Дослідження вперше показало, що інноваційний кардіостимулятор з автономним живленням успішно випробували на свинях
наш серце підтримує темп через свій внутрішній кардіостимулятор синоатріальний вузол (вузол SA), також званий синусовим вузлом, розташований у верхній правій камері. Цей внутрішній кардіостимулятор вивільняє електричний заряд 60-100 разів на хвилину, і ця енергія виконує скорочення серцевих м’язів, що дозволяє серцю перекачувати кров по всьому тілу. Коли ми старіємо або захворюємо, це внутрішні кардіостимулятор не в змозі підтримувати серцебиття належним чином. Нерегулярне серцебиття також спричинене станом під назвою аритмія, який уповільнює нормальний ритм серця. Щоб замінити цю втрату, традиційне серце кардіостимулятор – електронний пристрій, що працює від батареї – можна хірургічно імплантувати всередину пацієнта, щоб нормалізувати серцебиття та підтримувати серцебиття рівномірним.
Традиційний кардіостимулятор
Пристрій складається з батарейного генератора імпульсів, який імплантується під шкіру біля ключиці. Він також має ізольовані дроти, які з'єднують пристрій із серцем. Електронна схема генерує електричні сигнали, які доставляють до серця через електроди. Кардіостимулятор є рятівним пристроєм; однак, одне суттєве обмеження поточних кардіостимуляторів полягає в тому, що їх необхідно замінити в будь-який час від 5 до 12 років після їх встановлення через обмежений термін служби батареї. Імплантація може бути виконана тільки шляхом інвазивної операції з використанням місцевої анестезії, яка сама по собі є складною, оскільки необхідно відкрити грудну порожнину пацієнта. Хірургічне втручання не тільки дороге, але воно також підвищує ризик ускладнень, інфекцій або навіть кровотечі. Було розроблено інший тип крихітного кардіостимулятора, який можна імплантувати за допомогою катетера, щоб уникнути операції, але він все ще проходить випробування.
Дослідники зосередилися на будівництві кардіостимулятори які могли б використовувати природну енергію від власного серцебиття людини замість батареї. Теоретично такий кардіостимулятор не потрібно буде замінювати після того, як його імплантують усередину пацієнта. Кардіостимулятори, що працюють на плутонії, були виготовлені багато десятиліть раніше. Експериментальний дизайн нових кардіостимуляторів наразі зіткнувся з кількома обмеженнями – наприклад, жорсткою структурою конструкції, яка обмежує його потужність, і ускладненнями з мініатюризацією.
Інноваційний безбатарейний кардіостимулятор з унікальним дизайном
У новому дослідженні, опублікованому в ACS Nano Дослідники з Національної ключової лабораторії науки і технологій, Шанхай, Китай, взялися за розробку маленького роману кардіостимулятор пристрій, який може живитися від енергії власного серця, і вони успішно випробували цей пристрій на свинях. Новий пристрій можна підкласти під серце, а не біля ключиці, як із звичайними кардіостимуляторами. Кардіостимулятор заснований на ідеальному симбіотичному зв'язку між серцем і пристроєм.
Розробка цього нового кардіостимулятора була започаткована спочатку виготовленням невеликої гнучкої пластикової рамки. Цей каркас був скріплений п’єзоелектричними шарами, які при згинанні виробляють енергію. Ця частина, яка називається «комбайн енергії», була розміщена на мікросхемі. Пристрій було імплантовано свиням, і було помічено, що власне серцебиття тварин може змінювати (згинати) форму рами, таким чином генеруючи достатню кількість енергії (потужності), еквівалентну живленню від батареї. кардіостимулятор. Гнучка пластикова рама пристрою дозволяє захоплювати більше енергії від серця порівняно з традиційними кардіостимуляторами, які мають жорсткий корпус.
Оскільки фізіологія людей дуже схожа на фізіологію свиней, це кардіостимулятор також може добре працювати на людях. Дослідники вказують на деякі технічні проблеми, які потрібно буде вирішити, наприклад, пристрій складається з трьох окремих технологій – енергетичного комбайна, кардіостимулятор чіп і дроти – які потрібно інтегрувати в один пристрій. Подальше тестування на тваринах, а потім і на людях може підтвердити тривалу стабільність пристрою. Такий пристрій у разі успіху вимагатиме інвазивної операції лише один раз, зменшуючи ризик ускладнень у пацієнта. Одним з головних обмежень цього нового пристрою може бути те, що лікарі можуть не мати можливості дистанційно контролювати пацієнтів, як у випадку з кардіостимуляторами, що працюють від батарейок.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
Нін Л та ін. 2019. Пряме живлення справжнього кардіостимулятора за допомогою природної енергії серцебиття. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
