Το 2023, πραγματοποιήθηκαν περισσότερες από 1,6 εκατομμύριο επεμβάσεις εμφύτευσης βηματοδότη παγκοσμίως, χρησιμοποιώντας μια μικρή εμφυτευμένη συσκευή που στέλνει ηλεκτρικούς παλμούς για να διατηρεί την καρδιά σε ασφαλή ρυθμό.

Για πολλούς ασθενείς, η συσκευή αυτή χρειάζεται αντικατάσταση εντός μιας δεκαετίας, όχι επειδή χαλάσει κάτι, αλλά επειδή εξαντληθεί η μπαταρία. Τώρα, μια ερευνητική ομάδα κατασκεύασε έναν βηματοδότη που εγκαταλείπει εντελώς την μπαταρία, αντλώντας ενέργεια απευθείας από την ίδια την κίνηση της καρδιάς, και σε μια κρίσιμη δοκιμή, χρησιμοποίησε αυτή τη συλλεγμένη ενέργεια για να αυξήσει τον ρυθμό μιας ζωντανής καρδιάς κατόπιν εντολής.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Science Advances, περιγράφει έναν πλήρως ενσωματωμένο, χωρίς ηλεκτρόδιο βηματοδότη που παράγει τη δική του ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας μια τριβοηλεκτρική νανογεννήτρια ή TENG, η οποία μετατρέπει μικροσκοπικές κινήσεις πίεσης και απελευθέρωσης μεταξύ υλικών σε ηλεκτρικό φορτίο. Λειτουργεί περίπου με την ίδια αρχή όπως ο στατικός ηλεκτρισμός από το τρίψιμο ενός μπαλονιού στις τρίχες, αλλά σε μικρογραφία και ενεργοποιείται χιλιάδες φορές την ημέρα με κάθε καρδιακό παλμό.

Η συσκευή χωράει μέσα στο ίδιο κέλυφος τιτανίου που χρησιμοποιείται από έναν εμπορικά διαθέσιμο βηματοδότη Medtronic Micra, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσε θεωρητικά να εμφυτευτεί με τον ίδιο τρόπο που το κάνουν οι γιατροί σήμερα.

Οι τρέχοντες βηματοδότες χωρίς ηλεκτρόδιο, όπως το Micra, διαθέτουν μπαταρίες που αντιπροσωπεύουν περίπου το ήμισυ του συνολικού όγκου και σχεδόν το 60% του βάρους της συσκευής. Όταν η μπαταρία αυτή εξαντληθεί, συχνά εντός πέντε έως δέκα ετών, ένας ασθενής πρέπει να υποβληθεί σε μια άλλη επέμβαση για την αντικατάστασή της ή την προσθήκη μιας νέας συσκευής, πράγμα που σημαίνει ότι οι νεότεροι ασθενείς μπορεί να αντιμετωπίσουν πολλαπλές χειρουργικές επεμβάσεις κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Ένας αυτοτροφοδοτούμενος βηματοδότης που θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά ή ενδεχομένως να εξαλείψει τις μελλοντικές χειρουργικές επεμβάσεις αντικατάστασης μπαταρίας θα μπορούσε να αλλάξει αυτή την εξίσωση.

Δύο μικροσκοπικές γεννήτριες

Στον πυρήνα της τεχνολογίας βρίσκονται δύο συμπαγείς μονάδες συλλογής ενέργειας στοιβαγμένες μέσα στο περίβλημα τιτανίου της συσκευής, κατασκευασμένες από στρωματοποιημένες εύκαμπτες πλάκες που παράγουν ηλεκτρικό φορτίο όταν πιέζονται μεταξύ τους και απομακρύνονται. Όταν η καρδιά συστέλλεται και χαλαρώνει, τα εσωτερικά εξαρτήματα αναπηδούν μπρος-πίσω σαν ένα μικροσκοπικό σύστημα με ελατήριο και κάθε καρδιακός παλμός ενεργοποιεί μια αλληλουχία συμβάντων επαφής και διαχωρισμού. Το προκύπτον φορτίο αποθηκεύεται σε έναν μικρό πυκνωτή μέχρι να συσσωρευτεί αρκετή ενέργεια για να παραδώσει έναν παλμό βηματοδότησης.

Σε εργαστηριακές δοκιμές, η συσκευή παρήγαγε ισχύ εξόδου ανά μονάδα όγκου υπερδιπλάσια από αυτήν των προηγουμένως αναφερόμενων εμφυτευμένων συσκευών συλλογής ενέργειας. Δοκιμασμένη σε ένα ευρύ φάσμα προσομοιωμένων δυνάμεων καρδιακής κίνησης, συμπεριλαμβανομένης της μειωμένης κίνησης που αποσκοπούσε στην προσομοίωση ασθενέστερης συστολής, συνέχισε να παράγει αξιοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια, παραμένοντας εντός του εύρους που απαιτείται για την τροφοδοσία των ηλεκτρονικών ενός σύγχρονου βηματοδότη. Μια δοκιμή επιταχυνόμενης κόπωσης, που ισοδυναμεί με δέκα χρόνια με 60 καρδιακούς παλμούς ανά λεπτό, έδειξε σταθερή ισχύ καθ' όλη τη διάρκεια.

Τέσσερις εβδομάδες

Δώδεκα ενήλικοι χοίροι χρησιμοποιήθηκαν σε όλη τη μελέτη: έντεκα για βραχυπρόθεσμα πειράματα εμφύτευσης και ένας για μια πλήρη περίοδο εμφύτευσης και παρακολούθησης τεσσάρων εβδομάδων. Χρησιμοποιώντας έναν τυπικό κλινικό καθετήρα, η συσκευή περάστηκε μέσω μιας φλέβας στη βουβωνική χώρα, διέσχισε περίπου 60 έως 70 εκατοστά μέσα από το σώμα και αγκυρώθηκε στο εσωτερικό τοίχωμα της δεξιάς πλευράς της καρδιάς, η ίδια διαδικασία που χρησιμοποιείται σήμερα με τους εμπορικούς βηματοδότες χωρίς ηλεκτρόδιο.

