Μελέτη δείχνει για πρώτη φορά ένας καινοτόμος αυτοτροφοδοτούμενος καρδιακός βηματοδότης δοκιμάστηκε με επιτυχία σε χοίρους
Τα καρδιά διατηρεί έναν ρυθμό μέσω του εσωτερικού του βηματοδότης που ονομάζεται φλεβοκομβικός κόμβος (SA node), που ονομάζεται επίσης φλεβοκομβικός κόμβος που βρίσκεται στον άνω δεξιό θάλαμο. Αυτός ο εσωτερικός βηματοδότης απελευθερώνει ηλεκτρικό φορτίο 60-100 φορές σε ένα λεπτό και αυτή η ενέργεια πραγματοποιεί συσπάσεις στους καρδιακούς μυς που επιτρέπουν στην καρδιά μας να αντλεί αίμα σε όλο το σώμα μας. Καθώς γερνάμε ή παθαίνουμε μια ασθένεια, αυτό είναι εσωτερικό βηματοδότης δεν μπορεί να κρατήσει την καρδιά να χτυπά σωστά. Ο ακανόνιστος καρδιακός παλμός προκαλείται επίσης από μια κατάσταση που ονομάζεται αρρυθμία, η οποία επιβραδύνει τον φυσιολογικό ρυθμό της καρδιάς. Για να αντικαταστήσει αυτή την απώλεια, μια παραδοσιακή καρδιά βηματοδότης – μια ηλεκτρονική συσκευή που λειτουργεί με μπαταρία – μπορεί να εμφυτευθεί χειρουργικά μέσα σε έναν ασθενή για να ρυθμίσει τον καρδιακό παλμό και να διατηρήσει την καρδιά να χτυπά σταθερά.
Ένας παραδοσιακός βηματοδότης καρδιάς
Η συσκευή αποτελείται από μια γεννήτρια παλμών που λειτουργεί με μπαταρία, η οποία εμφυτεύεται κάτω από το δέρμα κοντά στο οστό της κλείδας. Διαθέτει επίσης μονωμένα καλώδια που συνδέουν τη συσκευή με την καρδιά. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα παράγει ηλεκτρικά σήματα τα οποία παραδίδονται στην καρδιά μέσω ηλεκτροδίων. Ο βηματοδότης είναι μια συσκευή που σώζει ζωές. Ωστόσο, ένας σημαντικός περιορισμός του τρέχοντος βηματοδότη είναι ότι πρέπει να αντικατασταθούν ανά πάσα στιγμή μεταξύ 5 και 12 ετών από την πρώτη τοποθέτηση λόγω της περιορισμένης διάρκειας ζωής της μπαταρίας. Η εμφύτευση μπορεί να γίνει μόνο μέσω μιας επεμβατικής χειρουργικής με χρήση τοπικής αναισθησίας, η οποία από μόνη της είναι δύσκολη καθώς η θωρακική κοιλότητα του ασθενούς πρέπει να ανοίξει. Η χειρουργική επέμβαση δεν είναι μόνο δαπανηρή, αλλά αυξάνει επίσης τον κίνδυνο επιπλοκών, λοιμώξεων ή ακόμα και αιμορραγίας του ασθενούς. Ένας άλλος τύπος μικροσκοπικού βηματοδότη έχει σχεδιαστεί ο οποίος μπορεί να εμφυτευτεί μέσω καθετήρα αποφεύγοντας τη χειρουργική επέμβαση, αλλά εξακολουθεί να υποβάλλεται σε δοκιμές.
Οι ερευνητές έχουν επικεντρωθεί στην κατασκευή καρδιακούς βηματοδότες που θα μπορούσε εναλλακτικά να χρησιμοποιήσει φυσική ενέργεια από τον καρδιακό παλμό ενός ατόμου αντί για μπαταρία. Θεωρητικά, ένας τέτοιος βηματοδότης δεν θα χρειαζόταν να αντικατασταθεί μόλις εμφυτευθεί σε έναν ασθενή. Οι βηματοδότες με πλουτώνιο έχουν κατασκευαστεί πολλές δεκαετίες νωρίτερα. Ο πειραματικός σχεδιασμός νέων βηματοδοτών έχει αντιμετωπίσει αρκετούς περιορισμούς μέχρι στιγμής – όπως η άκαμπτη δομή σχεδίασης που περιορίζει την ισχύ του και τις επιπλοκές με τη σμίκρυνση.
