Исследование показывает, что инновационный кардиостимулятор с автономным питанием впервые успешно прошел испытания на свиньях.
Наши сердце поддерживает темп посредством своего внутреннего водителя ритма, называемого синоатриальным узлом (СА-узел), также называемого синусовым узлом, расположенным 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, этот внутренний кардиостимулятор не может поддерживать правильное биение сердца. Нерегулярное сердцебиение также вызвано состоянием, называемым аритмией, которое замедляет нормальную частоту сердечных сокращений. Чтобы восполнить эту потерю, пациенту можно хирургическим путем имплантировать традиционный кардиостимулятор – электронное устройство с батарейным питанием, чтобы упорядочить сердцебиение и поддерживать стабильное 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, намеревались разработать новый небольшой кардиостимулятор, который может питаться от энергии собственного сердцебиения, и они успешно протестировали это устройство на свиньях. Новое устройство можно разместить под сердцем, а не возле ключицы, как обычные кардиостимуляторы. В основе кардиостимулятора лежит идеальная симбиотическая связь между сердцем и устройством.
При разработке этого нового кардиостимулятора сначала была изготовлена небольшая гибкая пластиковая рама. Этот каркас был скреплен пьезоэлектрическими слоями, которые при изгибе генерируют энергию. Эта часть, называемая «комбайном» энергии, была размещена на микросхеме. Устройство было имплантировано свиньям, и было замечено, что собственное сердцебиение животных могло изменять (искривлять) форму рамки, тем самым генерируя достаточно энергии (мощности), эквивалентной кардиостимулятору с батарейным питанием. Гибкий пластиковый корпус устройства позволяет ему улавливать больше энергии от сердца по сравнению с традиционными кардиостимуляторами, которые имеют жесткие футляры.
Поскольку физиология людей очень похожа на физиологию свиней, этот кардиостимулятор может хорошо работать и у людей. Исследователи указывают на некоторые технические проблемы, которые необходимо решить, например, устройство состоит из трех отдельных технологий - сборщика энергии, микросхемы кардиостимулятора и проводов, - 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 хирургии только один раз, что снижает риск осложнений у пациента. Одним из основных ограничений этого нового устройства может быть то, что врачи не смогут удаленно контролировать пациентов, как в случае с кардиостимуляторами с батарейным питанием.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
Источник (ы)
Ning L et al. 2019. Прямое питание настоящего кардиостимулятора природной энергией сердцебиения. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
