Разработка конструкции и 3D-модели устройства динамической фильтрации микропузырьков для систем искусственного кровообращения

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.

1. Cavayas YA, del Sorbo L, Fan E. Intracranial hemorrhage in adults on ECMO. Perfusion. 2018; 33: 42–50. doi: 10.1177/0267659118766435.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Tingleff J, Jouce FS, Pettersson G. Intaoperative echocardiographic study of air embolism during cardiac operation. Ann Thorac Surgery (USA). 1995; 60 (3): 673–677.

7. 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.

8. 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.

9. De Somer F. Impact of oxygenator characteristics on its capability to remove gaseous microemboli. J Extra Corpor Technol. 2007; 39 (4): 271–273.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Johagen D, Appelblad M, Svenmarker S. Can the Oxygenator Screen Filter Reduce Gaseous Microemboli? J Extra Corpor Technol. 2014; 46 (1): 60–66.