Экспериментальная оценка устройства механической поддержки сердца на основе дискового насоса вязкого трения

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

1. Kelly DT. Paul Dudley White International Lecture Our Future Society: A Global Challenge. Circulation. 1997; 95 (11): 2459–2464.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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].

8. 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].

9. 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.

10. Tesla N. Fluid propulson. U.S. Patent 1,061,206, 1913.

11. Мисюра ВИ, Овсянников БВ, Присняков ВФ. Дисковые насосы. М.: Машиностроение, 1986. Misjura VI, Ovsjannikov BV, Prisnjakov VF. Diskovye nasosy. M.: Mashinostroenie, 1986.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Miller GE, Fink R. Analysis of optimal design configurations for a multiple disk centrifugal blood pump. Artificial Organs. 1999; 23 (6): 559–565.

18. Izraelev V, Weiss WJ, Fritz B et al. A passive-suspended Tesla pump left ventricular assist device. ASAIO Journal. 2009; 55 (6): 556–561.

19. 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.

20. 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.