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Herzmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Herzmaschine mit
einem die Tätigkeit des Herzens nachahmenden Pumpenmechanismus, einer Antriebseinrichtung
für diese Pumpe sowie mit dieser Pumpe zusammenwirkenden Ventilen.
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Es sind bereits die verschiedensten Konstruktionen von derartigen
stationären Herz-Lungen-Maschinen bekannt. Bei einer bekannten Ausführungsform besteht
die Pumpe aus koaxial miteinander verbundenen Balgen aus Naturkautschuk und die
Ventile sind in Form von Lippenventilen ebenfalls aus Naturkautschuk ausgebildet,
welche durch den Pumpendruck selbsttätig geöffnet und geschlossen werden.
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Diese bekannte Konstruktion ist aber nur für den vorübergehenden Ersatz
des natürlichen Herzens und der Lunge vorgesehen und wird im Gebrauch neben dem
Körper des Patienten während einer Operation zur Aufstellung gebracht. Sie ist aus
diesem Grunde relativ groß und kompliziert im Aufbau und kann nach den Erfahrungen
nur fiir eine begrenzte Zeit Anwendung finden, da sonst das Blut eine Schädigung
erfährt. Die Ventilöffnungen sind bei dieser bekannten Konstruktion außerdem im
geöffneten Zustand äußerst klein und erfordern zum Öffnen einen verhältnismäßig
hohen Druckabfall im Blut, wobei sich eine für Blut unerwünschte höhe Strömungsgeschwindigkeit
durch die Ventilöffnungen ergibt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Herzmaschine dieser Art so abzuwandeln
und zu verbessern, daß sie unmittelbar innerhalb des lebenden Körpers an Stelle
des Herzens eingebaut werden kann und noch dazu für den Dauergebrauch innerhalb
des lebenden Körpers geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Herzmaschine der oben bezeichneten
Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Herzmaschine in einem im Volumen denjenigen
des natürlichen Herzens entsprechenden, vollständig abgeschlossenen und an den Kanten
abgerundeten Gehäuse eingebaut ist, daß die mit den Blutgefäßen verbundenen Schläuche
und die Energiezuführungsleitungen für die Antriebseinrichtung druckdicht durch
die Gehäusewand geführt sind und alle mit dem Blut in Berührung kommenden Teile
in an sich bekannter Weise aus einem gegenüber Blut neutralen Kunststoff, insbesondere
Polyäthylen, bestehen.
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Wie Tierversuche gezeigt haben, ist die erfindungsgemäße Herzmaschine
ohne Zersetzungserscheinungen des Blutes sehr lange im Körper betriebssicher, was
vor allem auf die Verwendung von Polyäthylen mit seinen an sich bekannten, guten,
körperneutralen Eigenschaften zurückzuführen ist. Ähnlich positive Ergebnisse sind
beim Menschen zu erwarten und es könnte damit beispielsweise ein herzkranker Patient,
dessen Lebensfähigkeit vor dem Ersatz seines natürlichen Herzens durch eine erfindungsgemäße
Herzmaschine in hohem Maße in Frage stand und der in jedem Falle nur noch eine relativ
kurze Lebenserwartung hatte, wieder ein im wesentlichen normales und aktives Leben
aufnehmen, und zwar nicht nur als gehfähiger Patient, sondern sogar einschließlich
der Teilnahme an sportlichen Betätigungen und Spielen, wobei es möglich sein würde,
eine solche aktive Lebensweise über Jahrzehnte aufrechtzuerhalten. Mit einer erfindungsgemäßen
Herzmaschine, deren Arbeitsgeschwindigkeit geregelt werden kann, ist es außerdem
möglich, den Blutdruck auf geeignete Weise zwangläufig zu beeinflussen. Mit Hilfe
einer solchen Regelungsmöglichkeit können viele der manchmal katastrophalen Wirkungen
eines zu hohen oder zu niedrigen Blutdruckes, die Arteriosklerose und ähnliche Leiden
nicht nur günstig beeinflußt werden, wenn sie bereits aufgetreten sind, sondern
das Auftreten dieser Leiden könnte auch sogar verhindert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Ventile vorzugsweise
in an sich bekannter Weise als Quetschventile ausgebildet, die durch den Pumpenantriebsmechanismus
betätigt werden. Damit braucht das Blut keine Ventilöffnungsarbeit wie bei den bekannten
Herzmaschinen mit Klappenventilen
zu leisten. Der Blutleitungsquerschnitt
wird bei der erfindungsgemäßen Herzmaschine dadurch freigegeben, daß sich die Quetschteile
auseinanderbewegen und dadurch der Schlauch infolge seiner Eigenspannung den vollen
Querschnitt freigibt. Es treten also auch keine hohen Strömungsgeschwindigkeiten
im Ventil auf. Um einen gewissen Druckausgleich mit der Körperflüssigkeit zu erreichen,
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den freien Raum des Gehäuses zwischen der
Gehäusewand und den übrigen mechanisch bewegten Teilen mit einer Schmiereigenschaften
besitzenden Flüssigkeit auszufüllen. Dadurch wird verhindert, daß der Mechanismus
durch einen Schlag auf den Körper des Be nutzers beschädigt wird und die Vorrichtung
fehlerhaft arbeitet, wenn sich der hydrostatische Druck in der äußeren Umgebung
ändert.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten der erfindungsgemäßen Herzmaschine
ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Durch diese weiteren Ausgestaltungen der Erfindung werden nachteilige
Wirkungen von Unfällen vermieden oder phsychopatische oder phsychologische Charakteristiken
des Patienten berücksichtigt. So kann beispielsweise die Energiequelle so ausgebildet
werden, daß man die Energiezufuhr für die Pumpe niemals vollständig unterbrechen
kann und daß die Energiezufuhr nur bis auf ein vorbestimmtes Minimum herabgesetzt
werden kann, das ausreicht, um das mechanische Herz mit einer Geschwindigkeit arbeiten
zu lassen, bei welcher das Leben des Patienten aufrechterhalten wird, wenn sich
der Patient in Ruhe befindet. Hierdurch wird nicht nur ein versehentliches Stillsetzen
des mechanischen Herzens vermieden, sondern es ist einem Patienten, der auf den
Gedanken kommt, sich das Leben zu nehmen, unmöglich, das mechanische Herz zum Stillstand
zu bringen. Ferner ist es bekannt, daß die normale Leistung des menschlichen Herzens
bei einer ruhenden Person einer Pumpleistung von etwa 1 Watt entspricht, während
die Pumpleistung des Herzens einen Wert von bis zu 10 Watt erreichen kann, wenn
die betreffende Person Bewegungen ausführt oder mit einer anstrengenden Tätigkeit
beschäftigt ist. Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten mechanischen Herzen müssen
daher Vorkehrungen getroffen sein, um die Arbeitsgeschwindigkeit entsprechend den
Absichten des Benutzers zu ändern. Wenn der Benutzer beabsichtigt, sich besonderen
Anstrengungen zu unterziehen, muß die Arbeitsgeschwindigkeit des mechanischen Herzens
erhöht werden, und wenn sich der Benutzer zur Ruhe begibt, muß die Arbeitsgeschwindigkeit
entsprechend herabgesetzt werden.
