Сравнение энергетической эффективности дефибрилляционных импульсов на базе гипотезы гарантированной дефибрилляции

Abstract

Целью данного исследования является сравнение на основе гипотезы гарантированной дефибрилляции энергетической эффективности биполярного трапецеидального импульса с фиксированной длительностью фронта и среза с основными типами дефибрилляционных импульсов: классической трапецеидальной (truncated exponential) со спадом вершины 50%, прямоугольной и полусинусоидальной. Результаты компьютерного моделирования на базе гипотезы гарантированной дефибрилляции показали, что дефибрилляционные импульсы энергетически эффективны (имеют низкие значения пороговой энергии дефибрилляции) в достаточно узком диапазоне значений длительности фаз, за пределами которого наблюдается быстрый рост пороговой энергии. По энергетической эффективности трапецеидальный импульс с пологими фронтом и срезом очень близок к полусинусоидальному, и при этом он имеет более широкий диапазон энергетически эффективных длительностей. Существенно более высокую минимальную пороговую энергию гарантированной дефибрилляции имеют прямоугольный и классический трапецеидальный со спадом вершины 0,5 импульсы, при этом классический трапецеидальный импульс имеет более равномерную характеристику в области энергетически эффективных длительностей. Из полученных результатов можно предположить, что максимальную длительность фаз дефибрилляционного импульса следует ограничивать значением не более 9 мс. При этом номинальная выделенная энергия на сопротивлении нагрузки 175 Ом должна составлять не менее 140 Дж. Возможность увеличения длительности импульса без значимого падения его энергетической эффективности позволит обеспечить выделение большей энергии у больных с высоким сопротивлением грудной клетки и, соответственно, большую вероятность проведения успешной дефибрилляции. Указанное выше увеличит также вероятность проведения успешной дефибрилляции у больных при ошибках наложения дефибрилляционных электродов или использовании сухих многоразовых дефибрилляционных электродов.

The aim of this study is to compare, on the basis of the guaranteed defibrillation hypothesis, the energy efficiency of a trapezoidal defibrillation pulse with fixed rise and fall times with the main types of defibrillation pulses: truncated exponential with the tilt of 50%, rectangular and half-sine. The study was carried out using the ten Tusscher–Panfilov 2006 human ventricular myocyte model subjected to simulated fibrillation in the BeatBox simulation environment. Depolarizing excitation stimuli with a high frequency were used to simulate fibrillation. The results of computer simulation based on the hypothesis of the guaranteed defibrillation showed that defibrillation pulses are energetically efficient (have low values of threshold energy of defibrillation) in a rather narrow range of phase duration values, beyond which a rapid increase in the threshold energy is observed. In terms of energy efficiency, the trapezoidal pulse with the sloping rise and fall is very close to the half-sine one, and at the same time it has a wider range of energetically effective durations. Significantly higher minimum threshold energy of guaranteed efibrillation is a characteristic of rectangular and truncated exponential pulses, while the truncated exponential pulse has a more uniform characteristic in the area of energetically effective durations. From the results obtained, it can be assumed that the maximum duration of the phases of the defibrillation pulse should be limited to the value of no more than 9ms. In this case, the nominal delivered energy at the load impedance of 175Ω should be at least 140J. The possibility of increasing the pulse duration without a significant drop in its energy efficiency will ensure the delivery of more energy in patients with high transthoracic impedance and, accordingly, a greater probability of successful defibrillation. The above will also increase the probability of successful defibrillation in patients with defibrillation electrodes placement errors.