¿Marcapasos sin batería? ¿Presente o futuro?

Un muy interesante y atractivo trabajo de investigación realizado por autores suizos, que parece transportarnos al futuro, y que fuera publicado en la edición del 28 de septiembre de PLoS One, se ocupa de un recolector de energía electromagnética endocárdica miniaturizada para marcapasos cardíacos sin cables, que a partir de esta propuesta no solo sería sin cables sino además, sin batería*.

Durante las últimas décadas, el número de implantes de marcapasos (PM) aumentó constantemente y superó los 1,5 millones de implantes anuales en todo el mundo. Aunque esta terapia con está bien establecida, los pacientes a menudo se ven obligados a someterse a intervenciones quirúrgicas repetidas debido al agotamiento de la batería del dispositivo. 

Las reintervenciones aumentan los riesgos de complicaciones y representan una carga económica. Para evitar fallos del sistema relacionados con los cables, se han introducido los MP intracardíacos sin cables. 

Según el manual del fabricante, estos aparatos tienen una autonomía estimada de 8 a 10 años y un consumo de energía de ~ 4 μW a una frecuencia de estimulación del 100% de 60 latidos por minuto (lpm). Aunque revolucionaron el mundo de los MP, la dependencia de los sistemas sin cable a las baterías constituyen un problema importante: una vez que estos dispositivos están cubiertos de tejido, ya no se pueden explantar. Además, el volumen de la batería y, por tanto, también su capacidad, está muy limitado.

Para evitar intervenciones quirúrgicas recurrentes, los MP sin cables deberían depender de una fuente de energía autónoma y duradera. Por ello, se han investigado diferentes métodos que convierten la energía del corazón en energía eléctrica. 

Estos mecanismos se desarrollaron para recolectar energía del movimiento del corazón, de las variaciones de presión en el corazón o del torrente sanguíneo. Se pueden utilizar mecanismos piezoeléctricos para transformar una pequeña parte del movimiento cardíaco o las variaciones de la presión arterial en energía eléctrica. 

Se basan en una estructura de haz con una masa de prueba, que se dobla en presencia de movimiento del corazón. 

También se pueden usar transductores electromagnéticos para recolectar energía cinética del corazón.  y demuestran el uso de un principio de desequilibrio de masa de reloj de pulsera acoplado a un microgenerador que genera un voltaje oscilante durante el ciclo de movimiento cardíaco; también muestra un enfoque de recolección de energía endocárdica que hace uso de una pila de imanes que oscila a través de bobinas en presencia de movimiento cardíaco. 

Finalmente, la energía también puede ser recolectada del flujo sanguíneo dentro del corazón por un haz biestable acoplado a un transductor electromagnético. 

Estos enfoques adolecen de limitaciones importantes, como la implantación invasiva, la dependencia de la aceleración de un solo eje, el riesgo de formación de coágulos sanguíneos, la potencia recolectada o la forma demasiado baja y tamaño no adaptado para ser implantado dentro del corazón.

Este trabajo investigó la viabilidad de la recolección de energía endocárdica del movimiento del corazón ventricular por medio de un dispositivo de recolección electromagnético miniaturizado. La recolectora se basa en una masa desequilibrada acoplada a un microgenerador. 

Uno de los principales criterios de diseño fue que la carcasa del dispositivo no debería exceder las dimensiones y la forma de los MP sin cables actuales para garantizar la implantación basada en catéteres y minimizar el riesgo de efectos secundarios debido a interferencias con el comportamiento fisiológico del corazón. 

Para el desarrollo de un dispositivo capaz de recolectar suficiente energía para alimentar la electrónica de los marcapasos cardíacos, se creó un modelo matemático para estimar la cantidad de energía recolectada del ventrículo derecho. Finalmente, el prototipo implementado se probó con éxito durante experimentos in vitro e in vivo.

Las conclusiones de esta investigación permiten afirmar que obtener energía del movimiento del corazón puede eliminar la limitación del final de la vida útil de los marcapasos endocárdicos actuales para evitar múltiples reimplantaciones. 

Se demostró la viabilidad de recolectar energía en el mismo rango que el consumo mínimo de energía de los marcapasos endocárdicos contemporáneos (~ 4.2 μW) con un prototipo en forma implantable y escala de tamaño. 

Ahora se pueden prever más estudios de optimización sobre la geometría, el mecanismo del transductor electromagnético, así como el desarrollo de un circuito de rectificación personalizado para alimentar un marcapasos.

* Franzina, N., Zurbuchen, A., Zumbrunnen, A., Niederhauser, T., Reichlin, T., Burger, J., & Haeberlin, A. (2020). A miniaturized endocardial electromagnetic energy harvester for leadless cardiac pacemakers. PloS one, 15(9), e0239667. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239667