Un stimulator cardiac experimental poate converti energia bătăilor inimii pentru a reîncărca parțial bateria

Oamenii de ştiinţă americani au realizat un model experimental inovator pentru a prelungi viaţa bateriilor stimulatoarelor cardiace.

Prin conversia energiei mecanice în energie electrică, o carcasă experimentală de stimulator cardiac fără fir (fără plumb) este capabilă să-şi reîncarce parţial bateria, potrivit unui studiu realizat pentru testarea conceptului, care va fi prezentat în cadrul sesiunilor ştiinţifice 2023 ale Asociaţiei Americane a Inimii, organizate între 11 şi 13 noiembrie, la Philadelphia, în Statele Unite.

„Energia mecanică şi cea electrică sunt legate şi pot fi schimbate înainte şi înapoi”, a declarat autorul principal al studiului, dr. Babak Nazer, medic şi lector universitar la facultatea de medicină a Universităţii Washington din Seattle.

La fel cum ultrasunetele convertesc tensiunea electrică în presiune sau sunet, se pot proiecta materiale similare pe dispozitive medicale implantabile pentru a converti presiunile oscilante naturale ale inimii „înapoi” în tensiune şi a prelungi durata de viaţă a bateriei, a explicat el.

Potrivit Asociaţiei Americane a Inimii, stimulatoarele cardiace tradiţionale (transvenoase) au fire mici sau conductori, care se conectează la inimă, la un capăt, şi cu celălalt capăt, la un generator (care include bateria) aflat chiar sub pielea umărului stâng.

Conductorii folosesc senzori, sau electrozi, pentru a detecta bătăile inimii pacientului şi apoi trimit impulsuri electrice către inimă pentru a oferi stimulare, dacă este necesar.

În schimb, stimulatoarele cardiace fără fir sunt dispozitive complete, care sunt mai mici decât un stimulator transvenos şi care se află în întregime în ventriculul drept al inimii, după ce sunt introduse printr-un mic tub care urcă până la inimă printr-o venă din picior.

Un dezavantaj al stimulatorului cardiac fără fir este că bateria nu poate fi înlocuită cu uşurinţă, la fel ca bateria unui stimulator transvenos.

O baterie tipică atât la stimulatoarele cardiace tradiţionale, cât şi la cele fără fir, durează între şase şi 15 ani.

În plus, îndepărtarea unui stimulator cardiac fără plumb este dificilă, deoarece acesta se află în interiorul inimii, astfel încât poate fi necesar să se implanteze noi stimulatoare cardiace alături de cele anterioare care şi-au pierdut bateria.

La pacienţii mai tineri, care pot avea nevoie de mai multe stimulatoare cardiace pe parcursul vieţii, această abordare este nepractică.

În cadrul acestui studiu, cercetătorii au proiectat trei dispozitive prototip şi le-au analizat într-un simulator de presiune cardiacă pentru a le testa ieşirea de tensiune ca răspuns la presiuni oscilante care le simulează pe cele ale ventriculului drept.

Cu dimensiuni similare cu cele ale stimulatoarelor cardiace fără fir disponibile în prezent în comerţ, dispozitivele prototip au o treime din dimensiunea unei baterii AAA.

După ce au plasat dispozitivele prototip într-un aparat special setat să simuleze presiunile naturale ale inimii la o rată de 60 de bătăi pe minut, cercetătorii au înregistrat energia pe care dispozitivul a generat-o ca răspuns la această bătaie artificială a inimii.

Ei au constatat că cel mai bun dintre cele trei prototipuri a reţinut aproximativ 10% din energia necesară pentru a produce ritmul „următoarei bătai a inimii”, pe baza randamentului mediu al stimulatorului cardiac.

Cercetătorii spun că următorul pas este să optimizeze materialele şi fabricarea pentru a îmbunătăţi eficienţa recoltării energiei, pentru ca mai apoi să demonstreze că pot face acest lucru în mod constant în cadrul unor studii pe termen lung.

„Sperăm să prelungim şi mai mult durata de viaţă a bateriei şi să extindem accesul la acest produs la pacienţii mai tineri, care, astfel, vor avea nevoie de mai puţine implanturi de-a lungul vieţii lor”, a precizat dr Nazer.

Potrivit statisticilor Asociaţiei Americane a Inimii, în 2018, în Statele Unite, au fost efectuate aproximativ 93.000 de proceduri de instalare a unui pacemaker şi defibrilator pentru pacienţii internaţi.

Acest studiu experimental oferă informaţii valoroase despre recoltarea energiei din inimă pentru a reîncărca bateriile stimulatoarelor cardiace, spun autorii studiului.

Aceste noi dispozitive ar putea, de asemenea, să îmbunătăţească calitatea vieţii pacienţilor prin faptul că necesită mai puţine proceduri, deoarece sunt mai mici şi durează mai mult.

Autorii au indicat şi câteva limitări ale studiului. Fiind un studiu preliminar pentru un dispozitiv experimental, nu este clar dacă descoperirile pot fi transpuse într-un stimulator cardiac care să funcţioneze în siguranţă şi în mod durabil la oameni.

În acest sens, laboratorul plănuieşte în continuare experimente pe termen lung, in vivo..

În plus, studiul a analizat doar energia necesară pentru următoarea bătaie a inimii, dar nu a luat în considerare energia de care are nevoie un stimulator cardiac pentru a monitoriza bătăile inimii şi pentru a comunica rezultatele către stimulator, care reprezintă o mare parte din consumul bateriei.

Potrivit autorilor studiului, generaţiile viitoare ale dispozitivului vor avea ca obiectiv îmbunătăţirea eficienţei de 10% de colectare a energiei.