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Geschichte des Defibrillators

Die Geschichte des Defibrillators

Die Elektrizität spielt in der Medizin bereits seit mehreren Jahrtausenden eine gewichtige Rolle. So wandte beispielsweise der in Rom ansässige Arzt Scribonius Largus im Jahr 40 n. Chr. Stromimpulse von Zitteraalen und Rochen an, um Patienten zu behandeln. Diese im Laufe der Jahrhunderte gesammelten Praxiserfahrungen waren mitunter die Basis für spätere wissenschaftliche Arbeiten zu diesem Thema, beispielsweise durch Professor Johann Gottlob Krüger, der sich 1744 mit der Wirkung des elektrischen Stroms in der Medizin auseinandersetzte. Sie waren nur der Auftakt für eine ereignisreiche Forschungsgeschichte rund um die Defibrillation des menschlichen Herzens.

Erster Schritt: Entwicklung der Leidener Flasche

In den Jahren 1745 und 1746 entwickelten Ewald Georg von Kleist und Pieter von Musschenbroek, jeweils unabhängig voneinander, eine Kondensationsflasche. Diese sogenannte Leidener Flasche (nach dem Ort der Entdeckung benannt) ist in der Lage, durch die Ladung der enthaltenen Metallteile elektrische Stromschläge abzugeben. 1774 gelang damit der erste Durchbruch in der Geschichte der Defibrillation: Nachdem man erfolglos versucht hatte, ein dreijähriges Kind zu reanimieren, wurde es mithilfe der Leidener Flasche vor dem Tod bewahrt. Die Stromstöße reaktivierten das Herz.

Oftmals wird das Jahr 1788 als die Geburtsstunde des Defibrillators gefeiert, als Charles Kite mithilfe des sogenannten Ramsden-Generators eine Defibrillation durchführte.

Das 19. Jahrhundert: Ganz im Zeichen der medizinischen Versuche

Im 19. Jahrhundert wiesen zahlreiche Forscher nach, welchen Einfluss eine elektrische Stimulation auf ein Herzkammerflimmern haben kann. Dies begann 1849 mit der Entdeckung des unter dem Pionier Carl Ludwig studierenden M. Hoffa, dass sich durch elektrische Impulse ein Vorhofkammerflimmern auslösen lässt. In den kommenden Jahren sollten viele weitere Versuche folgen, mitunter auch am menschlichen Körper. Der Arzt Alfred Vulpian führte in einer seiner Arbeiten den Begriff des „Fibrillierens“ ein.

Erste Beweise für die Möglichkeit einer Defibrillation

1888 wurde die Arbeit der Professoren Jean-Louis Prevost und Frédéric Batelli veröffentlicht. Sie starteten Versuche an den Herzen von Hunden. Bei einem Hund verursachten sie ein Kammerflimmern und normalisierten den Herzschlag wieder, indem sie einen Stromimpuls mit 4.800 Volt einsetzten. Dadurch bewiesen sie, dass elektrischer Strom ein Herzflimmern verursachen und auch wieder beenden kann. Weitere Beweise für diese These folgten bis zum Jahr 1899. Die Forscher konnten nachweisen, dass durch den Stromimpuls ein unregelmäßiger Herzschlag wieder normalisiert werden kann, sodass der Sinusrhythmus der Normalkurve entspricht.

Die Forschungen von Kouwenhoven und Kollegen

Auch in den folgenden Jahren riss die Forschung nicht ab. 1930 veröffentlichten die Forscher Kouwenhoven, Hooker und Langworthy Berichte über ihre Experimente. Sie konnten wiederum durch Experimente an Hunden nachweisen, dass Wechselstrom geeignet ist, um eine Herzrhythmusstörung zu beseitigen und ein Kammerflimmern zu beenden.

Defibrillation am offenen Herzen

Mitte der 1940er Jahre konnte die Defibrillation endlich zeigen, was in ihr steckt. 1946 führte Naum Lazarevich Gurvich in Moskau die erste Defibrillation am Menschen durch. Nur ein Jahr später verhalf der Thoraxchirurg Dr. Claude S. Beck der Defibrillation zu einem verstärkten Augenmerk. Während er einen 14-jährigen Jungen am offenen Thorax operierte, begann dessen Herz zu flimmern. Er legte die als Elektroden eingesetzten Silberpaddel des von seinem Freund James Rand entwickelten Defibrillators auf die offene Brust des Jungen und gab so Stromschläge mit 60 Hz Wechselstrom an den Herzmuskel ab. Damit rettete er dem Jungen das Leben und sorgte gleichzeitig dafür, dass die Forschung rund um den Defibrillator fortan stark vorangetrieben wurde.

Schnelle Fortschritte in der Forschung

Die 1950er und 1960er Jahre standen ganz im Zeichen der Forschung und es ergaben sich zahlreiche Fortschritte:

