Meccanismi di biofeedback e nuove tecniche dialitiche: lo stato dell arte. Dott.ssa M.A. Perniola - Martina Franca

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1 Meccanismi di biofeedback e nuove tecniche dialitiche: lo stato dell arte Dott.ssa M.A. Perniola - Martina Franca

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3 Un biosensore è un particolare trasduttore costituito da un elemento sensibile biologicamente attivo (enzimi, cellule, anticorpi ecc.) e da una parte elettronica. L'elemento biologico interagisce con il substrato da analizzare e un sistema di trasduzione (sensore) converte la risposta biochimica in un segnale elettrico.

4 Il biofeedback (tradotto dall'inglese: retroazione biologica), è un metodo terapeutico che riguarda la psicoterapia. Esso è basato sulla teoria comportamentista ed aiuta il paziente a prendere controllo del suo comportamento. L'organismo umano interagisce continuamente con l'ambiente esterno attraverso l'elaborazione di un comportamento adattativo.

5 Un modulo bio-reattivo è un apparato inserito in un apparecchio di dialisi che consente di variare i parametri attuativi del trattamento di dialisi in base alla risposta fisiologica del paziente. I moduli bio-reattivi hanno un cuore nel quale vengono confrontati i parametri provenienti dalla macchina ed i dati paziente. I risultati delle monitorizzazioni vengono inviati al modulo bioreattivo che li elabora per eseguire le necessarie variazioni dei parametri. Le modifiche dei parametri-macchina a loro volta modificano la risposta fisiologica del paziente, ed il ciclo si ripete per tutto il tempo del trattamento (feed-back). Modulo Bioreattivo

6 Filtro Filtro Modulo bio-reattivo Invio parametri Funzionamento standard Il paziente risponde ai parametri di programma Invio parametri variati Modulo bioreattivo Il paziente risponde alle variazioni dei parametri di programma Monitorizzazione continua dialisato in uscita Monitorizzazione continua dati paziente Funzionamento con bio-feedback

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8 Brusca riduzione della P.A. maggiore o uguale a 30 mmhg per la PAS, se il pz. è normoteso o iperteso o una riduzione della P.A. < a 100 mmhg per la PAS prima dell attacco. Definizione di ipotensione

9 Posizione di Trendelemburg UF azzerata Infusione di sol. Salina, plasmaexpanders, ipertoniche di sodio, glc, mannitolo, albumina O 2 terapia TRATTAMENTO

10 Stima corretta del peso secco Correzione dell anemia Cibo Caffeina Strategie dialitiche: dialisi profilate per UF e Na + (ramped hypertonic sodium dialysis) HFR-Aequilibrium BTM, BVM, Hemoscan, Biologic RR comfort, Ultracontrol, etc PREVENZIONE

11 HFR Aequilibrium Natrium è una sonda di conducibilità Natrium misura la concentrazione di sodio nell ultrafiltrato a inizio trattamento per 15 Il modello matematico personalizza il profilo e calcola automaticamente la rimozione di sodio da effettuare durante il trattamento modulando l UF oraria e la conducibilità totale per raggiungere gli obiettivi prestabiliti (Calo peso e Na + finale) Natrium determina in continuo la natremia

12 meq/l HFR Aequilibrium [Na] storico [Na] misurato [Na] biofeedback T (min)

13 Sintomatologia intradialitica * ** P = 0.01 P = # P = ## P < P = ** * ## #

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15 Meccanismo schematico della variazione temperatura corporea in dialisi IPOTENSIONE Diminuzione del volume plasmatico ( UF ) Vasocostrizione Vasodilatazione Flusso sangue superficiale (fino a ml/min) + Infiammazione Recettori ipotalamici T dialisato Aumento del calore corporeo Accumulo di calore Temperatura ml/min flusso sangue alla pelle Trasferimento calore interno pelle ( - 25%) Perdita di calore dalla superficie corporea +

16 1. Bilancio extracorporeo energia termica 2. Regolazione della T corporea Dialisi Isotermica ΔT = 0 BTM 5008 BTM 4008 Sangue arterioso, temperatura influenzata dalla risposta fisiologica alla dialisi Sangue venoso, temperatura influenzata dalla temperatura del dialisato

17 C 3,0 2,0 1,0 0,0-1,0-2,0-3,0 T - Control: controllo delle variazioni della temperatura corporea Test REC richiesto 0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 Impostazione dell operatore: flusso Variazione Temperatura Corporea 0,0 C / h. Dialisato Variazione temperatura corporea Azione: il paziente è stabilizzato attivamente alla sua temperatura pre-dialisi. Meccanismo: temp. del sangue arterioso temp. del dialisato temp. del sangue venoso temp. del sangue arterioso temp. del dialisato temp. del sangue venoso C 2: h : min

18 L ipotensione in dialisi è un evento comune ed è il risultato soprattutto della grande quantità di liquidi rimossa durante la seduta rispetto al volume totale!

