يقول العلماء إن أصغر منظم ضربات القلب في العالم – أصغر من حبة الأرز – يمكن أن تساعد على إنقاذ الأطفال المولودين بعيوب القلب.
يمكن إدراج الجهاز المصغر بحقن ويذوب بعد أن لم يعد هناك حاجة إليه.
على الرغم من أنه يمكن أن يعمل مع قلوب من جميع الأحجام ، إلا أن المهندسين الذين أنشأوها في جامعة نورث وسترن يقولون إنها مناسبة بشكل خاص للقلوب الصغيرة الهشة للأطفال المولودين الجدد الذين يعانون من عيوب القلب الخلقية.
يبلغ طوله 1.8 ملليمتر فقط في العرض ، و 3.5 ملليمتر في الطول وسماكة واحدة ، لكنه لا يزال يوفر الكثير من التحفيز مثل جهاز تنظيم ضربات القلب كامل الحجم.
يتم إقران جهاز تنظيم ضربات القلب الصغير بجهاز صغير ناعم ومرن ولاسلكي يمكن ارتداؤه يتصاعد على صدر المريض للتحكم في السرعة.
عندما يكتشف الجهاز القابل للارتداء دقات قلب غير منتظمة ، يضيء تلقائيًا نبضًا خفيفًا لتنشيط جهاز تنظيم ضربات القلب.
تتحكم النبضات القصيرة – التي تخترق بشرة المريض وعقار الثدي والعضلات – في السرعة.
تم تصميم جهاز تنظيم ضربات القلب للمرضى الذين يحتاجون فقط إلى سرعة مؤقتة ، بعد أن لم تعد هناك حاجة إليها.
أوضح فريق المهندسين من Northwestern أن مكونات جهاز تنظيم ضربات القلب متوافقان حيوياً ، لذلك يذوبون بشكل طبيعي في الغوائز الحيوية للجسم ، متجاوزًا الحاجة إلى الاستخراج الجراحي.
توضح دراسة نشرت في مجلة Nature كفاءة الجهاز عبر العديد من النماذج الحيوانية الكبيرة والصغيرة وكذلك قلوب الإنسان من المتبرعين بالأعضاء المتوفين.
وقال البروفيسور جون روجرز ، البروفيسور جون روجرز ، الذي قاد مشروع التنمية ، “لقد قمنا بتطوير ما هو ، على حد علمنا ، أصغر منظم ضربات القلب في العالم”.
“هناك حاجة حاسمة إلى أجهزة تنظيم ضربات القلب المؤقتة في سياق العمليات الجراحية في القلب للأطفال ، وهذه حالة استخدام حيث يكون تصغير الحجم مهمًا بشكل لا يصدق. من حيث حمل الجهاز على الجسم – كلما كان ذلك أصغر.”
وقال أستاذ أمراض القلب التجريبي في شمال غرب إيغور إيفيموف ، الذي شارك في قيادة الدراسة ، إن “الدافع الرئيسي” كان الأطفال.
وقال: “يولد حوالي 1 ٪ من الأطفال مع عيوب القلب الخلقية ، بغض النظر عما إذا كانوا يعيشون في بلد منخفض الموارد أو عالية الموارد”.
“الخبر السار هو أن هؤلاء الأطفال يحتاجون فقط إلى سرعة مؤقتة بعد الجراحة. في حوالي سبعة أيام أو نحو ذلك ، ستقوم معظم قلوب المرضى بإعادة الإجابة الذاتي. لكن تلك الأيام السبعة أمر بالغ الأهمية.
“الآن ، يمكننا وضع جهاز تنظيم ضربات القلب الصغير على قلب الطفل وتحفيزه بجهاز ناعم ولطيف يمكن ارتداؤه.
“ولا توجد جراحة إضافية ضرورية لإزالتها.”
يعتمد المشروع على تعاون سابق بين البروفيسور روجرز والبروفيسور إفيموف ، حيث طوروا أول جهاز قابل للذوبان للسرعة المؤقتة.
يحتاج العديد من المرضى إلى أجهزة تنظيم ضربات القلب المؤقتة بعد جراحة القلب ، إما أثناء انتظار جهاز تنظيم ضربات القلب الدائم أو للمساعدة في استعادة معدل ضربات القلب الطبيعي أثناء شفائهم.
بالنسبة لمعايير الرعاية الحالية ، خياطة الجراحين الأقطاب على عضلة القلب أثناء الجراحة.