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Da ferner die Klappen des natürlichen Herzens im Vergleich zur Dauer
eines Pumpzyklus schnell arbeiten, um ein Zurückströmen des Blutes möglichst weitgehend
zu verhindern, müssen die Ventile des mechanischen Herzens ebenfalls so gesteuert
werden, daß sie schnell arbeiten, um die Arbeitsweise des menschlichen Herzens möglichst
weitgehend nachzuahmen. Weiterhin ist darauf zu achten, daß keine Federn oder ähnliche
Ermüdungserscheinungen ausgesetzte Bauteile verwendet werden, und wenn das mechanische
Herz durch einen Elektromotor angetrieben wird, ist es unzweckmäßig, einen mit Kontaktbürsten
versehenen Motor innerhalb des Körpers zu verwenden; aus diesem Grunde müssen Vorrichtungen
vorgesehen sein, die es ermöglichen, einen
Motor einer anderen Bauart, z. B. einen
Induktionsmotor, zu benutzen. Wie weiter oben bereits erwähnt, muß mit besonderer
Sorgfalt darauf geachtet werden, zu verhindern, daß irgendwelche toxische oder Reizwirkungen
entstehen, und das künstliche Herz selbst muß sich innerhalb des Brustkorbes des
Benutzers so anordnen lassen, daß sich für den Benutzer keine Beschwerden ergeben,
und vorzugsweise derart, daß der Benutzer nicht ständig das Gefühl hat, er trage
innerhalb seines Körpers ein etwas größeres Gewicht mit als zuvor.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand sche matischer Zeichnungen
am mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen menschlichen Körper,
der mit einem mechanischen Herzen und den zugehörigen Einrichtungen gemäß der Erfindung
versehen ist; Fig.2 ist eine stark vergrößerte Darstellung in Form eines senkrechten
Teilschnitts, bei dem bestimmte Teile in Ansicht gezeichnet sind, und zeigt das
mechanische Herz selbst; dieser Schnitt folgt im wesentlichen der Linie II-II in
F i g. 3 und zeigt die Vorrichtung bei Betrachtung in Richtung des in F i g. 3 eingezeichneten
Pfeils; F i g. 3 ist ein senkrechter Schnitt längs der Linie III-III in F i g. 2,
wobei ebenfalls bestimmte Teile in Ansicht gezeichnet sind; F i g. 4 ist ein im
wesentlichen der Linie IV-IV in F i g. 3 folgender waagerechter Schnitt; F i g.
5 ist ein in größerem Maßstabe gezeichneter senkrechter Teilschnitt, der F i g.
2 ähnelt, jedoch ein mechanisches Herz zeigt, das im Vergleich zu der Anordnung
nach F i g. 2, 3 und 4 eine größere Zahl von Kammern aufweist; F i g. 6 ist ein
im wesentlichen der Linie VI-VI in F i g. 5 folgender senkrechter Schnitt.
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Eines der Ziele der Erfindung besteht natürlich darin, ein mechanisches
Herz vorzusehen, das möglichst weitgehend die gleiche Größe besitzt wie ein natürliches
Herz. Mit Ausnahme von F i g. 1 sind die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
absichtlich in einem größeren Maßstab wiedergegeben, um die Deutlichkeit zu erhöhen;
in ihrer zur Verwendung im menschlichen Körper bestimmten Ausbildungsform haben
die Vorrichtungen jedoch kleinere Abmessungen. Tatsächlich kann das künstliche oder
mechanische Herz dann, wenn zum Antreiben ein Elektromotor verwendet wird, etwas
größer sein als das natürliche Herz, damit ein ausreichender Raum für den Motor
und die mechanischen Verbindungen zwischen dem Motor und den zusammendrückbaren
und ausdehnbaren Herzkammern vorhanden ist. Es ist jedoch erwünscht, das gesamte
künstliche bzw. mechanische Herz genügend klein zu halten, so daß es sich leicht
in dem Raum unterbringen läßt, in dem sich das natürliche Herz innerhalb des Brustkorbes
befand, ohne daß es erforderlich ist, die Lungen einzuengen oder dem Benutzer irgendwelche
Beschwerden zu verursachen.
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Unter bestimmten Umständen kann es erwünscht sein, ein mechanisches
Herz zu verwenden, dessen Abmessungen so groß sind, daß eine Lunge entfernt werden
muß, um das Herz im Brustraum unterzubringen; dies ist jedoch mit Ausnahme von seltenen
Sonderfällen möglichst zu vermeiden.
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Ferner sei bemerkt, daß das Gehäuse bei den gezeigten Ausführungsbeispielen
lediglich so geformt
ist, daß man erkennt, daß die wesentlichen
Teile der Vorrichtung vollständig umschlossen sind; es wurde nicht versucht, die
Größe des Gehäuses auf ein Minimum herabzusetzen oder eine besondere Form vorzusehen,
die sich in einem späteren Zeitpunkt als zweckmäßiger erweisen könnte. Gemäß den
Figuren sind keinerlei scharfe Kanten an dem Gehäuse vorhanden, um Reizwirkungen
und ein Zusammendrängen von Organen zu vermeiden; das Gehäuse kann bei gleichzeitiger
Vermeidung scharfer Kanten oder Ecken jede beliebige geeignete oder erwünschte Form
erhalten, die sich mit der Unterbringung der benötigten mechanischen Teile in dem
Gehäuse vereinbaren läßt.
