Revolución
científica en marcha: un nuevo marcapasos obtiene su energía del propio cuerpo
donde se le implante. Es decir que el nuevo marcapasos se convierte como si
fuese otro órgano del humano.
El objetivo
principal de esta tecnología es aumentar la vida útil de los marcapasos
cardíacos y, por consiguiente, reducir los riesgos asociados a las segundas
cirugías donde se necesitan reemplazar las baterías de los viejos marcapasos
usados. Incluso se ha pensado usar este tipo de tecnología para alimentar otros
dispositivos médicos implantables de vigilancia, a parte de los marcapasos. El
marcapasos cardíaco artificial es una pieza de equipo médico que se implanta en
el cuerpo humano para regular el latido del corazón de personas que sufren de
arritmia.
El marcapasos es
un aparato electrónico generador de impulsos al corazón cuando éste no puede
mantener el ritmo y la frecuencia adecuados.
En 1899,
J. A. McWilliam informó en el British Medical Journal acerca
de sus experimentos para la aplicación de un impulso eléctrico al
corazón humano en estado asistólico, causando una contracción ventricular. Él
podía provocar un ritmo de 60-70 impulsos por minuto mediante impulsos
eléctricos aplicados a espacios iguales a 60-70 por minuto.
En 1926,
Mark C. Lidwell, en el hospital Royal Prince Alfred (Sídney,
Australia) apoyado por el físico Edgar H Booth, de la Universidad
de Sídney, inventaron un dispositivo portátil que se conectaba a un "punto
de disparo" en el corazón, y que consistía en 2 electrodos: una
almohadilla empapada en solución salina aplicada sobre la piel y una aguja
aislada excepto la punta que se clavaba en la cámara cardíaca apropiada. El
ritmo del marcapasos era variable desde 80 hasta 120 pulsos por minuto, y el
voltaje variaba desde 1.5 hasta 120 voltios.
En 1932,
el fisiólogo estadounidense Albert Hyman inventó un
instrumento electro-mecánico que desarrolló con un motor eléctrico de manivela.
Hyman se refería a su invento como "marcapasos artificial",
denominación que se usa hoy en día.
Pero mucha gente
denunció que la ciencia estaba "interfiriendo con la
naturaleza" al"revivir a los muertos". Parece
que eso era malo. La investigación se llamó a silencio hasta1950,
cuando el ingeniero electricista canadiense John Alexander Hopps,
en base a las observaciones del cirujano cardio-torácico Wilfred Gordon
Bigelow, en el hospital Toronto General (Canadá), desarrolló un dispositivo
externo de estimulación cardíaca transcutánea, pero impráctico y doloroso para
el paciente, y que conllevaba un riesgo potencial de electrocución.
En 1957,
el ingeniero Earl Bakken, de Minneapolis, Minnesota (USA),
construyó el 1er. marcapasos externo que podía llevarse puesto.
Y en 1958 el
cirujano Åke Senning, en el Instituto Karolinska, en
Slona, Suecia, realizó la 1ra. implantación clínica de un marcapasos (diseñado
por Rune Elmqvist): el dispositivo falló 3 horas después. Un 2do.
dispositivo fue implantado y duró 2 días. El 1er. paciente en el mundo con
marcapasos interno, Arne Larsson, recibió 26 marcapasos
diferentes a lo largo de su vida. Murió en 2001 a la edad de 86 años.
Así se consolidó
una línea de trabajo que continúa, sin cesar.
En 2011,
el ingeniero colombiano Jorge Reynolds Pombo anunció un futuro
de marcapasos del tamaño de un tercio de un grano de arroz, que no
necesitarán baterías y que podrán ser monitoreados por internet desde cualquier
parte del mundo. Estos además, podrán implantarse mediante cirugía ambulatoria
y usarían la propia energía del corazón para recargarse.
¿Será cierto?
En mayo de 2013, Patrick
Rosset, responsable de producción de la empresa Medtronic(Suiza),
mostró la línea de producción de un marcapasos implantable del tamaño de un
dedal. Al tener un tamaño tan reducido, los médicos podríann insertar el
marcapasos por medio de un tubo, llamado catéter, a través de una pequeña
incisión en la pierna y dirigirlo hasta el corazón. La operación será menos
invasiva y complicada.
