Štúdia prvýkrát ukazuje, že inovatívny kardiostimulátor s vlastným napájaním bol úspešne testovaný na ošípaných
Naše srdce udržiava tempo cez svoje vnútorné kardiostimulátor nazývaný sinoatriálny uzol (SA uzol), tiež nazývaný sínusový uzol umiestnený v pravej hornej komore. Tento vnútorný kardiostimulátor uvoľní elektrický náboj 60-100-krát za minútu a táto energia vykonáva kontrakcie srdcového svalu, čo umožňuje nášmu srdcu pumpovať krv do celého tela. Ako starneme alebo dostaneme chorobu, toto vnútorné kardiostimulátor nie je schopný správne biť srdce. Nepravidelný srdcový tep je tiež spôsobený stavom nazývaným arytmia, ktorý spomaľuje normálnu frekvenciu srdca. Nahradiť túto stratu tradičným srdcom kardiostimulátor – elektronické zariadenie napájané z batérie – možno chirurgicky implantovať do vnútra pacienta, aby sa upravil tep srdca a aby srdce bilo stabilne.
Tradičný kardiostimulátor
Zariadenie pozostáva z generátora impulzov napájaného z batérie, ktorý sa implantuje pod kožu v blízkosti kľúčnej kosti. Má tiež izolované drôty, ktoré spájajú zariadenie so srdcom. Elektronický obvod generuje elektrické signály, ktoré sú dodávané do srdca prostredníctvom elektród. Kardiostimulátor je zariadenie na záchranu života; jedno významné obmedzenie súčasného kardiostimulátora však spočíva v tom, že je potrebné ho vymeniť kedykoľvek od 5 do 12 rokov od začiatku, keď sú namontované, kvôli obmedzenej životnosti batérie. Implantáciu je možné vykonať iba invazívnym chirurgickým zákrokom s použitím lokálnej anestézie, ktorá je sama o sebe náročná, keďže je potrebné otvoriť pacientovu hrudnú dutinu. Operácia je nielen drahá, ale zvyšuje u pacienta aj riziko komplikácií, infekcií či dokonca krvácania. Bol navrhnutý ďalší typ malého kardiostimulátora, ktorý možno implantovať cez katéter bez chirurgického zákroku, ale stále sa testuje.
Výskumníci sa zamerali na budovanie kardiostimulátory ktorý by mohol alternatívne využívať prirodzenú energiu z vlastného srdcového tepu človeka namiesto batérie. Teoreticky by takýto kardiostimulátor po implantácii do pacienta nebolo potrebné vymieňať. Kardiostimulátory poháňané plutóniom sa vyrábali o mnoho desaťročí skôr. Experimentálny dizajn nových kardiostimulátorov doteraz čelil niekoľkým obmedzeniam - ako napríklad tuhá konštrukcia, ktorá obmedzuje jeho výkon, a komplikácie s miniaturizáciou.
Inovatívny bezbatériový kardiostimulátor s jedinečným dizajnom
V novej štúdii uverejnenej v roku XNUMX ACS Nano výskumníci z Národného kľúčového laboratória pre vedu a technológiu v Šanghaji v Číne sa rozhodli navrhnúť nový malý kardiostimulátor zariadenie, ktoré je možné napájať z energie vlastného tepu a toto zariadenie úspešne otestovali na prasatách. Nové zariadenie sa dá zasunúť pod srdce a nie blízko kľúčnej kosti ako pri konvenčných kardiostimulátoroch. Kardiostimulátor je založený na ideálnom symbiotickom vzťahu medzi srdcom a prístrojom.
Dizajn tohto nového kardiostimulátora bol iniciovaný najprv vytvorením malého flexibilného plastového rámu. Tento rám bol spojený piezoelektrickými vrstvami, ktoré pri ohýbaní generujú energiu. Táto časť, nazývaná energetický „kombajn“, bola umiestnená na čipe. Zariadenie bolo implantované ošípaným a bolo pozorované, že vlastný tlkot srdca zvierat môže zmeniť (ohnúť) tvar rámu, čím sa generuje dostatok energie (výkonu) ekvivalentnej batérii napájanej kardiostimulátor. Flexibilný plastový rám zariadenia umožňuje zachytiť viac energie zo srdca v porovnaní s tradičnými kardiostimulátormi, ktoré majú pevné puzdro.
Keďže ľudia majú fyziológiu veľmi podobnú ošípaným, toto kardiostimulátor môže dobre fungovať aj u ľudí. Výskumníci poukazujú na niektoré technické problémy, ktoré bude potrebné vyriešiť, napríklad zariadenie pozostáva z troch samostatných technológií – zberač energie, kardiostimulátor čip a vodiče – ktoré je potrebné integrovať do jedného zariadenia. Ďalšie testovanie na zvieratách a potom na ľuďoch môže potvrdiť dlhodobú stabilitu zariadenia. Takéto zariadenie, ak bude úspešné, bude vyžadovať invazívny chirurgický zákrok iba raz, čím sa zníži riziko komplikácií pacienta. Jedným z hlavných obmedzení tohto nového zariadenia by mohlo byť, že lekári nemusia byť schopní na diaľku monitorovať pacientov ako v prípade kardiostimulátorov na batérie.
***
{Pôvodný výskumný dokument si môžete prečítať kliknutím na odkaz DOI uvedený nižšie v zozname citovaných zdrojov}
Zdroj (e)
Ning L a kol. 2019. Priame napájanie skutočného kardiostimulátora prirodzenou energiou srdcového tepu. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
