Благодаря новому типу LVAD, разработанному исследователями из Пенсильванского университета, такая инвазивная процедура может не понадобиться некоторым сердечным пациентам. Крошечный Heartmate PHP (чрескожный сердечный насос) вставляется в бедренную артерию бедра и продвигается через тело в левый желудочек, где он поддерживает кровоток и, таким образом, позволяет сердцу сразу начать заживать. Устройство, недавно одобренное для использования в Европе, в настоящее время проходит испытания на одобрение FDA в США.
После сертификации для использования здесь насос может продлевать жизнь десятков тысяч людей каждый год.«Это первое устройство, которое позволяет кардиологу или технику немедленно стабилизировать состояние пациента, перенесшего серьезный сердечный приступ», — говорит Роберт Кунц, главный исследователь проекта. «До сих пор не возникало никаких сомнений в том, что если у пациента остановилось сердце, хирург вскрыл грудную клетку и ввел ее внутрь. Этот насос предназначен для установки, развертывания и работы в течение нескольких минут после сердечного приступа пациента. дает врачу время, от нескольких дней до пары недель, чтобы оценить ситуацию — сказать: «На данный момент у нас все в порядке» и определить следующие шаги ».
Кунц сам не хирург. Он аэрокосмический инженер, что на первый взгляд может показаться невероятным совпадением с биомедицинскими исследованиями.
Но на самом деле кровяной насос шириной шесть миллиметров — это, по сути, миниатюрный гребной винт, и Кунц и его исследовательская группа применили тот же набор стратегий и инструментов для разработки насоса, который они используют при разработке гребных винтов для подводных лодок и торпед. «Это устройство представляет собой турбомашину, такую же, как гребной винт на подводной лодке», — говорит Кунц. «Когда дело доходит до динамики жидкости, уравнения одинаковы — независимо от того, какая жидкость. В данном случае это кровь».Работа над сердечным насосом началась в 2004 году, когда к Кунцу и его исследовательской группе обратилась медицинская технологическая компания Datascope с предложением поработать над этим проектом.
Многопрофильная команда, включающая исследователей гидродинамики, материаловедов, инженеров, специалистов по строительной механике и машинистов, приступила к проектированию прототипов насосов, а также моделей сердца для измерения производительности.Компоненты насоса включают крошечную, быстро вращающуюся складную крыльчатку, которая находится внутри складной канюли или трубки. Имея эластичную консистенцию, аналогичную консистенции ластика для карандашей, лопасти крыльчатки могут складываться для вставки в оболочку диаметром три миллиметра, но при этом достаточно прочны, чтобы перекачивать более четырех литров крови в минуту при повышении давления на один раз. десятая часть атмосферы — емкость сердца здорового взрослого мужчины. «После того, как канюля была продета через бедренную артерию в сердце, — объясняет Кунц, — кардиолог тянет за кабель управления, чтобы вытолкнуть его наружу, и — бах! — он развертывается, и крыльчатка расширяется примерно до шести миллиметров и начинает вращаться. "Из-за своего небольшого диаметра крыльчатка должна вращаться быстро — почти 20 000 оборотов в минуту (об / мин), что более чем вдвое меньше скорости вращения главного двигателя космического челнока.
И это создает проблему: установка вращающегося винта в относительно застоявшуюся кровь создает проблемы для красных кровяных телец, которые имеют решающее значение для переноса кислорода. Исследователям пришлось найти способ минимизировать повреждение эритроцитов, которое снижает их способность переносить кислород и высвобождает гемоглобин, который может нанести вред почкам и другим органам.
«Мы знали, что должны распределять энергию, которую мы добавляем в кровь, таким образом, чтобы не вызывать сильного сдвига, который представляет собой напряжение, с которым сталкиваются клетки крови, когда они проходят через лопасти крыльчатки», — говорит Кунц. . «Итак, мы рассмотрели несколько дизайнов, изменив форму лезвий в соответствии с нашими результатами. Некоторые из наших ранних проектов были ужасными — они просто уничтожали кровь. Постепенно мы улучшали его, придавая контурам лезвия, изменяя форму кончика, регулируя скорость. "Конечный продукт может быть спасением для людей, страдающих сердечным приступом, позволяя сердцу функционировать, пока пациент ожидает операции по шунтированию сердца или трансплантации сердца. В лучшем случае пациент может вылечиться самостоятельно и избавиться от помпы.
По словам Кунца, помпа также может оказать поддержку во время процедуры катетеризации сердца. «Катетеризация может травмировать сердце и может привести к ухудшению состояния, а помпа может быть ценным средством на всякий случай».Для Кунца и его команды создание Heartmate PHP предоставило новую возможность развивать технологии, выходящие за рамки их обычного опыта, включая физиологию системы кровообращения, механику клеток крови и биохимию. «Это был захватывающий проект для нас», — говорит Кунц. «Мы с нетерпением ждем того дня, когда он появится на рынке в Соединенных Штатах, спасая жизни людей».
Thoratec, одна из немногих компаний в мире, которая рассматривает устройства с насосами для крови через производство, разработку и клинические испытания до коммерциализации, купила проект насоса для крови у Datascope в 2011 году.Роберт Кунц, профессор аэрокосмической техники, старший научный сотрудник и руководитель отдела вычислительной механики Лаборатории прикладных исследований Пенсильванского университета.