Το 2023 πραγματοποιήθηκαν παγκοσμίως περισσότερες από 1,6 εκατομμύρια επεμβάσεις εμφύτευσης βηματοδότη. Ο βηματοδότης είναι μια μικρή εμφυτεύσιμη συσκευή που τοποθετείται στο στήθος για να αναγκάσει τον καρδιακό μυ να αντλήσει το αίμα. Για πολλούς ασθενείς, ωστόσο, η συσκευή χρειάζεται αντικατάσταση μέσα σε μία δεκαετία, όχι επειδή παρουσιάζει βλάβη, αλλά επειδή εξαντλείται η μπαταρία της.
Τώρα, μια ερευνητική ομάδα ανέπτυξε έναν βηματοδότη που καταργεί εντελώς την ανάγκη για μπαταρία, αντλώντας ενέργεια απευθείας από την κίνηση της καρδιάς. Σε μια κρίσιμη δοκιμή, η ενέργεια που συλλέχθηκε χρησιμοποιήθηκε για να αυξήσει, κατόπιν εντολής, τον καρδιακό ρυθμό ενός ζωντανού ζώου.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Science Advances», περιγράφει έναν πλήρως ενσωματωμένο βηματοδότη χωρίς ηλεκτρόδια, ο οποίος παράγει τη δική του ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας μια τριβοηλεκτρική νανογεννήτρια (TENG), η οποία μετατρέπει μικροσκοπικές κινήσεις συμπίεσης και απελευθέρωσης μεταξύ υλικών σε ηλεκτρικό φορτίο. Λειτουργεί περίπου με την ίδια αρχή όπως ο στατικός ηλεκτρισμός που δημιουργείται όταν τρίβουμε ένα μπαλόνι στα μαλλιά μας, αλλά σε μικροσκοπική κλίμακα και ενεργοποιείται χιλιάδες φορές την ημέρα με κάθε καρδιακό παλμό.
Οι σύγχρονοι βηματοδότες χωρίς ηλεκτρόδια ενσωματώνουν μπαταρίες που αντιστοιχούν περίπου στο ήμισυ του συνολικού όγκου και σχεδόν στο 60% του βάρους της συσκευής. Όταν η μπαταρία εξαντληθεί, συνήθως μέσα σε πέντε έως δέκα χρόνια, ο ασθενής πρέπει να υποβληθεί σε νέα επέμβαση για την αντικατάστασή της ή για την τοποθέτηση νέας συσκευής. Αυτό σημαίνει ότι οι νεότεροι ασθενείς ενδέχεται να χρειαστεί να υποβληθούν σε πολλαπλές επεμβάσεις κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Ένας βηματοδότης που θα μπορούσε να λειτουργεί αυτόνομα, περιορίζοντας σημαντικά ή ακόμη και εξαλείφοντας την ανάγκη για μελλοντικές επεμβάσεις αντικατάστασης της μπαταρίας, θα μπορούσε να αλλάξει τα δεδομένα για τους ασθενείς.
Δύο μικροσκοπικές γεννήτριες αντί για μπαταρία
Η τεχνολογία βασίζεται σε δύο μικρές μονάδες συλλογής ενέργειας, οι οποίες είναι τοποθετημένες η μία πάνω στην άλλη στο εσωτερικό του περιβλήματος τιτανίου. Αποτελούνται από εύκαμπτες, στρωματοποιημένες πλάκες που παράγουν ηλεκτρικό φορτίο όταν πιέζονται μεταξύ τους και στη συνέχεια απομακρύνονται.
Καθώς η καρδιά συστέλλεται και χαλαρώνει, τα εσωτερικά εξαρτήματα κινούνται μπρος-πίσω σαν ένα μικροσκοπικό σύστημα με ελατήριο. Κάθε καρδιακός παλμός πυροδοτεί μια αλληλουχία γεγονότων επαφής και απομάκρυνσης. Το φορτίο που προκύπτει αποθηκεύεται σε έναν μικρό πυκνωτή έως ότου συσσωρευτεί αρκετή ενέργεια για την εκπομπή ενός παλμού.
Σε εργαστηριακές δοκιμές, η συσκευή παρήγαγε περισσότερη από διπλάσια ισχύ ανά μονάδα όγκου σε σχέση με προηγούμενες εμφυτεύσιμες συσκευές συλλογής ενέργειας. Οι ερευνητές τη δοκίμασαν σε ένα ευρύ φάσμα προσομοιωμένων κινήσεων της καρδιάς, μεταξύ άλλων και σε μειωμένη κίνηση που αντιστοιχεί σε ασθενέστερες συστολές. Η συσκευή συνέχισε να παράγει αξιοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια, παραμένοντας εντός του εύρους που απαιτείται για την τροφοδοσία των ηλεκτρονικών ενός σύγχρονου βηματοδότη. Σε δοκιμή επιταχυνόμενης κόπωσης που ισοδυναμεί με δέκα χρόνια λειτουργίας με 60 καρδιακούς παλμούς το λεπτό, η απόδοση της συσκευής παρέμεινε σταθερή.
