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 Federation10.15825/1995-1191-2017-1-28-34vtio-729Research ArticleТрансплантация сердца и вспомогательное кровообращениеHeart Transplantation and Assisted CirculationЭкспериментальная оценка устройства механической поддержки сердца на основе дискового насоса вязкого тренияExperimental evaluation of mechanical heart support system based on viscous friction disc pumpЧернявскийА. М.ChernyavskiyA. M.

Кардиохирургическое отделение аорты и коронарных артерий

Новосибирск, Российская Федерация

Novosibirsk, Russian Federation

РузматовТ. М.RuzmatovT. M.

Кардиохирургическое отделение аорты и коронарных артерий

Новосибирск, Российская Федерация

Novosibirsk, Russian Federation

ФомичевА. В.FomichevA. V.

Кардиохирургическое отделение аорты и коронарных артерий

Новосибирск, Российская Федерация

Адрес: 630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15. Тел. (913) 487-29-65

Novosibirsk, Russian Federation

a_fomichev@list.ruМедведевА. Е.MedvedevA. E.

Новосибирск, Российская Федерация

Novosibirsk, Russian Federation

ПриходькоЮ. М.PrikhodkoYu. M.

Новосибирск, Российская Федерация

Novosibirsk, Russian Federation

ФоминВ. М.FominV. M.

Новосибирск, Российская Федерация

Novosibirsk, Russian Federation

ФомичевВ. П.FomichevV. P.

Новосибирск, Российская Федерация

Novosibirsk, Russian Federation

ЛомановичК. А.LomanovichK. A.

Новосибирск, Российская Федерация

Novosibirsk, Russian Federation

КараськовА. М.KaraskovA. M.

Кардиохирургическое отделение аорты и коронарных артерий

Новосибирск, Российская Федерация

Novosibirsk, Russian Federation

ФГУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е.Н. Мешалкина» Минздрава РоссииРоссияFederal State Institution «E.N. Meshalkin Novosibirsk Research Institute of Circulation Pathology» of the Ministry of Healthcare of the Russian FederationRussian FederationИнститут теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАНРоссияKhristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Siberian branch of Russian Academy of the SciencesRussian Federation2017140420171912834Copyright © 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., 20172017Чернявский 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.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.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/729Цель

Цель: экспериментальная оценка производительности дискового насоса вязкого трения, изучение взаимосвязи междискового зазора и размеров входных и выходных отверстий и параметров производительности насоса.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для изучения характеристик и оптимизации конструкции дискового насоса трения, предназначенного для перекачивания крови, был изготовлен макет насоса и стенд для его испытания. Габариты насоса задавались, исходя из медико-биологических требований для систем механической поддержки сердца и с учетом экспериментальных исследований наших коллег из Пенсильвании. Объемный расход рабочей жидкости измерялся поплавковым ротаметром Krohne VA-40 c погрешностью измерений не более 1%. Значения давления в гидродинамическом контуре измерялись при помощи монитора производства фирмы «Биософт-М». Дросселирующее устройство позволяло менять гидравлическое сопротивление системы, имитируя общее периферическое сопротивление сердечно-сосудистой системы человека.

Результаты

Результаты. В ходе эксперимента получена линейная прямая зависимость между производительностью насоса и создаваемым им перепадом давления жидкости на входе и выходе на насосе. Требуемые значения расхода (5–7 л/мин) и давления (90–100 мм рт. ст.) достигаются при частоте вращения ротора в диапазоне 2500–3000 об/мин. Показано, что увеличение входного диаметра до 15 мм не привело к значимому увеличению производительности насоса, а наибольшие значения производительности можно получить для величины междискового зазора 0,4–0,5 мм.

Заключение

Заключение. Спроектированный и изготовленный экспериментальный макет дискового насоса для перекачивания жидкости показал принципиальную возможность использовать такую модель в качестве системы для механической поддержки сердца.

Aim

Aim. Experimental evaluation of the viscous friction disk pump efficiency, studying the relationship between inter-disk clearance and sizes of input and output ports and pump performance parameters.

