تمكن باحثون صينيون، من تطوير جهاز لتنظيم ضربات القلب يعمل من دون بطارية، اعتمادا على نبضات القلب نفسه. ويعتمد الجهاز الجديد على تجميع الطاقة الحركية للقلب، التي تتشكل عن طريق ضخ الدم عبر هذا العضو. وفي الوقت الحالي، يجب استبدال معظم بطاريات جهاز تنظيم ضربات القلب كل خمس إلى 12 عاما، والقيام بذلك يعني إجراء جراحة في كل مرة. ومع ذلك، يحاول باحثون من جامعة “شنغهاي جياو تونغ” حل هذه المشكلة من خلال تطوير جهاز يعمل على القلب نفسه لتوليد الطاقة، ما يعني أنه لن يتم استبدال بطارية جهاز تنظيم ضربات القلب.

ووفق ما ذكرت وكالة “يونايتد برس إنترناشونال” الأميركية، فإن الباحثين يجرون حاليا المزيد من الدراسات والتجارب لهذا الاختراع مع الحيوانات للتحقق من سلامته، قبل اعتماده للاستعمال البشري. وبحسب الباحث في الهندسة الميكانيكية بجامعة “شنغهاي جياو تونغ” في الصين يي زيران، فإن الاختلاف بين جهاز تنظيم ضربات القلب الجديد والأجهزة القديمة يكمن في طريقة إمداد الطاقة، الأمر الذي يمهد الطريق أمام تطوير العديد من الأجهزة الطبية الحيوية القابلة للزراعة في المستقبل.

وتتكون أجهزة تنظيم ضربات القلب النموذجية من مولد نبض، يحتوي على بطارية ودائرة كمبيوتر صغيرة، وسلك واحد أو أكثر يعرف بمنظم السرعة، تتصل بالقلب. ويبعث المولد نبضات كهربائية عبر الأسلاك إلى القلب ويطلق على معدل إرسالها للخارج معدل السرعة.

ويستثمر يي زيران وفريقه طاقة دون بطارية، لكن التحدي كان الحصول على طاقة كافية عن طريق جمع الطاقة الحركية للقلب. وقال يي “إذا كانت القوة العملية للقلب 0.5 نيوتن، فيجب أن تبلغ الطاقة حوالي 192 ميكرو واط”. لذلك، بالنسبة إلى جهاز تنظيم ضربات القلب التجاري، يكفي ما لا يقل عن 10 ميكرو واط فقط لعمله العادي.

ويمكن للقلب السليم أن يحافظ على الوقت نفسه، عن طريق جهاز تنظيم ضربات القلب الداخلي الذي يسمى العقدة الجيبية في الحجرة العلوية اليمنى. وتطلق شحنة كهربائية حوالي 60 إلى 100 مرة في الدقيقة، وتؤدي هذه الطاقة الكهربائية إلى سلسلة من التقلصات في عضلة القلب والتي بدورها تضخ الدم في جميع أنحاء الجسم. ولكن، مع تقدم القلب في العمر أو بمجرد إصابته بالمرض، تتعرض العقدة الجيبية لضربة أيضا، وقد تفشل في الحفاظ على نبض القلب في الوقت المناسب أو على الإطلاق.

ولحسن الحظ، منذ أواخر الخمسينات من القرن الماضي، تمكنا من استبدال جهاز صغير قابل للزرع يعمل بالبطارية لإرسال هذه الإشارات الكهربائية بمجرد أن يتعذر على القلب ذلك. ومع ذلك، حتى بعد 60 عاما، لم نتوصل إلى معرفة ما يجب القيام به بشأن مصدر طاقة الجهاز. وتعتبر عملية وضع جهاز تنظيم ضربات القلب والأسلاك التي تغذي نبضات القلب الكهربائية عملية معقدة، وتتطلب من الأطباء فتح تجويف الصدر. ويتم وضع جهاز تنظيم ضربات القلب نفسه بعيدا في “جيب” أقرب بكثير إلى سطح الجلد. وبمجرد نفاد البطارية، عادة ما يكون مطلوبا فقط مخدر موضعي لإزالة الجهاز القديم ووضع جهاز جديد مشحون بالكامل.

ويوجد في مركز أجهزة الفريق، طبقات من المواد الكهرضغطية، أو البيزوكهربائية، وهي خاصية لبعض المواد على توليد جهد كهربائي استجابة لتطبيق إجهاد ميكانيكي. فعند تطبيق ضغط على المادة تتقارب فيها بعض الشحنات الكهربائية مما يولد على طرفيها جهدا كهربائيا. وتكتسب العديد من المواد شحنة كهربائية عند تطبيق القوة عليها، بما في ذلك الشحنة الطبيعية في أجسامنا. وتكمن الحيلة في تطبيق قوة كافية على مادة كهرضغطية، ثم شحنتها، لأن هذه المواد بمفردها لا تشغل الكثير من الطاقة. ولطالما كان العلماء يتطلعون إلى الكهرباء الانضغاطية كحل لاستعادة الطاقة المهدورة، بل إن البعض طبقها على جهاز تنظيم ضربات القلب من قبل. ولكن في السابق، لم يتمكن باحثون آخرون من إنشاء جهاز ينحني بدرجة كافية لتوليد طاقة كافية.

وقال يي “إن جهاز تنظيم ضربات القلب الذي لا يعمل بالبطارية أمر ممكن من خلال استخدام تقنية تجميع الطاقة القابلة للزرع، والتي توفر طريقة مستدامة لإمداد الطاقة”. ويحاول هو وفريقه الآن التغلب على بعض عيوب الجهاز، مثل ثباته على المدى الطويل في جسم الإنسان، وطريقة الزرع، والتكامل بين شريحة السرعة الصلبة ووحدة حصاد الطاقة المرنة.

صحيفة العرب