Simulierung von Regelungsproblemen beim Totalherzersatz mit Hilfe des Coleman-Kreislaufmodells

Zusammenfassung

Die Forschung zur Entwicklung eines künstlichen Totalherzersatzes läuft seit vielen Jahren und wird weltweit in mehr als l0 Zentren betrieben. In Tierexperimenten konnten Kälber mehr als 230 Tage am Leben erhalten werden. Die Systeme, mit denen diese Erfolge erzielt wurden und die in den meisten Laboratorien angewendet werden, sind folgendermaßen aufgebaut (Bild 1): Im Körper des Versuchstieres sind zwei pneu-matisch betriebene Membranpumpen implantiert, die mit Schläuchen zu den außerhalb des Körpers angeordneten Antriebs- und Regelungseinrichtungen führen. Diese Anordnung ist gewählt worden, weil die Antriebe zur Zeit noch zu groß und schwer sind, um implantiert werden zu können. Damit das Versuchstier noch etwas Bewegungsfreiheit hat, dürfen die Schläuche zwischen Pumpen und Antrieb nicht kürzer als zwei bis drei Meter sein. Bei einer derartigen Schlauchlänge hat sich Luft als das am besten ge-eignete Obertragungsmedium für die Antriebsdruckpulse erwiesen. Die Einfachheit dieses Systems bringt aber auch technische Nachteile mit sich: Da Luft ein elastisches Medium ist und in den Schläuchen Reibung auftritt, unterscheidet sich der Druckpuls, der vom Antrieb geliefert wird, vom Druckpuls, der in der Blutpumpe ankommt. Hieraus ergeben sich zum einen technische Regelungsprobleme, zum anderen ergeben sie sich dadurch, daß die beiden Blutpumpen im Blutkreislauf in Reihe geschaltet sind und daß die vorwiegende Last der einen Blutpumpe stark veränderlich ist und von den Belastungen des Organismus abhängig ist. Dies wird in Bild 2 veranschaulicht: Die beiden Blutpumpen sind hier durch Kolbenpumpen in schematischer Weise dargestellt.