Исследование гемолитических свойств насоса дискового типа


Полный текст:

PDF


Аннотация


Актуальность. Нехватка донорских органов является проблемой трансплантологии в течение многих лет. Несмотря на современный уровень технологий, позволивший приблизиться к протезированию насосной функции сердца, остается труднопреодолимый ряд барьеров. Ввиду высокой потребности в аппаратах вспомогательного кровообращения, работы, направленные на создание наиболее физиологичной и биосовместимой модели, обладают актуальностью.

Цель. Оценить гемолитические свойства аппарата вспомогательного кровообращения на базе насоса дискового типа.

Методы. Для гемолизных испытаний насоса дискового типа создан гидродинамический стенд, состоящий из резервуара, теплообменника, гидродинамического сопротивления, соединительных трубок, порта для забора крови, системы измерения давления и расхода и исследуемого насоса. Испытания включали оценку свободного гемоглобина плазмы, получаемого с помощью забора проб крови в процессе работы насоса в рабочем режиме (2 300–2 500 об./мин, 5–6 л/мин, перепад давления на уровне зажима 100 мм рт. ст.). Вычислялись стандартизированные индексы гемолиза NIH и МIH на основании анализа свободного гемоглобина в плазме проб крови, гематокрита, общего гемоглобина, расхода крови и времени работы насоса.

Результаты. Согласно стендовым испытаниям (n = 5), свободный гемоглобин составил 2,2 ± 0,9 мг%, что подтверждает атравмогенность конструкции нового типа насоса. Расчетные значения индексов гемолиза составили NIH 0,0013 и MIH 1,88, что доказывает принципиальную возможность использования насоса дискового типа в качестве основы для создания устройств вспомогательного кровообращения.

Заключение. Разработанная методика оценки механической устойчивости эритроцитов крови позволяет дать объективную информацию о важном критерии безопасности устройств вспомогательного кровообращения — уровне гемолиза. На основании полученных результатов сделан вывод о принципиальной возможности и безопасности использования насоса дискового типа в качестве аппарата вспомогательного кровообращения.

Поступила в редакцию 16 декабря 2019 г. Исправлена 10 марта 2020 г. Принята к печати 13 марта 2020 г.

Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект №19-19-00186.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов
Концепция и дизайн: М.О. Жульков
Сбор, анализ и интерпретация данных: М.О. Жульков, А.С. Гренадеров, А.М. Головин, Е.О. Головина, А.В. Фомичев, С.А. Альсов
Написание статьи: М.О. Жульков, А.С. Гренадеров
Исправление статьи: М.О. Жульков, А.М. Чернявский
Утверждение окончательной версии: все авторы


М. О. Жульков
https://orcid.org/0000-0001-7976-596X
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
Россия

А. М. Головин
https://orcid.org/0000-0001-9302-7613
Акционерное общество Научно-производственная компания «ИМПУЛЬС-проект», Новосибирск
Россия

Е. О. Головина
https://orcid.org/0000-0001-7981-3386
Акционерное общество Научно-производственная компания «ИМПУЛЬС-проект», Новосибирск
Россия

А. С. Гренадеров
https://orcid.org/0000-0001-6013-0200
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук», Томск
Россия

А. В. Фомичев
https://orcid.org/0000-0001-9113-4204
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
Россия

С. А. Альсов
https://orcid.org/0000-0002-3427-8137
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
Россия

А. М. Чернявский
https://orcid.org/0000-0001-9818-8678
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
Россия

