I Trattamenti dialitici e le variabili di efficienza dialitica. Francesco Padula

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1 I Trattamenti dialitici e le variabili di efficienza dialitica Francesco Padula

2 INDICE: Meccanismo di Trasporto dei soluti Diffusivo e Convettivo Emodialisi Emodiafiltrazione Emofiltrazione Ko coefficiente di permeabilità diffusiva per unità di superficie di membrana Kuf coefficiente di ultrafiltrazione per unità di superficie di membrana TMP pressione di trasmembrana Il Fenomeno di interferenza fra processo diffusivo e quello convettivo Colcolo del volume di Ultrafiltrazione e dell Infusione in HF/HDF

3 Introduzione Trasporto dei soluti attraverso le membrane di dialisi! Un filtro per emodialisi è principalmente un dispositivo finalizzato ad un trasferimento di massa, e quindi la sua attitudine alla rimozione dei soluti è di fondamentale importanza. In condizioni operative standard le clearances in vivo dell urea nella maggior parte dei dializzatori in commercio sono comprese tra 160 e 180 ml/min. La permeabilità di membrana e la velocità di ultrafiltrazione dipendono intrinsecamente dalle caratteristiche delle membrane e non dalla geometria del filtro. La permeabilità di tipo diffusivo è più elevata nelle membrane di cellulosa, e più bassa nelle membrane sintetiche idrofobiche. Al contrario la velocità di ultrafiltrazione è massima nelle membrane sintetiche idrofobiche.

4 Il meccanismo di trasporto dei soluti attraverso una membrana semipermeabile avviene per Diffusione o per Convezione La permeabilità diffusiva (Ko), e il coefficiente di ultrafiltrazione (Kuf) sono inversamente proporzionali allo spessore della membrana. Il valore di tali parametri è tanto più elevato quanto più sottile è la membrana. Umida riduce diametro capillari > 20%. La permeabilità diffusiva (Ko), e il coefficiente di ultrafiltrazione (Kuf) sono anche dipendenti da: Flusso ematico (QB); Superficie del dializzatore (A); tipo di membrana Flusso del dialisato (QD);

5 Trasporto diffusivo Per Diffusione si intende il trasferimento di soluti attraverso una membrana semipermeabile, secondo un gradiente di concentrazione, da una soluzione a contenuto percentuale superiore ad un'altra a contenuto inferiore. L'entità del trasferimento è legata al gradiente delle singole sostanze, al loro peso molecolare ed alle caratteristiche di permeabilità della membrana: le molecole a minor peso diffondono più facilmente di quelle a peso molecolare elevato e si realizza quindi un'estrazione selettiva, con clearances che decrescono con l'aumentare del peso molecolare.

6 Diffusivo=Emodialisi La dialisi standard è una metodica dialitica ove i meccanismi depurativi sono prevalentemente di tipo diffusivo La funzione depurativa e la correzione dell equilibrio acido/base è svolta completamente dal liquido di dialisi che contiene tampone bicarbonato.

7 DIFFUSIONE I soluti tendono a raggiungere la stessa concentrazione su ambo i lati della membrana. Il risultato finale è un trasferimento di molecole dal compartimento con la concentrazione più alta al compartimento con la concentrazione più bassa. Dialy ysate

8 DIFFUSIONE Se si introducono nella soluzione dializzante delle sostanze, quali calcio e basi, delle quali il paziente è carente, per lo stesso principio diffusivo è possibile una loro somministrazione in corso di dialisi

9 Meccanismo Diffusivo Applicando la legge di Fick si deduce che la diffusione (J) di una sostanza è uguale a: Jx = -D x A x dc dx D = Costante di diffusività del complesso soluto-solvente ad una data temperatura. A = Area del fronte di diffusione. dc = Differenza di concentrazione di una sostanza ai due lati della membrana. dx = Distanza Oltre al gradiente di concentrazione, il flusso di soluto attraverso una membrana semipermeabile risulta dipendente dalla superficie di membrana (A), dallo spessore della membrana, e infine da un coefficiente di diffusività (D) caratteristico del soluto in un dato solvente e a una data temperatura.

