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Pacemaker impiantabile moderno piccolo dispositivo elettronico con elettrodi cardiaci eredità di Wilson Greatbatch 1960 bionica medica attiva

Nel 1960 l'ingegnere Wilson Greatbatch impiantò il primo pacemaker della storia, nato da un resistore sbagliato in un circuito. Quella distrazione creò la bionica medica attiva: macchine elettroniche integrate nel corpo per sostenere funzioni vitali. Milioni di cuori salvati. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO

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Il cuore malato: il blocco atrioventricolare prima del pacemaker
Il blocco atrioventricolare completo è una condizione in cui il segnale elettrico che normalmente parte dal nodo senoatriale nell'atrio destro e si propaga ai ventricoli viene interrotto o fortemente rallentato. Il risultato è che i ventricoli battono autonomamente e molto lentamente (30-40 battiti al minuto invece dei normali 60-90), causando sincopi frequenti, insufficienza cardiaca progressiva e spesso morte. Prima del pacemaker, questa condizione aveva opzioni terapeutiche limitate: farmaci con effetti collaterali gravi, pacemaker esterni ingombranti e dolorosi con elettrodi transtoracici collegati a macchine delle dimensioni di un frigorifero, o accettare la progressione della malattia. La mortalità per blocco atrioventricolare completo non trattato era molto alta. I cardiologi cercavano disperatamente un dispositivo miniaturizzato che potesse stimolare il cuore dall'interno in modo permanente.

L'errore che cambiò la storia della medicina
Wilson Greatbatch nacque nel 1919 a Buffalo, New York, e si laureò in ingegneria elettrica dopo aver servito come radiotelegrafista nella Marina durante la Seconda Guerra Mondiale. Nel 1956 lavorava come assistente di ricerca all'Università di Cornell, occupandosi di registrazione di suoni cardiaci. Un giorno, mentre costruiva un oscillatore per amplificare i suoni del cuore, inserì per errore un resistore da 1 megaohm invece del corretto da 10.000 ohm, una differenza di un fattore 100. Il circuito non amplificò i suoni: iniziò a emettere impulsi elettrici ritmici regolari a circa 60 impulsi al minuto, esattamente la frequenza cardiaca umana a riposo. Greatbatch rimase in silenzio guardando l'oscilloscopio. Poi disse: "Questo potrebbe funzionare per stimolare un cuore". Aveva capito in un istante che quel circuito miniaturizzato poteva essere impiantato nel torace per comandare il battito cardiaco.

Da prototipo a impianto: il percorso verso il 1960
Greatbatch lavorò per due anni al prototipo nel garage della sua casa di Clarence, New York. Il problema principale era la miniaturizzazione: il dispositivo doveva essere abbastanza piccolo da essere impiantato sotto la pelle del torace. Il transistor, inventato nel 1947, aveva reso possibile la miniaturizzazione necessaria. Greatbatch costruì il prototipo attorno a transistor al germanio, alimentato da batterie al mercurio, in un involucro impermeabilizzato con resina epossidica. Nel 1958 entrò in contatto con il cardiochirurgo William Chardack della Veterans Administration Hospital di Buffalo, che collaborò ai test su animali. I test su cani mostrarono che il dispositivo funzionava e che il corpo lo tollerava. Il 6 aprile 1960, Chardack impiantò il primo pacemaker di Greatbatch in un paziente umano con blocco atrioventricolare completo: il dispositivo funzionò perfettamente.

Le batterie: il secondo problema risolto da Greatbatch
Dopo il successo dell'impianto del 1960, il principale ostacolo era la durata delle batterie. Le prime batterie al mercurio duravano circa 2 anni, richiedendo un'operazione chirurgica di sostituzione ogni 2 anni per tutta la vita del paziente. Greatbatch riconobbe il problema e si dedicò per oltre un decennio allo sviluppo di una soluzione. Negli anni Settanta, collaborando con la Catalyst Research Corporation, sviluppò la batteria al litio-ioduro specificamente per applicazioni mediche impiantabili. La batteria al litio-ioduro aveva caratteristiche straordinarie: non produceva gas durante la scarica (evitando il rischio di esplosione), aveva una curva di scarica piatta e prevedibile (permettendo di monitorare la vita residua), e una durata di 10-12 anni. Questa seconda invenzione di Greatbatch fu fondamentale quanto la prima per trasformare il pacemaker in dispositivo clinico di massa.

Il pacemaker oggi: dal dispositivo di Greatbatch al cuore artificiale
Dai modelli primitivi di Greatbatch, il pacemaker ha subito sei decenni di evoluzione. I dispositivi attuali pesano meno di 30 grammi, sono programmabili senza intervento chirurgico tramite onde radio, rilevano in tempo reale le esigenze del paziente e adattano la frequenza cardiaca all'attività fisica. I pacemaker biventricolari per la resincronizzazione cardiaca coordinano il battito dei due ventricoli nei pazienti con scompenso cardiaco. I defibrillatori-cardiovertitori impiantabili (ICD) integrano la funzione di pacemaker con quella di defibrillatore automatico. I sistemi leadless più recenti, delle dimensioni di una grande vitamina, vengono impiantati direttamente nel ventricolo tramite catetere senza incisione toracica. Ogni anno nel mondo vengono impiantati circa un milione di pacemaker.

L'eredità: la bionica medica attiva
L'invenzione di Greatbatch non riguarda solo il pacemaker: ha creato una categoria di oggetti, la bionica medica attiva, cioè i dispositivi elettronici integrati permanentemente nel corpo umano per sostenere o sostituire funzioni fisiologiche vitali. Questa categoria include oggi, oltre ai pacemaker e agli ICD, i neuroimpianti per il dolore cronico e per il Parkinson (stimolazione cerebrale profonda), le coclee artificiali per la sordità profonda, le retine artificiali per alcune forme di cecità, i sistemi di infusione insulinica per il diabete e i cuori artificiali totali. Wilson Greatbatch morì nel 2011 a 92 anni, portando con sé la soddisfazione di aver trasformato un resistore sbagliato in un'idea che aveva salvato milioni di vite.

La storia di Wilson Greatbatch è il racconto perfetto di come la mente scientifica trasforma un errore in una scoperta. La distrazione in un laboratorio non è mai semplicemente una distrazione: è un segnale che qualcosa di inatteso è accaduto, e l'inatteso, nella storia della scienza, è spesso il punto di partenza delle intuizioni più profonde. Greatbatch non inventò il pacemaker nonostante l'errore: lo inventò grazie all'errore.

 

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