Materials and methods

Materials and methods. To assess the characteristics and to optimize the disk friction pump design the pump model and experimental stand were created. Pump dimensions were set on the basis of medical and biological requirements for mechanical heart support systems and with due consideration of the experimental studies of our colleagues from Pennsylvania. Flow volume of the working fluid was measured by float rotameter Krohne VA-40 with measurement error of not more than 1%. The pressure values in the hydrodynamic circuit were measured using a monitor manufactured by Biosoft-M. Expansion device allowed changing the flow resistance of the system simulating the total peripheral resistance of the circulatory system.

Results

Results. Linear direct correlation between the pump performance and the pressure drop of liquid being created at the inlet and outlet of the pump was obtained. The required flow rate (5–7 l/min) and pressure (90–100 mmHg) were reached when the rotor speed was in the range of 2500–3000 rev/min. It has been shown that the increase of the inlet diameter to 15 mm has not resulted in a significant increase in the pump performance, and that the highest efficiency values can be obtained for the magnitude of inter-disk gap of 0.4–0.5 mm.

Conclusion

Conclusion. Designed and manufactured experimental disc pump model for pumping fluid has showed the fundamental possibility to use this model as a system for mechanical support of the heart.

сердечная недостаточностьмеханическая поддержка сердцаheart failuremechanical heart supportReferencesKelly DT. Paul Dudley White International Lecture Our Future Society: A Global Challenge. Circulation. 1997; 95 (11): 2459–2464.Kelly DT. Paul Dudley White International Lecture Our Future Society: A Global Challenge. Circulation. 1997; 95 (11): 2459–2464.Фомин ИВ, Фомин КВ, Беленков ЮН и др. Распространенность хронической сердечной недостаточности в Европейской части Российской Федерации – данные ЭПОХА-ХСН. Сердечная недостаточность. 2006; 7 (3): 112–115. Fomin IV, Fomin KV, Belenkov YuN i dr. Rasprostranennost’ hronicheskoj serdechnoj nedostatochnosti v Evropejskoj chasti Rossijskoj Federacii – dannye EPOHA-HSN. Serdechnaya nedostatochnost’. 2006; 7 (3): 112–115.Фомин ИВ, Фомин КВ, Беленков ЮН и др. Распространенность хронической сердечной недостаточности в Европейской части Российской Федерации – данные ЭПОХА-ХСН. Сердечная недостаточность. 2006; 7 (3): 112–115. Fomin IV, Fomin KV, Belenkov YuN i dr. Rasprostranennost’ hronicheskoj serdechnoj nedostatochnosti v Evropejskoj chasti Rossijskoj Federacii – dannye EPOHA-HSN. Serdechnaya nedostatochnost’. 2006; 7 (3): 112–115.Беленков ЮН, Фомин ИВ, Мареев ВЮ. Первые результаты Российского эпидемиологического исследования по ХСН. Сердечная недостаточность. 2003; 4 (11): 26–30. Belenkov YuN, Fomin IV, Mareev VYu. Pervye rezul’taty Rossijskogo ehpidemiologicheskogo issledovaniya po HSN. Serdechnaya nedostatochnost’. 2003; 4 (11): 26–30.Беленков ЮН, Фомин ИВ, Мареев ВЮ. Первые результаты Российского эпидемиологического исследования по ХСН. Сердечная недостаточность. 2003; 4 (11): 26–30. Belenkov YuN, Fomin IV, Mareev VYu. Pervye rezul’taty Rossijskogo ehpidemiologicheskogo issledovaniya po HSN. Serdechnaya nedostatochnost’. 2003; 4 (11): 26–30.Мареев ВЮ, Агеев ФТ, Арутюнов ГП и др. Национальные рекомендации ОССН, РКО и РНМОТ по диагностике и лечению ХСН (четвертый пересмотр). Сердечная недостаточность. 2013; 14 (7): 379–472. Mareev VYu, Ageev FT, Arutyunov GP i dr. Nacional’nye rekomendacii OSSN, RKO i RNMOT po diagnostike i lecheniyu HSN (chetvertyj peresmotr). Serdechnaya nedostatochnost’. 2013; 14 (7): 379–472.