10 La quantità di soluto estratto dal sangue nell unità di tempo (N) è uguale alla differenza fra la quantità che entra e quella che esce dal dializzatore, per cui: Qbi = Flusso sangue in entrata Qbo = Flusso sangue in uscita Cbi = Concentrazione soluto sangue in entrata Cbo= Concentrazione soluto sangue in uscita N = (Qbi x Cbi) (Qbo x Cbo) Analogo ragionamento vale anche per la quantità (N) di soluto trasferito nel bagno di dialisi nell unità di tempo: N = (Qdo x Cdo) (Qdi x Cdi) Qdo = Flusso liquido di dialisi in uscita Cdo = Concentrazione liquido di dialisi in uscita Qdi = Flusso liquido di dialisi in entrata Cdi = Concentrazione liquido di dialisi in entrata

11 In applicazione alla legge di conservazone di massa, la quantità N di soluto estratta dal sangue nell unità di tempo è uguale a quella che compare nel bagno di dialisi nello stesso momento: N = Qbi x (Cbi Cbo) = Qd (Cdo Cdi) Se analizziamo la seguente formula Nd = Ko x A x dc vediamo che l efficacia del trasporto diffusivo sarà massima quando: dc (gradiente di concentrazione per il soluto considerato) è più elevato possibile (Apparecch. single pass,qd) A (superficie efficace di dialisi) è più elevata possibile (dializz.fibre cave) Ko (reciproco della resistenza globale Ro?) è il più elevato possibile:

12 Ko è il reciproco della resistenza globale KO = 1/RO la resistenza globale Ro è per definizione uguale alla somma delle resistenze offerte: dalla membrana dal sangue e dal bagno di dialisi Ro = Rm + Rb + Rd Per aumentare il rendimento del trasporto per diffusione è necessario diminuire le resistenze dei tre compartimenti e più precisamente:

13 Per aumentare il rendimento del trasporto per diffusione è necessario diminuire le resistenze dei tre compartimenti e più precisamente: Rb può essere abbassata riducendo lo spessore del film del sangue; 185 a 215 microm Rd può essere ridotta aumentando il flusso del dialisato: si crea così una pulizia più attiva degli strati limite. Rm può essere diminuita riducendo lo spessore della membrana. 8, microm Per i soluti di piccolo P. M. l'influenza maggiore è data da Rb e Rd. per i soluti di P.M. superiore a 1000 daltons Rm esercita l'influenza predominante.

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15 La formula matematica che rappresenta il trasporto convettivo è: Jx = Jf x Cb x (1-s) Il flusso convettivo di un soluto (Jx) è dipendente dalla quota di fluido rimosso (Jf), dalla concentrazione del soluto (Cb) nell acqua plasmatica e dalle caratteristiche di setacciamento o sieving (s) della membrana nei confronti di un dato soluto.

16 1) Coefficiente di filtrazione (Sieving coefficient) Trasporto convettivo Nel trasporto convettivo il trasferimento di un soluto dal sangue al liquido di dialisi dipende da: Coefficient di sieving esprime la facilità con la quale un dato soluto attraversa la membrana. Rappresenta il rapporto tra la concentrazione del soluto nell ultrafiltrato e quella nel plasma (Ux/Px). Quanto riesco a ultrafiltrare in rapporto a quello che ho a disposizione. 2) Concentrazione plasmatica media del soluto (Cb) 3) Entità di filtrazione del solvente o quota di fluido rimosso (Jf) a) Permeabilità idraulica (Kuf) ml/h*mmhg Kuf b) Superficie efficace di dialisi (A) m2 c) Pressione di trasmembrana (TMP) mmhg

17 CONVEZIONE Kuf Nel trasporto di tipo convettivo il trasferimento di soluti avviene secondariamente al passaggio di solvente che le trascina con sé.

