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.