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In F i g. 1 erkennt man in schematischer Darstellung einen menschlichen
Körper 1, bei dem ein insgesamt mit 2 bezeichnetes künstliches Herz, dessen allgemeine
Konstruktion aus F i g. 2 bis 4 hervorgeht, in seiner Gebrauchslage im Brusthohlraum
des Körpers angeordnet ist. Das Gehäuse des mechanischen Herzens 2 kann zweckmäßig
an den Querfortsätzen der Brustkorbwirbel befestigt sein, wobei gegebenenfalls auch
Verbindungen zu den benachbarten Rippen vorhanden sind, wobei eine zweiseitige Befestigung
bevorzugt werden kann, um eine ausreichende Stabilität zu gewährleisten und den
Benutzer gegen Unzuträglichkeiten zu schützen. Auf diese Weise läßt sich eine Befestigung
ohne weiteres bewirken, ohne daß die Lungen eingeengt werden und ohne daß sich für
den Benutzer ein Gefühl ergibt, an das er sich nicht innerhalb sehr kurzer Zeit
gewöhnt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als
Antriebskraftquelle ein Elektromotor verwendet. Aus diesem Grunde müssen Drahtleitungen
von dem in dem Gehäuse angeordneten Motor zu einer Energiequelle verlegt werden.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann ein Batteriekasten 3 mit Hilfe von Gurten
am Oberschenkel des Benutzers befestigt werden, wie es in F i g. 1 bei 4 angedeutet
ist. Die von dem Batteriekasten 3 vorzugsweise in Form eines einheitlichen Kabels
5 ausgehenden Drahtleitungen erstrecken sich von dem künstlichen bzw. mechanischen
Herzen 2 aus zwischen den Mediastinumschichten durch die Muskeln der Brustwand und
dann zwischen oberflächlichen und tiefliegenden Faszien längs der seitlichen Flanke
bis in die Leistengegend und treten vorzugsweise unterhalb der Leistenlinie aus,
wie es bei 6 angedeutet ist. Das zusammengesetzte Kabel 5 ist natürlich isoliert
und vorzugsweise längs seines innerhalb des Körpers liegenden Teils mit einem chemisch
trägen Material, z. B. Nylon, überzogen. Dieses Material ist ungiftig, ruft keine
Reizungen hervor und ist gegenüber sämtlichen Körperflüssigkeiten und Geweben durchaus
beständig. Gemäß F i g. 1 ist es vorzuziehen, die Austrittsstelle 6, an welcher
das Kabel den Körper verläßt, in einer ziemlich großen Entfernung von dem mechanischen
Herzen selbst anzuordnen, so daß es dann, wenn sich an der Austrittsstelle eine
Reizung in einem solchen Ausmaß entwickelt, daß eine geeignete Behandlung erforderlich
ist, möglich ist, diese Behandlung zur Beseitigung der Reizung ohne Gefahr durchzuführen,
da die Austrittsstelle nicht an einem empfindlichen Körperteil vorgesehen ist. Wenn
es für erforderlich gehalten wird, kann man die Austrittsstelle 6 am Umfang des
Kabels 5 im wesentlichen abdichten, z. B. mit Hilfe eines undurchlässigen Films
aus einem flüssigen plastischen Material, wie es im
Falle der Colostomie geschieht,
um einen Beutel mit der Haut zu verbinden.
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Innerhalb des Gehäuses 2 des mechanischen Herzens ist das Kabel 5
mit einer Kraftantriebsvorrichtung, z. B. einem Elektromotor 7, verbunden.
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Bei letzterem handelt es sich vorzugsweise um einen Induktionsmotor,
und der an der Außenseite des Körpers des Benutzers befestigte Batterie- und Steuerkasten
3 enthält vorzugsweise die für den Betrieb des Motors erforderlichen Batterien und
einen geeigneten Zerhacker zum Umwandeln des der Batterie entnommenen Gleichstroms
in Wechselstrom für den Betrieb des Motors. Dieser Zerhacker kann in Form eines
Vibrators od. dgl. ausgebildet sein. Außerdem enthält der Kasten 3 ein mit der Hand
zu betätigendes Organ 8 zum Regeln der Motordrehzahl, und dieses Organ wird vorzugsweise
so ausgebildet, daß es nicht möglich ist, die Stromzufuhr so weit herabzusetzen,
daß der Motor zum Stillstand kommt. Dadurch, daß Gewähr dafür besteht, daß der Motor
stets mit einer Mindestdrehzahl läuft, ist es unmöglich gemacht, den Motor versehentlich
stillzusetzen, und außerdem ist es dem Benutzer unmöglich, in einem Anfall von Schwermut
od. dgl. die Stromzufuhr bis zum Stillstand des Motors oder auch nur bis auf eine
gefährlich niedrige Drehzahl zu vermindern. Ein im Inneren des Körpers angeordnetes
Hilfsaggregat zum Speichern von Energie würde die Möglichkeit ausschalten, den Motor
durch vollständiges Entfernen des außenliegenden Aggregats stillzusetzen.
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In Fig. 2, 3 und 4 erkennt man ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung in Form eines mechanischen Herzens mit zwei Kammern. Das Gehäuse 2 kann
aus mehreren anfangs voneinander getrennten Teilen zusammengesetzt sein, und alle
diese Teile sind vorzugsweise zu einem abgedichteten Ganzen verschweißt, das in
F i g. 2 bis 4 insgesamt mit 9 bezeichnet ist. Das Gehäuse kann jede gewünschte
Form erhalten, die mit der Unterbringung der benötigten mechanischen Teile vereinbar
ist, und sämtliche Ecken und Kanten sind vorzugsweise in der bei 10 angedeuteten
Weise abgerundet; der Endabschnitt des Gehäuses erhält vorzugsweise eine glatte
gewölbte Gestalt wie es in F i g. 3 bei 11 angedeutet ist. Das Gehäuse könnte vorzugsweise
aus nichtrostendem Stahl oder einem gleichwertigen Material hergestellt werden,
das die erforderliche Festigkeit besitzt und mit einem Material überzogen ist, das
sich gegenüber den Körperflüssigkeiten und Geweben neutral verhält. Das Kabel 5
kann dort, wo es aus dem Gehäuse austritt, mit Hilfe einer Buchse 12 (F i g. 2)
aus Nylon oder einem gleichwertigen, chemisch trägen Material abgedichtet sein.
