vtioВестник трансплантологии и искусственных органовRussian Journal of Transplantology and Artificial Organs1995-1191Academician V.I.Shumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs", Ministry of Health of the Russian Federation10.15825/1995-1191-2020-3-79-85vtio-1230Research ArticleТрансплантация сердца и вспомогательное кровообращениеHeart Transplantation and Assisted CirculationМатематическая оценка гемолиза канального центробежного насосаMathematical evaluation of hemolysis in a channel centrifugal blood pumpКулешовА. П.KuleshovA. P.

Кулешов Аркадий Павлович.

Адрес: 123182, Москва, ул. Щукинская, д. 1.

Тел. (915) 292-47-98.

Arkady Kuleshov.

Address: 1, Shchukinskaya str., Moscow, Russian Federation. 

Phone: (915) 292-47-98.

ilovemylene@yandex.ruИткинГ. П.ItkinG. P.

Москва

Moscow

БучневА. С.BuchnevA. S.

Москва

Moscow

ДробышевА. А.DrobyshevA. A.

Москва

Moscow

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава РоссииРоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial OrgansRussian FederationФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России; ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»РоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs; Moscow Institute of Physics and TechnologyRussian Federation2020061020202237985Copyright © Кулешов А.П., Иткин Г.П., Бучнев А.С., Дробышев А.А., 20202020Кулешов А.П., Иткин Г.П., Бучнев А.С., Дробышев А.А.Kuleshov A.P., Itkin G.P., Buchnev A.S., Drobyshev A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.transpl.ru/vtio/article/view/1230

Целью работы является проведение исследований на математической модели по оценке гемолитических характеристик в разработанном нами канальном центробежном насосе в диапазоне скоростей рабочего колеса 2000–3400 об/мин и перепадом давления 100–250 мм рт. cт. в разных отделах проточного тракта насоса. Расчетный индекс гемолиза проведен при скоростях потока от 1 до 10 л/мин. Результатом работы явилась оценка среднего значения касательного напряжения (КН) с учетом распределения в насосе, которое составило от 40 до 60 Па. Были проведены оценки наиболее критичных с точки зрения травмы крови зон насоса. В результате расчетов определены максимальные КН в зоне РК 456 Па и прилежащей зоне корпуса 533,3 Па, при соответствующем времени экспозиции 0,0115 и 0,0821 с. В этих зонах наблюдаются максимальные значения ИГ 0,0420 и 0,0744. На основании полученных данных была проведена оптимизация данных зон с точки зрения минимизации гемолиза.

The objective of this work is to conduct research on a mathematical model to assess hemolytic characteristics in a channel centrifugal blood pump developed by us with 2000–3400 rpm impeller speed range and 100–250 mmHg pressure drop in different parts of the pump flow path. Hemolysis index was measured at 1 to 10 L/min flow rate. The result was an estimate of the average magnitude of the shear stress (SS), taking into account the distribution in the pump, which ranged from 40 to 60 Pa. The most critical areas of the pump in terms of blood injury were evaluated. The maximum SSs were determined: 456 Pa in the impeller wheel zone and 533.3 Pa in the adjacent area of the body, with an exposure time of 0.0115 s and 0.0821 s respectively. In these zones, maximum hemolysis index values were 0.0420 and 0.0744 respectively. Based on the data obtained, these zones were optimized in terms of minimizing hemolysis.