Después de
muchos años en la mejora de la técnica, los marcapasos han llegado a ser
sistemas seguros y fiables.
Los nuevos
marcapasos tienen funciones adicionales: sincronización, modificación de la
frecuencia de los latidos, evitar la sobre estimulación, seguimiento de las
perturbaciones, mejora del bombeo mediante una estimulación del ventrículo
izquierdo o de ambos....
Pero, en
cualquier caso, un marcapasos moderno tiene una vida estimada de entre
5 y 12 años (7 años en promedio). Más allá de es período, hay que
cambiarlo. Es relativamente fácil hacerlo, gracias a la estandarización de las
conexiones de los electrodos. Pero hay que cambiarlo...
¿Es posible
mejorar esta cuestión del vencimiento? Vamos a la noticia que distribuyó la newsletter Noticias
de la Ciencia y la Tecnología:
Un equipo de investigación encabezado por Keon Jae Lee, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología (KAIST), en Daejeon, Corea del Sur; y Boyoung Joung, de la División de Cardiología del Hospital Severance (por Louis H. Severance), dependiente de la Universidad Yonsei, en el mismo país, ha desarrollado un marcapasos que obtiene su energía a través de un nano generador piezoeléctrico flexible. Los materiales piezoeléctricos, entre otras características, son capaces de generar electricidad cuando se les flexiona o presiona.
Las repetidas cirugías para reemplazar las baterías de los marcapasos exponen a los pacientes, sobre todo a los de edad avanzada, a riesgos innecesarios como infecciones o sangrado severo durante las operaciones. Entonces la ciencia intenta dar un nuevo paso.
Un equipo de investigación encabezado por Keon Jae Lee, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología (KAIST), en Daejeon, Corea del Sur; y Boyoung Joung, de la División de Cardiología del Hospital Severance (por Louis H. Severance), dependiente de la Universidad Yonsei, en el mismo país, ha desarrollado un marcapasos que obtiene su energía a través de un nano generador piezoeléctrico flexible. Los materiales piezoeléctricos, entre otras características, son capaces de generar electricidad cuando se les flexiona o presiona.
Las repetidas cirugías para reemplazar las baterías de los marcapasos exponen a los pacientes, sobre todo a los de edad avanzada, a riesgos innecesarios como infecciones o sangrado severo durante las operaciones. Entonces la ciencia intenta dar un nuevo paso.
En los
experimentos, el nuevo nano generador piezoeléctrico flexible estimuló
directamente el corazón de una rata viva utilizando energía eléctrica obtenida
aprovechando pequeños movimientos corporales de la rata.
La energía obtenida llegó hasta 8,2 V y 0,22 mA, valores lo bastante altos para estimular directamente el corazón de la rata. El objetivo principal de esta tecnología es aumentar la vida útil de los marcapasos cardíacos y, por consiguiente, reducir los riesgos asociados a las segundas cirugías donde se necesitan reemplazar las baterías de los viejos marcapasos usados.
La energía obtenida llegó hasta 8,2 V y 0,22 mA, valores lo bastante altos para estimular directamente el corazón de la rata. El objetivo principal de esta tecnología es aumentar la vida útil de los marcapasos cardíacos y, por consiguiente, reducir los riesgos asociados a las segundas cirugías donde se necesitan reemplazar las baterías de los viejos marcapasos usados.
Los
investigadores de KAIST desarrollaron nano generadores flexibles de alto
rendimiento utilizando una película delgada de un sólo cristal “PMN-PT”,
que recolecta la energía.
Además, el nano generador piezoeléctrico flexible también podría ser usado como fuente de suministro eléctrico para otros dispositivos médicos implantables.
Además, el nano generador piezoeléctrico flexible también podría ser usado como fuente de suministro eléctrico para otros dispositivos médicos implantables.
La fuerza de los
latidos
Ya se venía
investigando acerca de una 2da. línea de trabajo: un marcapasos alimentado por
la energía del propio corazón.
Este logro
sugiere que podría eliminarse la necesidad de reemplazar los marcapasos
debido al agotamiento de sus baterías.