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Innerhalb des Gehäuses 2 ist an einander gegenüberliegenden Gehäusewänden
eine Plattform 13 befestigt, die sich über die ganze Breite des Gehäuses erstreckt,
jedoch gemäß F i g. 2 eine geringere Länge besitzt als der Innenraum des Gehäuses,
so daß zu beiden Seiten Teile des arbeitenden Mechanismus angeordnet werden können.
Auf der Plattform 13 ist eine geeignete Unterstützung 14 für den Motor 7 angeordnet,
bei dem es sich, wie bereits erwähnt, um einen Induktionsmotor handelt, so daß bei
der innerhalb des menschlichen Körpers angeordneten Vorrichtung keine Kontaktbürsten
vorgesehen zu sein brauchen. Die Motorwelle 15 ist vorzugsweise in Form einer Kurbelwelle
ausgebildet und läuft zusammen mit dem Anker des Motors um; bei der bevorzugten
Ausbildungsform
ist die Verwendung eines Zahnradgetriebes vermieden. Auf beiden Seiten des Motors
ist die Welle 15 mit je einer Kurbel 16 versehen, und beide Kurbelaggregate sind
gleichartig ausgebildet. Jede der Kurbeln 16 befindet sich innerhalb eines abgeflachten
schleifenähnlichen Abschnitts 17, der an der Oberseite einer sich in der Querrichtung
erstreckenden Stange 18 vorgesehen ist und mit der Stange vorzugsweise aus einem
Stück besteht. Von jeder dieser Stangen 18 aus erstrecken sich gemäß F i g. 3 zwei
Stangen 19, die mit der Stange 18 fest verbunden sind. Alle vier Stangen 19 sind
an ihren unteren Enden mit einer beweglichen Platte 20 verbunden und erstrecken
sich durch geeignete Öffnungen in der Plattform 13.
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An einer Fläche der ortsfesten Plattform 13 ist eine Seite einer
Membran oder Hülle 21 aus einem geeigneten plastischen Material, z. B. aus einem
chemisch nicht reagierenden Polyäthylen, befestigt, die eine Herzkammer 22 bildet.
Die entgegengesetzte Seite der Membran 21 ist gemäß F i g. 2 mit der beweglichen
Platte 20 verbunden. Die Membran ist an den betreffenden Platten auf beliebige geeignete
Weise befestigt, z. B. mittels Heißversiegelung oder Vulkanisation. Gemäß F i g.
2 weist die Membran 21 sich nach innen erstreckende Falten 23 auf, die sich längs
einander gegenüberliegender Kanten erstrecken, sowie nach außen ragende Falten 24,
die gemäß Fig.3 und 4 an den beiden anderen Seitenkanten ausgebildet sind, so daß
Raum zur Unterbringung der Betätigungsstangen 19 vorhanden ist. Mit anderen Worten,
die Membran ist im wesentlichen in der gleichen Weise gefaltet wie der Balg einer
Ziehharmonika. Auf ihrer Innenseite ist die Membran 21 mit einander gegenüberliegenden
Anschlußschläuchen 25 und 26 versehen, die sich aus den entgegengesetzten Enden
des Gehäuses nach außen erstrecken. Diese Schläuche sind in der aus F i g. 3 ersichtlichen
Weise vorzugsweise abgeplattet und können vor ihrem Austreten aus dem Gehäuse eine
runde Form aufweisen; außerhalb des Gehäuses sind sie auf bekannte Weise mit den
Blutgefäßen des Körpers verbunden. Die Abmessungen der Anschlußschläuche sind vorzugsweise
so gewählt, daß das Blut durch sie nicht mit einer größeren Geschwindigkeit hindurchströmt
als bei einem menschlichen oder tierischen Herzen, das durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung ersetzt ist. Im Hinblick auf die vorstehende Beschreibung sei insbesondere
bemerkt, daß das Blut des Patienten mit Ausnahme der Innenseite der Membran keine
Teile des mechanischen Herzens berührt und daß das Material der Membran natürlich
von menschlichem oder tierischem Blut nicht angegriffen wird.
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Die AnschIußschläuche 25 und 26 sind mit einem Ventilabschnitt 27
bzw. 28 versehen. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind diese Ventilabschnitte vorzugsweise
gewellt, so daß ein zusätzliches Spannen oder Recken des Membranmaterials vermieden
wird, wenn das Ventil geschlossen wird, wie es in Fig. 2 auf der rechten Seite zu
erkennen ist. In F i g. 2 ist das Ventil 27 offen, während das Ventil 28 geschlossen
ist Vorzugsweise werden die Ventile 27 und 28 mit etwas dickeren Wänden ausgebildet
als die übrigen Teile der Membran.
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Eine zweite Herzkammer wird durch eine weitere Membran 29 gebildet,
deren eine Seite an der ihr zugewandten Seite der beweglichen Platte 20 befestigt
ist, während ihre entgegengesetzte Seite an der Innen-
seite des ihr benachbarten
Gehäusebodens befestigt ist. Diese Membran ist im übrigen in der gleichen Weise
ausgebildet wie die Membran 21 und weist zwei Anschlußschläuche 30 und 31 auf, die
jeweils mit einem Ventil 32 bzw. 33 der vorstehend beschriebenen Art versehen sind.
In F i g. 2 ist das Ventil 32 offen, während das Ventil 33 geschlossen ist. Die
Membran 29 bildet eine Herzkammer 34.
