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
Контрабандисты оккупировали Восточную Африку: зачем черных муравьев тайно вывозят в Китай и Европу?
Эксперты предупреждают: такой вывоз в итоге закончится непоправимой экологической катастрофой...
В мире заканчивается речной песок: чем это грозит человечеству?
Ученые говорят, что это самая не замечаемая, а оттого опасная проблема, которая уже касается миллионов людей...
К 2060 году половина плотин в мире выйдет из строя: США — главные в черном списке
Эксперты говорят: если не принять меры, часть Соединенных Штатов может полностью опустеть...
В России снова захотели строить железную дорогу в Индию: почему не удались прошлые попытки?
Эксперты говорят: дерзкий проект мог бы принести российской казне миллиардные прибыли...
За рамками науки: дети, которые помнят свои прошлые жизни
Ученые говорят, что феномена реинкарнации нет, но факты утверждают обратное...
Кольца на деревьях раскрыли тайну гибели последней империи кочевников в Евразии
Поразительно, но падение Джунгарского ханства началось за тысячи километров от Азии, в Северной Атлантике...
Самый наглый археологический фейк в истории: итальянец 20 лет показывал туристам фальшивый амфитеатр Цезаря
Судебный процесс длилось почти десятилетие, но даже сейчас эта история очень далека от завершения...
Тайна огней Марфы, 150 лет не дававшая покоя ученым, похоже, разгадана
Болотный газ? Огни святого Эльма? НЛО? Ответ оказался намного проще и сложнее одновременно...
«Сувенир» от неандертальцев: секреты этих мутаций не разгаданы до конца
Они живут в ДНК 47 000 лет, но почему их совсем нет у африканцев, зато много у жителей Южной Азии...
Немецкий ученый был главным в секретной ракетной программе: однажды он вышел из кабинета и исчез навсегда
Как операция «Дамоклов меч» пресекла главную военную операцию целого государства...
Авокадо ежедневно меняет пол, и исследователи, наконец, выяснили, как именно
Почему селекционеры и ботаники ждали этого открытия более 100 лет?...
Этим книгам осталось жить считаные дни: кто охотится на очень редкие экземпляры, а затем уничтожает их?
Эксперты бьют тревогу: это, пожалуй, самый циничный поворот в истории книгопечатания...