Ένας βηματοδότης που συλλέγει ενέργεια από την ίδια την κίνηση της καρδιάς θα μπορούσε μια μέρα να άρει έναν από τους κύριους περιορισμούς στις εμφυτευμένες καρδιακές συσκευές: την μπαταρία.
Σε νέα προκλινική έρευνα, μηχανικοί κατασκεύασαν έναν βηματοδότη χωρίς ηλεκτρόδια, ο οποίος τροφοδοτείται από μια μικροσκοπική τριβοηλεκτρική νανογεννήτρια, που μετατρέπει κάθε καρδιακό παλμό σε ηλεκτρική ενέργεια.
Η πρωτότυπη συσκευή τοποθετήθηκε και βηματοδότησε την καρδιά ενός χοίρου επί έναν μήνα, αλλά δεν έχει δοκιμαστεί σε ανθρώπους και ο ισχυρισμός «εφ' όρου ζωής» παραμένει στόχος, όχι ένα αποδεδειγμένο αποτέλεσμα.
Πώς λειτουργεί ο βηματοδότης που τροφοδοτείται από καρδιακό παλμό;
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον παρουσίασαν τη συσκευή σε σχετική δημοσίευση στο Science Advances. Αντί για μια συμβατική μπαταρία, περιέχει δύο μικρές ταλαντούμενες δομές γύρω από τα ηλεκτρονικά στοιχεία του βηματοδότη.
Καθώς η καρδιά συστέλλεται και χαλαρώνει, αντίθετα φορτισμένες επιφάνειες μέσα στους ταλαντωτές επανειλημμένα ενώνονται και διαχωρίζονται. Αυτή η κίνηση παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω του τριβοηλεκτρικού φαινομένου: του ίδιου βασικού φαινομένου πίσω από τον στατικό ηλεκτρισμό. Η ενέργεια μπορεί να τροφοδοτήσει τη βηματοδότηση ή να αποθηκευτεί σε έναν μικρό πυκνωτή.
Το σύστημα σχεδιάστηκε για να χωράει στον χώρο που καταλαμβάνει κανονικά η μπαταρία ενός υπάρχοντος ενδοκαρδιακού βηματοδότη χωρίς ηλεκτρόδιο. Σε εργαστηριακές δοκιμές, παρήγαγε 276,6 μικροβάτ ανά κυβικό εκατοστό, σημαντικά περισσότερη ισχύ από τις προηγούμενες μικροσκοπικές τριβοηλεκτρικές και πιεζοηλεκτρικές προσεγγίσεις.
Λειτούργησε πραγματικά μέσα σε μια ζωντανή καρδιά;
Οι ερευνητές εμφύτευσαν το πρωτότυπο σε έναν χοίρο και τον παρακολούθησαν επί έναν μήνα. Ο αυτοτροφοδοτούμενος βηματοδότης:
- παρείχε ενέργεια για καρδιακή διέγερση
- παρέμεινε σταθερά στερεωμένος
- προκάλεσε ελάχιστη αντίδραση ιστού
- δεν επηρέασε αρνητικά την καρδιακή λειτουργία
Προηγούμενες μελέτες έχουν επίσης δείξει ότι η καρδιακή κίνηση μπορεί να παράγει αρκετή ηλεκτρική ενέργεια, για να υποστηρίξει τη βηματοδότηση, επομένως η νέα εργασία επεκτείνει ένα καθιερωμένο πεδίο έρευνας αυτοτροφοδοτούμενων εμφυτευμάτων αντί να ξεκινά από το μηδέν.
Αλλά η απόδοση μέσα στο ζώο ήταν χαμηλότερη απ' ό,τι στις εργαστηριακές δοκιμές. Ο μαλακός καρδιακός ιστός μείωσε την κίνηση της γεννήτριας, ενώ η πραγματική καρδιακή κίνηση περιλαμβάνει περιστροφή αντί για ιδανική ευθεία συμπίεση. Η βελτίωση της σύλληψης ενέργειας υπό αυτές τις συνθήκες παραμένει μια βασική πρόκληση μηχανικής.
Γιατί θα είχε σημασία ένας βηματοδότης χωρίς μπαταρία;
Οι συμβατικοί βηματοδότες είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί, αλλά οι μπαταρίες τους τελικά εξαντλούνται. Σημαντικές κλινικές πηγές τοποθετούν την τυπική διάρκεια ζωής της μπαταρίας σε περίπου 5 έως 15 χρόνια, ανάλογα με τη συσκευή και την ποσότητα βηματοδότησης που εκτελεί. Στη συνέχεια, απαιτείται μια άλλη διαδικασία για την αντικατάσταση της μπαταρίας.
