Развитие гибридных моделирующих комплексов с учетом результатов математического моделирования и оптимизации систем вспомогательного кровообращения

Материалы и методы. Гемодинамический стенд состоит из нескольких емкостей и сопротивлений, имитирующих большой и малый круги кровообращения, для исследования физиологических состояний при сердечной недостаточности (СН). В состав стенда включены насос вспомогательного кровообращения и генератор пульсирующего потока.

Результаты. На разработанной математической модели сердечнососудистой системы воспроизведены физиологические состояния с подключением насоса и генератор пульсирующего потока. Проведена сравнительная оценка получаемых результатов, определены достоинства и недостатки различных методов моделирования. Сформулированы и обоснованы пути развития гемодинамического стенда с целью улучшения моделирования влияния МПК на основные гемодинамические параметры пациента.

1. Готье СВ. Приоритетные направления научных исследований в области трансплантологии и искусственных органов. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2025; 27 (1): 6–7.

2. Cameli M, Pastore MC, Campora A, Lisi M, Mandoli GE. Donor shortage in heart transplantation: How can we overcome this challenge? Front Cardiovasc Med. 2022 Oct 17; 9: 1001002. doi: 10.3389/fcvm.2022.1001002.

3. Kyriakopoulos CP, Kapelios CJ, Stauder EL, Taleb I, Hamouche R, Sideris K et al. LVAD as a bridge to remission from advanced heart failure: current data and opportunities for improvement. J Clin Med. 2022 Jun 20; 11 (12): 3542. doi: 10.3390/jcm11123542.

4. Itkin GP, Bychnev AS, Kuleshov AP, Drobyshev AA. Haemodynamic evaluation of the new pulsatile-flow generation method in vitro. Int J Artif Organs. 2020 Mar; 43 (3): 157–164. doi: 10.1177/0391398819879939.

5. Бучнев АС, Кулешов АП, Есипова ОЮ, Дробышев АА, Грудинин НВ. Гемодинамическая оценка устройства генерации пульсирующего потока в системах обхода левого желудочка сердца. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2023; 25 (1): 106–112. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2023-1-106-112.

6. Иткин ГП. Устройства для вспомогательного кровообращения: прошлое, настоящее и будущее непульсирующих насосов. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2014; 11 (3): 81–87. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2009-3-81-87.

7. Fresiello L, Muthiah K, Goetschalckx K, Hayward C, Rocchi M, Bezy M et al. Initial clinical validation of a hybrid in silico–in vitro cardiorespiratory simulator for comprehensive testing of mechanical circulatory support systems. Front Physiol. 2022 Oct 13; 13: 967449. doi: 10.3389/fphys.2022.967449.

8. Pugovkin AA, Markov AG, Selishchev SV, Korn L, Walter M, Leonhardt S et al. Advances in hemodynamic analysis in cardiovascular diseases investigation of energetic characteristics of adult and pediatric sputnik left ventricular assist devices during mock circulation support. Cardiol Res Pract. 2019 Nov 15; 2019: 4593174. doi: 10.1155/2019/4593174.

9. Иткин ГП, Носов МС, Кулешов АП, Дробышев АА, Бучнев АС. Устройство управления потоком крови в имплантируемых системах вспомогательного кровообращения. Патент на полезную модель. № RU 201911 U1. Патентообладатель ФГБУ «НМИЦ ТИО им. ак. В.И. Шумакова» Минздрава России. 2020.

10. Сырбу АИ, Иткин ГП, Кулешов АП, Гайдай НА. Математическая модель нейрогуморальной регуляции системы кровообращения. Медицинская техника. 2021; 55 (4): 41–44. S

11. Иткин ГП, Сырбу АИ, Кулешов АП, Бучнев АС, Дробышев АА. Оценка эффективности новой системы генерации пульсирующего потока в роторных насосах вспомогательного кровообращения. Исследование на математической модели. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2021; 23 (4): 73–78. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2021-4-73-78.

12. Cappon F, Wu T, Papaioannou T, Du X, Hsu PL, Khir AW. Mock circulatory loops used for testing cardiac assist devices: A review of computational and experimental models. Int J Artif Organs. 2021 Nov; 44 (11): 793–806. doi: 10.1177/03913988211045405.

13. Gregory SD, Pauls JP, Wu EL, Stephens A, Steinseifer U, Tansley G, Fraser JF. An advanced mock circulation loop for in vitro cardiovascular device evaluation. Artif organs. 2020 Jun; 44 (6): E238–E250. doi: 10.1111/aor.13636.

14. Rapp ES, Pawar SR, Longoria RG. Hybrid mock circulatory loop simulation of extreme cardiac events. IEEE Trans Biomed Eng. 2022 Sep; 69 (9): 2883–2892. doi: 10.1109/TBME.2022.3156963.

15. Ochsner G, Amacher R, Amstutz A, Plass A, Daners MS, Tevaearai H et al. A novel interface for hybrid mock circulations to evaluate ventricular assist devices. IEEE Trans Biomed Eng. 2013 Feb; 60 (2): 507–516. doi: 10.1109/TBME.2012.2230000. Epub 2012 Nov 27.

16. Petrou A, Granegger M, Meboldt M, Daners MS. A versatile hybrid mock circulation for hydraulic investigations of active and passive cardiovascular implants. ASAIO J. 2019 Jul; 65 (5): 495–502. doi: 10.1097/MAT.0000000000000851.

17. Ślęzak M, Kopernik M, Szawiraacz K, Milewski G. Assessment of blood flow parameters in a hybrid-digital model of the cardiovascular system applying recurrent neural networks. Biomedical Signal Processing and Control. 2024 Dec; 98: 106680. https://doi.org/10.1016/j.bspc.2024.106680.

18. Сырбу АИ, Иткин ГП. Оптимизация параметров устройств вспомогательного кровообращения с применением компьютерной математической модели сердечно-сосудистой системы. Медицинская техника. 2022; 56 (2): 23–26.

19. Jansen‐Park SH, Mahmood MN, Müller I, Turnhoff LK, Schmitz‐Rode T, Steinseifer U, Sonntag SJ. Effects of interaction between ventricular assist device assistance and autoregulated mock circulation including Frank– Starling mechanism and baroreflex. Artif Organs. 2016 Oct; 40 (10): 981–991. doi: 10.1111/aor.12635.