Σε διάστημα τεσσάρων εβδομάδων, οι ακτινογραφίες επιβεβαίωσαν ότι η συσκευή δεν μετατοπίστηκε ούτε αποκολλήθηκε και ο υπέρηχος δεν έδειξε διαταραχή στη λειτουργία της καρδιακής βαλβίδας. Οι εξετάσεις αίματος σε πέντε χρονικά σημεία έδειξαν ότι ο αριθμός των ανοσοκυττάρων, τα επίπεδα αιμοπεταλίων και οι δείκτες νεφρών και ήπατος ήταν όλα εντός φυσιολογικών ορίων. Στο τέλος των 29 ημερών, το ζώο είχε αυξήσει το βάρος του, διατηρούσε την κανονική του δραστηριότητα και δεν έδειξε σημάδια δυσφορίας.

Όταν αφαιρέθηκε η συσκευή, η ανάλυση ιστού στο σημείο πρόσδεσης αποκάλυψε εντοπισμένη ουλή συμβατή με αυτήν που παρατηρείται συνήθως μετά την εμφύτευση εμπορικών βηματοδοτών χωρίς ηλεκτρόδιο, συμπεριλαμβανομένου του Micra. Ο ιστός που βρισκόταν πιο μακριά από το σημείο εμφύτευσης φαινόταν φυσιολογικός.

Καρδιακός ρυθμός

Ίσως το πιο αποκαλυπτικό αποτέλεσμα προήλθε από την ίδια την επίδειξη βηματοδότησης. Χρησιμοποιώντας την ενέργεια που συλλέχθηκε από τη συσκευή, οι ερευνητές τροφοδότησαν μια εμπορική ηλεκτρονική μονάδα βηματοδότη.

Χωρίς μπαταρία και χωρίς εξωτερική πηγή τροφοδοσίας, η συσκευή αύξησε τον καρδιακό ρυθμό ενός χοίρου από 92 σε 100 παλμούς ανά λεπτό και, σε ξεχωριστή δοκιμή, από 75 σε 120 παλμούς ανά λεπτό, με σταθερά ηλεκτρικά πρότυπα που επιβεβαιώθηκαν από ηλεκτροκαρδιογράφημα.

Όταν η πηγή ενέργειας άλλαξε κατά τη διάρκεια του πειράματος από μια συμβατική μπαταρία σε μια συσκευή που τροφοδοτείται από TENG, δεν υπήρξε διακοπή στα σήματα βηματοδότησης, γεγονός που δείχνει ότι η συλλεγόμενη ενέργεια μπορούσε να αναλάβει την τροφοδοσία ρεύματος χωρίς να διαταράξει τη βηματοδότηση σε αυτή τη δοκιμή.

Μακρύς δρόμος

Η ορμή είναι πραγματική, αλλά και οι επιφυλάξεις. Μόνο ένα ζώο ολοκλήρωσε την πλήρη αξιολόγηση τεσσάρων εβδομάδων και οι ερευνητές αναγνωρίζουν ότι θα χρειαστούν μεγαλύτερες ομάδες και μεγαλύτερες περίοδοι εμφύτευσης για να κατανοηθεί πώς η ουλοποίηση των ιστών μπορεί να επηρεάσει την παραγωγή ενέργειας με την πάροδο του χρόνου.

Όλες οι δοκιμές σε ζώα χρησιμοποίησαν υγιείς χοίρους, όχι τους βηματοδότες με εξασθενημένη ή αργό καρδιακό παλμό για τους οποίους συνταγογραφούνται στην πραγματικότητα, και οι δοκιμές σε μοντέλα ασθενών καρδιακών παλμών είναι ένα κρίσιμο επόμενο βήμα.

Η επίδειξη βηματοδότησης βασίστηκε επίσης σε μια παλαιότερη εμπορική ηλεκτρονική μονάδα αντί για τα ηλεκτρονικά Micra τρέχουσας γενιάς, λόγω περιορισμών πρόσβασης, επομένως η μελλοντική εργασία θα πρέπει να επιβεβαιώσει την απόδοση με σύγχρονα εξαρτήματα σε ένα κλινικά αντιπροσωπευτικό περιβάλλον.

Ακόμα κι έτσι, το βασικό αποτέλεσμα παραμένει: ένας βηματοδότης στο μέγεθος και το σχήμα μιας εμπορικής συσκευής, που παραδίδεται με τον ίδιο τρόπο που παραδίδονται οι εμπορικές συσκευές, λειτουργεί μόνο με έναν καρδιακό παλμό και ελέγχει τον ρυθμό της καρδιάς από μέσα του. Για τα εκατομμύρια που ζουν με εμφυτεύματα που εξαρτώνται από μπαταρίες σήμερα, αυτή η απόδειξη της ιδέας έχει σημασία.

Πηγές:
Study Finds

Προσθέστε το iatronet.gr στο Discover

Ειδήσεις υγείας σήμερα
Προχωρημένος καρκίνος του μαστού: Τι αλλάζει στο θεραπευτικό τοπίο
Νέα δεδομένα για τον ρόλο του υποδοχέα GIPR στη ρύθμιση της όρεξης και της απώλειας βάρους
Υποβολή τιμολογίων Αυγούστου στον ΕΟΠΥΥ