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Es sind geeignete Mittel vorgesehen, um die verschiedenen Ventile
in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen. Zu diesem Zweck ist
auf dem Ende der Motorwelle außerhalb der betreffenden Kurbel 16 eine Kurvenscheibe
35 befestigt, die mit einer innenliegenden Kurvenbahn 36 versehen ist, in welche
ein Bewegungsabnahmeorgan 37 eingreift. Aus F i g. 3 geht hervor, daß die Kurvenbahn
36 so geformt ist, daß ein schnellen Öffnen und Schließen der Ventile bewirkt wird.
Die Kurvenbahn ist vorzugsweise so gestaltet, daß eine Drehung der Motorwelle um
etwa 100 zum Schließen der betreffenden Ventile führt, daß die Ventile geschlossen
bleiben, während eine weitere Drehung um 1700 erfolgt, daß die Ventile bei einer
weiteren Drehung um 100 geöffnet werden und daß die Ventile geöffnet bleiben, während
eine weitere Drehung um 1700 erfolgt.
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Damit die Ventile in der richtigen Weise betätigt werden, ist eine
Stange 38 vorgesehen, die bei 39 an der benachbarten Gehäusewand angelenkt ist,
und deren anderes Ende eine Gabel trägt, die mit der Achse des Bewegungsabnahmeorgans
37 drehbar verbunden ist. Das eine Ende einer zweiten Stange 40 wird von der Gabel
der Stange 38 aufgenommen und ist ebenfalls auf der Achse des Bewegungsabnahmegliedes
37 gelagert. Das andere Ende der Stange 40 ist bei 41 mit dem mittleren Teil einer
sich in der Querrichtung erstreckenden Ventilbetätigungsstange 42 gelenkig verbunden.
Zwei Stangen 43 und 44 sind an den entgegengesetzten Enden der Betätigungsstange
42 starr befestigt, und die anderen Enden dieser Stangen sind mit einer zweiten
Ventilbetätigungsstange 45 verbunden; die Stangen 43 und 44 erstrecken sich durch
einen Querträger 46, der gemäß Fig. 2 und 4 an den Gehäusewänden befestigt ist.
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Aus F i g. 2 ist insbesondere ersichtlich, daß die Betätigungsstange
42 das Ventil 27 der Membran 21 betätigt, während die Stange 45 zur Betätigung des
Ventils 32 der Membran 29 dient.
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Am anderen Ende des Gehäuses ist eine gleichartig ausgebildete Ventilbetätigungsanordnung
vorgesehen, die eine Kurvenscheibe 47, Verbindungsstangen48 und 49 sowie Stangen
und 51 zum Betätigen der Ventile 28 bzw. 33 umfaßt. Es sei jedoch bemerkt, daß der
Ventilbetätigungsmechanismus an diesem Ende des Gehäuses nicht phasengleich mit
dem Mechanismus am anderen Ende des Gehäuses arbeitet, d. h. daß dann, wenn die
Ventile 28 und 33 geschlossen sind, die Ventile 27 und 32 geöffnet sind, wie es
aus F i g. 2 ersichtlich ist.
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Durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Gestänge zur Betätigung
der Ventile wird die Benutzung von Federn oder anderen Einrichtungen vermieden,
bei denen die Gefahr einer Ermüdung des Werkstoffs besteht. Eine ausreichende Schmierung
wird dadurch erzielt, daß das gesamte Innere des Gehäuses, wie bereits erwähnt,
mit Ausnahme der Innenräume der Membranen 21 und 29 mit einer geeigneten. Flüssigkeit,
z. B. einem leichten Öl, gefüllt ist, wobei diese Flüssigkeit im Druckgleichgewicht
mit
dem Körper steht. Die das Gehäuse ausfüllende Flüssigkeit bewirkt
natürlich eine Schmierung der verschiedenen arbeitenden Teile. Vorzugsweise ist
die gesamte Rußenfläche des Gehäuses ebenfalls mit einem Überzug aus einem geeigneten
inerten plastichen Material versehen, der z. B. aus einem nicht reagierenden Polyäthylen
besteht. Ein solcher Überzug auf der Außenseite des Gehäuses gewährleistet außerdem,
daß keine rauhen Stellen vorhanden sind, und er trägt dazu bei, Beschwerden für
den Benutzer zu verhindern.
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Wenn das mechanische Herz an Stelle des ursprünglichen menschlichen
oder tierischen Herzens in den Körper eingesetzt wird, läßt sich das Gehäuse der
Vorrichtung einwandfrei an den Querfortsätzen der Brustkorbwirbel befestigen. Hierbei
kann eine zweiseitige Befestigung als zweckmäßig erscheinen.
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In diesem Falle könnte eine zusätzliche Befestigung an den Rippen
erfolgen. Eine solche Befestigung des mechanischen Herzens könnte allgemein in der
gleichen Weise durchgeführt werden, wie es bei älteren Leuten im Falle von Knochenbrüchen
unter Verwendung von Metallplatten üblich ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet auf außerordentlich einfache
und dabei zwangläufige Weise, wobei die Tätigkeit des natürlichen Herzens mehr als
im erforderlichen Maße nachgeahmt wird.
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An Hand von F i g. 2 sei nunmehr angenommen, daß der Schlauch 26
mit dem Blutgefäß verbunden ist, das zu den Lungen bzw. zur Lungenarterie führt,
daß der Schlauch 31 an die Lungenvene angeschlossen ist, die das Blut von den Lungen
zurückleitet, daß der Schlauch 30 mit der Aorta verbunden ist, über die das Blut
dem Körper zugeführt wird, und daß der Schlauch 25 in geeigneter Weise an die obere
und innere Vena Cava angeschlossen ist, durch welche das Blut vom Körper zum Herzen
zurückgeleitet wird.
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Wenn der Mechanismus die aus F i g. 2 ersichtliche Stellung einnimmt,
ist die Membran 29 im wesentlichen vollständig geschlossen, d. h., das Blut ist
aus der Herzkammer 34 über den Schlauch 30 zum Körper hin verdrängt worden. Gleichzeitig
ist die Membran 21 ausgedehnt worden, so daß Blut vom Körper zurückkehrt und über
den Schlauch 25 in die andere Herzkammer 22 eintritt. Bei der nächsten halben Umdrehung
des Motors werden die Ventile 27 und 32 geschlossen, während die Ventile 28 und
33 geöffnet werden, wobei sich die die Membranen betätigende Platte 20 gemäß F i
g. 2 nach oben bewegt.
