Проучването показва за първи път иновативен самозахранващ се сърдечен пейсмейкър, тестван успешно при прасета
Нашата сърце maintains a pace through its internal pacemaker called sinoatrial node (SA node), also called sinus node located in the upper right chamber. This internal pacemaker releases electrical charge 60-100 times in a minute and this energy carries out contractions in heart muscles which allow our heart to pump blood throughout our body. As we age or get an illness, this internal pacemaker is unable to keep the heart beating properly. Irregular heartbeat is also caused by a condition called arrythmia which slows down one’s heart’s normal rate. To substitute for this loss, a traditional heart pacemaker – a battery-operated electronic device – can be surgically implanted inside a patient to regularize heartbeat and keep the heart beating steadily.
Традиционен сърдечен пейсмейкър
Устройството се състои от акумулаторен импулсен генератор, който се имплантира под кожата близо до ключицата. Освен това има изолирани проводници, които свързват устройството със сърцето. Електронната схема генерира електрически сигнали, които се доставят до сърцето чрез електроди. Пейсмейкърът е животоспасяващо устройство; обаче едно значително ограничение на сегашните пейсмейкъри е, че те трябва да бъдат сменени по всяко време между 5 до 12 години от първия, когато са монтирани поради ограничения живот на батерията. Имплантирането може да се извърши само чрез инвазивна хирургия с локална анестезия, която сама по себе си е предизвикателство, тъй като трябва да се отвори гръдната кухина на пациента. Хирургията е не само скъпа, но също така увеличава риска на пациента от усложнения, инфекции или дори кървене. Проектиран е друг тип малък пейсмейкър, който може да бъде имплантиран чрез катетър, като се избягва операция, но все още е в процес на тестване.
Изследователите се фокусират върху изграждането сърдечни пейсмейкъри който алтернативно би могъл да използва естествена енергия от собствения пулс на човек вместо батерия. Теоретично, такъв пейсмейкър не би трябвало да се сменя, след като бъде имплантиран вътре в пациента. Плутониеви пейсмейкъри са произведени много десетилетия по-рано. Експерименталният дизайн на новите пейсмейкъри досега е изправен пред няколко ограничения – като твърда структура на дизайна, която ограничава мощността му и усложнения с миниатюризацията.
Иновативен пейсмейкър без батерии с уникален дизайн
В ново проучване, публикувано в ACS Nano изследователи от Националната ключова лаборатория за наука и технологии, Шанхай, Китай, се заеха да проектират ново устройство с малък пейсмейкър, което може да се захранва от енергия на собствения пулс и те успешно тестваха това устройство при прасета. Новото устройство може да се пъхне под сърцето, а не близо до ключицата, както при конвенционалните пейсмейкъри. Пейсмейкърът се основава на идеална симбиотична връзка между сърцето и устройството.
Дизайнът на този нов пейсмейкър беше иницииран от първо направата на малка гъвкава пластмасова рамка. Тази рамка е свързана с пиезоелектрични слоеве, които при огъване генерират енергия. Тази част, наречена енергиен "комбайн", беше поставена върху чип. Устройството е имплантирано на прасета и е наблюдавано, че собственият сърдечен ритъм на животните може да промени (огъне) формата на рамката, като по този начин генерира достатъчно енергия (мощност), еквивалентна на пейсмейкър, захранван от батерии. Гъвкавата пластмасова рамка на устройството му позволява да улавя повече енергия от сърцето в сравнение с традиционните пейсмейкъри, които имат твърди калъфи.
Тъй като хората имат физиология, много подобна на прасетата, този пейсмейкър може да работи добре и при хората. Изследователите посочват някои технически проблеми, които ще трябва да бъдат разгледани, например устройството се състои от три отделни технологии – енергиен комбайн, чип на пейсмейкъра и проводници – които трябва да бъдат интегрирани в едно устройство. По-нататъшни тестове върху животни и след това при хора могат да потвърдят дългосрочната стабилност на устройството. Такова устройство, ако е успешно, ще изисква инвазивна хирургия само веднъж, намалявайки риска от усложнения на пациента. Едно основно ограничение на това ново устройство може да бъде, че лекарите може да не са в състояние да наблюдават от разстояние пациенти, както в случая с пейсмейкъри, работещи с батерии.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
Ning L et al. 2019. Директно захранване на истински сърдечен пейсмейкър чрез естествена енергия на сърдечен ритъм. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
