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Herzschlag-Spindel

| Redakteur: Peter Reinhardt

Ein menschliches Herz arbeitet im 24/7-Betrieb – und darf nicht ausfallen. Dasselbe gilt für Herzunterstützungssysteme. Deren Pumpenantrieb bildet zwar nicht das Bauprinzip, aber die Funktion des menschlichen Herzens recht genau ab. Angetrieben wird er von einem Miniatur-Kugelgewindetrieb.

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Mobiles Herzunterstürzungssystem: Es gibt Menschen, bei denen das Herz seine Aufgabe nicht oder nur noch unzureichend erfüllt. Dann helfen künstliche Herzunterstützungssysteme dem Organ bei seiner Pumpfunktion oder halten den Blutkreislauf sogar komplett in Bewegung.
Mobiles Herzunterstürzungssystem: Es gibt Menschen, bei denen das Herz seine Aufgabe nicht oder nur noch unzureichend erfüllt. Dann helfen künstliche Herzunterstützungssysteme dem Organ bei seiner Pumpfunktion oder halten den Blutkreislauf sogar komplett in Bewegung.
( Bild: Berlin Heart )

Viereinhalb bis dreißig Liter Fördervolumen pro Minute, adaptive Regelung mit Taktraten von 50 bis 200 Zyklen in der Minute, rund 300 g Gewicht und im Normalfall über 100.000 Arbeitszyklen pro Tag. Mit diesen Kennwerten wird eine besondere Pumpe beschrieben: das Herz eines erwachsenen Menschen.

Wenn das Herz auf Hilfe angewiesen ist

Doch es gibt Menschen, bei denen das Herz seine Aufgabe nicht oder nur noch unzureichend erfüllt. Dann helfen künstliche Herzunterstützungssysteme dem Organ bei seiner Pumpfunktion oder halten den Blutkreislauf sogar komplett in Bewegung. Auf die Entwicklung und Fertigung solcher Herzunterstützungssysteme oder auch VADs (Ventricular Assist Devices) hat sich die 1996 gegründete Berlin Heart GmbH spezialisiert. Sie ist europaweit der einzige Hersteller von VAD-Systemen und weltweit das einzige Unternehmen, das diese anspruchsvolle Technik auch für Kinder und Säuglinge anbietet. Der jüngste Patient, der erfolgreich bis zur Herztransplantation unterstützt wurde, war erst acht Tage alt, als er ein VAD erhielt.

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Bei einer isolierten Erkrankung der linken Herzkammer kann Incor als implantierbares Herzunterstützungssystem zur Anwendung kommen. Die kompakte Pumpe wird in den Körper implantiert. Steuereinheit und Versorgungsakkus führt der Patient in einer Umhängetasche mit sich.

Die Alternative dazu ist ein so genanntes parakorporales System. Hier werden dem Patienten Kanülen implantiert und mit Druckluft-Membranpumpen verbunden, die außerhalb des Körpers liegen. Je nach Grad der Erkrankung verwenden die Ärzte entweder eine Pumpe für die Unterstützung einer Herzkammer oder jeweils eine Pumpe für die rechte und linke Herzkammer. Die Antriebseinheit „Excor mobil“, bestehend aus Antrieb, Steuerung und Energiespeicher, wird in einem Trolley mitgeführt, sodass Patienten damit trotz ihrer Erkrankung weitestgehend mobil bleiben.

Präziser Kugelgewindetrieb ist das Herz des Antriebs

Der Pumpenantrieb bildet nicht das Bauprinzip, aber die Funktion des menschlichen Herzens recht genau ab. Ein Kugelgewindetrieb führt – je nach Einstellung – 60- bis 130-mal pro Minute einen Hub von bis zu 55,5 mm aus und drückt damit eine definierte Menge Luft gegen die Membran, auf deren gegenüberliegender Seite sich die Kanülen und mit ihnen der Blutkreislauf des Patienten befinden.

Dieses VAD mit der Bezeichnung Excor gilt als sehr bewährte Lösung. Berlin Heart hat fast zwanzig Jahre Erfahrung mit der parakorporalen Herzunterstützung, mit der in dieser Zeit mehr als 3.700 Patienten versorgt wurden. In dieser langen Zeit hat das Unternehmen umfangreiches Know-how gewonnen, das auch in die kontinuierliche Weiterentwicklung investiert wird. Aber auch NSK als Lieferant des verwendeten Kugelgewindetriebs hat über diesen gesamten Zeitraum Know-how hinzugewonnen. Gemeinsam haben die beiden Unternehmen immer wieder Herausforderungen gemeistert.

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120 Millionen Zyklen sind das Maß aller Dinge

Ausschlaggebend für die Auswahl des Antriebslieferanten war seinerzeit die Lebensdauer der Spindel. Nedim Arslan, Abteilungsleiter Konstruktion von Berlin Heart: „Die NSK-Antriebe haben eine Lebensdauer von rund 120 Millionen Zyklen erreicht. Das war mit Abstand der beste Wert in unserem Benchmark-Test.“ Alle drei Monate, also nach rund zehn Millionen Zyklen, erfolgt eine Wartung der Antriebseinheiten bei Berlin Heart, während der die Spindel unter anderem gereinigt und gefettet wird.

Dass die Miniatur-Spindel, die nur einen Durchmesser von 8 mm aufweist, bei ihrem 24/7-Einsatz Temperaturen von 70 bis 80 °C erreicht, mag überraschen, zumal die Leistung der Servomotoren, welche die Blutpumpe antreiben, sehr gering ist. Dies zeigt, wie hoch das Antriebssystem beansprucht wird. Dementsprechend kommt dem Fett, das auf das hohe Temperaturniveau abgestimmt ist, große Bedeutung zu. Um die Wartung wesentlich zu vereinfachen, hat NSK die Geometrie kundenspezifisch angepasst. Auch die Anfahrrampe wurde in Kooperation mit den Regelungstechnikern von Berlin Heart so optimiert, dass sie für den Betrieb günstig ist.

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