Оцифрованное сердце

Перспективы персональной кардиомедицины

Изображение:Nikita Chisnikov / Фотодом / Shutterstock

Цифровые технологии все больше приходят в современную клинику: теперь по данным генома могут подобрать оптимальное лечение, а состав бактерий у вас в животе поможет определиться с подходящей диетой . Свои достижения есть и у цифровой кардиологии: Игорь Ефимов, профессор Университета Джорджа Вашингтона (США) и Московского физико-технического института (МФТИ), рассказал корреспонденту «Чердака» об имплантируемых датчиках, следящих за состоянием сердца, растворяющихся кардиостимуляторах и других прорывах кардиомедицины.

— В обществе есть спрос на «цифровую» кардиологию?

— Лет пять-шесть назад я был в Санкт-Петербурге на конференции-встрече с русской научной диаспорой, а до этого рассказывал по радио о том, как моя компания разрабатывает имплантируемый дефибриллятор для терапии мерцательной аритмии. Уже на следующий день ко мне пришла целая делегация: оказывается, в Петербурге есть ассоциация больных мерцательной аритмией — они никак не могли найти лечение и спрашивали меня, когда уже можно будет купить наш прибор. Так что спрос в обществе, я считаю, очень серьезный: сердечно-сосудистые заболевания — это один из лидеров в мировой статистике смертности и потерянных человеко-часов.

— А как сейчас лечат мерцательную аритмию?

— Многие аритмии возникают из-за нарушений в работе совсем небольшого участка миокарда, и, если его прижечь электрическим током, тогда аритмия уходит. Это называется методом абляции, и это единственный метод лечения мерцательной аритмии, который сейчас существует. Пациента кладут на операционный стол, делают надрез в паховой области, по вене вводят в сердце катетер, отслеживая весь процесс на рентгеновской установке, а потом прикладывают к нужному участку интенсивный электрический ток с частотой порядка мегагерца. Сердечная ткань в области касания с электродом разогревается до 60 градусов по Цельсию, и вы буквально уничтожаете больные клетки миокарда, которые со временем замещаются рубцом, но не трогаете все остальное здоровое сердце. Правда, часто приходится выжигать не какую-то одну точку, а целые линии, что неизбежно уменьшает объем оставшегося здорового миокарда, но для многих пациентов с мерцательной аритмией это более чем оправданно: мерцательная аритмия иногда бывает смертельно опасна и настолько ухудшает качество жизни, что приходится выбирать. Но, к сожалению, абляция доступна очень немногим пациентам, потому что больницам просто не хватает нужной техники, хорошей диагностики и врачей, которые умеют делать такие операции.

— Чем отличается ваш подход?

— Наш имплантируемый дефибриллятор для терапии мерцательной аритмии действует более точечно и корректирует работу сбивающихся участков миокарда по мере возникновения проблем. Он похож на дефибриллятор для терапии внезапной сердечной смерти, но работает с меньшей энергией, и потому, надеюсь, он менее болезненный для пациентов.

Это была наша главная задача — снизить интенсивность тока и минимизировать долю ложных срабатываний, потому что люди с мерцательной аритмией всегда находятся в сознании, и получать лишние или слишком болезненный удары током им совсем не хочется.


Сейчас этим прибором занимается частная компания Cardialen, и мы, как мне кажется, близки к успеху: прибор находится на стадии клинических испытаний.

— В своем выступлении на конференции «Открытые инновации» вы упоминали и вторую компанию.

— Вторая компания, которую мы с коллегами только создали, называется Cardiaform, и она занимается созданием как инвазивных, так и неинвазивных гибких электронных устройств для диагностики или лечения сердца, в том числе — с помощью метода абляций. Наши приборы будут не запаяны в железе, а будут повторять по форме сердце. Может быть, мы даже будем делать их индивидуально под каждого пациента, если это будет необходимо. Гибкий пластиковый каркас устройства будет вторить биениям сердца — расширяться и сжиматься, что очень сильно улучшит чувствительность и точность диагностики. Кроме того, мы будем делать приборы носимой электроники — к примеру, одноразовый датчик, который прикрепляется на кожу и сообщает, когда вы слишком много времени провели на солнце и уже пора спрятаться в тень.