  • 1950: William Bennett Kouwenhoven und sein Partner Wilnor versuchten, eine Methode zu entwickeln, um das menschliche Herz am geschlossenen Thorax defibrillieren zu können. Hierzu experimentierten sie mit verschiedenen Arten von elektrischen Impulsen, Strom und Elektroden.
  • 1954: Die erste externe Defibrillation gelang, damals noch am Herzen eines Hundes. Dazu wurden extern an der Brust Elektroden angebracht und darüber Impulse mit 60 Hz Wechselstrom an das Herz abgegeben.
  • 1956: Paul Zoll führte in den USA die weltweit erste tranthorakale Defibrillation durch. Ein Patient, dessen Herz flimmerte, wurde durch auf der Brust applizierte Elektroden erfolgreich defibrilliert.
  • 1958: Kouwenhoven und seine Forschungskollegen erhielten von einem Investor den Auftrag, einen Defibrillator zu entwickeln. Ziel war es, ein portables Gerät zu konstruieren, das für die Schulung von Erste-Hilfe-Personal genutzt werden konnte. Im Ergebnis entstand mit dem „John Hopkins AC Defibrillator“ der erste tragbare Defibrillator, der damals mit mehr als 90 kg allerdings noch sehr schwer war.
  • 1960: Der Arzt Gottleib Friesinger defibrillierte einen 42-jährigen Mann erfolgreich. Im selben Jahr schenkte Karl William Edmark mit seinem verbesserten Defibrillator einem 12-jährigen Mädchen das Leben.
  • 1962: Der erste Defibrillator auf Basis eines Kondensators wurde präsentiert.

Die ersten portablen Defibrillatoren

Einen Namen machten sich 1965 der irisch-britische Arzt Professor Frank Pantridge und der Kardiologe John Geddes als Entwickler des ersten portablen Defibrillators. Das erste Exemplar wog zwar noch 70 kg, konnte aber bereits fortschrittlich in einem Krankenwagen eingerichtet werden. Den dafür notwendigen Strom bezog das Gerät aus der Autobatterie. Des Weiteren kamen die neuen Geräte als portable Defibrillatoren auf Rollen in Krankenhäusern zum Einsatz. Sie wurden entweder per Batterie versorgt oder – soweit sie fest in Krankenzimmern eingesetzt wurden – mit Strom aus der Steckdose.

Drei Jahre später erhielt Pantridge einen Auftrag von der Luft- und Raumfahrtbehörde NASA. Er sollte einen leichteren, portablen Defibrillator entwickeln. Dies gelang Pantridge auch, 1968 konnte ein Defibrillator mit integriertem Minikondensator und einem Gesamtgewicht von nur 3 kg vorgestellt werden.

Die Basis für implantierbare Defibrillatoren

Dem polnischen Professor Mieczysław Mirowski gelang 1969 der Durchbruch in Bezug auf implantierbare Defibrillatoren. Er entwickelte einen Prototyp, der Herzrhythmusstörungen beseitigen können sollte. Obwohl erste Versuche an einem Hund positiv verliefen, konnte das System anfänglich aufgrund der damaligen Technik noch nicht umgesetzt werden. Es bedurfte weiterer elf Jahre der Forschung und Entwicklung, bis 1980 dem ersten Menschen in den USA ein ICD eingepflanzt werden konnte. Nur zwei Jahre später wurde in Europa der erste Defibrillator implantiert.

Das Medizintechnik-Unternehmen Boston Scientific erhielt 1985 die Zulassung, weltweit implantierbare Kardioverter-Defibrillatoren (ICD) zu vertreiben. Ab 1991 konnten die Defis dank ihrer kleinen Größe in den Brustbereich implantiert werden, was zuvor nur im Bauchraum möglich war. Durch die weitere Arbeit an dem Konzept konnten schließlich Geräte entwickelt werden, die ohne eine Öffnung des Brustkorbs implantiert werden konnten. Dies wurde 1993 mit der sogenannten Endotak-Elektrode realisiert, die über eine Vene in das Herz eingepflanzt wurde.

Weitere Meilensteine in der Forschung

Ab den 1980er Jahren wurde die Forschung im Bereich der Defibrillation dank der bereits erzielten Erfolge stark vorangetrieben. Deshalb erreichten die Mediziner bald zahlreiche weitere Meilensteine:

  • 1979: Der erste automatisierte externe Defibrillator (AED) wurde der Öffentlichkeit präsentiert.
  • 1980: Es wurden Geräte entwickelt, die ein Herzkammerflimmern elektronisch erkennen konnten.
  • 1992: Defibrillatoren waren nun auch in der Lage, intern den Verlauf des EKGs zu speichern, sodass es später ausgelesen und analysiert werden konnte.
  • 1995: Das erste biphasige AED wurde der Öffentlichkeit vorgestellt.
  • 1997/1998: Die implantierbaren Kardioverter-Defibrillatoren wurden mit zwei Elektroden ausgestattet, sodass sie beide Herzkammern versorgen konnten.
  • 1999: Der Defibrillator wurde nun mit einem Herzschrittmacher gekreuzt, sodass dasselbe Gerät mehrere Aufgaben erfüllen konnte.

Die Erfolge der Defibrillation wurden auch in Studien nachgewiesen. Die Madit-Studie von 1996 zeigte, dass das Kammerflimmern durch einen implantierten Defibrillator um mehr als die Hälfte reduziert werden konnte. 2002 wurde die Madit-Studie II veröffentlicht. Hat ein Mensch einen Herzinfarkt überlebt, so kann ein ICD die Sterblichkeit danach um 31 Prozent senken, wie der Bericht ergab.

Defibrillatoren heute: Immer stärkere Verbreitung

Bereits seit den 1990er Jahren verbreiten sich AEDs, die auch von Laienhelfern gefahrlos bedient werden können, an öffentlichen Plätzen und Gebäude sowie in Privathaushalten. In den heutigen Erste-Hilfe-Kursen gehört eine Unterweisung in die korrekte Verwendung eines Defibrillators zum festen Standard. Noch immer wird an weiterführenden Technologien gearbeitet, beispielsweise um ICD-Batterien extern aufladen zu können, sodass Operationen zum Austausch der Batterie überflüssig werden.

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