19 BVM - Blood Volume Module Emettitore Ricevitore Sensore temperature Principio della funzionamento: variazione del tempo di transito di impulsi sonori a causa dell aumento di densità del sangue (Ultrafiltrazione) Tempo di transito degli impulsi: ~ 10.8 µs

20 Il metodo si basa sulla dipendenza della velocità di trasmissione del suono rispetto alla composizione del sangue. Nel sangue la densità è determinata soprattutto dall Hb + plasmaproteine. Durante la dialisi l acqua plasmatica varia in funzione dell UF e del refilling, mentre la massa proteica intravasale rimane pressochè costante. Questo permette di utilizzarla come indicatore dei cambiamenti del volume ematico. Un algoritmo matematico regolerà il tasso di UF/h in base all andamento del BV.

21 Il BVM si compone di un emettitore ed un ricevitore di ultrasuoni che attraversano una cameretta rigida posta sul ramo arterioso della linea extracorporea. A mano a mano che il sangue diventa più denso a causa dell UF, la velocità di trasmissione dell ultrasuono nel sangue aumenta e questa variazione viene rilevata dal BVM. Viene quindi tracciato un grafico della riduzione del volume ematico relativo (RBV) del paziente. Se nel corso di alcune dialisi si rileva che in corrispondenza di un valore costante di RBV (Relative Blood Volume) si verificano regolarmente delle ipotensioni questo diventa l RBV critico che viene memorizzato x costruire un programma di calo peso individuale tendente ad evitare tale valore.

22 Variazione dell UF con il controllo del BVM Eventi BVM Profilo UF 0 RBV RBV critico Andamento del flusso UF Minimo RBV raggiunto 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 A causa della maggiore o minore entità del refilling cellulare, varia il flusso UF.

23 Calcolo del flusso di infusione ottimale La funzione di AutoSub consiste nella regolazione automatica del flusso di sostituzione del paziente sia in pre che in post ON LINE- H(D)F e dipende dal flusso ematico effettivo raggiunto, dal filtro utilizzato, dall Hct e dalle proteine totali del paziente Ciò consente di variare automaticamente il flusso di sostituzione ed evitare impaccamenti del filtro e conseguenti interruzioni del trattamento.

24 Il sensore Hemoscan Sistema ottico di rilevazione dell emoglobina. E dotato di holder a specchio per ridurre l effetto scattering Non richiede disposable accessori Il funzionamento è totalmente automatizzato

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26 Only five parameters to set Final BV/UF vol (-40 to 0 %/L) Ratio between Blood Volume and UF Volume to be reached at end of dialysis. UF Volume (0 to 12 L) Total weight loss to be reach at the end of dialysis. Final Na (135 to 150 mmol/l) Na-isoconcentration equivalent: this prescription results in a sodium balance equivalent to the one obtained with constant Na concentration. Na Limits Band in which the Na conc. can be modulated. Values can be: Narrow (-5 to 10) Standard (-5 to 15) Large (-7 to 18) Sodium 5 Final Na Treatment time Max UF Ratio (1.2 to 2) Coefficient used to calculate Max Initial UF

27 Black arrow indicates deviation of the actual refilling rate compared to the optimal trajectory Blood volume Current Blood Volume value Green area The treatment is proceeding according to the optimal trajectory defined in the Hemocontrol prescription Yellow areas The Hemocontrol prescription may not be reached at the end of the treatment time Attention needed Orange areas The Hemocontrol prescription will not be reached at the end of the treatment time Action needed

28 Artis ed Hemocontrol Err BV/UF graph 1 Refilling rate better than expected. Opportunity to remove more water. 2 Refilling rate better than expected. Water removal restricted by UF max limits. 3 Refilling rate lower than expected. Dry weight might not be reachable. 4 Illogical behavior. Usually a transitory situation following a change of settings. UF troppo alta Disidratazione Iperidratazione UF troppo bassa

29 ULTRA CONTROL rappresenta un approccio più semplice, più sicuro e più efficace all emodiafiltrazione on-line (HDF online), dove permette di ottenere automaticamente scambi convettivi ottimali per ogni paziente, in ogni sessione. Questo sistema di biofeedback esegue automaticamente, e ad intervalli regolari, la scansione della pressione di transmembrana (TMP), quindi effettua, in tempo reale, le modifiche necessarie. ULTRA CONTROL permette una più efficace depurazione e riduce notevolmente la frequenza degli allarmi di TMP, quindi la necessità di controlli e interventi dell operatore.

