الرئيسية - المساحة الإخبارية - الجيل المقبل من نواظم الخطا القلبية سيحصل على طاقته من نبض القلب!

الجيل المقبل من نواظم الخطا القلبية سيحصل على طاقته من نبض القلب!

يُستخدم جهاز ناظم الخطا القلبية Cardiac Pacemaker من أجل مُعالجة المرضى الذين يُعانون من مشاكل عدم انتظام ضربات القلب، حيث يقوم الجهاز بتوليد إشارة تحفيز كهربائية تُرسل إلى القلب من أجل تأمين نبض قلب مُنتظم وطبيعي. يتم زرع جهاز ناظم الخطا القلبية تحت الجلد في منطقة الصدر، حيث يتم تزويده ببطارية تقوم بتزويده بالطاقة الكهربائية اللازمة لعمله، ويتم ربطه مع القلب عبر أقطاب وأسلاك معزولة.

المشكلة الأساسية التي يُعاني منها الجهاز هي ضرورة استبدال البطارية بعد فترةٍ زمنية مُعينة، خصوصاً إذا علمنا أن البطارية تَشغل حوالي 60% من حجم الجهاز، بينما يشغل مُولد النبضات والتّوصيلات الأخرى نسبة 40%، أي أن الجهاز فعلياً يتكوّن من البطارية. عملية تبديل البطارية تعني تبديل الجهاز ككل. فَعلى الرّغم من أن الفترة الزمنية اللازمة لتبديل البطارية قد تكون طويلة نسبياً (حوالي عشر سنوات)، إلا أنه لا يُفضل إجراء تدّخلات جراحية بشكلٍ مُتكررٍ ودوريّ بالنسبة للمرضى الذين يُعانون من مشاكل قلبية.

pacemaker_4electronهذا الأمر هو ما دفع “أمين كرامي Amin Karami” للتفكير بطريقةٍ أخرى ومختلفة لتأمين الطاقة اللازمة لعمل ناظم الخطا القلبية. يشغل أمين كرامي منصب أستاذ مساعد باختصاص الهندسة الميكانيكية في جامعة بوفالو، وهو يعمل على نموذجين جديدين لنواظم الخطا القلبية التي تعتمد على نبض القلب نفسه من أجل تأمين الطاقة اللازمة لتشغيلها! وفي حديثٍ مخصص لمجلة IEEE Spectrum، يقول أمين كرامي :” أنا أعتقد أنه خلال سنتين من الآن سنكون قد انتهينا من مرحلة التجارب السريرية على الحيوانات، وستكون النماذج جاهزة للاختبار على الإنسان، وذلك كجزء من الإجرائية الضرورية للحصول على موافقة إدارة الأغذية والدواء FDA من أجل ترخيص الجهاز وبيعه تجارياً “.

الفكرة ببساطة هي تأمين الطاقة اللازمة لتشغيل الجهاز من نبض القلب نفسه، وقد تبدو الفكرة وكأنها “آلة دائمة الحركة” تحصل على طاقتها من لاشيء، ولكن الأمر ليس بهذه الصورة تماماً: الفكرة قابلة للتطبيق من الناحية الهندسية، وذلك لأن القلب لا يحصل على الطاقة اللازمة لتوليد النبضات من الجهاز فقط، بل يحصل على الطاقة اللازمة للعمل من النظام الطبيعي لجسم الإنسان، وهذا يعني أن القلب سيتلقى طاقة مع أو بدون الجهاز، وسيتم استغلال جزء من هذه الطاقة من أجل تشغيل الجهاز، ومن ثم يعمل الجهاز على تنظيم نبضات القلب نفسه وجعلها طبيعية، ومع استمرار القلب بالعمل، سيستمر الجهاز بالعمل، وسنحصل بالنتيجة على قلبٍ ينبض بشكلٍ طبيعيّ بدون أية مشاكل أو اضطرابات، وجهاز يعمل بكفاءة بدون الحاجة لتدخلات جراحية أو تبديل بطارية.