تخرج الأسلاك من الأقطاب الكهربائية من مقدمة صندوق المريض ، حيث تتصل بصندوق سرعة خارجي يوفر تيارًا للتحكم في إيقاع القلب.
عندما لم يعد هناك حاجة إلى جهاز تنظيم ضربات القلب المؤقت ، يزيل الجراحون أقطاب تنظيم ضربات القلب.
لكن المضاعفات المحتملة تشمل العدوى أو التخلص من الأنسجة الممزقة أو التالفة والنزيف وجلطات الدم.
وقال إفيموف: “تبرز الأسلاك حرفيًا من الجسم ، متصلة بجهاز تنظيم ضربات القلب خارج الجسم”.
“عندما لم يعد هناك حاجة إلى جهاز تنظيم ضربات القلب ، يسحبه الطبيب. يمكن أن تصبح الأسلاك مغطاة في أنسجة ندبة. لذلك ، عندما يتم سحب الأسلاك ، يمكن أن تضر عضلة القلب.
“هكذا توفي نيل أرمسترونغ في الواقع. كان لديه جهاز تنظيم ضربات القلب المؤقت بعد إجراء عملية جراحية. عندما تمت إزالة الأسلاك ، شهد نزيفًا داخليًا”.
قال روجرز إن جهاز تنظيم ضربات القلب الأصلي يعمل بشكل جيد ، لكن حجم هوائي المتلقي الخاص به يقلل من قدرته على تصغيره.
وقال “بدلاً من استخدام مخطط الترددات الراديوية للتحكم اللاسلكي ، قمنا بتطوير مخطط قائم على الضوء لتشغيل نبضات القلب وتسليم نبضات التحفيز على سطح القلب”.
“هذه ميزة واحدة سمحت لنا بتقليل الحجم بشكل كبير.”
كما أعاد فريق البحث تخيل مصدر الطاقة الخاص به.
بدلاً من استخدام الاتصالات القريبة من المجال لتوفير الطاقة ، تعمل جهاز تنظيم ضربات القلب الجديد من خلال عمل الخلية الجلفانية ، وهي بطارية بسيطة تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
وقال روجرز: “عندما يتم زرع جهاز تنظيم ضربات القلب في الجسم ، فإن الحيوية المحيطة بمثابة الإلكتروليت الموصل الذي ينضم كهربائيًا إلى هذين الفوطين المعدنيين لتشكيل البطارية”.
“يتيح لنا مفتاح صغير جدًا تم تنشيطه على الجانب الآخر من البطارية تحويل الجهاز من حالة” Off “إلى حالة” عند تسليم الضوء الذي يمر عبر جسم المريض من التصحيح المثبت على الجلد. “
إذا انخفض معدل ضربات القلب للمريض إلى أقل من معدل معين ، فإن الجهاز القابل للارتداء يكتشف الحدث ويقوم تلقائيًا بتنشيط الصمام الثنائي الذي ينبعث منه الضوء.
ثم يضيء الضوء وإيقاف تشغيله بمعدل يتوافق مع معدل ضربات القلب الطبيعي.
“ضوء الأشعة تحت الحمراء يخترق جيدًا من خلال الجسم” ، Efimov Siad. “إذا وضعت مصباح يدوي على راحة يدك ، فسترى الضوء يتوهج عبر الجانب الآخر من يدك.”
وأضاف روجرز أن القلب يتطلب كمية صغيرة من التحفيز الكهربائي.
وقال “من خلال تقليل الحجم ، نقوم بتبسيط إجراءات الزرع بشكل كبير ، ونحن نقلل من الصدمة والمخاطر على المريض ، ومع الطبيعة القابلة للذوبان للجهاز ، فإننا نزيل أي حاجة إلى إجراءات الاستخراج الجراحية الثانوية”.
“يمكننا دمج صانعي أجهزة تنظيم ضربات القلب لدينا في أجهزة طبية أخرى مثل بدائل صمام القلب ، والتي يمكن أن تسبب كتلة القلب” ، أضافت Efimov.
يقول فريق Northwestern إن براعة التكنولوجيا تفتح إمكانيات أخرى لاستخدامها في الأدوية الإلكترونية الحيوية ، بما في ذلك مساعدة الأعصاب والعظام على التئام ، وعلاج الجروح وحظر الألم.
وقال روجرز: “نظرًا لأنه صغير جدًا ، يمكن دمج جهاز تنظيم ضربات القلب هذا مع أي نوع من الأجهزة القابلة للزرع تقريبًا”.
