Alternative Energie für Herzschrittmacher
Schön wäre es, wenn Herzschrittmacher keine Batterien mehr bräuchten und komplikationsträchtige Austausch-Operationen damit überflüssig würden. Ein purer Traum? Nein, meinen Forscher aus Bern und präsentieren gleich mehrere Lösungsideen.
Herzschlag Blutstrom Stoffwechsel Vorgänge lassen sich diese Aktivitäten des menschlichen Körpers die ohnehin rund um die Uhr stattfinden nicht nutzen um das winzige bisschen Energie für einen Herzschrittmacher abzuzweigen für dieses sogenannte Energy Harvesting gibt es unterschiedliche Konzepte drei davon stellen Dr. Andreas Häberlin von der Klinik für Kardiologie am Insel Spital Bern und Kollegen vor Idee Nummer 1 der sonnenbetriebene batterielose Schrittmacher wie soll das funktionieren wollen die Kollegen auf ihren Patienten etwa Solarzellen anbringen natürlich nicht doch die sache konnte auch mithilfe subkutan implantierter Zellen klappen da die Epidermis ein optisches Fenster im infrarot Bereich aufweist dringt das licht tief genug ein um in den Solarzellen ein vielfaches der benötigten Energie zu erzeugen tausende Mikro Watt pro Quadratzentimeter an einem Sommertag von denen der Pacer nur 10-20 braucht dieses Modell wurde in vivo erfolgreich getestet berichten die forscher sie raumen jedoch relevante Limitationen ein Sonnenlicht steht naturgemäss nicht rund um die Uhr zur Verfügung deswegen musste ein Energiespeicher Akku mit von der Partie sein sowie aus Sicherheitsgründen auch eine not Batterie" Herzschlag, Blutstrom, Stoffwechselvorgänge: Lassen sich diese Aktivitäten des menschlichen Körpers, die ohnehin rund um die Uhr stattfinden, nicht nutzen, um das winzige bisschen Energie für einen Herzschrittmacher abzuzweigen? Für dieses sogenannte «Energy Harvesting» gibt es unterschiedliche Konzepte. Drei davon stellen Dr. Andreas Häberlin von der Klinik für Kardiologie am Inselspital Bern und Kollegen vor.
Idee Nummer 1: Der sonnenbetriebene batterielose Schrittmacher
Wie soll das funktionieren? Wollen die Kollegen auf ihren Patienten etwa Solarzellen anbringen? Natürlich nicht, doch die Sache könnte auch mithilfe subkutan implantierter Zellen klappen. Da die Epidermis ein optisches Fenster im Infrarotbereich aufweist, dringt das Licht tief genug ein, um in den Solarzellen ein Vielfaches der benötigten Energie zu erzeugen: Tausende Mikrowatt pro Quadratzentimeter (an einem Sommertag) – von denen der Pacer nur 10–20 braucht.
Dieses Modell wurde in vivo erfolgreich getestet, berichten die Forscher, sie räumen jedoch relevante Limitationen ein. Sonnenlicht steht naturgemäss nicht rund um die Uhr zur Verfügung. Deswegen müsste ein Energiespeicher (Akku) mit von der Partie sein sowie aus Sicherheitsgründen auch eine Notbatterie.
Idee Nummer 2: Die intravaskulären Turbinen
Einige Hundert Milliliter Blut pro Minute fliessen pausenlos durch unsere grösseren Arterien. In ein solches Gefäss – oder einen Shunt wie bei Dialysepatienten – liessen sich Miniturbinen einbauen, die tageszeitunabhängig Energie liefern. «Um Himmels willen, solch ein Fremdkörper im Gefäss?», mag man da meinen, «Thromboembolien wären quasi vorprogrammiert.» Doch daran haben die Forscher natürlich auch gedacht. Sie würden eine TeslaTurbine verwenden, die nicht wie ein klassisches Schaufelrad funktioniert. Auf einer zentralen Welle sind glatte Scheibchen montiert, die der (weitgehend laminare) Blutfluss zum Rotieren bringt.
Eine solche Turbine, die ebenfalls Energie im Überfluss liefert, kann einen Schrittmacher erfolgreich speisen, wie eine erste Machbarkeitsstudie ergab. Auf der TodoListe der Kollegen steht nun, geeignete biokompatible Materialien für den Generator zu finden sowie das Problem von Scherkräften im Blutstrom zu lösen. Idee Nummer 3: Energieernte an der Herzwand Zuverlässig wie ein Uhrwerk pumpt das Myokard rund um die Uhr Blut in den Körper. Ein weiteres – echtes mechanisches – Uhrwerk könnte diese Bewegungsenergie aufnehmen, wenn es direkt auf der Herzwand sitzt. Im Tierversuch haben die Kollegen bereits ein Generatormodell getestet. Ein kommerziell erhältliches Uhrwerk wurde epikardial aufgenäht und lieferte genügend Energie zur Speisung eines Herzschrittmachers. Doch auch bei diesem Modell gibt es noch offene Fragen. Zwar muss das Myokard für die Energielieferung nur wenig Zusatzarbeit leisten. Inwiefern aber das knapp 17 g schwere Device die Herzaktion stört, weiss man noch nicht. Der «ErnteOrt» wäre zumindest ideal: Man zapft die Energie genau da ab, wo man sie braucht. Lange Elektrodenkabel würden damit überflüssig.
Das Stichwort Elektrode führt zu einem weiteren Forschungsprojekt der Berner Wissenschaftler. Da Elektrodenbrüche ebenfalls ein grosses Problem für Herzpatienten darstellen, arbeiten sie auch an der Entwicklung elektrodenloser Schrittmacher. Ob endokardial implantierter Einkammerschrittmacher oder kabelloser Energietransfer: Weitere Resultate dürfen mit Spannung erwartet werden. Ideal wäre es natürlich, zwei Fliegen mit einer Klappe zu schlagen: So könnte ein endokardial implantiertes Gerät zugleich Energie aus der Herzaktivität gewinnen. Der batterieund elektrodenlose Schrittmacher wäre geboren.
Haeberlin A et al. Therapeutische Umschau 2015; 72: 529–535.