Τι έδειξαν τα πειράματα σε χοίρους
Στη μελέτη συμμετείχαν συνολικά 12 ενήλικοι χοίροι, εκ των οποίων οι 11 υποβλήθηκαν σε βραχυπρόθεσμες δοκιμές εμφύτευσης, ενώ σε έναν πραγματοποιήθηκε πλήρης εμφύτευση και παρακολούθηση για διάστημα τεσσάρων εβδομάδων.
Χρησιμοποιώντας έναν κλινικό καθετήρα, η συσκευή εισήχθη μέσω μιας φλέβας στη βουβωνική χώρα, διένυσε περίπου 60 έως 70 εκατοστά μέσα στο σώμα και στερεώθηκε στο εσωτερικό τοίχωμα της δεξιάς πλευράς της καρδιάς, ακολουθώντας την ίδια διαδικασία που χρησιμοποιείται σήμερα για την εμφύτευση βηματοδοτών χωρίς ηλεκτρόδια. Κατά τη διάρκεια των τεσσάρων εβδομάδων, οι ακτινογραφίες επιβεβαίωσαν ότι η συσκευή δεν μετακινήθηκε ούτε αποκολλήθηκε, ενώ το υπερηχογράφημα δεν έδειξε διαταραχές στη λειτουργία των καρδιακών βαλβίδων.
Οι αιματολογικές εξετάσεις σε πέντε διαφορετικά χρονικά σημεία έδειξαν ότι ο αριθμός των ανοσοκυττάρων, τα επίπεδα των αιμοπεταλίων και οι δείκτες της νεφρικής και ηπατικής λειτουργίας παρέμεναν εντός φυσιολογικών ορίων. Στο τέλος των 29 ημερών, το ζώο είχε πάρει βάρος, η δραστηριότητά του ήταν φυσιολογική και δεν εμφάνισε σημάδια δυσφορίας.
Μετά την αφαίρεση της συσκευής, η ανάλυση των ιστών στο σημείο εμφύτευσης έδειξε τοπική ουλοποίηση, αντίστοιχη με εκείνη που παρατηρείται συνήθως μετά την εμφύτευση εμπορικών βηματοδοτών χωρίς καλώδια. Οι ιστοί που βρίσκονταν σε μεγαλύτερη απόσταση από το σημείο εμφύτευσης εμφανίζονταν φυσιολογικοί.
Η ενέργεια από την καρδιά ήταν αρκετή για να αυξήσει τους παλμούς
Ίσως το πιο σημαντικό αποτέλεσμα προέκυψε από την ίδια τη δοκιμή. Χρησιμοποιώντας την ενέργεια που συνέλεγε η συσκευή, οι ερευνητές τροφοδότησαν μια εμπορική ηλεκτρονική μονάδα βηματοδότη. Χωρίς μπαταρία και χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας, η συσκευή αύξησε τον καρδιακό ρυθμό ενός χοίρου από 92 σε 100 παλμούς το λεπτό και, σε διαφορετική δοκιμή, από 75 σε 120 παλμούς το λεπτό. Το ηλεκτρικό μοτίβο παρέμεινε σταθερό, όπως επιβεβαιώθηκε μέσω ηλεκτροκαρδιογραφήματος.
Όταν κατά τη διάρκεια του πειράματος η πηγή ενέργειας μεταβλήθηκε από μια συμβατική μπαταρία στη συσκευή που τροφοδοτούνταν από την TENG, δεν σημειώθηκε διακοπή στα σήματα βηματοδότησης. Διαπιστώθηκε ότι η ενέργεια που συλλέγεται από την καρδιά μπορούσε, στη συγκεκριμένη δοκιμή, να αναλάβει την τροφοδοσία χωρίς να διαταράξει τη βηματοδότηση.
Ο δρόμος προς την κλινική εφαρμογή είναι ακόμη μακρύς
Η εξέλιξη είναι πολλά υποσχόμενη, όμως υπάρχουν σημαντικοί περιορισμοί. Μόνο ένα ζώο ολοκλήρωσε την πλήρη αξιολόγηση τεσσάρων εβδομάδων και οι ερευνητές επισημαίνουν ότι απαιτούνται μεγαλύτερες ομάδες ζώων και μεγαλύτερες περίοδοι εμφύτευσης, ώστε να διαπιστωθεί πώς ενδέχεται να επηρεάσει με την πάροδο του χρόνου την παραγωγή ενέργειας η ουλοποίηση των ιστών.
Επιπλέον, όλες οι δοκιμές σε ζώα πραγματοποιήθηκαν σε υγιείς χοίρους. Η δοκιμή σε μοντέλα ασθενών με καρδιακές παθήσεις αποτελεί επομένως κρίσιμο επόμενο βήμα.
Πηγή: Studyfinds
www.ertnews.gr
Ακολουθήστε το myvolos.net στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις.
