Хотя современные кардиостимуляторы оказались бесценным и спасительным медицинским инструментом, способ, которым они регулируют ритм сердца, отличается от того, как бьется орган у здорового человека. Ученые видят большой потенциал в технологии кардиостимуляции, более точно имитирующей этот естественный процесс, и готовятся испытать новое подобное "революционное"  устройство на практике после успешных испытаний на животных.

Новый вид кардиостимулятора может изменить способ лечения сердечной недостаточности, регулируя сердечные сокращения в соответствии с интенсивностью дыхания. Depositphotos

 

" Сегодня все электрокардиостимуляторы стимулируют работу сердца метрономическим методом, который подразумевает очень стабильный, четкий ритм", - рассказывает руководитель проекта профессор Джулиан Патон из Оклендского университета. " Однако если вы регистрируете частоту сердечных сокращений здоровых людей, то видите, что она все время находится в движении".

Команда Патона потратила более десяти лет на разработку того, что они называют "бионическим" кардиостимулятором - устройства, предназначенного для реагирования на сигналы организма в режиме реального времени. Этот имплантат будет отслеживать дыхание и соответствующим образом модулировать частоту сердечного ритма, а не просто тикать в постоянном темпе.

"Анализируя частоту сердечного ритма, можно обнаружить, что он связан с дыханием", - говорит Патон. "Он возрастает на вдохе и снижается на выдохе, и это естественный процесс у всех животных и людей. И речь идет об очень древних животных, появившихся на Земле около 400 миллионов лет назад".

Примерно двенадцать лет назад Патон и группа ученых начали изучать идею создания нового вида кардиостимулятора, который мог бы лечить пациентов с сердечной недостаточностью - состоянием, при котором сердце не может перекачивать достаточно крови для потребностей организма. Характерной чертой этого состояния является потеря естественной вариабельности сердечного ритма, и решение этой проблемы не под силу современным кардиостимуляторам, которые предназначены только для коррекции различных форм аритмии (нерегулярного сердцебиения).

"У людей с высоким артериальным давлением, у людей с сердечной недостаточностью частота сердечных сокращений не регулируется дыханием", - говорит Патон. " Возможно, он очень, очень угнетен. Поэтому мы решили, что вернем вариабельность сердечного ритма животным с сердечной недостаточностью и выясним, даст ли это положительный эффект".

Бионический кардиостимулятор называется Cysoni, и он предназначен для восстановления вариабельности сердечного ритма, также известной как дыхательная синусовая аритмия. Для этого он следит за состоянием легких и считывает электрические сигналы, генерируемые организмом при вдохе и выдохе, используя тщательно рассчитанные по времени импульсы для увеличения и уменьшения частоты сердечных сокращений.

Схематическое изображение экспериментальной установки. Полностью изолированные 3-5-летние беспородные самки овец породы Ромни были подвергнуты электростимуляции через левое предсердие при напряжении 1,5-2,5 В с помощью бионического устройства для создания ритма, модулирующего частоту сердечных сокращений в фазе с дыханием, имитируя дыхательную синусовую аритмию (RSA). Устройство получает ЭМГ (электромиограмму) диафрагмы для определения фазы вдоха. При RSA частота сердечных сокращений увеличивается во время вдоха.

 

"Кардиостимулятор - это почти как бионическое устройство", - говорит Патон. "Он понимает сигналы тела, которые сообщают устройству, когда мы вдыхаем и когда выдыхаем. Затем устройство передает сигнал обратно в организм, увеличивая ритм сердца во время вдоха и уменьшая его во время выдоха".

После положительных результатов на крысах ученые изучили работу устройства на овцах и теперь утверждают, что разработали эффективный способ борьбы с сердечной недостаточностью. Для улучшения самочувствия таких пациентов существуют лекарства, но восстановление поврежденных тканей, ухудшающих работу сердца, пока не под силу современной медицине.

"В настоящее время кардиостимуляторы запускают метрономически ровный ритм, но это исследование показывает, что введение естественных вариаций сердцебиения улучшает способность сердца перекачивать кровь по организму", - сказал д-р Рохит Рамчандра, автор исследования. " Вторая важная новость заключается в том, что мы получаем 20-процентное улучшение сердечного выброса, что фактически является способностью сердца перекачивать кровь по всему телу. А 20 процентов - это очень большое число".

В настоящее время ученые готовятся приступить к клиническим испытаниям на людях и ведут набор кандидатов. Ожидается, что испытания начнутся в конце этого года в Новой Зеландии.

"Обычно мы видим улучшение работы сердца с помощью современных кардиостимуляторов, но этот бионический кардиостимулятор превзошел наши ожидания", - сказал д-р Мартин Стайлз, кардиолог из больницы Вайкато, который будет руководить клиническими испытаниями. "Это открытие может в будущем произвести революцию в кардиостимуляции пациентов с сердечной недостаточностью".

Исследование было опубликовано в журнале "Фундаментальные исследования в кардиологии".

Источники: Оклендский университет    
https://link.springer.com/article/10.1007/s00395-022-00911-0
https://www.auckland.ac.nz/en/news/2022/02/02/-bionic--pacemaker-achieves-impressive-results.html