Après dissection du cœur, et compréhension de son fonctionnement, nous pouvons proposer notre modèle de pompe cardiaque fonctionnant grâce à un ferrofluide, qui est censée correspondre le plus possible au fonctionnement du cœur humain.

Schéma de notre projet de pompe cardiaque :

(schéma réalisé à l’aide de l’outils dessin de Google docs)

La pompe est donc constituée de deux parties correspondant au cœur droit et au cœur gauche. Chaque partie compte deux chambres hermétiques, une modélisant le ventricule et l’autre l’oreillette.

Ces chambres sont reliées entre elle par des tuyaux modélisant les vaisseaux sanguin. Ici le schéma n’est pas représentatif de la réalité, puisqu’il ne prend pas en compte la présence des organes, comme les poumons entre le ventricule droit et l’oreillette gauche, ainsi que le cerveau, l’appareil digestif, les muscles et de nombreux autres organes entre le ventricule gauche et l’oreillette droite.

L’essentiel est de se représenter que la pompe est placée dans un circuit fermé, comme l’est le circuit sanguin, avec donc une quantité constante de liquide à l’intérieur. Dans ce circuit fermé, la modulation du volume du circuit va donc permettre une modulation de la pression  à l’intérieur du circuit.

Chaque chambre est fermée par des membranes élastiques, les ventricules par des doubles membranes renfermant du ferrofluide et les oreillettes par une membrane simple. Les deux ventricules sont opposés de façon symétrique avec au milieu un aimant (un électroaimant activable et désactivable grâce à un interrupteur).

Ainsi quand l’aimant est activé, le ferrofluide subit une force en direction de l’aimant, les membranes s’étirent, les valves auriculo-ventriculaires se ferment et les valves artérielles s’ouvrent, les ventricules perdent alors un volume de liquide qui est éjecté par les tuyaux modélisant les artères. Un même volume de liquide, poussé par le liquide chassé des ventricules, se retrouve alors réparti dans les oreillettes, dont les membranes se gonflent alors sous l’effet de la force exercée dans les ventricules par le ferrofluide. On a donc normalement :

F1d+F1g = F2d+F2g

Seulement les membranes des oreillettes opposent aussi un résistance à cette force du fait que leur élasticité n’est pas infinie, donc :

F1d+F1g>F2d+F2g-2R   ⇒V1d+V1g>V2d+V2g

Ainsi quand l’aimant est activé, ce qui correspond à la phase de systole, le liquide est propulsé et le volume total du circuit diminue pour une même quantité de liquide, la pression à l’intérieur du circuit augmente donc, comme dans un cœur normal.

P systole > P diastole

La présence de valves, correspondants aux valvules cardiaques, qui se ferment ou s’ouvrent par phénomène de surpression et de sous-pression, permettent aussi d’assurer la circulation à sens unique du liquide.

Les deux ventricules sont également de dimensions  différentes, le ventricule gauche est moins haut, a un diamètre plus grand contrairement au ventricule droit qui est plus haut et qui a un diamètre plus petit. Ainsi quand les deux membranes contenant du ferrofluide se collent (idéalement) au contact de l’aimant, le volume éjecté reste le même des deux côtés : V1g=V1d

Cependant comme le ferrofluide est placé plus près de l’aimant dans le ventricule gauche, l’intensité du champ magnétique augmentant avec la réduction de la distance par rapport à l’aimant, le ferrofluide est plus attiré du côté gauche que du côté droit, on a donc : F1g>F1d ⇒ Pg>Pd

Permettant ainsi de modéliser la pression artérielle systolique supérieure à la sortie du ventricule gauche par rapport à la sortie du ventricule droit, pour un même volume d’éjection.

Dans ce modèle, l’électroaimant serait commandé par un circuit électronique qui permettrait de l’activer et de le désactiver en suivant un rythme cardiaque normal, soit environ 72 battements par minutes ; cela permettrait de modéliser la présence du pacemaker.

On peut aussi envisager de relier ce circuit électronique aux nerfs sympathiques et parasympathiques afin de recréer le contrôle cérébral de la fréquence et donc du débit cardiaque. En revanche, ce modèle ne permettrait pas de modéliser avec précision la loi de Starling, car bien que en conséquence d’un retour veineux plus important la membrane du ventricule s’étirerait et que la force de résistance à l’élasticité du matériaux s’ajouterait à la force magnétique entre le ferrofluide et l’aimant, cette dernière diminuerai du fait de l’éloignement du ferrofluide par rapport à l’aimant.

Il est à noter qu’une variation du rythme pourrait s’avérer nécessaire pour permettre au patient de faire face à des efforts.

En conclusion, une maquette de ce type permettrait normalement d’assurer une reproduction assez fidèle du fonctionnement du coeur humain.