— Здесь у вас будет много конкурентов: Apple Watch, Fitbit, множество других компаний.

— Да, но у них есть недостатки: ни один массовый производитель фитнес-браслетов еще не научился снимать ЭКГ, а медицинские устройства для записи ЭКГ пока не умеют работать автоматически, в режиме онлайн. Например, компания iRhytm делает хорошие портативные датчики для записи ЭКГ, но на расшифровку их данных уходит две недели. Пациент ходит с устройством, потом его записи отправляют в офис, где их сначала анализируют автоматически с помощью различных алгоритмов, а потом живые люди ручками доделывают всю работу. Иначе надежно найти все аномалии и негативные события в сердечном ритме сейчас невозможно. В результате, я слышал по крайней мере об одном случае, когда пациент умер, пока расшифровывали его запись.


Трехмерное гибкое устройство для многофункциональной диагностики состояния сердца кролика. Синий свет дает встроенный светодиод, параметры излучения которого зависят от трансмембранного потенциала сердца. Изображение: Nature


 — Значит, скоро мы должны ждать прорывов в этой области, связанных с нейронными сетями или другими продвинутыми алгоритмами обработки информации? Они должны помочь наладить процесс?

— Сейчас в этой области все упирается в сенсоры, а не в алгоритмы обработки информации — это бутылочное горлышко. Данные с современных сенсоров слишком сырые, чтобы их можно было эффективно и быстро обработать на компьютере. Именно поэтому мы так надеемся на наш подход с конформными, повторяющими форму сердца электронными устройствами.

— Какие материалы вы для этого используете?

— Мы применяем различные «умные» полимеры, способные менять свою структуру и свойства под действием внешних возбуждений, и выбираем те материалы, которые уже получили разрешение для клинического использования. Например, они могли уже в течение многих лет применяться в качестве изолирующих материалов на электродах и за это время показать только минимальные побочные эффекты. Кроме того, мы делаем для наших устройств и совсем новые материалы — электропроводящие полимеры (они и снимают сигнал с сердца и одновременно используются для электрической стимуляции) и биодеградируемые полимеры.

— Для чего вам нужны биодеградируемые материалы?

— Иногда нужно сделать какой-нибудь имплантируемый датчик, следящий за сердцем, или диагностическую терапевтическую машинку, которые будут работать только определенное время. Например, некоторые процедуры на сердце могут вызывать временный блок проведения импульсов между предсердием и желудочком, который длится две−три недели. На это время человеку ставят кардиостимулятор. Потом блок снимается, необходимость в стимуляторе отпадает и пациента снова кладут на операционный стол, чтобы удалить устройство. С биодеградируемыми материалами все будет проще: они отработают те же две-три недели, а потом вы пошлете сигнал и устройство без всяких последствий растворится в организме.

— За счет чего такой сердечный имплант будет работать все это время? У него есть встроенные аккумуляторы, которые тоже потом могут без последствий разложиться в организме?

— В нашем устройстве нет аккумуляторов — мы передаем энергию индуктивным методом с катушки вне тела: сначала временный имплант вживляется пациенту, потом он накачивается энергией на нужный период времени, а потом просто растворяется по сигналу извне. С непрерывной подачей энергии извне или работой на собственных ресурсах в этой области пока тяжело. Первый подход слишком дорогой и неудобный — пациент со вживленным стимулятором, получается, должен всегда быть около источника энергии, а для второго пока нет подходящих по емкости, размерам и совместимости аккумуляторов.

— А как обстоит дело с информацией? Ее можно передавать постоянно?