Ένας καινοτόμος βηματοδότης χωρίς μπαταρία με μοναδικό σχεδιασμό
Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο ACS Nano ερευνητές από το Εθνικό Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνολογίας, Σαγκάη, Κίνα, ξεκίνησαν να σχεδιάσουν ένα νέο μικρό βηματοδότης συσκευή που μπορεί να τροφοδοτηθεί από την ενέργεια του δικού του καρδιακού παλμού και δοκίμασαν με επιτυχία αυτή τη συσκευή σε χοίρους. Η νέα συσκευή μπορεί να τοποθετηθεί κάτω από την καρδιά και όχι κοντά στο οστό της κλείδας, όπως συμβαίνει με τους συμβατικούς βηματοδότες. Ο βηματοδότης βασίζεται σε μια ιδανική συμβιωτική σχέση μεταξύ της καρδιάς κάποιου και της συσκευής.
Ο σχεδιασμός αυτού του νέου βηματοδότη ξεκίνησε κατασκευάζοντας πρώτα ένα μικρό εύκαμπτο πλαστικό πλαίσιο. Αυτό το πλαίσιο ήταν συνδεδεμένο με πιεζοηλεκτρικά στρώματα τα οποία όταν κάμπτονται παράγουν ενέργεια. Αυτό το μέρος, που ονομάζεται «θεριστής ενέργειας» τοποθετήθηκε σε ένα τσιπ. Η συσκευή εμφυτεύτηκε σε χοίρους και παρατηρήθηκε ότι ο καρδιακός παλμός των ζώων μπορούσε να αλλάξει (λυγίσει) το σχήμα του πλαισίου παράγοντας έτσι αρκετή ενέργεια (ισχύς) ισοδύναμη με μια μπαταρία που τροφοδοτείται βηματοδότης. Το εύκαμπτο πλαστικό πλαίσιο της συσκευής της επιτρέπει να συλλαμβάνει περισσότερη ενέργεια από την καρδιά σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς βηματοδότες που έχουν σκληρές θήκες.
Δεδομένου ότι οι άνθρωποι έχουν μια φυσιολογία πολύ παρόμοια με τους χοίρους, αυτό βηματοδότης μπορεί να λειτουργήσει καλά και σε ανθρώπους. Οι ερευνητές επισημαίνουν ορισμένα τεχνικά ζητήματα που θα πρέπει να αντιμετωπιστούν, για παράδειγμα ότι η συσκευή αποτελείται από τρεις ξεχωριστές τεχνολογίες - θεριστική μηχανή, βηματοδότης τσιπ και καλώδια – τα οποία πρέπει να ενσωματωθούν σε μία συσκευή. Περαιτέρω δοκιμές σε ζώα και στη συνέχεια σε ανθρώπους μπορούν να επιβεβαιώσουν τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα της συσκευής. Μια τέτοια συσκευή, εάν είναι επιτυχής, θα απαιτήσει επεμβατική χειρουργική επέμβαση μόνο μία φορά, μειώνοντας τον κίνδυνο επιπλοκών του ασθενούς. Ένας σημαντικός περιορισμός αυτής της νέας συσκευής θα μπορούσε να είναι ότι οι γιατροί ενδέχεται να μην μπορούν να παρακολουθούν εξ αποστάσεως ασθενείς όπως στην περίπτωση των βηματοδοτών που λειτουργούν με μπαταρία.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Ning L et al. 2019. Άμεση τροφοδοσία ενός πραγματικού καρδιακού βηματοδότη με φυσική ενέργεια ενός καρδιακού παλμού. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
