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
Очередной миф Николая Карамзина полностью развеян российскими археологами
Оказалось, что Иван Грозный не убивал супругу своего младшего брата. Напротив, с княгиней Ульянией Углицкой случалась куда более таинственная и запутанная...
Самая запрещенная русская сказка: почему «Курочку Рябу» не любили ни цари, ни руководители СССР?
Чтобы эту историю можно было рассказывать советским детям, ее сюжет пришлось изменить самым радикальным образом. Но, может быть, это и к лучшему...
Американский «Чернобыль-80»: эта катастрофа едва не изменила всю историю США
Эксперты говорят: лишь счастливая случайность не позволила взорваться заряду в 600 (!) раз мощнее хиросимской бомбы...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены. Часть 2. Расплата
Как наука отменила срок давности у преступления? И какая тайна осталась не раскрытой?...
Гениальное ДНК-«мошенничество»: ученые раскрыли секрет рыбы, которая плевать хотела на главные законы биологии
100 000 лет успешного клонирования: амазонская моллинезия просто... копирует себя. И при этом удивительно успешно ремонтируют поврежденные гены, насмехаясь над...
Почему на Иран обрушился черный дождь и насколько он опасен?
Экологи говорят: агрессивные действия США и Израиля поставили под угрозу здоровье миллионов людей по всей планете...
Каменный топор со дна реки может переписать древнейшую историю Сибири
По словам ученых, получился отличный научный детектив: добыча золота, артефакт бронзового века, забытая цивилизация...
Японец 26 лет ждал, пока раскроют убийство его жены
Как новейшие технологии помогли сдвинуть с места нераскрываемое дело...
Главный секрет человеческого дыхания: ученые рассказали, почему мы дышим «вахтовым методом»
Эксперты предупреждают: из-за особенности организма многие люди не смогут попасть в космос. Но решение все-таки есть...
43 000 черепков открыли тысячелетние тайны Древнего Египта
Почему глиняная библиотека Атрибиса потрясла весь археологический мир?...
Тайна гибели сибирского «Титаника»: почему некоторые детали катастрофы 1921 года неизвестны даже сейчас?
Поразительно, но тогда судьи единогласно оправдали капитана парохода. Так кто же тогда был виновником этого страшного происшествия?...