30 Sistema di biofeedback ULTRA CONTROL D UF+ Errore set - Controllore TMP set + Errore - Controllore Macchina UF Paziente/Filtro TMP misurata TMP monitor D UF monitor In questo caso il sistema ha due anelli di regolazione: Il primo controlla istante per istante la rispondenza tra la TMP misurata nel sistema Paziente/Filtro e quella autoimpostata. Il secondo regola il valore della pressione di TMP da autoimpostare in relazione all incremento di Uf ottenuto all incremento della pressione di TMP.

31 In pratica ULTRACONTROL, effettua delle scansioni periodiche e automatiche con incrementi controllati sulla TMP, al fine di ottenere il massimo trasporto convettivo possibile. Il risultato è un volume di infusione superiore, ottenuto tramite un sistema automatico, sicuro e facile da gestire.

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33 BVC: una misurazione di tipo ottico riconosce la variazione di colorazione Trasmettitore Misuratore posto sul DBB-05 Ricevitore

34 La luce con una certa lunghezza d onda viene riflessa dall Hb.Più alta è la concentrazione dell Hb e maggiore è la luce riflessa che sta ad indicare un BV basso. Sangue 5 6 litri Componenti costanti, 42% circa Plasma, 58% circa Eritrociti ca / µl Emoglobina Leucociti ca /µl Trombociti ca / µl Acqua 90% del plasma Proteine 8% del plasma Ioni, glucosio, ormoni, creatinina, urea 2% del plasma Trasmettitore Ricevitore

35 Trasferimento Dati BVC Tutti le apparecchiature DBB-05 comunicano con un PC esterno tramite connessione bluetooth. Connessione Bluetooth Al termine della seduta dialitica, i parametri legati al BVC verranno trasmessi automaticamente o manualmente al PC esterno.

36 Regolazione Conducibilità 0 dbv/% -5 dbv in funzione del BV di riferimento cond/ms Regolazione della conducibilità in funzione del dbv reale misurato 15,5 15,0 14,5 14,0 13,5 13,0 12,5

37 Controllo attivo con feedback Il DBB-05 regola Volume Ematico ed UF-Oraria all interno di una finestra. 2,00 2,00 Durata del trattamento 1,90 0,00 1, ,70-2,00 Regolazione dbv 1,60-4,00 1,50 1,40-6,00 1,30 dbv % -8,00 1,20 1,10 1,00 UFR ml/h -10,00 0,90 0,80-12,00 0,70-14,00 0,60 0,50-16,00-18,00-20,00 Regolazione UF-Oraria 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00

38 BIOLOGIC RR & FUZZY LOGIC

39 La fuzzy logic o logica sfumata o logica sfocata è una logica in cui si può attribuire a ciascuna proposizione un grado di verità compreso tra 0 e 1. Secondo questa logica polivalente una proprietà, oltre che avere un valore di verità =1 o un valore di falsità = 0, può anche assumere valori intermedi. Non ammette due valori soli di verità bianco/nero, vero/falso, tutto/niente ma prevede un oscillazione senza fine tra due estremi opposti. Il vero implica il falso e viceversa!

40 Nella vita non è tutto bianco o nero, volevo dire che ci sono delle sfumature!

41 Technical scheme of the closed-loop system for the fuzzy control of the UFR. Since on most of hypotension-prone patients the frequency of hypotensive events is increasing with ongoing haemodialysis, the biofeedback control is focused on UFRs as low as possible during the final phase of the session. This goal may be achieved by applying maximum UFRs (up to 200% of the average UFR) during the initial phase of treatment so long as it is tolerated by the systolic BP.

42 Il sistema necessita solo di due parametri-imput: 1. UFR max, scelta dall operatore, e definita come il max livello di UFR applicato al singolo pz. ed espresso in termini di valore % dell UFR usato in una convenzionale ED con UF costante e lineare. 2. il BP set point, definito come livello di BP al quale il paziente generalmente comincia a diventare sintomatico.