Литература


    1. Чернявский А.М., Рузматов Т.М., Фомичев А.В., Медведев А.Е., Приходько Ю.М., Фомин В.М., Фомичев В.П., Ломанович К.А., Караськов А.М. Экспериментальная оценка устройства механической поддержки сердца на основе дискового насоса вязкого трения. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2017;19(1):28-34. [Chernyavskiy A.M., Ruzmatov T.M., Fomichev A.V., Medvedev A.E., Prikhodko Y.M., Fomin V.M., Fomichev V.P., Lomanovich K.A., Karaskov A.M. Experimental evaluation of mechanical heart support system based on viscous friction disc pump. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2017;19(1):28-34. (In Russ.)] https://doi.org/10.15825/1995-1191-2017-1-28-34
    2. Apel J., Paul R., Klaus S., Siess T., Reul H. Assessment of hemolysis related quantities in a microaxial blood pump by computational fluid dynamics. Artif Organs. 2001;25(5):341-7. PMID: 11403662. https://doi.org/10.1046/j.1525-1594.2001.025005341.x 
    3. Giridharan G.A., Lee T.J., Ising M., Sobieski M.A., Koenig S.C., Gray L.A., Slaughter M.S. Miniaturization of mechanical circulatory support systems. Artif Оrgans. 2012;36(8):731-9. PMID: 22882443, PMCID: PMC3810069. https://doi.org/10.1111/j.1525-1594.2012.01523.x 
    4. Bleumink G.S., Knetsch A.M., Sturkenboom M.C., Straus S.M., Hofman A., Deckers J.W., Witteman J.C., Stricker B.H.C. Quantifying the heart failure epidemic: prevalence, incidence rate, lifetime risk and prognosis of heart failure: The Rotterdam Study. Eur Heart J. 2004;25(18):1614-9. PMID: 15351160. https://doi.org/10.1016/j.ehj.2004.06.038 
    5. Kirklin J.K., Naftel D.C., Kormos R.L., Stevenson L.W., Pagani F.D., Miller M.A., Baldwin J.T., Young J.B. The fourth INTERMACS annual report: 4,000 implants and counting. J Heart Lung Transplant. 2012;31(2):117-26. PMID: 22305376. https://doi.org/10.1016/j.healun.2011.12.001 
    6. Maybaum S., Kamalakannan G., Murthy S. Cardiac recovery during mechanical assist device support. Semin Thorac Cardiovasc Surg. 2008;20(3):234-46. PMID: 19038734. https://doi.org/10.1053/j.semtcvs.2008.08.003 
    7. Kirklin J.K., Naftel D.C., Kormos R.L., Pagani F.D., Myers S.L., Stevenson L.W., Acker M.A., Goldstein D.L., Silvestry S.C., Milano C.A., Baldwin J.T., Pinney S., Rame J.E., Miller M.A., Interagency Registry for Mechanically Assisted Circulatory Support (INTERMACS) analysis of pump thrombosis in the HeartMate II left ventricular assist device. J Heart Lung Transplant. 2014;33(1):12-22. https://doi.org/10.1016/j.healun.2013.11.001 
    8. Throckmorton A.L., Untaroiu A., Allaire P.E., Wood H.G., Matherne G.P., Lim D.S., Peeler B.B., Olsen D.B. Computational analysis of an axial flow pediatric ventricular assist device. Artif Organs. 2004;28(10):881-91. PMID: 15384993. https://doi.org/10.1111/j.1525-1594.2004.00009.x 
    9. Иткин Г.П. Механическая поддержка кровообращения: проблемы, решения и новые технологии. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2014;16(3):76-84. [Itkin G.P. Mechanical circulatory support: problems, solutions and new directions. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2014;16(3):76-84. (In Russ.)] https://doi.org/10.15825/1995-1191-2014-3-76-84 
    10. Сапельников О.В., Чапурных А.В., Черкашин Д.И., Гришин И.Р., Николаева О.А., Ускач Т.М., Жиров И.В., Терещенко С.Н., Саидова М.А., Акчурин Р.С. Гибридный подход в лечении терминальной сердечной недостаточности в сочетании с нарушениями ритма сердца. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2017;21(2):112-117. [Sapelnikov O.V., Chapurnyh A.V., Cherkashin D.I., Grishin I.R., Nikolaeva O.A., Uskach T.M., Zhirov I.V., Tereshenko S.N., Saidova M.A., Akchurin R.S. Hybrid approach to treatment of patients with severe heart failure and arrhythmia. Patologiya krovoobrashcheniya i kardiokhirurgiya = Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2017;21(2):112-117. (In Russ.)] http://dx.doi.org/10.21688/1681-3472-2017-2-112-117 
    11. Klotz S., Meyns B., Simon A., Wittwer T., Rahmanian P., Schlensak C., Tjan T.T., Scheld H.H., Burkhoff D. Partial mechanical long-term support with the CircuLite® Synergy® pump as bridge-to-transplant in congestive heart failure. Thoracic Cardiovasc Surg. 2010;58(Suppl. 2):S173-8. PMID: 20101535. http://dx.doi.org/10.1055/s-0029-1240687 