En un estudio
preliminar, el equipo de M. Amin Karami, del Departamento de
Ingeniería Aeroespacial en la Universidad de Michigan (USA),
probó un dispositivo que también usa la piezoelectricidad (cargas
eléctricas generadas por el movimiento) para obtener energía.
Este enfoque es
una solución tecnológica prometedora para los marcapasos, a causa de que para
funcionar sólo requieren pequeñas cantidades de energía...
Bastantes
personas con marcapasos son niños que, a falta de una solución mejor que la
ciencia pueda ofrecerles en años venideros, deberán vivir con ellos el resto de
su vida. Es fácil imaginar el aumento en calidad de vida que lograrán si se
ahorran ese montón de operaciones gracias a la nueva tecnología en caso de que
ésta finalmente se adopte.
En las pruebas
con vibraciones comparables a las inducidas por los latidos de un corazón en el
tórax, el prototipo de dispositivo recolector de energía cardíaca ha resultado
más eficaz que lo predicho, generando más de 10 veces la energía que
requieren los marcapasos modernos. Además, al nuevo dispositivo no
le afectan aparatos tales como teléfonos móviles u hornos de microondas.
El próximo paso
será probar a implantar este dispositivo, cuyo tamaño es de aproximadamente la
mitad del de las baterías usadas hoy en día en los marcapasos.
Marcapasos
biológico
Hay una 3ra.
línea de investigación para innovar en materia de marcapasos.
Unos cardiólogos
han desarrollado una terapia genética mínimamente invasiva mediante la
cual pueden transformar células musculares de corazón ordinarias en células
especializadas en mantener el ritmo, que de este modo pasan a conformar lo
que puede describirse como un “marcapasos biológico”, y que en
el futuro quizá podrían hacer virtualmente innecesarios a los
marcapasos electrónicos.
Todavía falta para esto pero es interesante conocer por dónde va la ciencia. El equipo del Dr. Eduardo Marbán, director del Instituto Cedars-Sinai del Corazón, en Los Ángeles (California, USA), ha demostrado que el marcapasos biológico es apto para las necesidades de la vida cotidiana de casi cualquier persona. Él y sus colegas son además los primeros en reprogramar una célula cardiaca en un animal vivo para curar de forma efectiva una enfermedad.
En opinión del Dr. Eugenio Cingolani, del equipo de investigación, en el futuro, estas células capaces de conformar un marcapasos biológico podrían ayudar también a bebés nacidos con ciertas alteraciones cardiacas graves y a los que no se les puede implantar un marcapasos electrónico.
Todavía falta para esto pero es interesante conocer por dónde va la ciencia. El equipo del Dr. Eduardo Marbán, director del Instituto Cedars-Sinai del Corazón, en Los Ángeles (California, USA), ha demostrado que el marcapasos biológico es apto para las necesidades de la vida cotidiana de casi cualquier persona. Él y sus colegas son además los primeros en reprogramar una célula cardiaca en un animal vivo para curar de forma efectiva una enfermedad.
En opinión del Dr. Eugenio Cingolani, del equipo de investigación, en el futuro, estas células capaces de conformar un marcapasos biológico podrían ayudar también a bebés nacidos con ciertas alteraciones cardiacas graves y a los que no se les puede implantar un marcapasos electrónico.
En el estudio, a
cerdos de laboratorio con un bloqueo cardíaco completo se les inyectó un
gen, llamado TBX18, durante una intervención mínimamente invasiva (mediante
un catéter). En el día 2, después de que el gen fuera introducido en el corazón
de los animales, los cerdos que lo recibieron mostraban latidos con un ritmo
notablemente más rápido que aquellos que no lo habían recibido. Este ritmo
enérgico persistió a lo largo de todo el periodo de seguimiento de estos
animales.
Pero para esto
falta todavía un tiempo.
Por ahora, lo
concreto es el trabajo del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Korea
(KAIST): marcapasos que funciona gracias a la energía de los músculos
corporales a partir de un nano-generador piezoeléctrico flexible, que estimular
directamente el corazón usando apenas unos pequeños movimientos del cuerpo.
