Проучването показва за първи път иновативен самозахранващ се сърдечен пейсмейкър, тестван успешно при прасета
Нашето сърце поддържа ритъм чрез вътрешния си 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, които позволяват на сърцето ни да изпомпва кръв в цялото ни тяло. С напредване на възрастта или заболяването, този вътрешен пейсмейкър не е в състояние да поддържа сърцето да бие правилно. Нередовният сърдечен ритъм се причинява и от състояние, наречено аритмия, което забавя нормалната честота на сърцето. За да се компенсира тази загуба, традиционен сърдечен пейсмейкър – електронно устройство, работещо с батерии – може да бъде имплантирано хирургически в пациента, за да се регулира сърдечният ритъм и да се поддържа постоянното му биене.
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 създаването на сърдечни пейсмейкъри , които алтернативно биха могли да използват естествена енергия от собствения сърдечен ритъм на човек, вместо батерия. Теоретично, такъв пейсмейкър не би трябвало да се подменя, след като бъде имплантиран в пациента. Пейсмейкъри, захранвани с плутоний, са произведени преди много десетилетия. Експерименталният дизайн на нови пейсмейкъри досега се е сблъсквал с няколко ограничения – като твърда конструкция, която ограничава мощността ѝ, и усложнения, свързани 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 в Шанхай, Китай, са се заели да проектират ново малко устройство за пейсмейкър , което може да се захранва от енергията на собствения сърдечен ритъм, и са успешно тествали това устройство върху прасета. Новото устройство може да се постави под сърцето, а не близо до ключицата, както е при конвенционалните пейсмейкъри. Пейсмейкърът се основава на идеална симбиотична връзка между сърцето и устройството.
Дизайнът на този нов пейсмейкър е иницииран с изработката на малка гъвкава пластмасова рамка. Тази рамка е била свързана с пиезоелектрични слоеве, които при огъване генерират енергия. Тази част, наречена „комбайн“ за енергия, е била поставена върху чип. Устройството е имплантирано в прасета и е наблюдавано, че собственият сърдечен ритъм на животните може да променя (огъва) формата на рамката, като по този начин генерира достатъчно енергия (мощност), еквивалентна на пейсмейкър, захранван с батерии . Гъвкавата пластмасова рамка на устройството му позволява да улавя повече енергия от сърцето в сравнение с традиционните пейсмейкъри, които имат твърди корпуси.
Тъй като хората имат физиология, много подобна на тази на свинете, този пейсмейкър би могъл 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 – събирач на енергия, чип за пейсмейкър и проводници – които трябва да бъдат интегрирани в едно устройство. По-нататъшни тестове върху животни, а след това и върху хора, могат да потвърдят дългосрочната стабилност на устройството. Такова устройство, ако е успешно, ще изисква инвазивна хирургия само веднъж, намалявайки риска от усложнения за пациента. Едно основно ограничение на това ново устройство може да бъде, че лекарите може да не са в състояние да наблюдават пациентите дистанционно, както е в случая с пейсмейкърите, работещи с батерии.
***
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
***
