Marca-passo experimental converte a energia dos batimentos cardíacos para recarregar a bateria

Ao converter energia mecânica em energia elétrica, um invólucro de marca-passo experimental sem fio ou sem fio é capaz de recarregar parcialmente sua bateria, de acordo com um estudo de prova de princípio a ser apresentado nas Sessões Científicas da American Heart Association 2023, realizadas em 11 de novembro. –13, na Filadélfia.

“A energia mecânica e elétrica estão interligadas e podem ser trocadas”, disse o principal autor do estudo, Babak Nazer, MD, professor associado de medicina na Universidade de Washington, em Seattle. “Assim como o ultrassom converte a voltagem elétrica em pressão ou som, podemos projetar materiais semelhantes em dispositivos médicos implantáveis ​​para converter as pressões oscilantes naturais do coração ‘para trás’ em voltagem para prolongar a vida útil da bateria.”

De acordo com a American Heart Association, os marcapassos tradicionais (transvenosos) possuem pequenos fios, ou eletrodos, que se conectam ao coração em uma extremidade e, na outra extremidade, a um gerador (que inclui a bateria) logo abaixo da pele do ombro esquerdo. . Os eletrodos usam sensores, ou eletrodos, para detectar os batimentos cardíacos do paciente e, em seguida, enviam impulsos elétricos ao coração para fornecer estimulação, se necessário.

Em contraste, os marcapassos sem eletrodo são dispositivos multifuncionais menores que um marcapasso transvenoso e residem inteiramente no ventrículo direito do coração após serem inseridos através de um pequeno tubo que chega ao coração por meio de uma veia na perna. Uma desvantagem do marcapasso sem eletrodo é que a bateria não pode ser facilmente substituída como a bateria de um marcapasso transvenoso.

Uma bateria típica de marca-passos tradicionais e sem fio dura de seis a 15 anos. Além disso, a remoção de um marca-passo sem eletrodo é difícil, pois ele está dentro do coração, por isso pode ser necessário implantar novos marca-passos junto com os anteriores que perderam a carga da bateria. Em pacientes mais jovens, que podem necessitar de múltiplos marcapassos ao longo da vida, esta abordagem é impraticável.

Neste estudo, os pesquisadores projetaram três protótipos de dispositivos e os testaram em um simulador de pressão cardíaca para testar sua saída de voltagem em resposta a pressões oscilantes, simulando as do ventrículo direito. Semelhante em tamanho aos atuais marcapassos sem eletrodo disponíveis comercialmente, os dispositivos protótipos também tinham cerca de um terço do tamanho de uma bateria AAA.

Depois de colocar os protótipos em uma máquina especial configurada para simular as pressões naturais do coração a uma taxa de 60 batimentos por minuto, os pesquisadores registraram a energia que o dispositivo gerou em resposta a esse batimento cardíaco artificial. Eles descobriram que o melhor dos três protótipos colhia aproximadamente 10% da energia necessária para acompanhar a “próxima batida”, com base na produção média do marcapasso.

“Nosso próximo passo é otimizar materiais e fabricação para melhorar a eficiência da colheita de energia e então mostrar que podemos fazer isso de forma consistente em estudos de longo prazo. Quando pudermos melhorar nossa eficiência de colheita de 10%, esperamos fazer parceria com um dos principais empresas de marca-passos incorporem nosso design e alojamento em um marca-passo sem eletrodo existente”, disse Nazer. “Esperamos prolongar ainda mais a vida útil da bateria e expandir o acesso deste produto a pacientes mais jovens, que necessitariam de menos implantes ao longo da vida”.

De acordo com as Estatísticas de Doenças Cardíacas e AVC da American Heart Association – Atualização de 2023, cerca de 93.000 procedimentos de marcapasso e desfibrilador foram realizados em pacientes internados em 2018 nos Estados Unidos.

“Este estudo experimental fornece informações valiosas sobre a captação de energia do coração para recarregar as baterias dos marcapassos. Esses novos dispositivos também podem melhorar a qualidade de vida dos pacientes, exigindo menos procedimentos, pois são menores e duram mais”, disse Kenneth A. Ellenbogen, MD, FAHA, coautor da Diretriz ACC/AHA/HRS 2018 sobre avaliação e manejo de pacientes com bradicardia e atraso de condução cardíaca, e professor Kimmerling de cardiologia na VCU School of Medicine em Richmond, Virgínia.

O estudo teve várias limitações. Sendo um estudo preliminar de um dispositivo experimental, não está claro se as descobertas podem ser traduzidas para um marca-passo que funcione de forma segura e durável nas pessoas; no entanto, o laboratório de Nazer planeja experimentos in vivo de longo prazo como próximo passo.

Além disso, o estudo analisou apenas a energia necessária para o próximo batimento cardíaco. Ele não considerou a energia que um marca-passo necessita para monitorar os batimentos cardíacos e comunicar os resultados ao marca-passo, o que representa uma grande parte do consumo da bateria. As futuras gerações do dispositivo terão como objetivo melhorar a eficiência de captação de energia de 10%.