Como um coração pode alimentar seu próprio marcapasso?

O marcapasso - aquele dispositivo implantável que estimula o coração com pulsos elétricos, fazendo um relógio bater regularmente - foi uma invenção acidental . Wilson Greatbatch (cujo nome é uma grande invenção por si só) era um pesquisador médico e inventor que estava tentando capturar sons cardíacos quando encontrou uma maneira de seu dispositivo emitir pulsos eletrônicos [fonte: Feder ].

Este foi um grande negócio no mundo da medicina. Antes da tecnologia implantada, os marcapassos eram conectados a dispositivos externos volumosos que literalmente davam choques nos pacientes. Ter um marcapasso autônomo foi um passo significativo na medicina. Mas o marcapasso ainda precisava de uma fonte de energia, e a Greatbatch acabou entrando no negócio de baterias de lítio para criar uma fonte de alimentação melhor e mais duradoura para o marcapasso [fonte: MIT (em inglês )]. Greatbatch morreu em 2011, mas a necessidade de uma fonte de energia mais satisfatória para o marcapasso continuou.

Em 2014, os pesquisadores fizeram parecer que a busca poderia ter acabado. Uma equipe de pesquisa interdisciplinar (incluindo cientistas e cardiologistas da Northwestern University, University of Illinois e University of Arizona) desenvolveu um dispositivo que usa o movimento dos batimentos cardíacos (assim como o movimento dos pulmões e do diafragma) para alimentar um marcapasso implantado. Embora os marcapassos autoalimentados ainda não tenham sido testados em humanos, eles até agora tiveram testes bem-sucedidos com vacas, ovelhas e porcos.

Melhor ainda? Embora a tecnologia tenha sido testada para um marca-passo, ela pode ter amplos usos para qualquer dispositivo implantado que use bateria. Pense em implantes cocleares, desfibriladores implantados e até monitores de frequência cardíaca – todos esses dispositivos usam baterias que precisam ser trocadas. Substituir essas baterias geralmente significa um procedimento cirúrgico potencialmente arriscado [fonte: Dagdeviren et al. ]. Então, como nosso corpo produz voltagem suficiente para manter um marcapasso funcionando? Leia sobre o âmago da questão.

A premissa parece bastante da era espacial: um implante que converte a energia mecânica do coração em energia elétrica, permitindo que um corpo acione o próprio mecanismo que o mantém vivo. Mas a mecânica real do implante é muito fácil de entender, enquanto ainda é um gigantesco salto científico.

O implante em si é um filme flexível que é piezoelétrico – isso significa que quando o material é flexionado (ou quando a pressão é aplicada em geral), ele gera energia elétrica. Se isso soa fora deste mundo, considere que os materiais piezoelétricos são realmente usados ​​em algo tão cotidiano quanto sua impressora a jato de tinta . Os cristais piezoelétricos na impressora têm uma pequena carga que causa uma vibração, que por sua vez dispersa a tinta no papel.

Quando as nanofitas flexíveis e piezoelétricas do implante de marcapasso são pressionadas, um sinal elétrico aparece. A ideia é que a batida do coração – ou o movimento de outros órgãos, como os pulmões e o diafragma enquanto você respira – pressionará o material e a eletricidade será coletada a cada respiração ou batida. A bateria recarregável no implante será assim alimentada enquanto o seu coração bater ou os seus pulmões se encherem.

O material piezoelétrico do implante é feito de titanato de zirconato de chumbo (PZT), que na verdade é uma cerâmica usada em sensores [fonte: Fellman ]. Enquanto os dispositivos piezoelétricos foram testados em 2012 como material para marcapassos autoalimentados, o material PZT foi capaz de gerar de três a cinco vezes mais corrente do que os dispositivos não PZT [fonte: Shankland ]. Os cientistas só o testaram em animais, mas obtiveram sucesso quando conectado ao coração, pulmões ou diafragma – sucesso suficiente para fornecer energia suficiente a uma bateria de 3,8 volts [fonte: Fellman ]. Eles também descobriram que a colocação era um problema; nem cada centímetro do nosso corpo em movimento funcionava igualmente. Colocar o dispositivo em um ventrículo do coração em um ângulo parecia funcionar melhor [fonte:Marks e Rutkin ].

Resumidamente? Um marca-passo movido ao coração não está tão longe no futuro. Ainda mais significativo, parece que esta tecnologia será útil em todos os tipos de dispositivos elétricos implantados.

Nota do autor: Como um coração pode alimentar seu próprio marcapasso?

Para uma visão superlegal de um marcapasso piezoelétrico em ação, você pode assistir a um vídeo aqui . Observe que, embora tenha sido testado em vacas, ovelhas e porcos, todos os animais não estavam conscientes quando a pesquisa estava sendo realizada; ainda temos que ver como os marca-passos movidos a batimentos cardíacos durariam em um animal ativo e acordado.

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