Версия для слабовидящих

МНЕНИЯ

Интересное о главном

В университете разрабатывают конструкцию искусственного клапана сердца

2.02.2021 506

В Саратовском государственном техническом университете имени Гагарина Ю. А. разрабатывают новые конструкции искусственных аортальных клапанов сердца, а также исследуют их физико-механические и гемодинамические характеристики.

Сердце работает на протяжении всей жизни человека. Оно перекачивает около 5-6 литров крови в минуту. Сердце – это мышечный насос, который обеспечивает беспрерывное движение крови по сосудам. Правильное направление кровотока обеспечивает клапанный аппарат сердца. Крайне важно, чтобы все клапаны были в нормальном состоянии и правильно функционировали. Но возникают такие моменты, когда жизненно необходимо произвести замену естественным клапанам. Современная медицина позволяет производить операции по замене клапанов сердца на искусственные. Для того чтобы убедиться, что искусственный клапан сердца (ИКС) полностью соответствует требованиям для имплантации, необходимо произвести его испытания на долговечность и работоспособность.

Именно разработкой искусственных конструкций клапанов сердца (1, 2, 3, 4-створчатых) и их исследованием занимается Сергей Пичхидзе, доктор технических наук, профессор кафедры «Материаловедение и биомедицинская инженерия» Института машиностроения, материаловедения СГТУ, совместно со своими студентами.

«В последнее время в современной медицине всё чаще стали протезировать клапаны сердца. Разработке новой конструкции искусственных клапанов сердца и усовершенствованию уже существующих моделей я и наши студенты уделяем большое внимание. Разработка предполагает: создание чертежа, маршрутной карты, изготовление увеличенной модели клапана сердца, попытку создания 3D модели клапана и проверку работоспособности на стенде, а также в программном пакете», – поделился Сергей Пичхидзе. 

Одна из последних разработок коллектива – одностворчатый клапан сердца. Его корпус, разработанный и сделанный в вузе, имеет форму треугольника Рёло и снабжён внутренними опорными выступами, служащими в качестве ограничителей хода створки. Створка изготовлена из синтетического фторсодержащего каучука и закреплена на поверхности трубки. В полости трубки размещен фиксирующий механизм створки, шарнирное крепление которого расположено во внутренних пазах корпуса и содержит штифты, установленные с возможностью вращения по поверхности внутренних пазов корпуса при открытии и закрытии створки, а пружина сжатия установлена с возможностью давления на плоскости штифтов.

«Наш увеличенный макет предполагает усовершенствование известной конструкции за счёт модернизации, как корпуса, так и створок клапана сердца. Обычно к створкам клапана сердца предъявляется важное условие – индифферентность. В данном случае поверхность клапана сердца не должна сорбировать активные элементы крови и должна иметь минимальный коэффициент трения. С этой целью мы пробуем использовать различные материалы для создания 3D моделей клапанов сердца и створок: полилактид, полимер АБС, титан, и наносим различные покрытия на поверхность корпуса на основе фторопласта», – рассказал профессор.

Такой подход позволит уменьшить адгезию элементов крови; стеноз клапана уменьшится, соответственно увеличится продолжительность работы искусственного клапана в человеческом организме – тем самым увеличится и продолжительность жизни человека.

Результатом исследования политеховцев в будущем может стать появление новой конструкции ИКС, которая сможет:

  • обеспечить полнопроточное сечение тока крови в период диастолы;
  • предотвратить регургитацию крови в период систолы;
  • обеспечить гемодинамические характеристики, приближенные к физиологическим показателям.

«Разработанная модель клапана сердца предполагает повышенную полнопроточность крови, исключение завихрений кровеносного потока, минимизацию перепада давления в кровеносной системе, а также исключение образования пузырьков крови при работе клапанов», – комментирует Сергей Пичхидзе.

Большое внимание в своём проекте профессор и студенты уделяют исследованию физико-механических и гемодинамических характеристик разработанной конструкции. Платформа, где проводятся исследования, – программный комплекс SolidWorks с программным пакетом Flow Simulation, с помощью которого возможно создание условий, в которых функционируют естественные митральные клапаны сердца.

«Клапан сердца, к сожалению, это механическая конструкция, которая может ломаться, поэтому большое внимание уделяется именно разработке надёжности и проверке данной конструкции», – добавил профессор.

Разработанная конструкция ИКС учитывает гемодинамические характеристики заменяемого нативного клапана сердца, также её форма максимально приближена к реальному клапану.

В планах саратовских исследователей дальше усовершенствовать имеющуюся модель, а также привлекать организации медицинской техники для внедрения разработки. В настоящее время некоторые представители промышленности уже участвуют в совместных патентах со студентами вуза.

На разработанную конструкцию уже получено от ФИПС положительное решение о выдаче патента от 16.12.2020, номер заявки на регистрацию патента РФ на полезную модель № 2020 119 602, 05.06.2020.