I Trattamenti dialitici
e
le variabili di efficienza dialitica
Francesco Padula
INDICE:
Meccanismo di Trasporto dei soluti
Diffusivo
Emodialisi
e
Convettivo
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
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.
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);
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.
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.
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.
Dialysate
DIFFUSIONE
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
Meccanismo Diffusivo
Applicando la legge di Fick si deduce che la diffusione (J) di una
sostanza è uguale a:
dC
Jx = -D x A x ___
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.
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:
N = (Qbi x Cbi) – (Qbo x Cbo)
Qbi = Flusso sangue in entrata
Qbo = Flusso sangue in uscita
Cbi = Concentrazione soluto sangue in entrata
Cbo= Concentrazione soluto sangue in uscita
--------------------------------------------------------------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
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:
?
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:
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.
8,5-35-50 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.
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.
Trasporto convettivo
Nel trasporto convettivo il trasferimento di un
soluto dal sangue al liquido di dialisi dipende da:
1) Coefficiente di filtrazione (Sieving coefficient)
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
b) Superficie efficace di dialisi (A) m2
c) Pressione di trasmembrana (TMP) mmHg
Kuf 10 - 85
CONVEZIONE
Nel trasporto di tipo
convettivo il
trasferimento di
soluti avviene
secondariamente al
passaggio di solvente
che le trascina con sé.
Kuf
A
CONVEZIONE
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)
TMP
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
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
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)
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
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
2
2
Pb.i = Pressione Sangue ingresso
Pb.o = Pressione Sangue uscita
Pd.i = Pressione Bagno dialisi ingresso
Pd.o = Pressione Bagno Dialisi uscita
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
Emofiltrazione (HF)
.
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
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
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.
HF
Il sangue viene
diluito prima di
entrare nel filtro e
raggiunge una
composizione
normale all’uscita
venosa.
PREDILUIZIONE
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
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 0.9-1.1 che sarebbe
considerato inadeguato in HD, è invece
considerato sufficiente in HF.
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 110-120% 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’80-120% del flusso sangue
Con Qb.di 200 ml/m da 38400 a 57600 ml
Con Qb.di 350 ml/m da 67200 a 100800 ml
HDF – ON-LINE
.
HDF – ON-LINE
Sfrutta insieme i
vantaggi
dell’Emodialisi e
dell’Emofiltrazione.
.
.
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.
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.
.
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
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 = 25200 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
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. 3000 ml
Es.: Qb (350 x 30% x 240) min = 25200 ml Vol. tot. Uf
25.200 – 3.000 = 22.200 ml liquido di sostituzione
Vinf = Vuf – PPT
In Prediluizione Moltiplicare il risultato x 2
(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 = 25200 Vol. uf totale – 4000 PPT
= 21,200 valore di liquido da infondere
In prediluizione si moltiplica il risultato per 2
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
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 + 500
Formula
“(Inf : t) + 500”
Es. Seduta dialitica 240 minuti con infusione totale 18000 ml
Calcolo (18000 / 240) = 75 +500= 575ml/m Flusso dialisi corretto
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 = 175000 ml /500 q.d. = min 350/60 = h 5,50’
Soluzione acida 3,5 litri, diluizione 1+44
ml 3500 x 45 = 157500 ml /500 q.d. = min 315/60 = h 5,15
Soluzione acida 0,5 litri, diluizione 1:400
ml 500 x 400 = 200000 ml /500 q.d. = min 400/60 = h 6,40
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 110-120% 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’80-120% del flusso sangue.
Con Qb.di 350 ml/m da 67200 a 100800 ml - Flusso sangue 200=da 38400 a 57600 ml
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
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.
...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/(250+250) =125 ml/min
Volume di ultrafiltrazione...
Emofiltrazione Postdiluizione
Emofiltrazione Prediluizione
Nella HF postdiluizione
il volume totale di
acqua plasmatica
ultrafiltrata determina la
clearance globale
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
Nella modalità di
postdiluizione la velocità
massima di ultrafiltrazione è
in genere intorno al 30%
del flusso sangue.
Nel caso in cui Qinf (flusso di
infusione) sia uguale
a Qb, la clearance è la metà
dell' ultrafiltrazione.
La “protein polarization” limita la formazione di UF
Protein
polarization
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.