Мареев ВЮ, Агеев ФТ, Арутюнов ГП и др. Национальные рекомендации ОССН, РКО и РНМОТ по диагностике и лечению ХСН (четвертый пересмотр). Сердечная недостаточность. 2013; 14 (7): 379–472. Mareev VYu, Ageev FT, Arutyunov GP i dr. Nacional’nye rekomendacii OSSN, RKO i RNMOT po diagnostike i lecheniyu HSN (chetvertyj peresmotr). Serdechnaya nedostatochnost’. 2013; 14 (7): 379–472.Stehlik J, Edwards LB. The Registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation: 29th official adult heart transplant report – 2012. The Journal of heart and lung transplantation. 2012; 31 (10): 1052–1064.Stehlik J, Edwards LB. The Registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation: 29th official adult heart transplant report – 2012. The Journal of heart and lung transplantation. 2012; 31 (10): 1052–1064.Garbade J, Bittner HB, Barten MJ et al. Current Trends in Implantable Left Ventricular Assist Devices. Cardiology Research and Practice. 2011. Vol. 2011, Article ID 290561, 9 pages, 2011. doi: 10.4061/2011/290561.Garbade J, Bittner HB, Barten MJ et al. Current Trends in Implantable Left Ventricular Assist Devices. Cardiology Research and Practice. 2011. Vol. 2011, Article ID 290561, 9 pages, 2011. doi: 10.4061/2011/290561.Чернявский АМ, Ефремова ОС, Рузматов ТМ и др. Предикторы отдаленной летальности больных ишемической болезнью сердца с выраженной левожелудочковой дисфункцией. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2015; 19 (2): 49–55. Cherniavsky AM, Yefremova OS, Ruzmatov TM et al. Predictors of remote mortality of CHD patients with severe left ventricular dysfunction. Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2015; 19 (2): 49–55. [English abstract].Чернявский АМ, Ефремова ОС, Рузматов ТМ и др. Предикторы отдаленной летальности больных ишемической болезнью сердца с выраженной левожелудочковой дисфункцией. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2015; 19 (2): 49–55. Cherniavsky AM, Yefremova OS, Ruzmatov TM et al. Predictors of remote mortality of CHD patients with severe left ventricular dysfunction. Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2015; 19 (2): 49–55. [English abstract].Иткин ГП. Устройства для вспомогательного кровообращения: прошлое, настоящее и будущее непульсирующих насосов. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2009; 11 (3): 81–87. Itkin GР. Ventricle assist device: past, present, and future nonpulsatile pumps. Vestnik transplantologii i iskusstvennykh organov = Russian journal of transplantology and artificial organs. 2009; 11 (3): 81–87. [English abstract].Иткин ГП. Устройства для вспомогательного кровообращения: прошлое, настоящее и будущее непульсирующих насосов. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2009; 11 (3): 81–87. Itkin GР. Ventricle assist device: past, present, and future nonpulsatile pumps. Vestnik transplantologii i iskusstvennykh organov = Russian journal of transplantology and artificial organs. 2009; 11 (3): 81–87. [English abstract].Иткин ГП. Механическая поддержка кровообращения: проблемы, решения и новые технологии. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2014; 16 (3): 76–84. Itkin GP. Mechanical circulatory support: problems, solutions and new directions. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2014; 16 (3): 76–84. (In Russ.) doi: 10,15825/1995-1191-2014-3-76-84.Иткин ГП. Механическая поддержка кровообращения: проблемы, решения и новые технологии. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2014; 16 (3): 76–84. Itkin GP. Mechanical circulatory support: problems, solutions and new directions. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2014; 16 (3): 76–84. (In Russ.) doi: 10,15825/1995-1191-2014-3-76-84.Tesla N. Fluid propulson. U.S. Patent 1,061,206, 1913.Tesla N. Fluid propulson. U.S. Patent 1,061,206, 1913.