18 A CONVEZIONE TMP L entità del passaggio dell acqua e quindi dei soluti dipende dalle caratteristiche della membrana e dal gradiente di pressione idraulica tra i due lati. (tmp)

19 CONVEZIONE Per compensare le perdite di acqua plasmatica si effettua la restituzione di una soluzione polielettrolitica sterile o ultrapura contenente anche sostanze tampone e glucosio

20 TMP Il concetto di transmembrana: prendendo ad esempio un solo capillare, si vede che al suo interno è presente una pressione (positiva) che spinge il sangue contro la parete del capillare stesso. Qb In Qb Out

21 TMP Al suo esterno (in HD ed HDF) scorre il liquido di dialisi, la cui pressione può essere rivolta in senso uguale a quella del sangue (due vettori che vanno nello stesso senso) (Pd negativa) oppure in senso opposto(pd positiva)

22 TMP La formula Somma algebrica della Pressione lato sangue e la Pressione lato bagno dialisi, meno la pressione oncotica TMP = Pbi + Pbo _ Pdi + Pdo P.onco Pb.i = Pressione Sangue ingresso Pb.o = Pressione Sangue uscita Pd.i = Pressione Bagno dialisi ingresso Pd.o = Pressione Bagno Dialisi uscita

23 Emofiltrazione (HF) L emofiltrazione è una metodica dialitica ove non è presente il bagno di dialisi e i meccanismi depurativi sono esclusivamente di tipo convettivo. La funzione depurativa è svolta completamente dal liquido di infusione che contiene tampone bicarbonato

24 Emofiltrazione (HF).

25 Volume di ultrafiltrazione... Emofiltrazione Postdiluizione Emofiltrazione Prediluizione Nella HF postdiluizione il volume totale di acqua plasmatica ultrafiltrata determina la clearance globale Nella modalità di postdiluizione la velocità massima di ultrafiltrazione è in genere intorno al 30% del flusso sangue.

26 HF postdiluizione Il liquido di sostituzione viene somministrato dopo l emofiltro la velocità massima di Ultrafiltrazione è circa il 30% del flusso sangue, essendo limitata dall Emoconcentrazione che si realizza all interno del filtro

27 Volume di ultrafiltrazione... Emofiltrazione Postdiluizione Emofiltrazione Prediluizione Nella HF prediluizione deve essere preso in considerazione anche il fattore di diluizione QB/(QB+Qinf); quando il sangue è diluito con la stessa quantità di liquido di sostituzione, l ultrafiltrato viene diluito nella stessa misura Nel caso in cui Qinf (flusso di infusione) sia uguale a Qb, la clearance è la metà dell' ultrafiltrazione.

28 HF PREDILUIZIONE Il sangue viene diluito prima di entrare nel filtro e raggiunge una composizione normale all uscita venosa. La prediluizione permette un aumento considerevole della ultrafiltrazione e quindi della clearance dei soluti permeabili alla membrana Nell HF on-line è preferibile la prediluizione

29 Dose dialitica in HF La Dose dialitica più adeguata per l HF è documentata meno a fondo di quella per l HD. Comunque sembra che sia dimostrato che un KT/V* dell Urea di che sarebbe considerato inadeguato in HD, è invece considerato sufficiente in HF.

30 per raggiungere un kt/v dell' urea di 1.0 in HF pre Il vol. tot di uf. deve essere di circa 2 volte il volume di distribuzione dell'urea, Es. paz. di 70 kg con volume di distribuzione 40 x 2=80 litri Quindi il vol. di sostituzione richiesto (inf.) è pari alla differenza tra il volume di ultrafiltrazione totale ed il volume di PPT. Es. (80 l 4 l) = 76 inf. Alcune aziende sulle loro apparecchiature consigliano di impostare come vol di infusione il % del peso corporeo: paziente di 70 kg (70x112%) = Litri 78 inf Inoltre bisogna considerare che i parametri di trattamento sono fissati per raggiungere un Q.inf pari all % del flusso sangue Con Qb.di 200 ml/m da a ml Con Qb.di 350 ml/m da a ml

31 HDF ON-LINE. HDF ON-LINE Sfrutta insieme i vantaggi dell Emodialisi e dell Emofiltrazione...

32 In HDF il trasporto diffusivo e convettivo sono accopiati per rimuovere simultaneamente sia le piccole, sia le più grandi molecole. La clearance totale però non può essere considerata come la somma matematica delle due clearances separate: la diffusione e la convezione simultanee si influenzano a vicenda.