43 Bilogic RR Confort l evoluzione 1. Il software memorizza l andamento della PA dei trattamenti dialitici precedenti per ogni singolo paziente (Patient Therapy Card, fino a n 100). Vengono memorizzati 2. Dopo i primi 45 minuti di terapia, il sistema individua tra le curve memorizzate quella più simile al trend registrato fino a quel momento. 3. In base alla combinazione tra questa curva e le misurazioni di PA eseguite nel trattamento corrente, il software costruisce la Linea Guida della terapia. 4. Il sistema regola gli intervalli di misurazione della PA fino ad un max di 30 minuti. 5. Il monitor esegue in modo automatico la modulazione dell ultrafiltrazione.

44 BioLogic RR Comfort Funzionalità Andamento della seduta dialitica

45 Kt/V vs. Mortalità (Studio DOPPS) Raggiungimento del Kt/V Kt/V > 1,2 Kt/V < 1,2

46 Il Kt/V Metodo globale di misurazione della dose dialitica Cos è il Kt/V? Tempo terapia (t) Clearance dell urea (K) Volume di distribuzione dell urea (V) Kt/V = Esempio: 245 ml/min * 300 min ml = 1,36

47 Quanta dialisi serve? Più possibile Non più del necessario 1. Una volta al mese? 2. Una volta ogni tre mesi? 3. MAI? 4. O SEMPRE?!?!?.. e quando misurarla?

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49 Monitoraggio della dose dialitica I. Clearance degli elettroliti del dializzatore OCM/Diascan II. Campionamento del dialisato esausto III.Determinazione dell Urea con Ureasi IV. Absorbimento UV nel dialisato esausto

50 BACKGROUND H H N Sodio Urea H N C O Na 2 H Peso Molecolare 46 D H 4 N 2 CO Peso Molecolare 64 D

51 PRESUPPOSTI TEORICI Il Sodio e l Urea passano attraverso una membrana sintetica in modo quasi identico, quindi.. Clearance degli elettroliti / Clearance dell Urea 300 Soluzioni acquose 200 Coefficiente di diffusione a 37 C (cm 2 /sec) Na + Urea 1,94 x ,20 x Clearance dell urea [ml/min] Steil H, et.al. ASAIO Trans 1993;39:M se misuriamo il passaggio del Sodio avremo (indirettamente) la Clearance dell Urea

52 Principio di funzionamento Uscita sangue Cella cond. ingresso Cella cond. uscita Ingresso sangue Aumento di 1 ms della conducibilità 15,20 15,00 Conducibilità ingresso Risposta all impulso di conducibilità 14,80 14,60 14,40 14,20 Conducibilità uscita 14, Tempo di dialisi [sec.]

53 Parametri richiesti Impostazione parametri Ematocrito [%] Volume di distribuzione dell urea (V). Se calcolato con la formula Watson servono anche: sesso età altezza peso

54 Diascan Tramite la pagina fluidi e diascan si accede alla specifica pagina che visualizza valori e grafici. Il rapporto tra Qb e Clearance sul grafico offre una chiara indicazione sull efficienza del trattamento

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56 Clearance degli elettroliti La regolazione della conducibilità del sodio è sempre legata al rischio di sovraccarico di sodio nel paziente. Per evitarlo, le misurazioni non possono essere eseguite continuamente durante l intero trattamento. Fasi di elevata concentrazione di sodio devono essere alternate a fasi di bassa concentrazione. Le misurazioni sono semplici informazioni in particolari punti temporali durante la seduta di dialisi. (Gambro: Le misurazioni possono essere ripetute ogni 15, 30 o 60 minuti. / FMC ogni 25 min almeno)

57 ... Inoltre Non è possibile modificare i parametri del trattamento durante le fasi di misurazione: - Flusso sangue / dialisato - Rate / Volume Ultrafiltrazione - Conducibilità La misurazione si interrompe se viene modificato un parametro.

58 Monitoraggio della dose dialitica I. Clearance degli elettroliti del dializzatore OCM/Diascan II. Campionamento del dialisato esausto III. Determinazione dell Urea con Ureasi IV. Absorbimento UV nel dialisato esausto

59 Campionamento del dialisato esausto Viene raccolto tutto il dialisato esausto della seduta dialitica Viene determinata la concentrazione dell urea 120 litri di dialisato esausto (Flusso LD 500ml/min 240 min tempo seduta) Non applicabile per uso quotidiano!!!