Мисюра ВИ, Овсянников БВ, Присняков ВФ. Дисковые насосы. М.: Машиностроение, 1986. Misjura VI, Ovsjannikov BV, Prisnjakov VF. Diskovye nasosy. M.: Mashinostroenie, 1986.Мисюра ВИ, Овсянников БВ, Присняков ВФ. Дисковые насосы. М.: Машиностроение, 1986. Misjura VI, Ovsjannikov BV, Prisnjakov VF. Diskovye nasosy. M.: Mashinostroenie, 1986.Медведев АЕ, Фомин ВМ. Двухфазная модель течения крови в крупных и мелких сосудах. Доклады Академии наук. 2011; 441 (4): 476–479. Medvedev AE, Fomin VM. Dvuhfaznaja model’ techenija krovi v krupnyh i melkih sosudah. Doklady Akademii nauk. 2011; 441 (4): 476–479.Медведев АЕ, Фомин ВМ. Двухфазная модель течения крови в крупных и мелких сосудах. Доклады Академии наук. 2011; 441 (4): 476–479. Medvedev AE, Fomin VM. Dvuhfaznaja model’ techenija krovi v krupnyh i melkih sosudah. Doklady Akademii nauk. 2011; 441 (4): 476–479.Медведев АЕ. Двухфазная модель течения крови. Российский журнал биомеханики. 2013; 17; 4 (62): 22–36. Medvedev AE. Dvuhfaznaja model’ techenija krovi. Rossijskij zhurnal biomehaniki. 2013; 17; 4 (62): 22–36.Медведев АЕ. Двухфазная модель течения крови. Российский журнал биомеханики. 2013; 17; 4 (62): 22–36. Medvedev AE. Dvuhfaznaja model’ techenija krovi. Rossijskij zhurnal biomehaniki. 2013; 17; 4 (62): 22–36.Miller GE, Etter BD, Dorsi JM. A multiple disk centrifugal pump as a blood flow device. IEEE Trans. Biomed. Eng. 1990; 37 (2): 157–163.Miller GE, Etter BD, Dorsi JM. A multiple disk centrifugal pump as a blood flow device. IEEE Trans. Biomed. Eng. 1990; 37 (2): 157–163.Miller GE, Sidhu A, Fink R et al. Evaluation of a multiple disk centrifugal pump as an artificial ventricle. Artificial Organs. 1993; 17 (7): 590–592.Miller GE, Sidhu A, Fink R et al. Evaluation of a multiple disk centrifugal pump as an artificial ventricle. Artificial Organs. 1993; 17 (7): 590–592.Miller GE, Madigan M, Fink R. A preliminary flow visualization study in a multiple disk centrifugal artificial ventricle. Artificial Organs. 1995; 19 (7): 680–684.Miller GE, Madigan M, Fink R. A preliminary flow visualization study in a multiple disk centrifugal artificial ventricle. Artificial Organs. 1995; 19 (7): 680–684.Miller GE, Fink R. Analysis of optimal design configurations for a multiple disk centrifugal blood pump. Artificial Organs. 1999; 23 (6): 559–565.Miller GE, Fink R. Analysis of optimal design configurations for a multiple disk centrifugal blood pump. Artificial Organs. 1999; 23 (6): 559–565.Izraelev V, Weiss WJ, Fritz B et al. A passive-suspended Tesla pump left ventricular assist device. ASAIO Journal. 2009; 55 (6): 556–561.Izraelev V, Weiss WJ, Fritz B et al. A passive-suspended Tesla pump left ventricular assist device. ASAIO Journal. 2009; 55 (6): 556–561.Medvitz RB, Boger DA, Izraelev V et al. CFD Design and Analysis of a Passively Suspended Tesla Pump Left Ventricular Assist Device. Artificial Organs. 2011; 35 (5): 522–533.Medvitz RB, Boger DA, Izraelev V et al. CFD Design and Analysis of a Passively Suspended Tesla Pump Left Ventricular Assist Device. Artificial Organs. 2011; 35 (5): 522–533.Конышева ЕГ и др. Стендовые исследования имплантируемого осевого насоса крови. Медицинская техника. 2010; 6: 264. Konysheva EG i dr. Stendovye issledovanija implantiruemogo osevogo nasosa krovi. Medicinskaja tehnika. 2010; 6: 264.Конышева ЕГ и др. Стендовые исследования имплантируемого осевого насоса крови. Медицинская техника. 2010; 6: 264. Konysheva EG i dr. Stendovye issledovanija implantiruemogo osevogo nasosa krovi. Medicinskaja tehnika. 2010; 6: 264.

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