Badanie pokazuje, że po raz pierwszy innowacyjny rozrusznik serca z własnym zasilaniem został pomyślnie przetestowany na świniach
Autonomiczne serce utrzymuje tempo poprzez swoje wewnętrzne stymulator serca zwany węzłem zatokowo-przedsionkowym (węzeł SA), zwany także węzłem zatokowym, zlokalizowanym w prawej górnej komorze. Ten wewnętrzny rozrusznik uwalnia ładunek elektryczny 60–100 razy na minutę, a energia ta powoduje skurcze mięśnia sercowego, które umożliwiają sercu pompowanie krwi po całym ciele. Kiedy się starzejemy lub zapadamy na chorobę, ma to charakter wewnętrzny stymulator serca nie jest w stanie utrzymać prawidłowego rytmu serca. Nieregularne bicie serca jest również spowodowane stanem zwanym arytmią, który spowalnia normalne tętno. Aby zastąpić tę stratę, tradycyjne serce stymulator serca – urządzenie elektroniczne zasilane bateryjnie – można je chirurgicznie wszczepić wewnątrz pacjenta w celu uregulowania bicia serca i utrzymania jego równomiernego rytmu.
Tradycyjny rozrusznik serca
Urządzenie składa się z zasilanego bateryjnie generatora impulsów, który jest wszczepiany pod skórę w pobliżu obojczyka. Posiada również izolowane przewody, które łączą urządzenie z sercem. Obwód elektroniczny generuje sygnały elektryczne, które są dostarczane do serca za pomocą elektrod. Rozrusznik serca to urządzenie ratujące życie; jednak jednym istotnym ograniczeniem obecnych stymulatorów jest konieczność ich wymiany w dowolnym momencie w okresie od 5 do 12 lat od pierwszego założenia z powodu ograniczonej żywotności baterii. Implantację można przeprowadzić wyłącznie za pomocą inwazyjnej operacji w znieczuleniu miejscowym, co samo w sobie jest trudne, ponieważ konieczne jest otwarcie klatki piersiowej pacjenta. Operacja jest nie tylko kosztowna, ale również zwiększa ryzyko powikłań, infekcji, a nawet krwawienia u pacjenta. Zaprojektowano inny rodzaj malutkiego rozrusznika serca, który można wszczepić przez cewnik, unikając operacji, ale wciąż jest on testowany.
Naukowcy skupiają się na budowaniu rozruszniki serca które mogą alternatywnie wykorzystywać energię naturalną z bicia własnego serca zamiast baterii. Teoretycznie taki rozrusznik nie wymagałby wymiany po wszczepieniu do wnętrza pacjenta. Stymulatory napędzane plutonem zostały wyprodukowane wiele dziesięcioleci wcześniej. Eksperymentalne projektowanie nowych rozruszników serca borykało się do tej pory z kilkoma ograniczeniami – takimi jak sztywna konstrukcja konstrukcyjna, która ogranicza ich moc i komplikacje związane z miniaturyzacją.
Innowacyjny bezbateryjny rozrusznik serca o unikalnym designie
W nowym badaniu opublikowanym w ACS Nano badacze z Narodowego Kluczowego Laboratorium Nauki i Technologii w Szanghaju w Chinach postanowili zaprojektować małą powieść stymulator serca urządzenie które może być zasilane energią bicia własnego serca i pomyślnie przetestowali to urządzenie na świniach. Nowe urządzenie można umieścić pod sercem, a nie w pobliżu obojczyka, jak ma to miejsce w przypadku konwencjonalnych rozruszników serca. Rozrusznik działa w oparciu o idealną symbiotyczną relację pomiędzy sercem a urządzeniem.
Prace nad projektem nowego rozrusznika serca rozpoczęto od wykonania małej, elastycznej ramy z tworzywa sztucznego. Rama ta została połączona warstwami piezoelektrycznymi, które po zgięciu wytwarzają energię. Ta część, zwana „zbieraczem energii”, została umieszczona w chipie. Urządzenie wszczepiono świniom i zaobserwowano, że bicie serca zwierząt może zmieniać (wyginać) kształt ramy, wytwarzając w ten sposób wystarczającą ilość energii (mocy) równoważną urządzeniu zasilanemu z baterii. stymulator serca. Elastyczna plastikowa rama urządzenia pozwala mu wychwycić więcej energii z serca w porównaniu z tradycyjnymi rozrusznikami serca, które mają twarde obudowy.
Ponieważ ludzie mają fizjologię bardzo podobną do świń, to stymulator serca może również działać dobrze u ludzi. Naukowcy wskazują na pewne kwestie techniczne, które należy rozwiązać, np. urządzenie składa się z trzech odrębnych technologii – urządzenia do pozyskiwania energii, stymulator serca chip i przewody – które trzeba zintegrować w jedno urządzenie. Dalsze badania na zwierzętach, a następnie na ludziach mogą potwierdzić długoterminową stabilność urządzenia. Jeśli takie urządzenie odniesie sukces, będzie wymagało inwazyjnej operacji tylko wtedy, gdy zmniejszy się ryzyko powikłań u pacjenta. Jednym z głównych ograniczeń tego nowego urządzenia może być brak możliwości zdalnego monitorowania pacjentów przez lekarzy, jak ma to miejsce w przypadku rozruszników serca zasilanych bateryjnie.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
Ning L et al. 2019. Bezpośrednie zasilanie prawdziwego rozrusznika serca za pomocą naturalnej energii bicia serca. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
