Численный анализ влияния конфигурации канюли осевого насоса на образование зон стагнации и рециркуляции в левом желудочке сердца

Цель: Провести анализ входной канюли имплантируемого осевого насоса системы длительного обхода левого желудочка сердца с целью минимизации осложнений, связанных с тромбообразованием. Материалы и методы. Рассматривалась гемодинамика для 4 различных вариантов конструкции входной канюли, длиной от 0 до 25 мм. Наибольшее внимание было уделено зонам у основания канюли. Анализ проводился средствами пакета OpenFOAM. Результаты. В работе показано, что зоны стагнации и рециркуляции прямо зависят от длины канюли при размещении в левом желудочке, и соответственно, повышается вероятность тромбообразования. Заключение. Полученные результаты показывают влияние конструкции входной канюли на вероятность тромбообразования в ней. При этом увеличение длины входной канюли приводит к увеличению зон застоя и рециркуляции, что дает основание для поиска других возможных ее модификаций.

1. Arie Blitz. Pump thrombosis – A riddle wrapped in a mystery inside an enigma. Ann Cardiothorac Surg. 2014; 3 (5): 450–471. doi: 10.3978/j.issn.2225- 319X.2014.09.10.

2. Bachman TN, Bhama JK, Verkaik J, Vandenberghe S, Kormos RL, Antaki JF. In vitro Evaluation of Ventricular Cannulation for Rotodynamic Cardiac Assist Devices. Cardiovasc Eng Technol. 2011 Sep; 2 (3): 203–211. doi: 10.1007/s13239-011-0050-x. PMID: 22563363; PMCID: PMC3343032.

3. Frazier OH, Forrester MD, Gemmato C, Gregoric ID. Urgent pump exchange for stroke resulting from a distorted HeartMate XVE inflow conduit. J Heart Lung Transplant. 2007 Jun; 26 (6): 646–648. doi: 10.1016/j.healun.2007.03.012. Epub 2007 Apr 16. PMID: 17543792.

4. Uriel N, Han J, Morrison KA, Nahumi N, Yuzefpolskaya M, Garan AR et al. Device thrombosis in HeartMate II continuous-flow left ventricular assist devices: a multifactorial phenomenon. J Heart Lung Transplant. 2014 Jan; 33 (1): 51–59. doi: 10.1016/j.healun.2013.10.005. Epub 2013 Nov 28. PMID: 24290832.

5. Imamura T, Adatya S, Chung B, Nguyen A, Rodgers D, Sayer G et al. Cannula and Pump Positions Are Associated With Left Ventricular Unloading and Clinical Outcome in Patients With HeartWare Left Ventricular Assist Device. J Card Fail. 2018 Mar; 24 (3): 159–166. doi: 10.1016/j.cardfail.2017.09.013. Epub 2017 Oct 2. PMID: 28982636; PMCID: PMC5856593.

6. Imamura T, Nguyen A, Chung B, Rodgers D, Sarswat N, Kim G et al. Association of Inflow Cannula Position with Left Ventricular Unloading and Clinical Outcomes in Patients with Heart Mate II Left Ventricular Assist Device. ASAIO J. 2019 May/Jun; 65 (4): 331–335. doi: 10.1097/ MAT.0000000000000823. PMID: 29933250; PMCID: PMC6342671.

7. Shiose A, Kim HI, Takaseya T, Kobayashi M, Fujiki M, Chen JF et al. Performance of extracorporeally adjustable ventricular assist device inflow cannula. Ann Thorac Surg. 2010 Nov; 90 (5): 1682–1687. doi: 10.1016/j.athoracsur.2010.06.081. PMID: 20971290.

8. Ong C, Dokos S, Chan B, Lim E, Al Abed A, Bin Abu Osman NA et al. Numerical investigation of the effect of cannula placement on thrombosis. Theor Biol Med Model. 2013 May 16; 10: 35. doi: 10.1186/1742-4682-10- 35. PMID: 23680359; PMCID: PMC3673905.

9. Gregory SD, Zwischenberger J, Wang D, Liao S, Slaughter M. Cannula design. Mechanical Circulatory and Respiratory Support. S.D. Gregory, M.C. Stevens, J.F. Fraser (Eds.). London UK: Academic Press, 2017: 567–596. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-810491-0.00018-7.

10. Wong KC, Büsen M, Benzinger C, Gäng R, Bezema M, Greatrex N et al. Thoughts and Progress. Artificial Organs. 2014; 38: 810–817. doi: 10.1111/aor.12369.

11. Liu G, Zhou J, Hu S, Sun H, Chen H, Zhang Y et al. Numerical simulation of LVAD inflow cannulas with different tip. Sheng Wu Yi Xue Gong Cheng Xue Za Zhi. 2013 Feb; 30 (1): 141–148. Chinese. PMID: 23488155.

12. Yamada Y, Nishinaka T, Mizuno T, Taenaka Y, Tatsumi E, Yamazaki K. Neointima-inducing inflow cannula with titanium mesh for left ventricular assist device. J Artif Organs. 2011 Dec; 14 (4): 269–275. doi: 10.1007/ s10047-011-0586-4. Epub 2011 Jul 7. PMID: 21735150.

13. Saito S, Sakaguchi T, Miyagawa S et al. Jarvik 2000 biventricular assist device conversion from old pin-shaped bearing pumps to new conical bearing pumps. J Artif Organs. 2013; 16: 105–109.

14. Ootaki Y, Saeed D, Ootaki C, Akiyama M, Fumoto H, Horai T et al. Development of the DexAide Right Ventricular Assist Device Inflow Cannula. ASAIO Journal. 2008 Jan-Feb; 54 (Issue 1): 31–36.

15. Akira Shiose, Hyun-Il Kim, Tohru Takaseya, Mariko Kobayashi, Masako Fujiki, Ji-Feng Chen et al. Performance of Extracorporeally Adjustable Ventricular Assist Device Inflow Cannula. Ann Thorac Surg. 2010; 90: 1682–1687. doi: 10.1016/j.athoracsur.2010.06.081.

16. Chitaru Kurihara, Minoru Ono, Takashi Nishimura, Aya Saito, Tsuyoshi Taketani, Motoyuki Hisagi et al. Use of DuraHeart support for more than 1 year as the first successful bridge to heart transplantation in Japan. J Artif Organs. 2011; 14: 67–69. doi: 10.1007/s10047-010- 0524-x.

17. Бучнев АС, Кулешов АП, Дробышев АА, Иткин ГП. Гемодинамическая оценка нового метода генерации пульсирующего потока в системах сердечно-легочного обхода. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2019; 21 (3): 69–75.