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Somit wird das Blut in der Kammer 22, das vom Körper zurückgekehrt
ist, über den Austrittsschlauch 26 zu den Lungen gefördert, und gleichzeitig kehrt
Blut von den Lungen über den Schlauch 31 zu der Herzkammer 34 zurück, um während
der nächsten Hälfte des Arbeitsspiels wieder im Körper verteilt zu werden. Man erkennt,
daß zwischen der Wirkungsweise eines mechanischen Herzens und der Tätigkeit eines
natürlichen menschlichen oder tierischen Herzens insofern ein geringfügiger Unterschied
besteht, als das natürliche Herz Blut gleichzeitig zu den Lungen und zum Körper
pumpt, da das natürliche Herz vier Kammern besitzt. Dieser sehr geringfügige zeitliche
Unterschied, der gewöhnlich weniger als eine halbe Sekunde beträgt, wobei das Blut
zunächst nur den Lungen und dann während der nächsten Hälfte des Arbeitsspiels nur
dem Körper zugeführt wird, wie es bei dem mechanischen Herzen der Fall ist, führt
jedoch nicht zu einem bemerkbaren Unterschied be-
züglich der Körperfunktionen des
Benutzers des mechanischen Herzens. Während des Betriebs der Vorrichtung tritt in
keinem Zeitpunkt eine scharfe Durchbiegung der Membranen ein, was zum Teil darauf
zurückzuführen ist, daß die Membranen sowohl von innen als auch von außen einem
Flüssigkeitsdruck ausgesetzt sind. Die mechanischen Einrichtungen zum Betätigen
der Membranen und der Ventile sind außerordentlich einfach ausgebildet und arbeiten
zwangläufig. Es sind daher im wesentlichen keine Teile vorhanden, die im Verlauf
eines ununterbrochenen Betriebs während einer Zeit von unbestimmter Dauer zu Störungen
Anlaß geben könnten; durch die Benutzung des mechanischen Herzens an Stelle des
natürlichen Herzens kann die Lebensdauer des Patienten. soweit das Herzleiden in
Betracht kommt, um eine unbestimmte Zahl von Jahren verlängert werden.
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Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß keine Teile des
Mechanismus so ausgebildet sind, daß die Gefahr einer Beschädigung oder einer anderweitigen
Störung besteht. Beispielsweise sind sämtliche Ventile an den zugehörigen Ventilbetätigungsstangen
vorzugsweise in der gleichen Weise befestigt, wie die Membranen mit dem Gehäuse
bzw. den sie tragenden Platten verbunden sind. Ähnlich sind die von den Ventilmitteln
abgewandten Seiten der Schläuche 25 und 26 vorzugsweise an den querliegenden Tragelementen
46 befestigt. Daher können sich die Teile des Mechanismus nicht verlagern, und die
einzige Betriebsgröße, die geändert werden kann, ist die Drehzahl des Motors.
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Die Arbeitsgeschwindigkeit des mechanischen Herzens wird mindestens
zum Teil mit Hilfe eines verstellbaren Widerstandes 8 od. dgl. geregelt. Bekanntlich
pumpt das natürliche Herz im Ruhezustand weniger Blut als bei stärkerer Bewegung,
und diese Änderung wird durch eine Anderung der Pulsfrequenz bewirkt, und außerdem
wird die je Pulsschlag geförderte Blutmenge geändert. Bei einem mechanischen Herzen
erscheint es jedoch als zweckmäßiger, nur die Pumpfrequenz zu variieren und die
je Arbeitsspiel geförderte Blutmenge im wesentlichen konstant zu halten. Die niedrigste
Drehzahl des Motors 7 beträgt vorzugsweise etwa 40 bis 60 Umdr./Min., und diese
Drehzahl kann sich auf das Drei- bis Vierfache steigern lassen; bei diesem Steigerungsverhältnis
handelt es sich jedoch nicht um einen kritischen Wert. Das mechanische Herz erhält
somit einen brauchbaren Betriebsbereich, doch ist dieser nicht ganz so groß wie
derjenige des natürlichen Herzens zwischen völliger Ruhe und sehr großer Anstrengung.
Für den Benutzer ist es sehr leicht, das Bedienungsorgan 8 dann, wenn er sich zur
Ruhe legt, auf eine niedrige Drehzahl einzustellen, und immer dann, wenn der Benutzer
beabsichtigt, sich zu bewegen, leichte Übungen auszuführen oder sich sogar in stärkerem
Maße anzustrengen, kann er die Drehzahl des Motors kurz vor dem Beginn der stärkeren
Beanspruchung oder im Zeitpunkt des Beginns entsprechend einstellen. Wenn das natürliche
Herz durch ein mechanisches Herz ersetzt worden ist, besteht für den Benutzer, der
wegen eines Fehlers an seinem natürlichen Herzen im wesentlichen zur Inaktivität
verurteilt war, kein Grund, sich vernünftiger oder mäßiger Bewegung zu enthalten.
und praktisch kann er sogar seine frühere Tätigkeit zur Erzielung eines Verdienstes
wieder aufnehmen.
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Die Abmessungen des vorstehend beschriebenen mechanischen Herzens
können etwas größer sein als diejenigen des natürlichen Herzens, da zusätzlich der
Antriebsmotor untergebracht werden muß, doch sollen die Abmessungen nicht so groß
sein, daß es erforderlich ist, irgendwelche anderen Körperorgalle zu entfernen,
um Platz zur Aufnahme des mechanischen Herzens zu schaffen; auch sollen die Abmessungen
nicht so groß sein, daß sie dem Benutzer irgendwelche Beschwerden verursachen, da
das mechanische Herz auf unerwünschte Weise mit anderen Körperteilen in Berührung
kommt.
