Uuring näitab esimest korda uuenduslikku isetoitega südamestimulaatorit, mida testiti edukalt sigadel
Meie süda hoiab tempot oma sisemise kaudu südamestimulaator nimetatakse sinoatriaalseks sõlmeks (SA sõlmeks), mida nimetatakse ka siinussõlmeks, mis asub ülemises paremas kambris. See sisemine südamestimulaator vabastab elektrilaengu 60-100 korda minutis ja see energia teostab südamelihaste kontraktsioone, mis võimaldavad meie südamel verd kogu kehas pumbata. Vananedes või haigestudes on see sisemine südamestimulaator ei suuda südant korralikult põksuma hoida. Ebaregulaarset südamelööki põhjustab ka seisund, mida nimetatakse arütmiaks, mis aeglustab südame normaalset löögisagedust. Selle kaotuse asendamiseks traditsiooniline süda südamestimulaator – patareitoitega elektrooniline seade – saab kirurgiliselt implanteerida patsiendi sisse, et reguleerida südamelööke ja hoida südamelööke ühtlaselt.
Traditsiooniline südamestimulaator
Seade koosneb akutoitega impulsigeneraatorist, mis implanteeritakse naha alla kraeluu lähedale. Sellel on ka isoleeritud juhtmed, mis ühendavad seadme südamega. Elektrooniline ahel genereerib elektrisignaale, mis edastatakse elektroodide kaudu südamesse. Südamestimulaator on elupäästeseade; Siiski on praeguse südamestimulaatori üheks oluliseks piiranguks see, et aku piiratud kasutusea tõttu tuleb need pärast paigaldamist 5–12 aasta jooksul igal ajal välja vahetada. Implanteerimist saab teha ainult invasiivse operatsiooniga, kasutades kohalikku tuimestust, mis on iseenesest keeruline, kuna patsiendi rindkere tuleb avada. Operatsioon pole mitte ainult kallis, vaid suurendab ka patsiendi tüsistuste, infektsioonide või isegi verejooksu riski. On välja töötatud teist tüüpi pisikesed südamestimulaatorid, mida saab implanteerida kateetri kaudu, vältides operatsiooni, kuid mida veel testitakse.
Teadlased on keskendunud ehitamisele südamestimulaatorid mis võiks alternatiivselt kasutada aku asemel inimese enda südamelöögist saadavat looduslikku energiat. Teoreetiliselt ei oleks vaja sellist südamestimulaatorit pärast patsiendi sisse siirdamist välja vahetada. Plutooniumi jõul töötavad südamestimulaatorid on toodetud aastakümneid varem. Uute südamestimulaatorite eksperimentaalne disain on seni seisnud silmitsi mitmete piirangutega – nagu jäik disainistruktuur, mis piirab selle võimsust ja komplikatsioone miniaturiseerimisega.
Unikaalse disainiga uuenduslik akuvaba südamestimulaator
Uues uuringus avaldatud ACS Nano Hiinas Shanghais asuva riikliku teaduse ja tehnoloogia võtmelabori teadlased asusid kavandama uudset väikest südamestimulaator seade, mida saab toita oma südamelöögienergiast ja nad katsetasid seda seadet edukalt sigadel. Uue seadme saab asetada pigem südame alla kui kraeluu lähedale nagu tavaliste südamestimulaatorite puhul. Südamestimulaator põhineb ideaalsel sümbiootilisel suhtel inimese südame ja seadme vahel.
Selle uue südamestimulaatori projekteerimisel tehti esmalt väike painduv plastraam. See raam oli ühendatud piesoelektriliste kihtidega, mis painutamisel genereerivad energiat. See osa, mida nimetatakse energiakombainiks, asetati kiibile. Seade siirdati sigadele ja täheldati, et loomade enda südamelöögid võivad muuta (painutada) raami kuju, tekitades seeläbi piisavalt energiat (võimsust), mis on samaväärne akutoitel töötava seadmega. südamestimulaator. Seadme painduv plastraam võimaldab koguda südamest rohkem energiat võrreldes traditsiooniliste südamestimulaatoritega, millel on kõvad korpused.
Kuna inimestel on sigadega väga sarnane füsioloogia, siis see südamestimulaator võib ka inimestel hästi toimida. Teadlased toovad välja mõned tehnilised probleemid, millega tuleb tegeleda, näiteks koosneb seade kolmest erinevast tehnoloogiast – energiakombain, südamestimulaator kiip ja juhtmed – mis tuleb integreerida ühte seadmesse. Täiendav katsetamine loomadel ja seejärel inimestel võib kinnitada seadme pikaajalist stabiilsust. Kui selline seade õnnestub, vajab see invasiivset operatsiooni ainult üks kord, mis vähendab patsiendi tüsistuste riski. Selle uue seadme üheks peamiseks piiranguks võib olla see, et arstid ei pruugi olla võimelised patsiente eemalt jälgima, nagu akutoitega südamestimulaatorite puhul.
***
{Saate lugeda esialgset uurimistööd, klõpsates alltoodud allika(te) loendis DOI lingil}
Allikas (d)
Ning L et al. 2019. Tõelise südamestimulaatori otsetoide loomine südamelöögi loomuliku energia abil. ACS Nano. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567
