MECHANICAL CIRCULATORY SUPPORT: PROBLEMS, SOLUTIONS AND NEW DIRECTIONS

The article brings up for the discussion main problems standing in the way of development of the mechanical circulatory support (MCS) technology. We give a short historical overview of the development of this technology in our country. Classifi cation of MCS systems for medical indications is given; methods and techniques for short-term and long-term therapy with MCS systems are considered. Main directions of the development of MCS methods are discussed. Using the example of personal experience the methods of design and research of MCS systems are investigated

Contribution of deformation to sea-ice mass balance: a case study from an N-ICE2015 storm

The fastest and most efficient process of gaining sea ice volume is through the mechanical redistribution of mass as a consequence of deformation events. During the ice growth season divergent motion produces leads where new ice grows thermodynamically, while convergent motion fractures the ice and either piles the resultant ice blocks into ridges or rafts one floe under the other. Here we present an exceptionally detailed airborne dataset from a 9km2 area of first and second year ice in the Transpolar Drift north of Svalbard that allowed us to estimate the redistribution of mass from an observed deformation event. To achieve this level of detail we analyzed changes in sea ice freeboard acquired from two airborne laser scanner surveys just before and right after a deformation event brought on by a passing low pressure system. A linear regression model based on divergence during this storm can explain 64% of freeboard variability. Over the survey region we estimated that about 1.3% of level sea ice volume was pressed together into deformed ice and the new ice formed in leads in a week after the deformation event would increase the sea ice volume by 0.5%. As the region is impacted by about 15 storms each winter a simple linear extrapolation would result in about 7% volume increase and 20% deformed ice fraction at the end of the seaso

Tolerance of human embryonic stem cell derived islet progenitor cells to vitrification-relevant solutions

We have previously shown that human embryonic stem cell derived islet progenitors (hESC-IPs), encapsulated inside an immunoprotective device, mature in vivo and ameliorate diabetes in mice. The ability to cryopreserve hESC-IPs preloaded in these devices would enhance consistency and portability, but traditional ‘slow freezing’ methods did not work well for cells encapsulated in the device. Vitrification is an attractive alternative cryopreservation approach. To assess the tolerance of hESC-IPs to vitrification relevant conditions, we here are reporting cell survival following excursions in tonicity, exposure to fifteen 40% v/v combinations of 4 cryoprotectants, and varied methods for addition and elution. We find that 78% survival is achieved using a protocol in which cells are abruptly (in one step) exposed to a solution containing 10% v/v each dimethyl sulfoxide, propylene glycol, ethylene glycol, and glycerol on ice, and eluted step-wise with DPBS + 0.5 M sucrose at 37 °C. Importantly, the hESC-IPs also maintain expression of the critical islet progenitor markers PDX-1, NKX6.1, NGN3 and NEURO-D1. Thus, hESC-IPs exhibit robust tolerance to exposure to vitrification solutions in relevant conditions

Математическая оценка гемолиза канального центробежного насоса

The objective of this work is to conduct research on a mathematical model to assess hemolytic characteristics in a channel centrifugal blood pump developed by us with 2000–3400 rpm impeller speed range and 100–250 mmHg pressure drop in different parts of the pump flow path. Hemolysis index was measured at 1 to 10 L/min flow rate. The result was an estimate of the average magnitude of the shear stress (SS), taking into account the distribution in the pump, which ranged from 40 to 60 Pa. The most critical areas of the pump in terms of blood injury were evaluated. The maximum SSs were determined: 456 Pa in the impeller wheel zone and 533.3 Pa in the adjacent area of the body, with an exposure time of 0.0115 s and 0.0821 s respectively. In these zones, maximum hemolysis index values were 0.0420 and 0.0744 respectively. Based on the data obtained, these zones were optimized in terms of minimizing hemolysis.Целью работы является проведение исследований на математической модели по оценке гемолитических характеристик в разработанном нами канальном центробежном насосе в диапазоне скоростей рабочего колеса 2000–3400 об/мин и перепадом давления 100–250 мм рт. cт. в разных отделах проточного тракта насоса. Расчетный индекс гемолиза проведен при скоростях потока от 1 до 10 л/мин. Результатом работы явилась оценка среднего значения касательного напряжения (КН) с учетом распределения в насосе, которое составило от 40 до 60 Па. Были проведены оценки наиболее критичных с точки зрения травмы крови зон насоса. В результате расчетов определены максимальные КН в зоне РК 456 Па и прилежащей зоне корпуса 533,3 Па, при соответствующем времени экспозиции 0,0115 и 0,0821 с. В этих зонах наблюдаются максимальные значения ИГ 0,0420 и 0,0744. На основании полученных данных была проведена оптимизация данных зон с точки зрения минимизации гемолиза