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In manchen Fällen kann jedoch ein größeres mechanisches Herz mit
mindestens vier Kammern an Stelle von nur zwei Kammern für erforderlich gehalten
werden, und in diesem Falle ist es möglich, daß eine Lunge entfernt werden muß,
um das größere mechanische Herz unterbringen zu können. Das Entfernen einer Lunge
kann dann zweckmäßig sein, wenn die Lunge ebenfalls erkrankt ist, und außerdem nähert
sich die Arbeitsweise des größeren mechanischen Herzens mit vier Kammern in stärkerem
Maße der Tätigkeit des natürlichen Herzens an, als es bei dem vorstehend beschriebenen
künstlichen Herzen mit zwei Kammern der Fall ist. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß ein mechanisches Herz mit vier Kammern so betrieben werden kann, daß das Blut
gleichzeitig zu- den Lungen und zum Körper strömt, wie es beim natürlichen Herzen
geschieht.
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Diesen Anforderungen entspricht das in F i g. 5 und 6 dargestellte
mechanische Herz mit vier Kam mern. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 und
6 ist der Motor ebenso wie der damit unmittelbar gekuppelte Antriebsmechanismus
entsprechend der vorstehenden Beschreibung ausgebildet; dies gilt auch für die Betätigungsstangen
40 und 49 für die Ventilbetätigungsmittel. Der gesamte Mechanismus ist ebenfalls
in ein Gehäuse 2 a eingeschlossen, das im wesentlichen ebenso ausgebildet ist wie
das Gehäuse 2, jedoch natürlich größere Abmessungen aufweist.
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Gemäß F i g. 5 und 6 erstrecken sich die von den mit den Kurbeln
16 der Motorwelle verbundenen Stangen 18 aus nach unten ragenden Stangen 19 a durch
die Plattform 13, und an den Stangen ist eine bewegliche Membranbetätigungsplatte
52 befestigt; ferner erstrecken sich die Stangen 19 a mit einem gewissen Spiel durch
eine weitere an dem Gehäuse 2 a befestigte Platte 53 und enden an einer zweiten
beweglichen Membranbetätigungsplatte 54, mit der sie fest verbunden sind.
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Eine Membran 55 ist an der Unterseite der Plattform 13 und an der
Oberseite der beweglichen Platte 52 in der bereits beschriebenen Weise befestigt,
und diese Membran ist mit einem Schlauch 56 versehen, in den auf einer Seite bei
57 ein Ventil eingeschaltet ist; ferner besitzt die Membran 55 einen Schlauch 58,
der auf der entgegengesetzten Seite vorgesehen und mit einem Ventil 59 ausgerüstet
ist; es sei jedoch bemerkt, daß sich der Schlauch 58 nicht durch die Gehäusewand
nach außen erstreckt. Die Membran 55 bildet eine lIerzkamrner 60, von der man zu
Vergleichszwecken annehmen kann, daß sie dem rechten Ohr des natürlichen Herzens
entspricht, und von dem Schlauch 56 sei angenommen, daß er mit der oberen und inneren
Vena Cava verbunden ist und daher das vom Körper kommende Blut zu der Herzkammer
60 leitet.
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Eine weitere Membran 61 ist an der Unterseite der beweglichen Platte
52 und der Oberseite der feststehenden Platte 53 befestigt. Diese Membran ist mit
einem Schlauch 62 versehen, der sich durch die Gehäusewand erstreckt und im Inneren
des Gehäuses bei 63 mit einem Ventil versehen ist; auf der anderen Seite der Membran
61 ist ein Schlauch 64 mit einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Ventil vorgesehen.
Die Membran 61 bildet eine Herzkammer 66, von der man sagen kann, daß sie der linken
Herzkammer des natürlichen Herzens entspricht; hierbei ist der Schlauch 62 mit der
Aorta verbunden, damit das aus der Kammer 66 austretende Blut an den Körper abgegeben
werden kann.
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Eine dritte Membran 67 ist an der Unterseite der feststehenden Platte
53 und der Oberseite der beweglichen Platte 54 befestigt; diese Membran besitzt
auf einer Seite einen Schlauch 68 mit einem bei 69 angedeuteten Ventil, während
auf der anderen Seite ein Schlauch 70 ohne Ventil vorgesehen ist; der Schlauch 70
besteht vorzugsweise mit dem Schlauch 64 der Membran 61 aus einem Stück, wie es
im rechten unteren Teil von F i g. 5 zu erkennen ist.
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Praktisch sind die Membranen 61 und 67 somit im wesentlichen zusammenhängend
ausgebildet und durch die Schläuche 64 und 70 miteinander verbunden; zweckmäßig
können diese beiden Membranen jedoch auch getrennt hergestellt und dann mit Hilfe
der Schläuche 64 und 70 miteinander verbunden werden. Die Membran 67 bildet eine
Herzkammer 71, von der man sagen kann, daß sie dem linken Ohr des natürlichen Herzens
entspricht, und der Schlauch 68 kann mit der Lungenvene verbunden werden, um das
von den Lungen zurückkehrende Blut zu der Kammer 171 zurückzuleiten.
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Eine vierte Membran 72 ist an der Unterseite der beweglichen Platte
54 und an der Innenfläche der benachbarten Gehäusewand befestigt. Diese Membran
besitzt einen Schlauch 73 mit einem Ventil 74 sowie auf der anderen Seite einen
Schlauch 75 ohne Ventil; der Schlauch 75 ist vorzugsweise an der Innenfläche der
Behälterwand befestigt und steht innerhalb des Gehäuses in unmittelbarer Verbindung
mit dem Schlauch 58 der Membran 55. Die Membran 72 bildet eine Herzkammer77, die
der rechten Kammer des natürlichen Herzens entspricht, und der Schlauch 73 kann
mit der Lungenarterie des Körpers verbunden werden, um das Blut von der Kammer 77
den Lungen zuzuführen.
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Damit die Ventile 57, 63, 69 und 74 betätigt werden können, ist die
durch die Kurvenscheibe35 zu betätigende Stange 40 mit einer Ventilbetätigungsstange
78 verbunden, und von dieser Stange aus erstrecken sich nach unten zwei Stangen
79, die an geeigneten Punkten weitere Ventilbetätigungsstangen 80, 81 und 82 für
die Ventile 63, 69 und 74 tragen.