3D-моделированиемеханическая поддержка кровообращенияканальный центробежный насоскасательное напряжениевремя экспозициииндекс гемолиза3D modelingmechanical circulatory supportchannel centrifugal blood pumpshear stressexposure timehemolysis indexReferencesWiegmann L, Thamsen B, de Zélicourt D, Granegger M, Boës S, Schmid Daners M, Kurtcuoglu V. Fluid dynamics in the HeartMate 3: Influence of the artificial pulse feature and residual cardiac pulsation. Artif Organs. 2019 Apr 7; 43 (4): 363–376. Epub 2018 Nov 7. doi: 10.1111/aor.13346.Wiegmann L, Thamsen B, de Zélicourt D, Granegger M, Boës S, Schmid Daners M, Kurtcuoglu V. Fluid dynamics in the HeartMate 3: Influence of the artificial pulse feature and residual cardiac pulsation. Artif Organs. 2019 Apr 7; 43 (4): 363–376. Epub 2018 Nov 7. doi: 10.1111/aor.13346.Thamsen B, Gülan U, Wiegmann L, Loosli C, Schmid Daners M, Kurtcuoglu V et al. Assessment of the Flow Field in the HeartMate 3 Using Three-Dimensional Particle Tracking Velocimetry and Comparison to Computational Fluid Dynamics. ASAIO Journal. 2019; 1. doi: 10.1097/mat.0000000000000987.Thamsen B, Gülan U, Wiegmann L, Loosli C, Schmid Daners M, Kurtcuoglu V et al. Assessment of the Flow Field in the HeartMate 3 Using Three-Dimensional Particle Tracking Velocimetry and Comparison to Computational Fluid Dynamics. ASAIO Journal. 2019; 1. doi: 10.1097/mat.0000000000000987.Кулешов АП, Иткин ГП, Байбиков АС. Разработка центробежного насоса канального типа. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2018; 20 (3): 32–39.Kuleshov AP, Itkin GP, Baybikov AS. Razrabotka tsentrobezhnogo nasosa kanal’nogo tipa. Vestnik transplantologii i iskusstvennykh organov. 2018; 20 (3): 32–39.Thamsen B, Blümel B, Schaller J, Paschereit CO, Affeld K, Goubergrits L, Kertzscher U. Numerical Analysis of Blood Damage Potential of the HeartMate II and HeartWare HVAD Rotary Blood Pumps. Artificial Organs. 2015; 39 (8): 651–659. doi: 10.1111/aor.12542.Thamsen B, Blümel B, Schaller J, Paschereit CO, Affeld K, Goubergrits L, Kertzscher U. Numerical Analysis of Blood Damage Potential of the HeartMate II and HeartWare HVAD Rotary Blood Pumps. Artificial Organs. 2015; 39 (8): 651–659. doi: 10.1111/aor.12542.Ломакин АА. Центробежные и осевые насосы. 2-е изд., перераб. и доп. М.–Л.: Машиностроение, 1966. 364.Lomakin AA. Tsentrobezhnye i osevye nasosy. 2-e izd., pererab. i dop. M.–L.: Mashinostroenie, 1966. 364.Taskin ME, Fraser KH, Zhang T, Gellman B, Fleischli A, Dasse KA et al. Computational Characterization of Flow and Hemolytic Performance of the UltraMag Blood Pump for Circulatory Support. Artificial Organs. 2010; 34 (12): 1099–1113. doi: 10.1111/j.1525-1594.2010.01017.x.Taskin ME, Fraser KH, Zhang T, Gellman B, Fleischli A, Dasse KA et al. Computational Characterization of Flow and Hemolytic Performance of the UltraMag Blood Pump for Circulatory Support. Artificial Organs. 2010; 34 (12): 1099–1113. doi: 10.1111/j.1525-1594.2010.01017.x.Paul R, Schügner F, Reul H, Ray G. Recent findings on flow induced blood damage: critical shear stresses and exposure times obtained with a high shear stress Couette system. Artif Organs. 1999; 23: 680.Paul R, Schügner F, Reul H, Ray G. Recent findings on flow induced blood damage: critical shear stresses and exposure times obtained with a high shear stress Couette system. Artif Organs. 1999; 23: 680.Schima H, Müller MR, Tsangaris S et al. Mechanical blood traumatization by tubing and throttles in vitro pump tests: Experimental results and implications for hemolysis theory. Artif Organs. 1993; 17: 167–170.Schima H, Müller MR, Tsangaris S et al. Mechanical blood traumatization by tubing and throttles in vitro pump tests: Experimental results and implications for hemolysis theory. Artif Organs. 1993; 17: 167–170.De Wachter D, Verdonck P, Verhoeven R, Hombrouckx R. Red cell injury assessed in a numerical model of a peripheral dialysis needle. ASAIO J. 1996; 42: M524–29.De Wachter D, Verdonck P, Verhoeven R, Hombrouckx R. Red cell injury assessed in a numerical model of a peripheral dialysis needle. ASAIO J. 1996; 42: M524–29.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.