Importante cambio en marcapasos: Energizado por el propio cuerpo.

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.

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.

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.

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.

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.