etwas prinzipieller?

Also… wir stecken mal irgendwann den Stecker rein… Akkus laden und so… aha, primär Wechselstrom mit was? Ja 230 Volt und 50 Hz AC, wobei AC für alternating current steht, denn das tut der Wechselstrom, er ändert die Richtung, 50 mal pro Sekunde, 50 Hertz eben.

Damit wir nun unser eines Herz, das flimmernde welche wieder Richtung Normokardie schiessen können, braucht es einen gerichteten (ja, Gleichstrom! DC für direct current) Stromstoss einmal längs der Herzachse mit entsprechend Bums und den über mehrere Millisekunden…

Also braucht es einen Transformator der das ganze hochtransformiert (von 230 V auf 4000-5000 V), einen Gleichrichter, der aus AC DC macht (nein, kein Bandname…) und einen Kondensator, der uns als Speicher dient, um genug „Bums“ (also elektrische Ladung) zu sammeln, den wir dann auf einmal entladen. Auf einmal geht am Kondensator leider ziemlich fix und exponentiell und damit nicht lang genug, weshalb ein Induktor im klassischen Aufbau das Ganze durch Induktion eines „Gegenstroms“ etwas herauszögern und stabilisieren hilft… erstaunlichermassen haben wir damit schon fast alles zusammen was es braucht… jetzt noch zwei Schalter einbauen (zwei zur Sicherheit, sonst zappelt der NotSan eventuell doch noch unfreiwillig) und wir haben einen einfachen Defi… der erste Schalter schaltet von Laden auf Abgabebereitschaft, der zweite löst aus.

schematischer Aufbau Defi, der Einfachheit halber fehlt der Batteriekreislauf

Die Akkus liefern übrigens Gleichstrom. Trafos funktionieren aber nur mit Wechselstrom. Wollen wir also im Akkubetrieb feuern, geht’s via Inverter zurück zu AC, über den Trafo zu AC mit mehr Volt, dann wieder über den Gleichrichter zu DC und ab auf den Kondensator. Nur falls jemand auf die Idee käme zu fragen.

Moderne Defis und AED sind natürlich komplexer aufgebaut und generieren prozessorgesteuert spezifische biphasische Rechteckpulse angepasst an die Impedanz, also den Widerstand des Patienten (üblicherweise 50-150 Ohm). Für genauere Schaltpläne doch gern die jeweiligen Hersteller anschreiben.

So… was sind nochmal schockbare Rhythmen?

  • Kammerflimmern und -flattern
  • pulslose Kammertachykardie

Und nicht schockbare Rhythmen?

  • Asystolie (entgegen amerikanischer Krankenhausserien)
  • pulslose elektrische Aktivität (mal ein Probeschöckchen falls es doch ein feinschlägiges VF/VT is?)

Und wir schocken mit…?

  • 4 J/kg beim Kind bis 10 kg
  • monophasisch 360 J
  • biphasisch 120 – 360 J dann 200 – 360 J für alle weiteren, im Zweifel 200 J
  • DIESE WERTE GELTEN NICHT FÜR DIE ELEKTROKARDIOVERSION BEIM HÄMODYNAMISCH RELEVANTEN VORHOFFLIMMERN!

Was ist jetzt mono- und was ist biphasisch?

Monophasisch entspricht dem obigen Modell von 1 Schuss/ 1 Richtung. Im biphasischen Modus läuft unser Strompuls einmal längs der Herzachse durchs Myokard, um dann nach Umpolung dieselbe Strecke wieder zurückzulaufen, was hinsichtlich Refraktärblock, bzw. Rerhythmisierung effektiver ist. Wir bewegen uns hier je nach Modell grössenordnungsmässig zwischen 3 und 10 ms pro Phase, heutige Geräte vermeiden die Spitzenströme der exponentiellen Abgabe in Form eines Rechteckpulses. Die Impedanz ändert sich mit dem Stromfluss, heisst, es braucht weniger Joule pro Effekt.

Und dann steht da noch „asynchron„… wir erinnern uns, dass das aufsteigende T die vulnerable Phase für kreisende Erregungen ist, weil es refraktäre und teilrefraktäre Anteile gibt. Setzen wir hier unseren Impuls, kann’s flimmern. Da es das schon tut, schiessen wir asynchron und verwandeln das gesamte Myokard erstmal in eine Refraktärzone (synchronisiert machen wir das Ganze dann bei der Kardioversion beim Vorhofflattern/-flimmern, da hätten wir ungern primär Kammerflimmern ausgelöst).

Noch bissel rumrechnen?

Vorne 230 Volt und Hertz rein, hinten 200 Joule raus?

Die Einheit der elektrischen Ladung Q ist das Coulomb. Dabei ist 1 Coulomb die Ladungsmenge, die ein Strom von 1 Ampère innert 1 Sekunde transportiert. 1 Coulomb entspricht dabei der Ladungsmenge von 6.24 x 1018 Elektronen. Der Strom I ist also Ladung pro Zeit, also I = Q/t, umgestellt wird daraus Q = I*t, die Einheit Coulomb sind also Amperesekunden.

Dieser Strom transportiert uns nu also Ladung sprich Elektronen auf die Kondensatorplatten, die getrennt vom Dielektrikum selbige speichern. Die Kapazität C in Farad ist der Quotient aus Ladung und anliegender Spannung, ergo C=Q/U. In der Unstellung Q=C*U wird einem bewusst, warum für den „Bums“ hohe Spannungen auftransformiert werden müssen, ist die erreichte Ladung doch der Spannung proportional.

Die verfügbare Energie E in Joule ist Spannung mal Ladung halbiert, also E = U*Q/2 oder E = U2*C/2 wenn man auf die Kapazität (mit Q=C*U) rauswill.

Leider gibt’s aktuell kein brauchbares deutsches Buch, das derlei beleuchtet und die besten englisches sind mittlerweile veraltet, man findet sie dennoch in der Bib… für den Anästhesienerd (sind wir das nicht alle ;)) lohnen sie sich:

Mushin WM Jones PL – Physics for the Anaesthetist in 4. Auflage Blackwell 1987

Parbrook GD Davis PD Parbrook EO – Basic Physics and Measurement in Anaesthesia in 3. Auflage Butterworth-Heinemann 1993

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