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Es können geeignete querliegende Tragelemente 83 und 84 vorgesehen
sein, durch die hindurch sich die Stangen 79 mit ausreichendem Spiel erstrecken,
und ferner sei vorausgesetzt, daß die verschiedenen Ventile mit den zugehörigen
Ventilbetätigungsstangen fest verbunden sind und daß die den Tragelementen benachbarten
- Seiten der verschiedenen Membranen ebenfalls an den Tragelementen 83 und 84 befestigt
sind, wie es bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist.
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Für die Ventile 59 und 65 ist auf der entgegengesetzten Seite der
Konstruktion eine Betätigungsstange
4 orgesellen, die mit einer
Ventilbetätigungsstange 5 verbunden ist, von der aus sich zwei Stangen 8$ nach unten
erstrecken, die mit einer zweiten Ventilbeiätigungsstange 87 für das Ventil 65 verbunden
sind. Auch hier sind geeignete querliegende Tragglieder 88 und 89 an geeigneten
Punkten vorgesehen und mit den Wänden des Gehäuses verbunden.
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Diese zweite Ausbildungsform der Erfindung arbeitet ebenso einfach
und zwangläufig wie die zuerst beschriebene. In F i g. 5 erkennt man, daß die Kammern
66 und 77 in einem erheblichen Ausmaß zusammengedrückt sind, während sich die Kammern
60 und 71 ausgedehnt haben. Dieser Zustand entspricht praktisch der Kammersystole
und der Vorhofdiastole beim natürlichen Herzen. In diesem Augenblick ist das Blut
über den Schlauch 73 zu den Lungen gefördert worden, und weiteres Blut ist von den
Lungen aus über den Schlauch 68 in die Kammer 71 zurückgeleitet worden, die dem
linken Ohr bzw.
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Vorhof des natürlichen Herzens entspricht; ferner ist Blut aus der
der linken Herzkammer entsprechenden Kammer 66 über den Schlauch 62 zum Körper ausgetrieben
worden, und weiteres Blut ist vom Körper aus über den Schlauch 56 in die dem rechten
Vorhof des natürlichen Herzens entsprechende Kammer 60 zurückgekehrt. Die Ventile
59 und 65 sind während dieser Betriebsphase geschlossen gehalten worden.
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Bei der Rückwärtsbewegung der Stangen 19 a erfolgt jedoch eine Ausdehnungsbewegung
der Kammer 77, wobei die Kammer 71 zusammengedrückt wird, und die Kammer 66 dehnt
sich aus, während gleichzeitig die Kammer 60 zusammengedrückt wird. Während dieser
Betriebsphase sind sämtliche Ventile 57, 63, 69 und 74 geschlossen. während die
Ventile 59 und 65 auf der anderen Seite der Konstruktion geöffnet sind.
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Hierbei wird Blut aus der Kammer 60 bzw. dem rechten Vorhof über
das geöffnete Ventil 59 und die Querverbindung 76 zu der Kammer 77 bzw. der rechten
Herzkammer übergeführt; außerdem wird Blut aus der Kammer 71 über das geöffnete
Ventil 65 in die Kammer 66 übergeführt, um während der nächsten Hälfte des Arbeitsspiels
dem Körper zugeführt zu werden. Diese Bewegungen, bei denen es sich um eine Umkehrung
der Stellung der Teile nach Fig. 5 handelt, entspricht dann praktisch der Vorhofsystole
und der Kammerdiastole des natürlichen Herzens. Es ist ersichtlich, daß während
eines Teils des Arbeitsspiels Blut gleichzeitig von dem mechanischen Herzen aus
zu den Lungen und dem Körper des Benutzers gefördert wird, und zwar von den Kammern,
die der rechten Kammer bzw. der linken Kammer des natürlichen Herzens entsprechen,
und daß Blut von den Lungen und vom Körper aus zu den dem linken bzw. dem rechten
Vorhof entsprechenden Kammern zurückgeleitet wird. Während des folgenden Teils des
Arbeitsspiels werden die zu den Lungen und zum Körper führenden Schläuche geschlossen,
und das Blut wird von den den Vorhöfen entsprechenden Kammern zu den den Herzkammern
entsprechenden Kammern übergeführt. Man erkennt somit, daß diese Ausbildungsform
eines mechanischen Herzens im -;!esentlichen in der gleichen Weise arbeitet wie
das natürliche Herz, als dessen Ersatz die Vorrichtung verwendet wird.
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Abgesehen von den vorstehend besonders erwähnten Unterschieden unterscheidet
sich das mechanische Herz mit vier Kammern bezüglich seiner Konstruk-
tion, seiner
Anordnung, der Energiezufuhr usw. nicht von der weiter oben beschriebenen Ausbildungsform
mit zwei Kammern.
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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Erfindung
ein mechanisches Herz mit einfacher und zwangläufiger Arbeitsweise von kleinen Abmessungen
und großer Lebensdauer vorsieht, das im Brustraum eines Patienten als Ersatz für
das entfernte natürliche Herz angeordnet werden kann. Das mechanische oder künstliche
Herz ahmt in einer mehr als befriedigenden Weise die Tätigkeit des natürlichen Herzens
nach und dürfte das Leben eines Herzleidenden auf unbestimmte Zeit verlängern, wobei
der Patient in jedem Falle in einem erheblich größeren Ausmaß geh- und bewegungsfähig
wird, als es vorher möglich war. Ferner sei bemerkt, daß es durch geeignete Einstellung
der Drehzahl des Motors des künstlichen Herzens möglich ist, in einem gewissen Ausmaß
eine zwangläufige Regelung des Körperblutdrucks zu bewirken, die in manchen Fällen
sehr erwünscht ist und zu günstigen Wirkungen für den Patienten führt. Ferner liegt
es auf der Hand, daß sich das erfindungsgemäße mechanische Herz mit wirtschaftlich
vertretbaren Kosten herstellen läßt und daß es mit einem vertretbaren Zeitaufwand
durch einen Chirurgen, der nur über eine mäßige Übung und Erfahrung zu verfügen
braucht, in den Körper eines Patienten eingefügt werden kann.
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Es sei bemerkt, daß man bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen.