Влияние геометрических параметров насосов аппарата вспомогательного кровообращения на их гемолитические характеристики

В работе представлены результаты анализа влияния геометрических параметров насоса аппарата вспомогательного кровообращения на его гемолитические характеристики. Актуальность исследования обусловлена необходимостью модернизации существующих насосов, проектирования новых насосов, а также отсутствием исследований, устанавливающих закономерности между геометрией насосов и их гемолитическими характеристиками. Прототипом является осевой четырехлопастной насос аппарата вспомогательного кровообращения, который в настоящее время применяется в клинической практике. Для анализа использовано гидродинамическое моделирование течения жидкости в насосе в программном пакете OpenFOAM11 методом конечных объемов. Расчет произведен с использованием MRF, технологии NonConformalCoupling и модели турбулентности LowRe k-ω SST. Установлено, что уменьшение диаметра периферии, увеличение угла диагональности втулки и увеличение ее диаметра приводят к снижению суммарного индекса гемолиза для подачи 2,4 л/мин, а увеличение угла диагональности и уменьшение диаметра периферии приводят к снижению суммарного индекса гемолиза для подачи 5,4 л/мин. Материалы статьи представляют практическую ценность в проектировании и модернизации осевых насосов аппаратов вспомогательного кровообращения.

1. Townsend N., Kazakiewicz D., Wright F.L., et al. Epidemiology of cardiovascular disease in Europe. Nature Reviews Cardiology. 2022;19:133–143. https://doi.org/10.1038/s41569-021-00607-3

2. Savarese G., Lund L.H. Global Public Health Burden of Heart Failure. Cardiac Failure Review. 2017;3(1):7–11. https://doi.org/10.15420/cfr.2016:25:2

3. Savarese G., Becher P.M., Lund L.H., Seferovic P., Rosano G.M.C., Coats A.J.S. Global burden of heart failure: a comprehensive and updated review of epidemiology. Cardiovascular Research. 2022;118(17):3272–3287. https://doi.org/10.1093/cvr/cvac013

4. Miller L.W., Pagani F.D., Russell S.D., et al. Use of a Continuous-Flow Device in Patients Awaiting Heart Transplantation. New England Journal of Medicine. 2007;357(9):885–896. https://doi.org/10.1056/NEJMoa067758

5. Llerena-Velastegui J., Santafe-Abril G., Villacis-Lopez C., et al. Efficacy and Complication Profiles of Left Ventricular Assist Devices in Adult Heart Failure Management: A Systematic Review and Meta-Analysis. Current Problems in Cardiology. 2024;49(1). https://doi.org/10.1016/j.cpcardiol.2023.102118

6. Selmi M., Chiu W.-Ch., Chivukula V.K., et al. Blood damage in Left Ventricular Assist Devices: Pump thrombosis or system thrombosis? International Journal of Artificial Organs. 2019;42(3):113–124. https://doi.org/10.1177/0391398818806162

7. Reul H.M., Akdis M. Blood pumps for circulatory support. Perfusion. 2000;15(4):295–311. https://doi.org/10.1177/026765910001500404

8. Sorguven E., Ciblak N., Okyar A.F., et al. Flow Simulation and Optimization of a Left Ventricular Assist Device. In: Volume 8: Heat Transfer, Fluid Flows, and Thermal Systems, Parts A and B: Proceedings of the ASME 2007 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 11–15 November 2007, Seattle, USA. ASME; 2007. pp. 1401–1407. https://doi.org/10.1115/IMECE2007-41747

9. Oran E., Abo-Serie E., Jewkes J., Henry M., Oran B. Design and optimisation of an Intra-Aortic Shrouded rotor axial pump. Journal of Biomechanics. 2024;162. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2023.111858

10. Khaustov A.I., Boyarskii G.G. The Influence of Manufacturing Technology of a Micropump for Auxiliary Blood Circulation on Its Pumping and Hemodynamic Characteristics. Biomedical Engineering. 2023;56(6):387–391. https://doi.org/10.1007/s10527-023-10242-6

11. Кротов К.В., Хаустов А.И., Боярский Г.Г. Моделирование травмы крови в силовом поле. В сборнике: Математическое моделирование на супер-ЭВМ экса- и зеттафлопсной производительности: I Всероссийская школа-семинар НЦФМ, 05–09 декабря 2022 года, Саров, Россия. Саров: Российский федеральный ядерный Центр – Всероссийский НИИ экспериментальной физики; 2022. С. 56–57. https://doi.org/10.53403/9785951505224_56

12. Хаустов А.И., Невзоров А.М., Иткин Г.П. Особенности проектирования насосов для вспомогательного кровообращения. В сборнике: XI Всероссийский съезд трансплантологов с международным участием: Материалы съезда: Тезисы докладов, 21–23 сентября 2022 года, Москва, Россия. Москва: Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова; 2022. С. 151.

13. Хаустов А.И., Боярский Г.Г., Кротов К.В. Разработка микронасосной системы для поддержки кровообращения. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2022;25(5):104–112. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-5-104-112

14. Кулешов А.П., Иткин Г.П., Бучнев А.С., Дробышев А.А. 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

15. Giersiepen M., Wurzinger L.J., Opitz R., Reul H. Estimation of Shear Stress-related Blood Damage in Heart Valve Prostheses – in Vitro Comparison of 25 Aortic Valves. International Journal of Artificial Organs. 1990;13(5):300–306. https://doi.org/10.1177/039139889001300507

16. 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. https://doi.org/10.1111/aor.12542