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 Federation10.15825/1995-1191-2025-3-117-124vtio-1992Research ArticleТРАНСПЛАНТАЦИЯ СЕРДЦА И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ КРОВООБРАЩЕНИЕHEART TRANSPLANTATION AND ASSISTED CIRCULATIONОценка гемолиза крови при оптимизации крыльчатки центробежного насоса RotaFlowAssessment of blood hemolysis during optimization of the RotaFlow centrifugal pump impellerКулешовА. П.KuleshovA. P.

Кулешов Аркадий Павлович - старший научный сотрудник лаборатории биотехнических систем, к.б.н.

123182, Москва, ул. Щукинская, д. 1

Тел. (915) 292-47-98

Arkady P. Kuleshov.

1, Shchukinskaya str., Moscow, 123182

Phone: (915) 292-47-98

ilovemylene@yandex.ruГрудининН. В.GrudininN. V.

Грудинин Никита Владимирович - заведующий лабораторией биотехнических систем.

Москва

Moscow

zbignev.religa@mail.ruБучневА. С.BuchnevA. S.

Бучнев Александр Сергеевич - научный сотрудник лаборатории биотехнических систем.

Москва

Moscow

labbts@mail.ruЕленкинВ. А.ElenkinV. A.

Еленкин Валерий Аверкиевич - ведущий инженер лаборатории биотехнических систем.

Москва

Moscow

teslameter@yandex.ruШилкинД. Н.ShilkinD. N.

Шилкин Дмитрий Николаевич - младший научный сотрудник лаборатории биотехнических систем.

Москва

Moscow

d@dnshilkin.ruБогдановВ. К.BogdanovV. K.

Богданов Владимир Константинович.

Москва

Moscow

bogdanovv@bk.ruФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава РоссииРоссияShumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial OrgansRussian Federation202503092025273117124Copyright © Кулешов А.П., Грудинин Н.В., Бучнев А.С., Еленкин В.А., Шилкин Д.Н., Богданов В.К., 20252025Кулешов А.П., Грудинин Н.В., Бучнев А.С., Еленкин В.А., Шилкин Д.Н., Богданов В.К.Kuleshov A.P., Grudinin N.V., Buchnev A.S., Elenkin V.A., Shilkin D.N., Bogdanov V.K.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/1992

Проведены исследования модернизированного рабочего колеса (РК) центробежного насоса RotaFlow (Maquet, Германия) в рамках проектирования отечественного аналога. Предложенный вариант крыльчатки ротора включает как набор из основных лопастей, формирующих большую долю напора, так и дополнительных укороченных. В данном исследовании проанализированы условия эксплуатации центробежного насоса в терапии с применением аппаратов ЭКМО при давлении 350 мм рт. ст. и расходе 5 л/мин. Произведены расчеты параметров потока жидкости, характеризующих вероятностный уровень гемолиза. Основным результатом создания новой модели РК было получение большей площади зон касательных напряжений со значениями менее 10 Па, снижение времени экспозиции и индекса гемолиза. Комбинация лопастей демонстрирует лучшую характеристику эксплуатации, чем оригинальная конструкция, что подтверждается как математическими, так и стендовыми испытаниями разработанных экспериментальных моделей с применением донорской крови.

This study focuses on the evaluation of a modernized impeller for the RotaFlow centrifugal pump (Maquet, Germany), carried out as part of efforts to design a domestic counterpart. The proposed impeller features a combination of primary elongated blades, responsible for generating the majority of pressure, and secondary shortened blades. The investigation examined pump performance under extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) therapy conditions at a pressure of 350 mmHg and flow rate of 5 L/min. Computational analyses were conducted to evaluate fluid flow parameters associated with hemolysis risk. The optimized impeller demonstrated a significant increase in low tangential stress zones (<10 Pa), reduced exposure time, and a lower hemolysis index. Comparative mathematical modeling and bench testing with donor blood confirmed the improved hemodynamic performance of the redesigned impeller over the original configuration.

