Проучването показва за първи път иновативен самозахранващ се сърдечен пейсмейкър, тестван успешно при прасета
Нашата сърце поддържа темп чрез своя вътрешен пейсмейкър наречен синоатриален възел (SA възел), наричан още синусов възел, разположен в горната дясна камера. Този вътрешен пейсмейкър освобождава електрически заряд 60-100 пъти в минута и тази енергия извършва контракции в сърдечните мускули, което позволява на сърцето ни да изпомпва кръв в цялото ни тяло. Тъй като остаряваме или се разболяваме, това вътрешно пейсмейкър не е в състояние да поддържа сърцето да бие правилно. Нередовният сърдечен ритъм също се причинява от състояние, наречено аритмия, което забавя нормалната сърдечна честота. За да замени тази загуба, традиционно сърце пейсмейкър – захранвано с батерии електронно устройство – може да се имплантира хирургически вътре в пациент, за да се регулира сърдечният ритъм и да се поддържа стабилен ритъм на сърцето.
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 нов малък пейсмейкър устройство, което може да се захранва от енергията на собствения сърдечен ритъм и те успешно тестваха това устройство при прасета. Новото устройство може да бъде поставено 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, като първо се направи малка гъвкава пластмасова рамка. Тази рамка беше свързана с пиезоелектрични слоеве, които при огъване генерират енергия. Тази част, наречена "комбайн за енергия", беше поставена върху чип. Устройството беше имплантирано в прасета и беше наблюдавано, че собственият сърдечен ритъм на животните може да промени (огъне) формата на рамката, като по този начин генерира достатъчно енергия (мощност), еквивалентна на захранвано от батерия пейсмейкър. Гъвкавата пластмасова рамка на устройството му позволява да улавя повече енергия от сърцето в сравнение с традиционните пейсмейкъри, които имат твърди кутии.
Тъй като хората имат физиология, много подобна на прасетата, това пейсмейкър може да работи добре и при хора. Изследователите посочват някои технически проблеми, които ще трябва да бъдат решени, например устройството се състои от три отделни технологии – енергиен комбайн, пейсмейкър чип и кабели – които трябва да бъдат интегрирани в едно устройство. Допълнителни тестове върху животни и след това върху 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 пациенти от разстояние, 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