60 Monitoraggio della dose dialitica I. Clearance degli elettroliti del dializzatore OCM/Diascan II. III. IV. Campionamento del dialisato esausto Determinazione dell Urea con Ureasi Absorbimento UV nel dialisato esausto 60

61 Determinazione dell urea con ureasi UREASI è un enzima che catalizza l idrolisi dell urea in biossido di carbonio e ammoniaca. L ultrafiltrato o il dialisato passano a basso flusso in una cella di conducibilità (S U ) Una cartuccia contenente ureasi ed una seconda cella di conducibilità (S R ) sono in serie. L urea viene abbattuta dall ureasi Ne consegue una variazione della conducibilità elettrica calibrata per la concentrazione dell urea cf: Stiller S., Al-Bashier A., Mann H.: On-line Urea Monitoring during hemodialysis: A Review. Saudi J Kidney Dis Transplant 2001; 12(3):

62 Determinazione dell urea con ureasi Riassunto della determinazione dell urea con ureasi Misurazione della concentrazione dell urea nel dialisato esausto Monitoraggio online della concentrazione dell urea La calibrazione può essere un ostacolo all uso regolare 1 L unità è un costoso dispositivo separato A causa degli elevati costi del monouso, le cartucce di ureasi non sono sistemi indicati per la ricerca (Lindsay and Sternby 2001) cf: Stiller S., Al-Bashier A., Mann H.: On-line Urea Monitoring during hemodialysis: A Review. Saudi J Kidney Dis Transplant 2001; 12(3):

63 Monitoraggio della dose dialitica I. Clearance degli elettroliti del dializzatore OCM/Diascan II. Campionamento del dialisato esausto III. Determinazione dell Urea con Ureasi IV. Absorbimento UV nel dialisato esausto DDM, ADIMEA 63

64 ADIMEA Accurate Dialysis Measurement Il principio di misurazione di Adimea Utilizzo dei principi della spettroscopia per determinare la riduzione dei cataboliti azotati rimossi nel dialisato Una sorgente luminosa trasmette luce ultravioletta attraverso il dialisato che scorre verso lo scarico. Le particelle contenute nel dialisato adsorbono la luce in base alla concentrazione. Un sensore rileva tale adsorbimento. Questo dà al sistema informazioni circa la curva della riduzione dell urea.

65 Monitoraggio della dose dialitica Adimea La curva misurata grazie all adsorbimento della luce è sovrapponibile alla curva della concentrazione dell urea: Alta [molare ] = alta assorbanza [molare] = assorbanza assorbanza ± 2% correlazione Il Kt/V può essere determinato direttamente sulla base della curva.

66 Monitoraggio della dose dialitica Adimea Visualizzazione dell Urea Reduction Ratio (URR) Il valore target dipende dal Kt/V 6 6

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68 Trasmettit ore Ricevit ore Rappresentazione grafica a video 1. Tempo rimanente 2. Kt/V istantaneo 3. Fattore riduzione Urea 4. Target Kt/V 9. Target Kt/V 5. Flusso sangue 6. Flusso dialisato 7. UF-oraria 8. Tempo trattamento 10. Target Kt/V

69 Dialysis Dose Monitor (DDM) La misurazione avviene ogni 20 secondi. Il dato ricavato viene automaticamente inserito nella formula per il calcolo del Kt/V e della riduzione percentuale dell urea (URR): I c I S I t t V UF Intensità luce di trasferimento prima del trattamento Intensità luce di trasferimento ad avvio trattamento Intensità luce di trasferimento al tempo t Tempo di trattamento Volume di ultrafiltrazione

70 Adimea / DDM Daugirdas Kt/V Diascan / OCM Misurazioni continue nel dialisato esausto Regolazione dei parametri per il raggiungimento del target durante la seduta dialitica Operatività semplice e flessibile: possibilità di modificare Qb, Qd e t senza interropmpere la misura Utilizzabile in tutti i trattamenti ( HDF - OL ; SN; HD) Non serve determinare V Nessun costo successivo per service o disposable aggiuntivi No monitoraggio in tempo reale Generalmente fatto una volta al mese o ogni tre mesi Regolazione parametri non possibile fino alla successiva seduta di dialisi Precisione in base al momento del prelievo Richiede manodopera Non applicabile per terapie SN Limitazioni nelle terapie HF/HDF Solo misurazioni periodiche Determinazione manuale del volume di distribuzione dell urea V No URR / spkt/v / ekt/v Calibrazione frequente (OCM) 70

71 Principio di Collins sulle conferenze: L oratore che viene dopo pranzo, di solito ha questo effetto!!!