33 Fenomeno di interferenza fra processo diffusivo e convettivo Gli AFU favoriscono il formarsi di uno strato proteico sulla superficie interna della fibra (protein Cake) il quale causa una progressiva diminuzione della permeabilità idraulica con una riduzione del trasporto convettivo e parzialmente diffusivo.. Analogamente la rimozione diffusiva dei soluti può essere inficiata dalla formazione di strati limite di acqua plasmatica (formatasi in seguito al processo convettivo) e localizzatasi nel settore del liquido di dialisi a ridosso della membrana dialitica..

34 Emodiafiltrazione (HDF) On-Line L entità di ultrafiltrazione da ottenere viene indicata nella somma della quantità di liquido di reinfusione che si programma di infondere con la quota di deidratazione di cui il paziente necessita. (inf+ppt) Con alcune apparecchiature ad inizio trattamento bisogna calcolare sia la quantità di liquido da infondere (Inf) al paziente che il flusso dialisi corretto da impostare sulla macchina per poter mantenere una diffusione con un flusso dialisi (Qd) di 500 ml/min. La quantità di liquido da infondere varia a seconda che si tratti di Postdiluizione Prediluizione

35 Calcolo dell Ultrafiltrazione HDF Postdiluizione Generalmente, il valore massimo di UF ottenibile con la Post-Diluizione è il 25-35% del Flusso Sangue. Es.: Qb (350 x 30% x 240) min = ml Vol. tot. Uf In caso di HT elevato è utile mantenere una percentuale di UF bassa (25%) per evitare una eccessiva emoconcentrazione all interno del filtro

36 Volume di sostituzione Il volume di sostituzione (inf) si ottiene dalla differenza tra il Volume Totale di Ultrafiltrazione (uf) e la Perdita di Peso Totale del Paziente (PPT) Es ml Es.: Qb (350 x 30% x 240) min = ml Vol. tot. Uf = ml liquido di sostituzione Vinf = Vuf PPT In Prediluizione Moltiplicare il risultato x 2

37 (HDF) On-Line su alcune apparecchiature Formula per il calcolo dell' Infusione in Emodiafiltrazione [(25-35% del QB) x min. tratt.] - PPT Es.: (Qb 350 ml/min x 30%) = 105 ml/min Velocità di u.f. x 240 min di dialisi = Vol. uf totale 4000 PPT = 21,200 valore di liquido da infondere In prediluizione si moltiplica il risultato per 2

38 Post o Pre? Per una buona clearance delle piccole molecole, è preferibile la scelta della post diluizione. Mantenendo il sangue non diluito nel dializzatore, si ottimizza il gradiente di concentrazione sulla membrana e quindi si ottiene un miglior trasporto diffusivo. In alcuni casi se l'uf ottimale non può essere raggiunta in post diluizione, per esempio a causa degli effetti della emoconcentrazione, la prediluizione può diventare un'alternativa possibile

39 Flusso dialisi corretto Una frazione del liquido di dialisi viene prelevata per l infusione. Su alcune apparecchiature è necessario regolare il flusso dialisi, quindi la parte di liquido utilizzato per l infusione viene compensata. Infusione Totale diviso tempo dialisi Formula (Inf : t) Es. Seduta dialitica 240 minuti con infusione totale ml Calcolo (18000 / 240) = = 575ml/m Flusso dialisi corretto