Οι βηματοδότες χωρίς ηλεκτρόδιο αποφεύγουν την θωρακική θήκη και τις διαφλέβιες απαγωγές των παραδοσιακών συστημάτων, αλλά η εξάντληση της μπαταρίας παρουσιάζει ένα διαφορετικό πρόβλημα, επειδή ολόκληρη η κάψουλα βρίσκεται μέσα στην καρδιά. Οι ερευνητές σημειώνουν ότι μια ληγμένη συσκευή χωρίς ηλεκτρόδιο μπορεί να είναι δύσκολο να ανακτηθεί και μερικές φορές μπορεί να παραμείνει στη θέση της, ενώ εμφυτεύεται μια άλλη.
Η αποφυγή της εξάντλησης της μπαταρίας θα μπορούσε να μειώσει τις επαναλαμβανόμενες διαδικασίες, το κόστος και τους χειρουργικούς κινδύνους. Μια ανασκόπηση των βηματοδοτών χωρίς μπαταρία το 2025 επίσης αναγνώρισε τη συλλογή ενέργειας ως πολλά υποσχόμενη, ενώ τόνισε τα ανεπίλυτα προβλήματα, όπως η αποτελεσματικότητα, η βιοσυμβατότητα, η ανθεκτικότητα και η μακροπρόθεσμη σταθερότητα.
Θα μπορούσε αυτός ο βηματοδότης να διαρκέσει πραγματικά μια ζωή;
Δυνητικά ναι, αλλά αυτό δεν έχει αποδειχθεί. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η μηχανική ανθεκτικότητα του ταλαντωτή θα μπορούσε να υποστηρίξει τη χρήση “εφ' όρου ζωής”, αλλά καμία συσκευή δεν έχει εμφυτευτεί και δοκιμαστεί σε άνθρωπο σε βάθος δεκαετιών και αυτό το πείραμα σε ζώα διήρκεσε μόνο έναν μήνα.
Πριν από τη χρήση σε ανθρώπους, οι μηχανικοί πρέπει να αποδείξουν ότι η γεννήτρια παράγει σταθερά αρκετή ισχύ σε διαφορετικούς καρδιακούς ρυθμούς και κινήσεις και παραμένει ασφαλής και αξιόπιστη επί χρόνια. Οι κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους δεν έχουν ξεκινήσει και οι ερευνητές λένε ότι η κλινική ανάπτυξη πιθανότατα απέχει χρόνια.
Συχνές Ερωτήσεις
Είναι ο βηματοδότης πραγματικά χωρίς μπαταρία;
Ναι, με την έννοια ότι δεν χρησιμοποιεί συμβατική ηλεκτροχημική μπαταρία. Η ενέργεια που συλλέγεται από την καρδιακή κίνηση τροφοδοτεί τη συσκευή ή αποθηκεύεται προσωρινά σε ενσωματωμένο πυκνωτή.
Μπορεί κάποιος να αποκτήσει έναν τέτοιον βηματοδότη τώρα;
Όχι. Αυτό είναι ακόμα ένα προκλινικό πρωτότυπο που δοκιμάστηκε σε χοίρο. Οι υπάρχοντες βηματοδότες με μπαταρία, συμπεριλαμβανομένων των μοντέλων χωρίς ηλεκτρόδιο, παραμένουν η καθιερωμένη θεραπεία όταν η βηματοδότηση απαιτείται ιατρικά.
Συμπέρασμα
Η ανακάλυψη δεν είναι ένας βηματοδότης εφ' όρου ζωής έτοιμος για τους ασθενείς σήμερα. Είναι μια συμπαγής γεννήτρια που έχει δείξει ότι μπορεί να μετατρέψει την κίνηση του καρδιακού παλμού σε αρκετή ηλεκτρική ενέργεια, για να υποστηρίξει έναν κλινικά διαμορφωμένο βηματοδότη χωρίς ηλεκτρόδιο μέσα σε ένα ζωντανό ζώο.
Εάν οι ερευνητές αποδείξουν μακροπρόθεσμη αξιοπιστία και βελτιώσουν την παραγωγή ενέργειας σε πραγματικό καρδιακό ιστό, οι μελλοντικοί βηματοδότες μπορεί τελικά να χρησιμοποιήσουν το όργανο που ρυθμίζουν ως δική τους πηγή ενέργειας.
Πηγή: newsbomb.gr
