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
Самое секретное оружие: почему Сталин все-таки не применил его
Вместо этого советский лидер показал высший класс дипломатической игры, заставив Черчилля взять за горло Гитлера в буквальном смысле...
На Марс можно слетать только раз в жизни. Да и то, космонавту придется удалить 30–40 органов
Почему российский ученый назвал полет к Красной планете настоящим преступлением?...
Пробуждение спящего гиганта: почему в Сибири могут начаться безудержные выбросы метана
Поразительно, но Енисей оказался границей, по сторонам которой развиваются два совершенно климатических сценария. Но итог у них один...
Что рассказала могила Беринга? И почему знаменитый портрет мореплавателя вообще неправильный?
Как исследование 1991 году разрушило факты, которые 250 лет подряд считались незыблемыми...
Пугающая Европа: ученые рассказали, зачем 5000 лет назад испанцы ели друг друга
Оказалось, что древние жители юга Испании практиковали каннибализм по-разному, но делали это поголовно...
Роковой «браунинг» №389965: почему пистолет, из которого должны были ликвидировать Сталина, в итоге выстрелил в Николая II?
Это, пожалуй, самый ироничный эпизод в истории России нового времени...
Копал бомбоубежище для семьи, а нашел древние артефакты и сокровища
Эксперты считают, что найденные предметы имеют связь с Эблой, одним из крупнейших мегаполисов бронзового века...
NASA обнаружило на Марсе странные ямы: ученые теряются в догадках, как они образовались
За 14 лет на Красной планете Curiosity видел много интересного, но этот случай, похоже, самый загадочный...
Таинственные краски: зачем древние египтяне рисовали очень странными веществами?
Похоже, что для художников из долины Нила это были не просто изображения, а нечто гораздо большее...
Грибники — это скрытые игроманы? Почему мнения специалистов разделились?
И надо ли опасаться за свое психическое здоровье любителям тихой охоты...
Китай — это не Америка: почему больше половины детей в КНР хотят стать космонавтами, а не блогерами, как в США?
Эксперты говорят: советский драйв 30-60-х годов плюс рынок и четкое планирование сверху — вот лицо нового китайского чуда...
Идеальное ДНК-алиби: как современные криминалисты ломают феномен однояйцовых близнецов
Дорого, долго и технически очень сложно, но это единственный способ вывести на чистую воду, казалось бы, неуязвимых преступников...