    12. Дмитриева О.Ю., Бучнев А.С., Дробышев А.А., Иткин Г.П. Гемолизные исследования имплантируемого осевого насоса для двухэтапной трансплантации сердца у детей. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2017;19(1):22-27. [Dmitrieva O.Y., Buchnev A.S., Drobyshev A.A., Itkin G.P. Hemolysis research of implantable axial flow pump for two -step heart transplantation in children. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2017;19(1):22-27. (In Russ.)] https://doi.org/10.15825/1995-1191-2017-1-22-27 
    13. Maruyama O., Yamaguchi K., Nishida M., Onoguchi T., Tsutsui T., Jikuya T., Yamane T. Hemolytic evaluation using polyurethane microcapsule suspensions in circulatory support devices: normalized index of hemolysis comparisons of commercial centrifugal blood pumps. Artif Organs. 2008;32(2):146-56. PMID: 18005270. https://doi.org/10.1111/j.1525-1594.2007.00503.x 
    14. Medvitz R.B., Boger D.A., Izraelev V., Rosenberg G., Paterson E.G. Computational fluid dynamics design and analysis of a passively suspended Tesla pump left ventricular assist device. Artif Organs. 2011;35(5):522-33. PMID: 21595722, PMCID: PMC3426443. https://doi.org/10.1111/j.1525-1594.2010.01087.x 
    15. Jhun C.S., Newswanger R., Cysyk J., Lukic B., Weiss W., Rosenberg G. Tesla-based blood pump and its applications. J Med Device. 2013;7(4):0409171-409172. PMID: 24895521, PMCID: PMC4023856. https://doi.org/10.1115/1.4025982 
    16. Izraelev V., Weiss W.J., Fritz B., Newswanger R.K., Paterson E.G., Snyder A., Medvitz R.B., Cysyk J., Pae W.E., Hicks D., Lukic B., Rosenberg G. A passively-suspended Tesla pump left ventricular assist device. ASAIO J. 2009;55(6):556-61. PMID: 19770799, PMCID: PMC2789418. https://doi.org/10.1097/MAT.0b013e3181bae73e 
    17. Miller G.E., Madigan M., Fink R. A preliminary flow visualization study in a multiple disk centrifugal artificial ventricle. Artif Organs. 1995;19(7):680-684. PMID: 8572973. https://doi.org/10.1111/j.1525-1594.1995.tb02402.x
    18. Конышева Е.Г., Кудинов В.Л., Дозоров К.Н., Калянин С.А., Кузьмин Г.С. Стендовые исследования имплантируемого осевого насоса крови. Медицинская техника. 2010;6(264):26-29. [Konysheva E.G., Kudinov V.L., Dozorov K.N., Kalyanin S.A., Kuzmin G.S. Implantable axial bench research blood pump. Medical Equipment. 2010; 6(264):26-29. (In Russ.)]
    19. Miller G.E., Fink R. Analysis of optimal design configurations for a multiple disk centrifugal blood pump. Artif Organs. 1999;23(6):559-65. PMID: 10392285. https://doi.org/10.1046/j.1525-1594.1999.06403.x 
    20. Medvedev A.E., Fomin V.M., Samsonov V.I. Circulatory system and arterial hypertension: experimental investigation, mathematical and computer simulation. In: Ivanova L.N., Markel A.L., Blokhin A.M., Mishchenko E.V., editors. Mathematical modeling of the blood flow in blood vessels. New York: Nova Science Publishers, Inc.; 2012. p. 55-114. 
    21. Медведев А. Е., Фомин В. М. Двухфазная модель течения крови в крупных и мелких сосудах. Доклады Академии наук. 2011;441(4):476-479. [Medvedev A.E., Fomin V.M. Two-phase blood-flow model in large and small vessels. Doklady Physics. 2011;56(12):610-613. (In Russ.)] https://doi.org/10.1134/S1028335811120032 
    22. Love C.A., Cook R.B., Harvey T.J., Dearnley P.A., Wood R.J.K. Diamond like carboncoatings for potential application in biological implants — a review. Tribol Int. 2013;63:141-50. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2012.09.006 
    23. Kwok S.C.H., Wang J., Chu P.K. Surface energy, wettability, and blood compatibility phosphorus doped diamond-like carbon films. Diamond and Related Materials. 2005;14(1):78-85. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2004.07.019 
    24. Grenadyorov A.S., Solovyev А.А., Oskomov K.V., Onischenko S.A., Chernyavskiy A.M., Zhulkov M.O., Kaichev V.V. Modifying the surface of a titanium alloy with an electron beam and a-C:H:SiOx coating deposition to reduce hemolysis in cardiac assist devices. Surface and Coatings Technology. 2020;381:125113. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.125113

Жульков М. О., Головин А. М., Головина Е. О., Гренадеров А. С., Фомичев А. В., Альсов С. А., Чернявский А. М. Исследование гемолитических свойств насоса дискового типа. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2020;24(1):87-93. http://dx.doi.org/10.21688/1681-3472-2020-1-87-93


DOI: http://dx.doi.org/10.21688/1681-3472-2020-1-87-93

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.