Studie poprvé ukazuje inovativní samonapájecí kardiostimulátor úspěšně testovaný na prasatech
Náš srdce udržuje tempo prostřednictvím svého vnitřního kardiostimulátor nazývaný sinoatriální uzel (SA uzel), také nazývaný sinusový uzel umístěný v pravé horní komoře. Tento vnitřní kardiostimulátor uvolňuje elektrický náboj 60-100krát za minutu a tato energie provádí kontrakce srdečních svalů, které umožňují našemu srdci pumpovat krev do celého těla. Jak stárneme nebo onemocníme, toto je vnitřní kardiostimulátor není schopen udržet správný tep srdce. Nepravidelný srdeční tep je také způsoben stavem zvaným arytmie, který zpomaluje normální srdeční frekvenci. Nahradit tuto ztrátu tradičním srdcem kardiostimulátor – bateriově napájené elektronické zařízení – lze chirurgicky implantovat do pacienta, aby se upravil srdeční tep a aby srdce tlouklo nepřetržitě.
Tradiční kardiostimulátor
Zařízení se skládá z bateriově napájeného generátoru pulsů, který je implantován pod kůži v blízkosti klíční kosti. Má také izolované dráty, které spojují zařízení se srdcem. Elektronický obvod generuje elektrické signály, které jsou dodávány do srdce prostřednictvím elektrod. Kardiostimulátor je život zachraňující zařízení; jedním významným omezením současných kardiostimulátorů je však to, že je nutné je vyměnit kdykoli mezi 5 až 12 lety po jejich instalaci, protože baterie má omezenou životnost. Implantaci lze provést pouze pomocí invazivního chirurgického zákroku za použití lokální anestezie, což je samo o sobě náročné, protože je nutné otevřít pacientovu hrudní dutinu. Operace je nejen nákladná, ale také zvyšuje pacientovo riziko komplikací, infekcí nebo dokonce krvácení. Byl navržen další typ malého kardiostimulátoru, který lze implantovat pomocí katetru bez chirurgického zákroku, ale stále prochází testováním.
Výzkumníci se zaměřují na stavbu kardiostimulátory který by mohl alternativně využívat přirozenou energii z tepu vlastního srdce člověka místo baterie. Teoreticky by takový kardiostimulátor nemusel být vyměněn, jakmile je implantován do pacienta. Kardiostimulátory poháněné plutoniem se vyráběly o mnoho desetiletí dříve. Experimentální design nových kardiostimulátorů dosud narážel na několik omezení – jako je pevná konstrukce, která omezuje jeho výkon, a komplikace s miniaturizací.
Inovativní bezbateriový kardiostimulátor s jedinečným designem
V nové studii zveřejněné v ACS Nano výzkumníci z National Key Laboratory for Science and Technology, Shanghai, China, se rozhodli navrhnout nový malý kardiostimulátor zařízení, které lze napájet z energie vlastního tepu a toto zařízení úspěšně otestovali na prasatech. Nový přístroj lze zastrčit pod srdce spíše než blízko klíční kosti jako u běžných kardiostimulátorů. Kardiostimulátor je založen na ideálním symbiotickém vztahu mezi srdcem a přístrojem.
Design tohoto nového kardiostimulátoru byl zahájen nejprve vyrobením malého pružného plastového rámu. Tento rám byl spojen piezoelektrickými vrstvami, které po ohnutí generují energii. Tato část, nazývaná energetický 'kombajn', byla umístěna na čipu. Zařízení bylo implantováno prasatům a bylo pozorováno, že vlastní srdeční tlukot zvířat mohl změnit (ohnout) tvar rámu, a tím vytvořit dostatek energie (výkonu) ekvivalentní baterii napájenému kardiostimulátor. Flexibilní plastový rám zařízení umožňuje zachytit více energie ze srdce ve srovnání s tradičními kardiostimulátory, které mají pevná pouzdra.
Protože lidé mají fyziologii velmi podobnou prasatům, toto kardiostimulátor může dobře fungovat i u lidí. Výzkumníci poukazují na některé technické problémy, které bude třeba vyřešit, například zařízení se skládá ze tří samostatných technologií – energetického kombajnu, kardiostimulátor čip a vodiče – které je třeba integrovat do jednoho zařízení. Další testování na zvířatech a poté na lidech může potvrdit dlouhodobou stabilitu zařízení. Pokud bude takové zařízení úspěšné, bude vyžadovat invazivní operaci pouze tehdy, sníží-li se pacientovo riziko komplikací. Jedním z hlavních omezení tohoto nového zařízení by mohlo být to, že lékaři nemusí být schopni vzdáleně monitorovat pacienty jako v případě kardiostimulátorů napájených bateriemi.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Ning L a kol. 2019. Přímé napájení skutečného kardiostimulátoru přirozenou energií srdečního tepu. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
