Экспериментальный кардиостимулятор использует сердцебиение пациента для подзарядки аккумулятора
Учёные разработали инновационный способ подзарядки кардиостимулятора — с помощью сердцебиения пациента. Согласно исследованию, беспроводные кардиостимуляторы способны частично подзаряжать необходимые для их же работы аккумуляторы путём преобразования кинетической энергии в электрическую.
Разработчики поставили перед собой цель повысить срок службы кардиостимуляторов и решить проблемы, которые случаются при эксплуатации традиционных аналогов.
Кинетическая (механическая) и электрическая энергии взаимосвязаны, и возможен взаимный энергообмен, объяснил ведущий автор исследования Бабак Назер, профессор медицины Вашингтонского университета в Сиэтле. Например, ультразвук преобразует электрическое напряжение в давление или звук. По аналогии решили рассмотреть преобразование естественного биения сердца в электрическое напряжение, чтобы продлить срок службы батареи.
Наиболее распространённые кардиостимуляторы обычно используют провода для подключения к сердцу и включают генератор с батареей под кожей у левого плеча. В таких протезах встроены датчики для контроля за сердцебиением, чтобы стимулировать сердечный ритм по мере надобности.
В отличие от них, не содержащие свинца кардиостимуляторы — это меньшие по габаритам устройства по принципу «всё в одном», которые целиком помещаются в правом желудочке сердца. Вживляют их в «мотор» без вскрытия грудной клетки — через вену в ноге. Однако у таких кардиостимуляторов есть свой существенный недостаток: батарейки в них поменять непросто. То есть в этом смысле у более громоздких кардиостимуляторов есть преимущество — удобство при смене батареек, срок службы которых, кстати, в среднем от шести до 15 лет.
Профессор Назер с коллегами разработали три прототипа устройств, похожих по размерам на имеющиеся в продаже компактные кардиостимуляторы. А затем протестировали их способность создавать электрическое напряжение в ответ на перепады давления в правом желудочке. Наиболее удачный образец при испытаниях потреблял около 10% электроэнергии, необходимой для нормализации ритма очередного сокращения сердечной мышцы, исходя из типичной мощности кардиостимулятора.
На следующем этапе научной работы создатели образца намерены подобрать наиболее оптимальные материалы и усовершенствовать технологию изготовления, чтобы повысить эффективности генерации энергии. А затем предстоит ещё доказать стабильность успеха. Когда авторам нового экономичного кардиостимулятора удастся повысить эффективность ещё на 10%, возникнет шанс привлечь к сотрудничеству компанию-производителя кардиостимуляторов для внедрения концепции и выхода на рынок.
— Бабак Назер, профессор медицины Вашингтонского университета.
Впрочем, экспериментальное исследование было нацелено исключительно на электроэнергию для очередного сердцебиения без учёта необходимой для мониторинга и связи с кардиостимулятором, хотя на вторую приходится значительная часть заряда аккумулятора.
Вместе с тем научная работа важна как этап создания более компактных кардиостимуляторов с более длительным сроком эксплуатации. Так, только в США и только в 2018 году пациентам клиник провели около 93 тыс. процедур с кардиостимуляторами и дефибрилляторами.
Разработчики поставили перед собой цель повысить срок службы кардиостимуляторов и решить проблемы, которые случаются при эксплуатации традиционных аналогов.
Кинетическая (механическая) и электрическая энергии взаимосвязаны, и возможен взаимный энергообмен, объяснил ведущий автор исследования Бабак Назер, профессор медицины Вашингтонского университета в Сиэтле. Например, ультразвук преобразует электрическое напряжение в давление или звук. По аналогии решили рассмотреть преобразование естественного биения сердца в электрическое напряжение, чтобы продлить срок службы батареи.
Наиболее распространённые кардиостимуляторы обычно используют провода для подключения к сердцу и включают генератор с батареей под кожей у левого плеча. В таких протезах встроены датчики для контроля за сердцебиением, чтобы стимулировать сердечный ритм по мере надобности.
В отличие от них, не содержащие свинца кардиостимуляторы — это меньшие по габаритам устройства по принципу «всё в одном», которые целиком помещаются в правом желудочке сердца. Вживляют их в «мотор» без вскрытия грудной клетки — через вену в ноге. Однако у таких кардиостимуляторов есть свой существенный недостаток: батарейки в них поменять непросто. То есть в этом смысле у более громоздких кардиостимуляторов есть преимущество — удобство при смене батареек, срок службы которых, кстати, в среднем от шести до 15 лет.