الفكرة التي استند عليها التطبيق العملي لهذا البحث هي استخدام التأثير الكهروضغطي Piezoelectric Effect، حيث تتمتع بعض المواد بالقدرة على توليد جهد كهربائي عند تعرضها لإجهادٍ ميكانيكي معين، كالضغط، هذا يعني أنه عندما نقوم بالضغط على هذه المادة، ستقوم بتوليد جهد كهربائي. تفسير هذه الظاهرة يتطلب الخوض بتفاصيل البنية البلورية للمادة وتوضيحها، وهو الأمر الذي لا يعنينا بالوقت الحالي بقدر ما يعنينا أهمية هذا التأثير بتطبيقٍ طبيّ وهام مثل نواظم الخطا.

النموذج الأول الذي عليه كرامي هو لوحدة تجميع طاقة تهدف لاستبدال البطاريات المستخدمة في نواظم الخطا القلبية التقليدية. الفكرة الثانية التي عمل عليها هي تطوير نواظم خطا بدون أسلاك يتم وضعه بالقلب مباشرةً. مثل هكذا أجهزة صغيرة قد بدأت تجد طريقها للأسواق في أوروبا.

من أجل تأمين الطاقة اللازمة لتشغيل ناظم الخطا، قام كرامي بتصميم بنية سيراميكية مسطحة من مادةٍ كهروضغطية والتي تهتز استجابةً للاهتزازات الحاصلة في تجويف الصدر كنتيجة لنبض القلب. قام كرامي بتجريب الجهاز على معدل نبضات قلبي يتراوح ما بين 70 – 700 نبضة بالدقيقة، ووجد أن الجهاز قادر على توليد طاقة أكثر من كافية من أجل الاستمرار بعمله. يعتقد كرامي أنه لا يجب فقط العمل على تطوير مصدر طاقة جديد لنواظم الخطا القلبية، بل يجب أن يتم النظر بإعادة تصميمها جذرياً، بحيث تصبح نواظم الخطا بدون أسلاك، وترزع بالقلب مباشرةً، مما يخفف بشكلٍ كبير من التداخل مع بنية ونسيج المريض. فزراعة مثل هكذا ناظم خطا بدون أسلاك ضمن جسد المريض لن يحتاج إلى عمليةٍ جراحية عبر صدر المريض من أجل زراعة نظام الخطا والأسلاك المتصلة به، بل يُمكن أن يتم توصيله مباشرةً إلى قلب المريض عبر قثظارٍ وريديّ Vein Catheter، وهي عملية جراحية بسيطة يمكن إجراؤها بسهولة نسبياً، مقارنةً مع التدخل الجراحي عبر صدر المريض.

تزداد أهمية تطوير ناظم خطا قلبي بدون أسلاك عندما نضيف المعلومات المتعلقة بنواظم الخطا التقليدية التي تتصل مع قلب المريض عبر الأسلاك، حيث تم سحب العديد من النماذج من الأسواق سابقاً، حيث تبين أن الأسلاك الخاصة بناظم الخطا تتعرض للتلف أو الكسر كنتيجة لحركة القلب وقيامه بسحب الأسلاك ودفعها.

المصدر: IEEE Spectrum

للمزيد من المقالات حول نواظم الخطا:

كيف يمكن لنواظم الخطا الدماغية أن تساهم بمعالجة مرض الباركنسون؟

غلاف إلكتروني مرن يستبدل عمل نواظم الخطا القلبية

عن ماريو رحال

ماريو رحال
مهندس طبي ومدون تقني. مدير موقع عالم الإلكترون.

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*

x

‎قد يُعجبك أيضاً

30 عام على إطلاق نظام تشغيل ويندوز

بتاريخ 20 تشرين الثاني/نوفمبر، أعلنت شركة مايكروسوفت عن إطلاق نظام تشغيل ويندوز، بنسخته الأولى 1.0. ...