— Пока нет, информация передается только во время сеансов синхронизации точно так же, как и у наших конкурентов. Например, есть интересный прибор Reveal Lynq компании Medtronic — они имплантируют под кожу маленький цилиндр, который может непрерывно записывать ЭКГ, но данные он пересылает только на специальный приемник, и только когда вы не дальше, чем в двух метрах от него. Такой приемник можно установить у себя дома, на даче, в машине, и не обязательно ходить в больницу — он сам отправит все данные врачу, но непрерывно снимать активность сердца и передавать ее, например, на мобильный телефон пока никто не умеет.

Игорь Ефимов. Изображение: efimovlab.org


— Вы не боитесь хакеров, которые могут вмешиваться в работу имплантируемых приборов для диагностики или терапии сердца?

— Такие опасения есть, и это большая проблема, потому что те же дефибрилляторы или кардиостимуляторы могут убить человека, если кто-то задастся этой целью, но пока о таких случаях я не слышал. Поэтому многие компании не хотят раскрывать свои протоколы сбора и передачи информации, что тоже создает трудности для персональной кардиомедицины: данные разных компаний оказываются несовместимыми друг с другом, и создать большую общую базу для обучения алгоритмов или для постоянного мониторинга здоровья пациентов пока не удается.

— Как же решить эту проблему? Без единой базы и единства подходов цифровая кардиология не станет настоящей медициной

— В США есть независимые госпитали с десятками тысяч работников, миллионами пациентов в год и огромными базами данных. Они обладают достаточной силой, чтобы заставить всех производителей имплантируемой техники выработать совместимые форматы — в медицинском мире никто не может позволить себе потерять такие большие рынки. Подобными вещами сейчас как раз занимаются в клинике Майо и Кливлендской клинике: там делают надстройку, способную прочитать сырые данные с 20 разных устройств разных компаний и перевести эти данные в формат клиники. При этом если компании-производители — это закрытые организации и их данные защищены коммерческой тайной, то сами клинки — уже организации открытые и их обобщенные данные должны стать доступными для всех людей. По-другому вопрос с единым форматом медицинских данных, мне кажется, не решить — во всяком случае, в Америке. Там у государства нет ни нужных специалистов, ни рычагов давления, чтобы с помощью законов заставить медицинские фирмы прийти к единым форматам и сделать единые электронные медицинские карточки для всех пациентов; такой подход «сверху вниз» может быть эффективен разве только в Словении, Финляндии или других сравнительно маленьких странах, где главный игрок на рынке медицинских услуг — само государство.

— А кто тогда должен привести массовую цифровую медицину в Россию — частные компании или государство?

— У России как раз могут возникнуть проблемы. С одной стороны, это не слишком большой рынок для частных компаний и госпиталей и, как следствие, они не обладают в России достаточной силой. С другой стороны, Россия совсем не такая маленькая страна, чтобы ввести цифровую медицину сверху, но история показывает, что все новшества в здравоохранении всегда постепенно распространяются по всему миру. Поэтому рано или поздно цифровые медицинские карты будут и в России.

— Недавнее исследование Высшей школы экономики показало, что только 30% россиян готовы пользоваться имплантируемыми датчиками здоровья, а для многих людей подобные технологии выглядят даже неэтичными и опасными.

— Точно так же было и с кардиостимуляторами: когда они только появлялись в США и Западной Европе, большинство пациентов не хотели ими пользоваться, и сменилось одно-два поколения людей, пока не приняли эти устройства. То же самое будет и с цифровой кардиологией: те же устройства Reveal Lynq — они, конечно, для диагностики, а не для терапии, как кардиостимуляторы, но люди все равно первое время остерегались имплантировать их в свои тела; теперь же у Reveal Lynq огромный рынок в 500 миллионов долларов в год. Со временем люди осознают, сколько они выигрывают от имплантируемых устройств, и про неприятие подобных технологий все забудут.

Игорь Ефимов — профессор, декан факультета биомедицинской инженерии The George Washington University (США), заведующий лабораторией физиологии человека Центра живых систем МФТИ (Россия).

Михаил Петров
Теги:

Читать еще на Чердаке: