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 Federation10.15825/1995-1191-2021-4-79-85vtio-1409Research ArticleТрансплантация сердца и вспомогательное кровообращениеHeart Transplantation and Assisted CirculationРазработка конструкции и 3D-модели устройства динамической фильтрации микропузырьков для систем искусственного кровообращенияDesign and 3D-model of a dynamic bubble trap for cardiopulmonary bypassКулешовА. П.KuleshovA. P.

Кулешов Аркадий Павлович

119619, Москва, ул. Производственная, д. 10, к. 1, кв. 519

Тел. (915) 292-47-98

Arkadii Kuleshov

519, 1, 10, Proizvodstvennaya str., Moscow, 119619, Russian Federation

Phone: (915) 292-47-98

ilovemylene@yandex.ruБучневА. С.BuchnevA. S.

Москва

Moscow

ДробышевА. А.DrobyshevA. A.

Москва

Moscow

ИткинГ. П.ItkinG. P.

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 Federation2021291120212347985Copyright © Кулешов А.П., Бучнев А.С., Дробышев А.А., Иткин Г.П., 20222022Кулешов А.П., Бучнев А.С., Дробышев А.А., Иткин Г.П.Kuleshov A.P., Buchnev A.S., Drobyshev A.A., Itkin G.P.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/1409

При использовании систем экстракорпорального кровообращения (АИК, ЭКМО) существует вероятность микроэмболии сосудов головного мозга и сердца, что существенно снижает постоперационную реабилитацию и нередко приводит к тяжелым осложнениям. Микроэмболия возникает из-за попадания микропузырьков (МП) кислорода или воздуха в артериальную систему пациентов. Существующие системы АИК имеют встроенные системы регистрации МП, но не включают системы удаления МП в контуре. Аппараты ЭКМО имеют артериальные фильтры, но не могут обеспечить надежную фильтрацию МП размером меньше 40 мкм в широком диапазоне расхода. Нами предложен альтернативный метод, который предполагает применение эффективного устройства динамической фильтрации (УДФ) как больших, так и малых пузырьков. Проектирование включает разработку двух вариантов УДФ для условий гемодинамики как взрослого, так и педиатрического пациентов. Устройство устанавливается в выходной магистрали АИК и ЭКМО и обеспечивает достаточную сепарацию пузырьков из магистралей в диапазоне кровотока 3,0–5,0 л/мин для взрослого пациента и 0,5–2,0 л/мин для педиатрического пациента. Разработанные компьютерные модели показали возможность сепарации МП размером менее 10 мкм. Применение данного устройства позволит уменьшить вероятность воздушной эмболии в несколько раз и позволит пересмотреть концепцию применения дорогостоящих артериальных фильтров.

The use of extracorporeal circulation systems (cardiopulmonary bypass pumps, ECMO) can lead to brain and coronary artery microembolism, which significantly reduces postoperative rehabilitation and often leads to severe complications. Microembolism occurs when oxygen or air microbubbles (MBs) enter the arterial system of patients. Existing CPB pumps come with built-in bubble trap systems but cannot remove bubbles in the circuit. ECMO devices have arterial filters but cannot reliably filter out <40 μm bubbles in a wide flow range. We have proposed an alternative method that involves the use of an efficient dynamic bubble trap (DBT) for both large and small bubbles. The design includes development of two DBT variants for hemodynamic conditions of adult and pediatric patients. The device is installed in the CPB pump and ECMO outlet lines. It provides sufficient bubble separation from the lines in a blood flow of 3.0–5.0 L/min for adults and 0.5–2.0 L/min for children. The developed computer models have shown that MBs smaller than 10 μm can be filtered. The use of this device will greatly reduce the likelihood of air embolism and provide the opportunity to reconsider the concept of expensive arterial filters.

сердечно-легочный обходмикропузырькиЭКМОcardiopulmonary bypassmicrobubblesECMOReferencesCavayas YA, del Sorbo L, Fan E. Intracranial hemorrhage in adults on ECMO. Perfusion. 2018; 33: 42–50. doi: 10.1177/0267659118766435.Cavayas YA, del Sorbo L, Fan E. Intracranial hemorrhage in adults on ECMO. Perfusion. 2018; 33: 42–50. doi: 10.1177/0267659118766435.Zanatta P, Forti A, Bosco E et al. Microembolic signals and strategy to prevent gas embolism during extracorporeal membrane oxygenation. J Cardiothorac Surg. 2010; 5: 1–5. doi: 10.1186/1749-8090-5-5.Zanatta P, Forti A, Bosco E et al. Microembolic signals and strategy to prevent gas embolism during extracorporeal membrane oxygenation. J Cardiothorac Surg. 2010; 5: 1–5. doi: 10.1186/1749-8090-5-5.ClinganS, Schuldes M, Francis S, Hoerr Jr H, Riley J. In vitro elimination of gaseous microemboli utilizing hypobaric oxygenation in the Terumo FX15 oxygenator. Perfusion. 2016; 31 (7): 552–559. doi: 10.1177/0267659116638148.ClinganS, Schuldes M, Francis S, Hoerr Jr H, Riley J. In vitro elimination of gaseous microemboli utilizing hypobaric oxygenation in the Terumo FX15 oxygenator. Perfusion. 2016; 31 (7): 552–559. doi: 10.1177/0267659116638148.Honig A, Leker RR. Cerebral micro-infarcts; the hidden missing link to vascular cognitive decline. J Neurol Sci. 2021; 420: 1171–1171. doi: 10.1016/j.jns.2020.117171.Honig A, Leker RR. Cerebral micro-infarcts; the hidden missing link to vascular cognitive decline. J Neurol Sci. 2021; 420: 1171–1171. doi: 10.1016/j.jns.2020.117171.Chen YY, Chen YC, Wu CC, Yen HT, Huang KR, Sheu JJ, Lee FY. Clinical course and outcome of patients with acute pulmonary embolism rescued by veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation: a retrospective review of 21 cases. Journal of Cardiothoracic Surgery. 2020; 15 (1). doi: 10.1186/s13019-020-01347-0.Chen YY, Chen YC, Wu CC, Yen HT, Huang KR, Sheu JJ, Lee FY. Clinical course and outcome of patients with acute pulmonary embolism rescued by veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation: a retrospective review of 21 cases. Journal of Cardiothoracic Surgery. 2020; 15 (1). doi: 10.1186/s13019-020-01347-0.Tingleff J, Jouce FS, Pettersson G. Intaoperative echocardiographic study of air embolism during cardiac operation. Ann Thorac Surgery (USA). 1995; 60 (3): 673–677.Tingleff J, Jouce FS, Pettersson G. Intaoperative echocardiographic study of air embolism during cardiac operation. Ann Thorac Surgery (USA). 1995; 60 (3): 673–677.Munakata R, Yamamoto T, Hosokawa Y et al. Massive pulmonary embolism requiring extracorporeal life support treated with catheterbased interventions. International heart journal. 2012; 53: 370–374.Munakata R, Yamamoto T, Hosokawa Y et al. Massive pulmonary embolism requiring extracorporeal life support treated with catheterbased interventions. International heart journal. 2012; 53: 370–374.Myers GJ, Voorhees C, Haynes R, Eke B. Post-arterial filter gaseous microemboli activity of five integral cardiotomy reservoirs during venting: an in vitro studyJECT. The Journal of Extra Corporeal Technology. 2009; 41:20–27.Myers GJ, Voorhees C, Haynes R, Eke B. Post-arterial filter gaseous microemboli activity of five integral cardiotomy reservoirs during venting: an in vitro studyJECT. The Journal of Extra Corporeal Technology. 2009; 41:20–27.De Somer F. Impact of oxygenator characteristics on its capability to remove gaseous microemboli. J Extra Corpor Technol. 2007; 39 (4): 271–273.De Somer F. Impact of oxygenator characteristics on its capability to remove gaseous microemboli. J Extra Corpor Technol. 2007; 39 (4): 271–273.Nielsen PF, Funder JA, Jensen MØ, Nygaard H. Influence of venous reservoir level on microbubbles in cardiopulmonary bypass. Perfusion. 2008; 23 (6): 347–353. doi: 10.1177/0267659109104954.Nielsen PF, Funder JA, Jensen MØ, Nygaard H. Influence of venous reservoir level on microbubbles in cardiopulmonary bypass. Perfusion. 2008; 23 (6): 347–353. doi: 10.1177/0267659109104954.Born F, König F, Chen J, Günther S, Hagl C, Thierfelder N. Generation of microbubbles in extracorporeal life support and assessment of new elimination strategies. Artificial Organs. 2020; 44: 268–277. doi: 10.1111/aor.13557.Born F, König F, Chen J, Günther S, Hagl C, Thierfelder N. Generation of microbubbles in extracorporeal life support and assessment of new elimination strategies. Artificial Organs. 2020; 44: 268–277. doi: 10.1111/aor.13557.Born F, Khaladj N, Pichlmaier M, Schramm R, Hagl C. Potential impact of oxygenators with venous air trap on air embolism in veno-arterial extracorporeal life support. Technology and Health Care. 2017; 25 (1): 111–121. doi: 10.3233/THC-161248.Born F, Khaladj N, Pichlmaier M, Schramm R, Hagl C. Potential impact of oxygenators with venous air trap on air embolism in veno-arterial extracorporeal life support. Technology and Health Care. 2017; 25 (1): 111–121. doi: 10.3233/THC-161248.Goritz S, Schelkle H, Rein J-G, Urbanek S. Dynamic bubble trap can replace an arterial filter during cardiopulmonary bypass surgery. Perfusion. 2006; 21: 367–371.Goritz S, Schelkle H, Rein J-G, Urbanek S. Dynamic bubble trap can replace an arterial filter during cardiopulmonary bypass surgery. Perfusion. 2006; 21: 367–371.Johagen D, Appelblad M, Svenmarker S. Can the Oxygenator Screen Filter Reduce Gaseous Microemboli? J Extra Corpor Technol. 2014; 46 (1): 60–66.Johagen D, Appelblad M, Svenmarker S. Can the Oxygenator Screen Filter Reduce Gaseous Microemboli? J Extra Corpor Technol. 2014; 46 (1): 60–66.

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