Оценка гемолиза крови при оптимизации крыльчатки центробежного насоса RotaFlow

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Hastings SM, Ku DN, Wagoner S et al. Sources of circuit thrombosis in pediatric extracorporeal membrane oxygenation. ASAIO J. 2017; 63: 86–92.

7. 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.

8. Zhongjun WU. US20240198080A1/ Improved centrifugal blood pump. 2024.

9. 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.

10. 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.

11. Ломакин АА. Центробежные и осевые насосы. 2-е изд. перераб. и доп. М.–Л.: Машиностроение, 1966; 364.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Heuser G, Opitz R. A Couette viscometer for short time shearingof blood. Biorheology. 1980; 17: 17–24.

17. Leverett L et al. Red Blood Cell Damage by Shear Stress. Biophysical Journal. 1972; 3 (12): 257–273.

18. 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.