הלב שמטעין סוללות

מיליוני אנשים בעולם שסובלים מהפרעות בקצב הלב משתמשים בקוצבי לב שמסדירים את קצב הלב באופן מלאכותי, או במַפעֵמים (דפיברילטורים) שמספקים ללב שוק חשמלי כדי "לאתחל" אותו. מכשירים אלו ניזונים מסוללות שיש להחליפן כל חמש עד עשר שנים. החלפת הסוללות מחייבת כמובן פתיחה של בית החזה בניתוח, העלול לגרום לזיהומים ולסיבוכים נוספים.

עד כה נעשו כמה ניסיונות לנצל את אנרגיית התנועה של הלב כדי לספק חשמל לקוצבי לב, אך ניסיונות אלה סבלו מחסרונות אחדים. חלקם השתמשו בחומרים שעלולים להפריע לתפקוד המכשיר, למשל מגנטים, ואילו אחרים חייבו תפירה לרקמה דמוית-השק שמגינה על הלב, האפיקרדיום, דבר שכרוך בעלות גבוהה וכמובן בסיכונים. כעת, מהנדסים מבית הספר להנדסה בקולג' דרטמות שבניו-המפשייר פיתחו התקן שמשתלב היטב בתוך הקוצב, ולפיכך הוא פולשני במידה מזערית. תוצאות המחקר, שנערך בשיתוף פעולה עם רופאים מאוניברסיטת טקסס בסן אנטוניו, התפרסמו בכתב העת Advanced Materials Technologies.

המחקר נעשה במעבדתו של הפרופסור להנדסה ג'ון ז'אנג (Zhang), ובראש צוות המחקר עמד לין דונג (Dong). "אחת הדרישות החשובות מההתקן שממיר את האנרגיה היא שלא יפריע לתפקוד התקין של הגוף. ידענו שעליו להיות מותאם לגוף מבחינה ביולוגית, קל-משקל וגמיש, כך שלא רק יתאים למבנה של הקוצב הנוכחי, אלא שבעתיד יהיה אפשר להתאים את גודלו למכשירים מכל סוג שהוא", אמר דונג. לדבריו של ז'אנג, הפיתוח נועד לתת מענה לבעיה כללית: "אנו מנסים לפתור את הבעיה הזאת בעבור כל מכשיר ביו-רפואי שמושתל בגוף. המטרה היא ליצור מקור אנרגיה שיאפשר להתקן למלא את ייעודו לכל אורך חיי החולה, בלי צורך בניתוח כדי להחליף סוללות".

ההתקן מנצל את האנרגיה הקינטית של הלב לייצור חשמל | איור: Patricio R. Sarzosa, Thayer School of Engineering

להפוך לחץ לזרם

ההתקן שפיתח הצוות מתבסס על המבנה הנוכחי של הקוצב, עם שינוי קל: הכבל שמחבר בין הלב לקוצב רותם את האנרגיה הקינטית (אנרגיית התנועה) של הלב לייצור חשמל שיטעין את סוללות המכשיר באופן רצוף. לשם כך הוצמד לכבל סרט דק שבנוי מחומר פולימרי בשם PVDF. חומר זה מייצר מתח חשמלי בתגובה ללחץ מכני, תופעה שידועה בשם פיאזו-אלקטריות. כל אלה עטופים בצינור העשוי מחומר רך וגמיש. ההתקן יכול לשמש גם כמכשיר לאיסוף נתונים לצורך ניטור חולים בזמן אמת, אם מוסיפים לו משדר אלחוטי שישדר את הנתונים וסליל אלקטרומגנטי שיקלוט אותם. זאת כבר הראו במחקר קודם.

התוצאות שפורסמו מתבססות על ניסויים שבהם ההתקן אינו מושתל בתוך הגוף, ולכן היה צורך לדמות באמצעים מלאכותיים את תנועות הכיווץ וההרפיה של שריר הלב. החוקרים הראו אפוא שההתקן יכול להמיר אנרגיה מכנית, כמו זו של תנועת הלב, לאנרגיה חשמלית, אך לא ידוע אם אפשר לעשות זאת בלב פועם ואם ההתקן משפיע לרעה על תפקוד הלב. כמובן, זה ייבדק תחילה בבעלי חיים, ולדברי ז'אנג, השלב הראשון של מחקר בבעלי חיים הושלם ותוצאותיו יפורסמו בקרוב.

ז'אנג הוסיף כי "חברות הטכנולוגיה העיקריות כבר מביעות עניין רב". לטענתו, מכיוון שיש לסיים את הניסוי בבעלי חיים ולקבל אישור רגולטורי, המשמעות היא שאנו רחוקים בערך חמש שנים מקוצב בעל יכולת הטענה עצמית שישווק באופן מסחרי. אם הפיתוח יצלח, זו תהיה בשורה לאנשים רבים שסובלים מהפרעות קצב ולא יזדקקו עוד לניתוחים פולשניים כדי להחליף את הסוללות בקוצב שהושתל בגופם.