индекс гемолизацентробежный насоскасательные напряжениярабочее колесоhemolysis indexcentrifugal pumptangential stressesimpellerReferencesItkin GP, Bychnev AS, Kuleshov AP et al. Haemodynamic evaluation of the new pulsatile-flow generation method in vitro. The Inter-national Journal of Artificial Organs. 2020; 43 (6): 157–164.Itkin GP, Bychnev AS, Kuleshov AP et al. Haemodynamic evaluation of the new pulsatile-flow generation method in vitro. The Inter-national Journal of Artificial Organs. 2020; 43 (6): 157–164.Roberts N, Chandrasekaran U, Das S et al. Hemolysis associated with Impella heart pump positioning: In vitro hemolysis testing and computational fluid dynamics modeling. Int J Artif Organs. 2020. Mar 4: 391398820909843. doi: 10.1177/0391398820909843.Roberts N, Chandrasekaran U, Das S et al. Hemolysis associated with Impella heart pump positioning: In vitro hemolysis testing and computational fluid dynamics modeling. Int J Artif Organs. 2020. Mar 4: 391398820909843. doi: 10.1177/0391398820909843.Kilic A, Nolan TD, Li T et al. Early in vivo experience with the pediatric Jarvik 2000 heart. ASAIO J. 2007; 53 (3): 374–378. doi: 10.1097/MAT.0b013e318038fc1f.Kilic A, Nolan TD, Li T et al. Early in vivo experience with the pediatric Jarvik 2000 heart. ASAIO J. 2007; 53 (3): 374–378. doi: 10.1097/MAT.0b013e318038fc1f.Schmid C, Tjan T, Etz C et al. The excor device – revival of an old system with excellent results. Thorac Cardiovasc Surg. 2006; 54 (6): 393–399. doi: 10.1055/s-2006-924268.Schmid C, Tjan T, Etz C et al. The excor device – revival of an old system with excellent results. Thorac Cardiovasc Surg. 2006; 54 (6): 393–399. doi: 10.1055/s-2006-924268.Liu GM, Jin DH, Jiang XH et al. Numerical and In Vitro Experimental Investigation of the Hemolytic Performance at the Off-Design Point of an Axial Ventricular Assist Pump. ASAIO J. 2016; 62 (6): 657–665. doi: 10.1097/MAT.0000000000000429.Liu GM, Jin DH, Jiang XH et al. Numerical and In Vitro Experimental Investigation of the Hemolytic Performance at the Off-Design Point of an Axial Ventricular Assist Pump. ASAIO J. 2016; 62 (6): 657–665. doi: 10.1097/MAT.0000000000000429.Hastings SM, Ku DN, Wagoner S et al. Sources of circuit thrombosis in pediatric extracorporeal membrane oxygenation. ASAIO J. 2017; 63: 86–92.Hastings SM, Ku DN, Wagoner S et al. Sources of circuit thrombosis in pediatric extracorporeal membrane oxygenation. ASAIO J. 2017; 63: 86–92.Li P, Mei X, Ge W et al. A comprehensive comparison of the in vitro hemocompatibility of extracorporeal centrifugal blood pumps. Front Physiol. 2023. May 9; 14: 1136545. doi: 10.3389/fphys.2023.1136545.Li P, Mei X, Ge W et al. A comprehensive comparison of the in vitro hemocompatibility of extracorporeal centrifugal blood pumps. Front Physiol. 2023. May 9; 14: 1136545. doi: 10.3389/fphys.2023.1136545.Zhongjun WU. US20240198080A1/ Improved centrifugal blood pump. 2024.Zhongjun WU. US20240198080A1/ Improved centrifugal blood pump. 2024.Кулешов АП, Иткин ГП, Бучнев АС, Дробышев АА. Математическая оценка гемолиза канального центробежного насоса. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2020; 22 (3): 79–85. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2020-3-79-85.Kuleshov AP, Itkin GP, Buchnev AS, Drobyshev AA. Mathematical evaluation of hemolysis in a channel centrifugal blood pump. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2020; 22 (3): 79–85. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2020-3-79-85.Sarfare S, Ali MS, Palazzolo A, Rodefeld M, Conover T, Figliola R et al. Computational Fluid Dynamics Turbulence Model and Experimental Study for a Fontan Cavopulmonary Assist Device. J Biomech Eng. 2023 Nov 1; 145 (11): 111008. doi: 10.1115/1.4063088.Sarfare S, Ali MS, Palazzolo A, Rodefeld M, Conover T, Figliola R et al. Computational Fluid Dynamics Turbulence Model and Experimental Study for a Fontan Cavopulmonary Assist Device. J Biomech Eng. 2023 Nov 1; 145 (11): 111008. doi: 10.1115/1.4063088.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.Gross-Hardt S, Hesselmann F, Arens J et al. Low-flow assessment of current ECMO/ECCO2R rotary blood pumps and the potential effect on hemocompatibility. CritCare. 2019; 23: 348.Gross-Hardt S, Hesselmann F, Arens J et al. Low-flow assessment of current ECMO/ECCO2R rotary blood pumps and the potential effect on hemocompatibility. CritCare. 2019; 23: 348.Fiusco F, Broman LM, Prahl Wittberg L. Blood Pumps for Extracorporeal Membrane Oxygenation: Platelet Activation During Different Operating Conditions. ASAIO J. 2022; 68 (1): 79–86. doi: 10.1097/MAT.0000000000001493.Fiusco F, Broman LM, Prahl Wittberg L. Blood Pumps for Extracorporeal Membrane Oxygenation: Platelet Activation During Different Operating Conditions. ASAIO J. 2022; 68 (1): 79–86. doi: 10.1097/MAT.0000000000001493.Giersiepen M, Wurzinger LJ, Opitz R, Reul H. Estimation of shear-related blood damage in heart valve prostheses – in vitro comparison of 25 aortic valves. Int J Artif Organs. 1990; 13: 300–306.Giersiepen M, Wurzinger LJ, Opitz R, Reul H. Estimation of shear-related blood damage in heart valve prostheses – in vitro comparison of 25 aortic valves. Int J Artif Organs. 1990; 13: 300–306.Thamsen B, Blümel B, Schaller J et al. Numerical analysis of blood damage potential of the HeartMate II and HeartWare HVAD rotary blood pumps. Artificial Organs. 2015; 39 (8): 651–659.Thamsen B, Blümel B, Schaller J et al. Numerical analysis of blood damage potential of the HeartMate II and HeartWare HVAD rotary blood pumps. Artificial Organs. 2015; 39 (8): 651–659.Heuser G, Opitz R. A Couette viscometer for short time shearingof blood. Biorheology. 1980; 17: 17–24.Heuser G, Opitz R. A Couette viscometer for short time shearingof blood. Biorheology. 1980; 17: 17–24.Leverett L et al. Red Blood Cell Damage by Shear Stress. Biophysical Journal. 1972; 3 (12): 257–273.Leverett L et al. Red Blood Cell Damage by Shear Stress. Biophysical Journal. 1972; 3 (12): 257–273.Fang P, Du J, Yu S. Effect of the Center Post Establishment and Its Design Variations on the Performance of a Centrifugal Rotary Blood Pump. Cardiovasc Eng Technol. 2020; 11 (4): 337–349. doi: 10.1007/s13239-020-00464-0.Fang P, Du J, Yu S. Effect of the Center Post Establishment and Its Design Variations on the Performance of a Centrifugal Rotary Blood Pump. Cardiovasc Eng Technol. 2020; 11 (4): 337–349. doi: 10.1007/s13239-020-00464-0.

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