Reduction of blood trauma in roller pumps for long-term perfusion

Abstract

As part of an attempt to develop a roller pump for long-term (2 weeks) cardiac assist, factors generating blood trauma in roller pumps were re-examined. Fresh human blood was pumped for 4 hr in a simple closed circulatory loop. Samples drawn at regular intervals were examined for plasma hemoglobin, lactate dehydrogenase, platelet function, and activation of coagulation factors. Experiments were performed in which tubing diameters were varied (polyvinyl chloride, 1/2- and 3/8-inch internal diameters), roller diameters were varied (3/4, 1 1/8, and 1 3/4 inches), and roller occlusion was varied from total occlusion to 0.020-inch underocclusion. The results showed more hemolysis when the roller diameters and the tubing diameters were smaller and when the rollers were more occlusive. Changes in platelet function and activation of coagulation factors were observed, but were not correlated with occlusion. These results suggest that when roller pumps are used for long-term cardiac support, the diameter of the rollers should be as large as possible, the tubing diameter should be as large as practical, and the occlusion setting should be as open as possible while still maintaining required flow rates. New techniques for setting occlusion are suggested.

Résumé

Les facteurs engendrant des traumatismes sanguins des pompes de circulation extra-corporelle ont été réexaminés pour la mise au point d'une pompe pour des assistances cardiaques de longue durée (deux semaines). Du sang frais humain a été mis en circulation fermée pour des durées de 4 heures. Des échantillons prélevés à intervalles réguliers, furent analysés, en particulier pour ce qui est de l'hémoglobine plasmatique, de la lactate déshydrogénase, des fonctions plaquettaires, et de l'activation des facteurs de coagulation. Les expériences furent menées avec des tubes de diamètres variables (en chlorure de polyvinile dont le diamètre interne était de 1/2 et 3/8 d'inch), le diamètre des galets (3/4, 1 1/8 et 1 3/4 d'inch) et le caractère occlusif des galets variant depuis une occlusion totale jusqu'à une sub-occlusion de 0.02 inch. Les résultats ont montré une hémolyse plus importante lorsque le diamètre des galets et des tubes étaient plus petits et lorsque les galets étaient plus occlusifs. Des modifications dans les fonctions plaquettaires et dans l'activation des facteurs de coagulation ont été observées, mais n'étaient pas corellées avec le degré occlusif de la pompe. Les résultats suggèrent que lorsqu'on utilise une assistance cardiaque au long cours et qu'on emploie des pompes à galet le diamètre des galets doit être aussi grand que possible, le diamètre des tubes aussi important qu'il est réalisable et le réglage de l'occlusion le plus lâche possible, tout en maintenant des débits de pompe suffisants. De nouvelles techniques pour régler l'occlusion sont proposées.

Resumen

Como parte de un esfuerzo destinado a desarrollar una bomba de rodillo para asistencia cardíaca a largo término (dos semanas), se procedió a revisar los factores generadores de trauma sanguíneo en las bombas de rodillo. Sangre humana fresca fué bombeada por períodos de cuatro horas en un simple circuito circulatorio cerrado. Las muestras tomadas a intervalos regulares fueron examinadas para hemoglobina plasmática, deshidrogenasa láctica, función plaquetaria y activación de los factores de coagulatión. Se realizaron experimentos en los cuales los diámetros de los tubos fueron variables (cloruro de polivinil, diámetro interior de 1/2 y 3/8 pulgadas), los diámetros de los rodillos fueron diferentes (3/4, 1 1/8 y 1 3/4 pulgadas) y la oclusión del rodillo variable entre oclusión total y oclusión de 0.020 pulgadas. Los resultados demostraron mayor hemólisis con rodillos y tubos de diámetro pequeño y con rodillos de mayor oclusión. Se observaron alteraciones en la función plaquetaria y en la activación de factores de coagulación, pero éstas no se correlacionan con el grado de oclusión. Estos resultados sugieren que cuando se utilicen bombas de rodillo por largos períodos de soporte, el diámetro de los rodillos debe ser lo mayor posible, el diámetro de los tubos debe ser tan amplio como sea práctico, y el nivel de oclusión debe ser fijado tan abierto como sea posible para todavía mantener las tasas de flujo requeridas. Se sugieren nuevas técnicas para fijar el nivel de oclusión.