НЕ ПЛАМЕННЫЙ МОТОР, А СМЕРЧЕВОЙ НАСОС

Мой сегодняшний собеседник – доктор биологических наук Александр Юрьевич ГОРОДКОВ, заведующий лабораторией моделирования патологии кровообращения ФГБУ «Научный центр сердечно-сосудистой хирургии» им. А. Н. Бакулева Минздрава России – уже знаком нашим читателям. О созданном А. Ю. Городковым и его коллегами принципиально новом механическом протезе аортального клапана сердца, уже имплантированном нескольким пациентам с хорошим клиническим результатом, мы рассказали в нашей публикации «Раскрывая сердечные тайны» в декабре прошлого года.

– Александр Юрьевич, над чем Вы и Ваши коллеги сейчас работаете?

– Мы уже тридцать лет продолжаем исследования, идеи которых обеспечивают перспективу дальнейшего совершенствования и углубления помощи больным кардиохирургического профиля. Работами этого направления с начала 2000 годов руководит академик РАН, президент НМИЦ ССХ им. А.Н. Бакулева Лео Антонович Бокерия, а непосредственными исполнителями являются сотрудники нашей лаборатории.

Суть работы состоит в выяснении гидродинамической структуры потока крови. Феномен закрутки потока крови в сердце и магистральных сосудах по типу смерчевого вихря обнаружен достаточно давно. Выдающийся исследователь Наталья Борисовна Кузьмина впервые предположила, что смерчеобразная природа потока крови является необходимым условием нормального движения крови в системе кровообращения, а известный специалист по гидродинамике закрученных потоков Геннадий Ираклиевич Кикнадзе увидел сходство сердечной полости и смерчевой камеры. Благодаря его участию в продолжении работ по исследованию смерчевой природы потока крови удалось понять и объяснить многие ранее не исследованные феномены, присутствующие в сердечно-сосудистой системе, задуматься над возможностью использования технологии восстановления безотрывного закрученного течения в кардиохирургии.

– Что это такое – закрученные течения?

– Это свойство присуще человеку и всем теплокровным животным. В настоящее время нами проводится серия исследований по физическому моделированию закрученных потоков в каналах, геометрическая форма которых воспроизводит известные соотношения, обнаруженные в сердце и аорте. В частности, на этих моделях уже показано, что закрученная структура потока рабочей жидкости позволяет сохранить ламинаризированную, то есть невозмущенную структуру потока в широком диапазоне скоростей течения, даже при таких скоростях, когда течение неизбежно должно стать турбулентным. На видеозаписи визуализированы линии тока модельного закрученного потока при различных расходных характеристиках течения. Видно, как структура закрученной струи меняется, образуя причудливые картины от правильной гиперболической спирали до бесформенного облака и обратно.

– С кем сотрудничаете при проведении этих исследований?

– Мы осуществляем плодотворное научное сотрудничество с крупнейшими отечественными специалистами в области гидроаэродинамики из ЦАГИ им. профессора Н.Е. Жуковского и физиками из НИЦ «Курчатовский институт». Это позволяет одновременно использовать современные методы математического моделирования потоков, экспериментальное исследование струй в гидродинамических стендах и сопоставление полученных результатов с потоками, зарегистрированными у пациентов кардиохирургического профиля.

Исследовательские работы по изучению смерчеобразных потоков интенсивно развиваются и открывают новые перспективы, имеющие большое значение для развития персонализированной медицины. Последним достижением в этих исследованиях явилось создание нового синтетического сосудистого протеза, изготовленного в сотрудничестве с НИЦ «Курчатовский институт». Этот протез обладает такими же биомеханическими свойствами, как биологический артериальный сосуд. Он представляет собой эластичный микроволоконный матрикс, изготовленный по технологии электроспиннинга. Эксперименты на животных показали, что вживление такого протеза в крупных сосудах происходит без осложнений, обычно сопутствующих артериальному протезированию, то есть без воспаления в области имплантата и без тромбообразования на инородной поверхности протеза. Более того, волоконная структура стенки протеза заселяется клетками пациента, формируя слоистую структуру, подобную строению естественного артериального сосуда. Эти результаты мы недавно опубликовали в престижном американском журнале.

Такой протез можно изготовить, подобрав его свойства по индивидуальным параметрам пациента, измеренным ещё до проведения операции. Главным преимуществом нового сосудистого протеза по сравнению с существующими моделями является его способность к пульсациям, соответствующим пульсациям естественного артериального сосуда, что обеспечивает постоянный геометрический континуум вдоль сосудистого русла, не создавая «ступенек», чреватых образованием тромбов, которые потоком крови могут быть унесены в жизненно важные органы.

– Каковы перспективы этой работы?

Поиск соотношения типа течения и геометрической формы канала, в котором это течение осуществляется, позволит в будущем оптимизировать геометрическую конфигурацию проточных каналов сердечно-сосудистой системы при реконструктивных операциях на сердце и сосудах. И, возможно, сконструировать насосы, способные генерировать струю крови, свободную от возмущений. Это может оказаться ожидаемым решением проблемы имплантируемого искусственного сердца, которое могло бы функционировать в организме человека достаточно долгое время.

– Из каких средств финансируются эти исследования?

С 2016 года работы в нашей лаборатории проводятся с финансовой помощью Российского научного фонда. Эта поддержка имеет большое значение, так как позволила приобрести новое измерительное оборудование, расширить штат сотрудников. Сейчас финансирование очередного этапа подходит к концу, но мы надеемся выиграть следующий конкурс – помощь фонда обеспечит возможность продолжения исследований.

– Позвольте, Александр Юрьевич, пожелать Вам и возглавляемому Вами коллективу новых открытий и новых свершений!

Ирина КУТИНА.