40 CONSUMO DI CONCENTRATO Ad una impostazione normale della macchina corrispondente a 140 mmol di sodio e 34 mmol di bicarbonato, il concentrato acido associato a bicart produce circa 180/200 litri di liquido di dialisi Soluzione acida 5 litri, diluizione 1+34 ml 5000 x 35 = ml /500 q.d. = min 350/60 = h 5,50 Soluzione acida 3,5 litri, diluizione 1+44 ml 3500 x 45 = ml /500 q.d. = min 315/60 = h 5,15 Soluzione acida 0,5 litri, diluizione 1:400 ml 500 x 400 = ml /500 q.d. = min 400/60 = h 6,40

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42 Così per raggiungere un kt/v dell' urea di 1.0 in HF prediluizione: il vol. tot di uf. deve essere di circa 2 volte il volume di distribuzione dell'urea, oppure il vol di uf. deve essere il % del peso corporeo. Es.: paz. di 70 kg con volume di distribuzione di litri 40 x 2=80 litri di volume di ultrafiltrazione per raggiungere un kt/v di 1.o Il vol. di sost. richiesto è pari alla differenza tra il volume di ultrafiltrazione totale ed il volume di PPT. Es. (80 l 4 l) = 76 inf. Oppure paziente di 70 kg (70x115%) = Litri 80-4 = 76 inf. Liq. di sost. con Ak 200u = 112% del peso secco) Solitamente nella prediluizione i parametri del trattamento sono fissati per raggiungere un Qinf pari all % del flusso sangue. Con Qb.di 350 ml/m da a ml - Flusso sangue 200=da a ml

43 In conclusione L HDF attraverso il processo simultaneo di diffusione e convezione realizza una più efficace rimozione sia delle piccole, sia delle medie molecole. Per le medie molecole, la convezione diventa sempre più importante Per l eliminazione effettiva delle medie molecole, come la b2-microglobulina (b2m) il volume totale di UF deve essere elevato

44 Trasporto convettivo Il passaggio dei soluti attraverso la membrana di dialisi avviene per trascinamento da parte del solvente che viene forzato ad attraversare la membrana per effetto di una forza idrostatica. L'entità del passaggio dell'acqua e quindi dei soluti dipende dalle caratteristiche della membrana e dal gradiente di pressione idraulica tra i due lati. La formula matematica che rappresenta il trasporto convettivo è: Jx = Jf x Cb x (1-s) Il flusso convettivo di un soluto (Jx) sarà dunque dipendente dalla quota di liquido rimosso (Jf), dalla concentrazione del soluto nell acqua plasmatica (Cb) e dalle caratteristiche di setacciamento o sieving della membrana (s) nei confronti di un dato soluto.

45 ...Volume di ultrafiltrazione Il valore della clearance si ottiene dalla formula: (QUf x Qe)/(Qe + Qinf) ove QUf il flusso di ultrafiltrazione totale al minuto, Qe il flusso di acqua plasmatica Qinf il flusso di infusione Quindi, se ad esempio abbiamo: Qe: 250 ml/min. QUf uguale a Qinf: 250 ml/min. Il valore della clearance sarà quindi così ottenuto: 250x250/( ) =125 ml/min

46 Volume di ultrafiltrazione... Emofiltrazione Postdiluizione Nella HF postdiluizione il volume totale di acqua plasmatica ultrafiltrata determina la clearance globale Nella modalità di postdiluizione la velocità massima di ultrafiltrazione è in genere intorno al 30% del flusso sangue. Emofiltrazione Prediluizione Nella HF prediluizione deve essere preso in considerazione anche il fattore di diluizione QB/(QB+Qinf); quando il sangue è diluito con a stessa quantità di liquido di sostituzione, l ultrafiltrato viene diluito nella stessa misura Nel caso in cui Qinf (flusso di infusione) sia uguale a Qb, la clearance è la metà dell' ultrafiltrazione.

47 La protein polarization limita la formazione di UF Protein polarization

48 Requisiti necessari per eseguire l emofiltrazione Un emofiltro con membrana altamente permeabile ai liquidi e soluti Una apparecchiatura per dialisi con un accurato controllo dei flussi di ultrafiltrazione e di sostituzione Grandi quantità di soluzione fisiologica sterile o ultrapura per la sostituzione.