Профессор Назер с коллегами разработали три прототипа устройств, похожих по размерам на имеющиеся в продаже компактные кардиостимуляторы. А затем протестировали их способность создавать электрическое напряжение в ответ на перепады давления в правом желудочке. Наиболее удачный образец при испытаниях потреблял около 10% электроэнергии, необходимой для нормализации ритма очередного сокращения сердечной мышцы, исходя из типичной мощности кардиостимулятора.
На следующем этапе научной работы создатели образца намерены подобрать наиболее оптимальные материалы и усовершенствовать технологию изготовления, чтобы повысить эффективности генерации энергии. А затем предстоит ещё доказать стабильность успеха. Когда авторам нового экономичного кардиостимулятора удастся повысить эффективность ещё на 10%, возникнет шанс привлечь к сотрудничеству компанию-производителя кардиостимуляторов для внедрения концепции и выхода на рынок.
Мы надеемся ещё больше продлить срок службы аккумулятора и расширить доступ к этому продукту для более молодых пациентов, которым в течение жизни понадобиться меньшее количество имплантатов
— Бабак Назер, профессор медицины Вашингтонского университета.
Впрочем, экспериментальное исследование было нацелено исключительно на электроэнергию для очередного сердцебиения без учёта необходимой для мониторинга и связи с кардиостимулятором, хотя на вторую приходится значительная часть заряда аккумулятора.
Вместе с тем научная работа важна как этап создания более компактных кардиостимуляторов с более длительным сроком эксплуатации. Так, только в США и только в 2018 году пациентам клиник провели около 93 тыс. процедур с кардиостимуляторами и дефибрилляторами.
- Дмитрий Ладыгин
- pixabay.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Битва под Каневом: почему на 350 лет замолчали сокрушительную победу России?
Неудобная победа, предательство и идеология. Мы бы могли вообще не узнать об этом триумфе русского оружия...
Бомбы с орбиты: почему советская технология, воскрешенная Китаем, встревожила США?
Американцы слишком долго считали свои системы раннего предупреждения лучшими на планете. Теперь......
С Ноева ковчега сняли запрет: что покажут радары на Арарате?
История, которую больше всего высмеивали ученые, неожиданно становится все более реальной...
Дикий народ чучуна: Кто наводил ужас на коренное население Сибири?
Йети? Люди-изгои? Древнее племя? Пока что вопросов больше, чем ответов...
Почему их ДНК не меняется уже 42 000 лет: определен самый древний народ на планете
Три раза предки жителей Океании встречались с исчезнувшими видами людей, и это в корне изменило их гены...
Тайна «косого глаза» Венеры раскрыта: что увидела нейросеть на картинах Боттичелли?
Художник нарисовал пять портретов прекрасной Симонетты Веспуччи. И каждое полотно еще больше подтверждает страшный диагноз...
Мрачный прогноз для США из 1995 года сбылся: в чем великий ученый Саган оказался прав?
Исследователь говорил: все плохо, но еще не все потеряно. Его советы могут реально помочь всему человечеству...
Новая вселенная внутри звезды: почему Эйнштейн мог ошибаться насчет черных дыр
Больше 20 лет эта гипотеза в буквальном смысле раздирает мир науки. Но, возможно, именно она выведет ученых из тупика сингулярности...
Прорыв в астрономии: найти жизнь в космосе будет гораздо проще
Ученых не пугает даже погрешность в 20%. Зато будут просканированы тысячи планет...
Снегопады в Антарктиде становятся все аномальнее: и ученые, наконец-то, знают почему?
Ученым придется пересмотреть все климатические модели Шестого континента. Кстати, снега там будет выпадать с каждым годом все больше...
Марс под вопросом: что может обнулить иммунитет у космонавтов?
И почему защита организма перестает видеть микробы, выжившие в космосе?...
Тайный Еще одна тайна майя: археологи секрет алтаря в заброшенном городе
Выяснилось, что индейцы долгие столетия продолжали исповедовать, казалось бы, давно забытый древний культ...
43 — проклятый возраст Рюриковичей: почему многие князья не переживали этот роковой рубеж?
Генетики говорят: русская династия слишком поздно поняла, что попала в ловушку «чистой» крови...
Доказана жизнь на спутнике Юпитера: как же бактериям удалось добраться с Земли на Европу?
За 3,5 миллиарда лет земные бактерии могли долететь до 105 звездных систем. Так что у Европы есть все шансы на «заражение»...
Сначала Стоунхендж был... не каменным: найден прототип легендарного святилища
Доисторическая религия оказалась старше на 500 лет, чем считали ученые. И она играла огромную роль в жизни древних людей...
Бельгийскую разведку снова взломали: хакеры целый год качали оттуда секретные данные
Эксперты говорят: проникновение было замечено совершенно случайно. И это пугает...