Pacemaker sperimentale converte l’energia del cuore per ricaricare la batteria

 

 

Un alloggiamento sperimentale per pacemaker senza piombo è in grado di ricaricare parzialmente la batteria del dispositivo generando energia elettrica dai battiti cardiaci. Il dispositivo genera circa il 10% dell’energia necessaria per stimolare un altro battito cardiaco.

 

Convertendo l’energia meccanica in energia elettrica, un alloggiamento sperimentale per pacemaker wireless o senza piombo è in grado di ricaricare parzialmente la batteria, secondo uno studio proof-of-principle che sarà presentato alle sessioni scientifiche 2023 dell’American Heart Association.

L’incontro, che si terrà dall’11 al 13 novembre a Filadelfia, è un importante scambio globale degli ultimi progressi scientifici, della ricerca e degli aggiornamenti sulla pratica clinica basata sull’evidenza nella scienza cardiovascolare.

“L’energia meccanica ed elettrica sono collegate e possono essere scambiate reciprocamente”, ha detto l’autore principale dello studio Babak Nazer, professore associato di medicina presso l’Università di Washington a Seattle.

“Proprio come gli ultrasuoni convertono la tensione elettrica in pressione o suono, possiamo progettare materiali simili su dispositivi medici impiantabili per convertire le pressioni oscillanti naturali del cuore in tensione per prolungare la durata della batteria”.

I pacemaker tradizionali (transvenosi) hanno piccoli fili, o derivazioni, che si collegano al cuore da un’estremità e dall’altra a un generatore (che include la batteria) appena sotto la pelle della spalla sinistra.

Gli elettrocateteri utilizzano sensori, o elettrodi, per rilevare il battito cardiaco del paziente e quindi inviare impulsi elettrici al cuore per fornire stimolazione, se necessario.

Al contrario, i pacemaker leadless sono dispositivi all-in-one più piccoli di un pacemaker transvenoso e risiedono interamente all’interno del ventricolo destro del cuore dopo essere stati inseriti attraverso un piccolo tubo infilato fino al cuore attraverso una vena della gamba.

Uno svantaggio del pacemaker leadless è che la batteria non può essere facilmente sostituita come la batteria di un pacemaker transvenoso.

Una batteria tipica dei pacemaker tradizionali e wireless dura dai 6 ai 15 anni. Inoltre, la rimozione di un pacemaker leadless è difficile poiché si trova all’interno del cuore, quindi potrebbe essere necessario impiantare nuovi pacemaker accanto a quelli precedenti che hanno perso la carica della batteria.

Nei pazienti più giovani, che possono richiedere più pacemaker nel corso della loro vita, questo approccio è impraticabile.

In questo studio, i ricercatori hanno progettato tre prototipi di dispositivi e li hanno testati in un simulatore di pressione cardiaca per testare la loro tensione di uscita in risposta a pressioni oscillanti che simulano quelle del ventricolo destro.

Di dimensioni simili agli attuali pacemaker senza piombo disponibili in commercio, i dispositivi prototipo erano anche circa un terzo delle dimensioni di una batteria AAA.

Dopo aver inserito i dispositivi prototipo in una macchina speciale impostata per simulare le pressioni naturali del cuore a una velocità di 60 battiti al minuto, i ricercatori hanno registrato l’energia che il dispositivo ha generato in risposta a questo battito cardiaco artificiale.

Hanno scoperto che il migliore dei tre prototipi raccoglieva circa il 10% dell’energia necessaria per regolare il “battito successivo”, in base alla potenza media del pacemaker.

“Il nostro prossimo passo è quello di ottimizzare i materiali e la fabbricazione per migliorare l’efficienza della raccolta di energia, e quindi dimostrare che possiamo farlo in modo coerente negli studi a lungo termine. Quando saremo in grado di migliorare la nostra efficienza di raccolta del 10%, speriamo di collaborare con una delle principali aziende produttrici di pacemaker per incorporare il nostro design e l’alloggiamento in un pacemaker leadless esistente”, ha affermato Nazer.

“Speriamo di prolungare ulteriormente la durata della batteria e di espandere l’accesso a questo prodotto ai pazienti più giovani, che si spera abbiano bisogno di un minor numero di impianti nel corso della loro vita”.

“Questo studio sperimentale fornisce informazioni preziose sulla raccolta di energia dal cuore per ricaricare le batterie dei pacemaker. Questi nuovi dispositivi potrebbero anche migliorare la qualità della vita dei pazienti richiedendo meno procedure in quanto sono più piccoli e durano più a lungo”, ha affermato Kenneth A. Ellenbogen,  coautore delle linee guida ACC/AHA/HRS 2018 sulla valutazione e la gestione dei pazienti con bradicardia e ritardo della conduzione cardiaca e professore di cardiologia presso la VCU School of Medicine di Richmond, Virginia.

Lo studio presentava diverse limitazioni. Come studio preliminare di un dispositivo sperimentale, non è chiaro se i risultati possano essere tradotti in un pacemaker che funzioni in modo sicuro e duraturo nelle persone, tuttavia, il laboratorio di Nazer prevede esperimenti in vivo a lungo termine come passo successivo.

Inoltre, lo studio ha esaminato solo l’energia richiesta per il successivo battito cardiaco. Non ha considerato l’energia necessaria per monitorare il battito cardiaco e comunicare i risultati al pacemaker, che comprende gran parte del consumo della batteria. Le generazioni future del dispositivo mireranno a migliorare l’efficienza di raccolta dell’energia del 10%.