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ АОРТАЛЬНОГО КЛАПАНА ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКЕ КРОВООБРАЩЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Aim. This work is to research the aortic valve functioning during left ventricle bypass with non-pulsatile pump.Materials and methods. The main part of the research is author’s algorithm to estimate aortic valve state (open/closed). The research includes mathematical modeling, mock loop experiments and animal experiments.Results. The author develops the algorithm of rotary blood pump fl owrate processing to estimate (with reliability of more than 90%) the state of aortic valve during heart mechanical support.Conclusion. The proposed algorithm of estimating the aortic valve state allows identifying abnormal mode of cardiac support that can cause thrombosis and aortic valve commissural fusion. This algorithm can be incorporated into nonpulsatile LVAD.Цель. Проведение исследований на математической модели сердечно-сосудистой системы для оценки функционирования аортального клапана в условиях обхода левого желудочка сердца с помощью насоса непрерывного потока.Материалы и методы. Решение поставленной задачи подразумевает разработку алгоритма, позволяющего производить оценку состояния аортального клапана (открыт/закрыт) по характеристикам кривой расхода насоса непрерывного потока. Для этого использована разработанная ранее математическая модель взаимодействия сердечно-сосудистой системы и насоса непрерывного потока, а также использованы данные, полученные в экспериментах на животных и на гидродинамическом стенде, имитирующем большой круг кровообращения.Результаты. Создан метод математического анализа кривой расхода крови через насос непрерывного потока. Выходные данные позволяют определить состояние аортального клапана во время механической поддержки кровообращения с уровнем достоверности >90%.Заключение. Предложенный метод математической оценки работы аортального клапана позволяет идентифицировать режимы, связанные с аномальным функционированием аортального клапана, которые могут привести к тромбозу и срастанию его створок. Предложенный алгоритм может быть внесен в систему индикации критических режимов в аппарате вспомогательного кровообращения на базе насосанепрерывного потока

ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ И ПУТИ ОПТИМИЗАЦИИ НЕПУЛЬСИРУЮЩИХ (РОТОРНЫХ) НАСОСОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ КРОВООБРАЩЕНИЯ

The method of mechanical circulation support using non-pulsating fl ow pumps, built on the principle of rotary (centrifugal and axial) pumps, took the leading direction (94%) in the world clinical practice for the treatment of the patients with terminal heart failure. Despite this, the clinic application of these pumps in a number of cases faced with the numbers of negative problems associated with this technology. This is stimulated of a new direction of principles for a control of the rotary pumps, based on the modulation of the speed pumps. The article analyzes the negative factors of the clinical application of non-pulsating fl ow pumps and gives an overview of the methods the optimization of the control pump based on the modulation of the output fl ow.Метод механической поддержки кровообращения с использованием насосов непульсирующего потока, построенных на принципе роторных (центробежных и осевых) насосов, занял ведущее направление (94%) в мировой клинической практике для лечения больных с терминальной сердечной недостаточностью. Несмотря на это, клиника применения данных насосов в ряде случаев столкнулась с проблемами, связанными с данной технологией. Все это стимулировало развитие нового направления по разработке новых принципов управления роторными насосами, основанных на модуляции скорости оборотов насосов. В статье проведен анализ негативных факторов клинического применения насосов непульсирующего потока и обзор методов оптимизации управления насосами, основанных на модуляции скорости выходного потока