Мерцательная аритмия — форма нерегулярного сердцебиения или аритмии — ежегодно приводит к более чем 454 000 госпитализаций и почти 160 000 смертей в Соединенных Штатах. По оценкам, во всем мире этим заболеванием страдают около 60 миллионов человек.

Кардиостимуляторы — это спасательные устройства, которые регулируют сердцебиение людей с хроническими заболеваниями сердца, такими как мерцательная аритмия и другие формы аритмии. Однако имплантация кардиостимулятора является инвазивной процедурой, и кардиостимуляция, которую обеспечивают устройства, может быть чрезвычайно болезненной. Кроме того, кардиостимуляторы можно использовать только для лечения нескольких конкретных типов заболеваний.

В статье, опубликованной в среду в журнале Science Advances , группа исследователей под руководством Университета Аризоны подробно описывает работу разработанного ими беспроводного кардиостимулятора без батареи, который можно имплантировать с помощью менее инвазивной процедуры, чем это возможно в настоящее время, и причинять пациентам меньше боли. Исследование проводилось исследователями из лаборатории Гутруфа под руководством доцента биомедицинской инженерии и научного сотрудника факультета Крейга М. Берге Филиппа Гутруфа.

Доступные в настоящее время кардиостимуляторы работают путем имплантации одного или двух электродов или точек контакта в сердце с помощью крючков или винтов. Если датчики на этих отведениях обнаруживают опасную аномалию, они посылают электрический разряд через сердце, чтобы восстановить ритм.

Все клетки внутри сердца поражаются одновременно, включая болевые рецепторы, и именно это делает кардиостимуляцию или дефибрилляцию болезненными. Это влияет на сердечную мышцу в целом».

Филипп Гутруф

Устройство, разработанное командой Гутруфа, которое еще не было испытано на людях, позволит кардиостимуляторам посылать гораздо более целенаправленные сигналы, используя новую сетчатую конструкцию, изготовленную цифровым способом, которая охватывает все сердце. Устройство использует свет и метод, называемый оптогенетикой.

Solaray, Черника и лютеин, раз в день, 30 легко глотаемых капсул

Оптогенетика изменяет клетки, обычно нейроны, чувствительные к свету, а затем использует свет, чтобы влиять на поведение этих клеток. Этот метод нацелен только на кардиомиоциты, клетки мышц, которые вызывают сокращение и составляют сердцебиение. Эта точность не только уменьшит боль у пациентов с кардиостимуляторами за счет обхода болевых рецепторов сердца, но и позволит кардиостимулятору реагировать на различные нарушения более подходящим образом. Например, во время мерцательной аритмии верхняя и нижняя камеры сердца сокращаются асинхронно, и роль кардиостимулятора состоит в том, чтобы привести две части в соответствие.

«В то время как прямо сейчас, чтобы сделать это, мы должны шокировать все сердце, эти новые устройства могут выполнять гораздо более точное нацеливание, делая дефибрилляцию более эффективной и менее болезненной», — сказал Игорь Ефимов, профессор биомедицинской инженерии и медицины Северо-Западного университета. где устройства прошли лабораторные испытания. «Эта технология может облегчить жизнь пациентов во всем мире, а также помочь ученым и врачам узнать больше о том, как отслеживать и лечить заболевание».

Гибкая сетка охватывает сердце

Чтобы световые сигналы могли достигать многих различных частей сердца, команда создала конструкцию, которая включает охват органа, а не имплантацию электродов, обеспечивающих ограниченные точки контакта.

Новая модель электрокардиостимулятора состоит из четырех лепесткообразных структур из тонкой гибкой пленки, содержащих источники света и регистрирующий электрод. Лепестки, специально разработанные для того, чтобы приспособиться к тому, как сердце меняет форму во время биения, складываются вокруг сторон органа, чтобы окутать его, как цветок, закрывающийся ночью.

«Существующие кардиостимуляторы регистрируют в основном простой порог, и они говорят вам: «Это переходит в аритмию, теперь шок!», — сказал Гутруф. «Но у этого устройства есть компьютер на борту, куда вы можете вводить различные алгоритмы, которые позволяют вам более изощренно управлять темпом. Оно создано для исследований».

Поскольку для воздействия на сердце система использует свет, а не электрические сигналы, устройство может продолжать запись информации, даже когда кардиостимулятору необходимо провести дефибрилляцию. В существующих кардиостимуляторах электрический сигнал от дефибриллятора может мешать возможностям записи, оставляя врачам неполную картину сердечных эпизодов. Кроме того, для устройства не требуется батарея, что может избавить пациентов с кардиостимуляторами от необходимости заменять батарею в своем устройстве каждые пять-семь лет, что в настоящее время является нормой.

Над проектом команда Гутруфа сотрудничала с исследователями Северо-Западного университета. Хотя текущая версия устройства была успешно продемонстрирована на животных моделях, исследователи надеются продолжить свою работу, которая может улучшить качество жизни миллионов людей.