Hemolysis research of implantable axial flow pump for two -step heart transplantation in children

Abstract

Introduction.One of the main indicators characterizing mechanical circulatory support devices (artificial valve, implantable pumps, etc.) is trauma of blood cells. Therefore, while developing new pumps, one of the key studies in vitro is to evaluate blood hemolysis. For an objective hemolysis analysis of pump it is required to create a standardized methodology of hemolysis studies. The object of the study in this paper is implantable axial pump DON for two-step heart transplantation in children.The aimof study is to develop a standardized methodology of hemolysis studies of blood pumps and to conduct research of pediatric axial pump DON.Materials and methods.To conduct hemolysis research we created a mock circulatory system consisting of a reservoir placed in water bath maintaining a constant working fluid (blood) temperature, hydrodynamic resistance, connecting tubes, ports for blood sampling and pressure and flow measurement systems, and research pump. Test method is to estimate levels of free hemoglobin pHb obtained by blood samples during pump working in operating mode (for pediatric pump: blood flow 2.5 l/min, pressure difference 80 mmHg). Using the data obtained the standardized indices of hemolysis NIH and MIH are calculated based on pHb values, hematocrit, total hemoglobin, blood flow and working pump time.Results.We developed and realized a standardized methodology of hemolysis research by which we evaluated hemolysis of pediatric axial pump. The results of hemolysis tests allowed us to optimize the design of DON. Obtained values of hemolysis of the latest version of pediatric pump DON-3 have shown that they do conform to the requirements of minimum blood injury and it allows us to proceed to the next step of pediatric pump research – animal experiments.Conclusion.Developed methods and evaluation tools of hemolysis allow us to provide objective information on one of the most important indicators of developing implantable pediatric axial pump and they could be recommended for hemolysis research of others pumps.

Study of haemolytic properties of a disk-type pump

“…Полученные в ходе испытаний результаты подтверждают преимущества насоса вязкого трения и его механизма действия перед аналогами. Так, например, по истечении 6-часовых стендовых испытаний отечественного устройства поддержки кровообращения Sputnik-2 уровень свободного гемоглобина составил 0,1-1,2 г/л [12].…”

“…Важнейшим критерием безопасности аппаратов механической поддержки кровообращения является максимально бережное отношение к форменным элементам крови [12,13]. Можно предположить более выгодные характеристики и большую безопасность аппаратов вспомогательного кровообращения на основе дискового насоса по отношению к форменным элементам крови за счет механизма действия и особенностей гемодинамики, отличных от других типов насосов [14,15].…”

Artificial heart in Russia: Past, present, and future

“…After preliminary bench tests, which showed a low risk of hemolysis and low thrombogenicity, 31 a series of chronic animal experiments were carried out in the period from 2015 to 2017. The experimental animals were rams weighing from 35 to 50 kg and aged from 12 to 18 months, which corresponds to a 3‐10 years old child.…”

Results of Experimental Studies of the Children’s Axial Pump «don-3»

“…Визуальная оценка показала отсутствие тромбов в полостях насоса и на входной и выходной магистралях во всех экспериментах (рис. [12][13][14].…”

“…В.И. Шумакова» Минздрава России был создана новая конструкция осевого насоса для детей младшего возраста -«ДОН-3», которая в предварительных испытаниях in vitro, включая гемолизные испытания [13], продемонстрировала готовность к проведению экспериментальных исследований этой модели насоса на животных. Основными целями данных исследований явились оценка травмы форменных элементов крови и образование тромбов на поверхностях насоса, контактирующих с кровью.…”