Исследование показывает, что инновационный кардиостимулятор с автономным питанием впервые успешно прошел испытания на свиньях.
Наши сердце поддерживает темп посредством своего внутреннего электрокардиостимулятор называемый синоатриальный узел (СА-узел), также называемый синусовым узлом, расположенный в верхней правой камере. Этот внутренний кардиостимулятор высвобождает электрический заряд 60–100 раз в минуту, и эта энергия вызывает сокращения сердечных мышц, которые позволяют сердцу перекачивать кровь по всему телу. Когда мы стареем или заболеваем, это внутреннее электрокардиостимулятор не может заставить сердце биться должным образом. Нерегулярное сердцебиение также вызвано состоянием, называемым аритмией, которое замедляет нормальную частоту сердечных сокращений. Чтобы заменить эту потерю, традиционное сердце электрокардиостимулятор – электронное устройство с батарейным питанием – может быть хирургически имплантировано пациенту, чтобы нормализовать сердцебиение и поддерживать устойчивое сердцебиение.
Традиционный кардиостимулятор
Устройство состоит из генератора импульсов с батарейным питанием, который имплантируется под кожу возле ключицы. Он также имеет изолированные провода, которые подключают устройство к сердцу. Электронная схема генерирует электрические сигналы, которые через электроды доставляются к сердцу. Кардиостимулятор - это устройство, спасающее жизнь; тем не менее, одним из существенных ограничений современных кардиостимуляторов является то, что их необходимо заменять в любое время от 5 до 12 лет после первой установки из-за ограниченного срока службы батареи. Имплантация может быть выполнена только с помощью инвазивной хирургии с использованием местной анестезии, что само по себе является сложной задачей, поскольку необходимо открыть грудную клетку пациента. Хирургия не только дорогая, но и увеличивает риск осложнений, инфекций или даже кровотечения у пациента. Был разработан еще один тип крошечного кардиостимулятора, который можно имплантировать через катетер, избегая хирургического вмешательства, но он все еще проходит испытания.
Исследователи сосредоточили свое внимание на строительстве кардиостимуляторы которые могут альтернативно использовать естественную энергию собственного сердцебиения человека вместо батареи. Теоретически такой кардиостимулятор не нужно заменять после имплантации пациенту. Кардиостимуляторы с плутониевым питанием были изготовлены много десятилетий назад. Экспериментальный дизайн новых кардиостимуляторов столкнулся с рядом ограничений, таких как жесткая конструкция, которая ограничивает его мощность, и сложности, связанные с миниатюризацией.
Инновационный безбатарейный кардиостимулятор с уникальным дизайном
В новом исследовании, опубликованном в ACS Nano Исследователи из Национальной ключевой лаборатории науки и технологий в Шанхае, Китай, решили разработать новый небольшой электрокардиостимулятор устройство, которое можно питать от энергии собственного сердцебиения, и это устройство успешно испытали на свиньях. Новое устройство можно разместить под сердцем, а не возле ключицы, как обычные кардиостимуляторы. Кардиостимулятор основан на идеальных симбиотических отношениях между сердцем и устройством.
Разработка этого нового кардиостимулятора была начата с изготовления небольшой гибкой пластиковой рамы. Этот каркас был скреплен пьезоэлектрическими слоями, которые при изгибе генерируют энергию. Эта часть, называемая «сборщиком энергии», была помещена в чип. Устройство было имплантировано свиньям, и было замечено, что собственное сердцебиение животных могло изменять (изгибать) форму рамы, тем самым генерируя достаточно энергии (мощности), эквивалентной энергии, работающей на батарейках. электрокардиостимулятор. Гибкая пластиковая рама устройства позволяет ему улавливать больше энергии сердца по сравнению с традиционными кардиостимуляторами с твердыми корпусами.
Поскольку физиология людей очень похожа на свиней, это электрокардиостимулятор может хорошо работать и на людях. Исследователи указывают на некоторые технические проблемы, которые необходимо будет решить. Например, устройство состоит из трех отдельных технологий: сбора энергии, электрокардиостимулятор чип и провода – которые необходимо объединить в одно устройство. Дальнейшие испытания на животных, а затем и на людях могут подтвердить долгосрочную стабильность устройства. Такое устройство в случае успеха потребует инвазивной операции только один раз, что снизит риск осложнений у пациента. Одним из основных ограничений этого нового устройства может стать то, что врачи не смогут удаленно наблюдать за пациентами, как в случае с кардиостимуляторами с батарейным питанием.
Источник (ы)
Ning L et al. 2019. Прямое питание настоящего кардиостимулятора природной энергией сердцебиения. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
