Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben ein neuartiges Magnetlager für Herzpumpen entwickelt. Damit arbeiten Blutpumpen berührungslos und fast verschleißfrei, sind leichter, transportieren das Blut schonender und vermindern das Risiko der Thrombenbildung im Inneren der Pumpe. Jetzt erhielt das Forschungszentrum europäische und amerikanische Patente für diese Magnetlager.
Weltweit sind rund 15 Millionen Menschen chronisch herzkrank. Vielen bleibt zum Überleben nur die Hoffnung auf eine Transplantation. Rund 100 000 Spenderherzen werden jährlich benötigt – etwa 2 500 stehen zur Verfügung. Die lebensrettende Alternative ist eine implantierbare Herzpumpe, welche die blutfördernde Funktion des Herzens übernimmt. Die Blutpumpe wird neben das Herz in den Körper des Patienten implantiert und fördert das Blut von der linken Herzkammer direkt in die Aorta. Damit übernimmt sie die Pumpfunktion des Herzens und rettet den Patienten aus einer lebensbedrohlichen Situation, die andernfalls eine sofortige Herztransplantation erfordern würde.
Durch die neuartige Magnetlagertechnik der Jülicher Wissenschaftler hebt sich die neuartige Unterstützungspumpe von anderen Kunstherzgenerationen ab. Der Rotor im Innern der Pumpe lagert berührungslos und somit verschleißfrei zwischen zwei Permanentmagneten und sorgt mit bis zu 12 000 Umdrehungen pro Minute für die erforderliche Pumpleistung.
Ungehinderter Blutfluss
Aufgrund des Jülicher Magnetlagers ist der Pumprotor so leicht, dass er auch mit pulsierender statt mit gleichbleibender Drehzahl betrieben werden könnte. Dadurch würde der Herzpuls des Menschen nachgebildet. Da der Rotor keinen mechanischen Kontakt zu Gehäuseteilen der Pumpe hat, entsteht keine Reibungswärme, und das Blut wird schonend transportiert. Zudem kann der Blutstrom an jeder Stelle ungehindert fließen – das Risiko der Thrombenbildung im Innern der Pumpe ist damit erheblich reduziert.
Die Herzunterstützungspumpe mit Jülicher Magnetlager ist weltweit die erste und bisher einzige implantierbare Blutpumpe mit magnetisch gelagertem Rotor, die für den klinischen Einsatz zugelassen wurde. In verschiedenen Herzzentren Europas und Chinas wurden bislang schon mehr als 100 Pumpen dieser Bauart implantiert. Mehreren Patienten konnte die Pumpe sogar wieder entnommen werden, nachdem sich ihr eigenes Herz erholt hatte.
Technischer Fortschritt
Unter der Leitung von Johan Fremerey entwickelt das Magnetlagerlabor der Zentralabteilung Technologie (ZAT) des Forschungszentrums seit über 25 Jahren berührungslose Lager und Antriebssysteme. Wo Schmiermittel nicht zum Einsatz kommen können – beispielsweise bei hohen Drehzahlen, empfindlichen Messinstrumenten oder in Vakuumanlagen – sind Magnetlager die Lösung. Die Antriebswellen werden berührungslos von Permanentmagneten gehalten, wie sie viele von Magnettafeln kennen. „Um zu verhindern, das die Rotorwelle an den Magneten klebt, muss die Zugkraft der Magnete in jedem Moment exakt austariert werden“, erklärt Johan Fremerey die technische Schwierigkeit. „Dies wird durch elektrische Spulen erreicht, die mithilfe von Sensoren gesteuert werden und jede Abweichung des Rotors aus seiner berührungslosen Lage unterbinden.“
„Da wir keine unter Dauerstrom stehenden Elektromagnete benutzen, ist der Energieverbrauch unserer Magnetlager sehr gering“, zählt der Physiker einen weiteren Vorteil auf. „Zudem werden nur zwei Magnetpaare benötigt.“ Dadurch ist die neuartige Herzunterstützungspumpe bei einem Durchmesser von 30 Millimeter nur 200 Gramm „schwer“ und kann auch bei kleinen Patienten eingesetzt werden.
Das Jülicher Know-how aus dem Magnetlagerlabor wird von der Industrie erfolgreich vermarktet. Allein mit Vakuumpumpen auf der Basis der Jülicher Magnetlagertechnik hat die Industrie seit Beginn der neunziger Jahre Umsätze in Höhe von mehreren hundert Millionen Euro erzielt. Eine US-Studie aus dem Jahr 2001 prognostiziert für Herzunterstützungssysteme langfristig ein Potenzial von jährlich 6 Milliarden US Dollar.
(idw – Forschungszentrum Jülich, 11.03.2004 – AHE)
