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• Patrick Borchers

Projektbeschreibung

Heutzutage ist Herzinsuffizienz eine der Haupttodesursachen in der entwickelten Welt. Aufgrund des Mangels an Spenderherzen werden Patienten mit Herzinsuffizienz im Endstadium häufig mit einem Linksherzunterstützungssystem (LVAD) behandelt, welches das Herz unterstützt, indem es eine zusätzliche Menge Blut aus dem linken Ventrikel in die Aorta pumpt. In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf das Sputnik-LVAD (s. Abb. 1), welche eine axial durchströmte Rotationsblutpumpe (RBP) darstellt. Diese Pumpe wurde vor kurzem von unseren russischen Projektpartnern entwickelt und wurde in Russland bereits mehr als 50 Patienten implantiert.
In der klinischen Praxis werden RBPs in der Regel mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben. Ändern sich jedoch die Bedingungen des Herz-Kreislauf-Systems (CVS) des Patienten, kann dies zu gefährlichen Über- oder Unterpumpungssituationen führen. Daher werden in diesem Projekt physiologische Regelstrategien untersucht, welche die Pumpendrehzahl an den zeitlich variablen Bedarf des CVS und die sich ändernde Leistung der verbleibenden Herzaktivität anpassen.
Eines der wichtigsten technischen Probleme beim Bau eines LVAD ist die Minimierung der Hämolyse, d.h. der Zerstörung von Blutzellen durch die Einwirkung des künstlichen Pumpmechanismus auf das Blut. In der Vergangenheit wurde diesbezüglich viel Arbeit in die Optimierung der Pumpengeometrie investiert. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts soll nun untersucht werden, ob die Hämokompatibilität durch eine Optimierung der dynamischen Ansteuerung der RBP verbessert werden kann. Dazu wird ein Hämolysemodell auf Grundlage von Literatur und Daten aus Hämolyseexperimenten bestimmt. Mit Hilfe dieses Modells sollen optimierte physiologische Regelstrategien für das Sputnik LVAD entwickelt werden, die nicht nur die geforderte Hämodynamik gewährleisten, sondern auch die Blutschädigung minimieren (s. Abb. 1).
Um Daten für das Hämolyse-Modell zu generieren und optimierte Regelstrategien zu bewerten, wird ein Hämolyse-Prüfstand entwickelt, der auch die Erzeugung von Restherzaktivität ermöglichen soll (s. Abb. 2). Hierbei wird Schweineblut aus einem Schlachthof für etwa 6 Stunden in dem Prüfstand zirkulieren und einmal pro Stunde eine Probe entnommen. Um die Abtastrate zu erhöhen und das Risiko von Fehlern bei der Blutanalyse zu verringern, sollen außerdem Methoden zur Echtzeit-Hämolysemessung im Vollblut, basierend auf Bioimpedanz und Optik, untersucht werden.

Projektziele

• Aufbau und Regelung eines Hämolyse-Prüfstands mit Generierung von Restherzaktivität
• Hämolyseversuche unter diversen LVAD Betriebspunkten
• Modellierung der durch LVADs verursachten Hämolyse
• Physiologische und hämolyseredizierende Regelstrategien für LVADs
• Methoden zur Echtzeit-Hämolysemessung im Vollblut basierend auf Bioimpedanz und Optik

Projektpartner

National Research University for Electronic Technology, Moscow, Russia