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Un pacemaker cardiaco senza batteria alimentato dal battito cardiaco naturale

INGEGNERIA E TECNOLOGIAUn pacemaker cardiaco senza batteria alimentato dal battito cardiaco naturale

Lo studio mostra per la prima volta un innovativo pacemaker cardiaco autoalimentato testato con successo nei suini

La nostra cuore mantiene un ritmo attraverso il suo pacemaker interno chiamato nodo seno-atriale (nodo SA), chiamato anche nodo seno-atriale situato nella camera superiore destra. Questo pacemaker interno rilascia carica elettrica 60-100 volte in un minuto e questa energia esegue contrazioni nei muscoli cardiaci che consentono al nostro cuore di pompare il sangue in tutto il corpo. Con l'avanzare dell'età o con una malattia, questo pacemaker interno non è in grado di mantenere il battito cardiaco corretto. Irregolare battito cardiaco è anche causato da una condizione chiamata aritmia che rallenta la normale frequenza cardiaca. Per sostituire questa perdita, un pacemaker cardiaco tradizionale, un dispositivo elettronico a batteria, può essere impiantato chirurgicamente all'interno di un paziente per regolarizzare il battito cardiaco e mantenere il battito cardiaco costante.

Un pacemaker cardiaco tradizionale

Il dispositivo è costituito da un generatore di impulsi alimentato a batteria che viene impiantato sotto la pelle vicino alla clavicola. Ha anche fili isolati che collegano il dispositivo al cuore. Il circuito elettronico genera segnali elettrici che vengono trasmessi al cuore tramite elettrodi. Il pacemaker è un dispositivo salvavita; tuttavia, una limitazione significativa degli attuali pacemaker è che devono essere sostituiti in qualsiasi momento tra i 5 ei 12 anni dal primo inserimento a causa della durata limitata della batteria. L'impianto può essere eseguito solo tramite un intervento chirurgico invasivo utilizzando l'anestesia locale, che di per sé è una sfida poiché la cavità toracica del paziente deve essere aperta. La chirurgia non è solo costosa, ma aumenta anche il rischio di complicanze, infezioni o persino emorragie del paziente. È stato progettato un altro tipo di piccolo pacemaker che può essere impiantato tramite un catetere evitando l'intervento chirurgico, ma è ancora in fase di test.

I ricercatori si sono concentrati sulla costruzione pacemaker cardiaci che potrebbe in alternativa utilizzare l'energia naturale del battito cardiaco di una persona invece della batteria. In teoria, un tale pacemaker non dovrebbe essere sostituito una volta impiantato all'interno di un paziente. I pacemaker alimentati al plutonio sono stati prodotti molti decenni prima. Finora la progettazione sperimentale di nuovi pacemaker ha dovuto affrontare diverse limitazioni, come la struttura rigida del design che ne limita la potenza e le complicazioni con la miniaturizzazione.

Un pacemaker innovativo senza batteria con un design unico

In un nuovo studio pubblicato in ACS Nano i ricercatori del National Key Laboratory for Science and Technology, Shanghai, Cina, hanno deciso di progettare un nuovo piccolo dispositivo pacemaker che può essere alimentato dall'energia del proprio battito cardiaco e hanno testato con successo questo dispositivo sui maiali. Il nuovo dispositivo può essere nascosto sotto il cuore piuttosto che vicino alla clavicola come con i pacemaker convenzionali. Il pacemaker si basa su una relazione simbiotica ideale tra il proprio cuore e il dispositivo.

Il design di questo nuovo pacemaker è stato avviato realizzando prima un piccolo telaio in plastica flessibile. Questo telaio è stato legato con strati piezoelettrici che una volta piegati generano energia. Questa parte, chiamata "raccoglitore" di energia, è stata posizionata su un chip. Il dispositivo è stato impiantato nei maiali ed è stato osservato che il battito cardiaco degli animali potrebbe alterare (piegare) la forma del telaio generando così energia sufficiente (potenza) equivalente a un pacemaker a batteria. Il telaio in plastica flessibile del dispositivo consente di catturare più energia dal cuore rispetto ai pacemaker tradizionali dotati di custodie rigide.

Poiché gli umani hanno una fisiologia molto simile ai maiali, questo pacemaker potrebbe funzionare bene anche negli umani. I ricercatori sottolineano alcuni problemi tecnici che dovranno essere affrontati, ad esempio il dispositivo comprende tre tecnologie separate – raccoglitore di energia, chip pacemaker e cavi – che devono essere integrate in un unico dispositivo. Ulteriori test sugli animali e poi sull'uomo possono confermare la stabilità a lungo termine del dispositivo. Un tale dispositivo in caso di successo richiederà un intervento chirurgico invasivo solo una volta, riducendo il rischio di complicanze per il paziente. Una delle principali limitazioni di questo nuovo dispositivo potrebbe essere che i medici potrebbero non essere in grado di monitorare a distanza i pazienti come nel caso dei pacemaker a batteria.

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{Puoi leggere il documento di ricerca originale facendo clic sul collegamento DOI indicato di seguito nell'elenco delle fonti citate}

Fonte (s)

Ning L et al. 2019. Diretto che alimenta un pacemaker cardiaco reale da energia naturale di un battito cardiaco. ACS Nanohttps://doi.org/10.1021/acsnano.8b08567

Squadra SCIEU
Squadra SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientific European® | SCIEU.com | Progressi significativi della scienza. Impatto sull'umanità. Menti ispiratrici.

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