CONFRONTO SOTTO UN PROFILO FISICO DELLE VARIE METODICHE DIALITICHE:
HD, HF, HDF, DPI, CAPD, CVVH
Tagliavini Dante Centro Dialisi Istituto di Clinica Medica e Nefrologia Ospedale Maggiore Parma.
Numerosi studi, specialmente sperimentali sono stati pubblicati sull’efficienza depurativa in dialisi riguardo a vari soluti. Il contemporaneo sviluppo di modelli matematici che descrivono la cinetica di tali processi, permette anche di considerare, con una accettabile precisione, questo problema sotto un altro punto di vista, che, esente da effetti di variabilità individuali, di attuazione ed errori sperimentali permette una differenziazione più netta. Si ipotizza di sottoporre a vari trattamenti dialitici uno stesso paziente e si studia matematicamente la cinetica di due molecole tipo di rilevante importanza in dialisi: l’urea (peso molecolare 60) tipica tossina uremica a basso peso molecolare e la beta-2-microglobulina (B2M) (p.m. 11.800), implicata nella patogenesi dell’amiloidosi da dialisi, come rappresentante dei soluti a più alto peso molecolare tra quelli dializzabili. I dati fisici dell’ipotetico paziente, necessari al calcolo delle cinetiche sono i seguenti:
Peso 68 Kg.
Volume intracellulare :28 lt
Volume interstiziale :10 lt
Volume plasmatico : 3 lt
Ematocrito :0.3
Proteine plasmatiche :7%
Generazione dell’urea:10 mg/min
Generazione della B2M:0.15 mg/min
MTAC peritoneale per l’urea : 30 ml/min
MTAC peritoneale per la B2M :1 ml/min
Clearance metabolica endogena extrarenale della B2M : 3 ml/min
Le metodiche dialitiche prese a confronto riguardano sia le dialisi intermittenti che quelle continue e precisamente considereremo:
Emodialisi tradizionale con filtro in cuprophan da 1 m2 ( HD )
Emodialisi ad alto flusso con membrane sintetiche da 1.3 m2 ( HD* )
Dialisi Peritoneale Intermittente ( DPI )
Dialisi Peritoneale Ambulatoriale Continua ( CAPD )
Emofiltrazione in prediluizione ( HF pre )
Emofiltrazione continua vena-vena ( CVVH )
Emodiafiltrazione con membrane sintetiche da 1.3 m2 (HDF)
Il paziente è considerato in insufficienza renale assoluta, quindi con filtrato residuo nullo. I risultati saranno però paragonati anche con quelli che si avrebbero se la funzionalità renale fosse normale (FRN) (Clearance dell’urea 70 ml/min; Clearance della B2M 90 ml/min) Nel caso di emodialisi intermittente si ipotizza la dialisi a giorni alterni. L’efficienza della dialisi nel rimuovere i soluti in oggetto viene quantificata dai livelli plasmatici dei soluti considerati o per un miglior paragone tra dialisi continue ed intermittenti dai loro valori medi, con il paziente in condizioni stazionarie. Elemento comune a tutte le metodiche è l’estrazione dei soluti attraverso una membrana semipermeabile mediante il trasporto diffusivo-convettivo. La diffusione è determinata dalla agitazione termica delle molecole del soluto e dai gradienti di concentrazione che si hanno a livello della membrana. La grandezza fisica caratteristica al riguardo, relativamente al binomio filtro-soluto, è il Coefficiente di Trasferimento di Massa per Area (MTAC), che rappresenta la massima clearance istantanea teoricamente ottenibile con quel dato filtro e quel dato soluto. In generale l’MTAC, a parità di filtro, diminuisce all’aumentare del peso molecolare e ciò non solo perché le grosse molecole hanno più difficoltà ad attraversare i pori della membrana, ma anche, e per i pesi molecolari intermedi soprattutto, perché il movimento di agitazione termica è più lento per le molecole grosse. La clearance istantanea K che poi si ottiene, dipende da come si usa o si può usare il filtro. Il trasporto convettivo invece lo si ha ogni qualvolta si determina un trasporto d’acqua dal sangue al dialisato o, più il generale, attraverso la membrana. Le molecole del soluto presente nell’acqua plasmatica vengono trascinate dal moto di questa, attraverso i pori della membrana, in quantità proporzionale alla loro concentrazione e al flusso dell’acqua (QUF). Qui il movimento, essendo dovuto al trascinamento dei solvente (solvent-drag), è praticamente simile per tutte le molecole, quale che sia il peso molecolare, con la conseguenza che pure indipendente risulterà l’efficienza depurativa della convenzione. Ciò vale fino a molecole abbastanza grosse da avere dimensioni paragonabili a quelle dei pori, per le quali inizia da parte della membrana un processo di riflessione che diventa pressoché completo al di sopra di un dato peso molecolare (cut-off) . Ad esempio le membrane in poliamide per dialisi hanno una riflessione pressoché nulla fino a circa 3000 di peso molecolare e un cut-off di circa 40.000. La riflessione della membrana riguardo ad un dato soluto è, nella pratica clinica, quantificata dal sieving-coefficient S (coefficiente setaccio), dato dal rapporto
S = Cu . Cpw
dove
Cpw è la concentrazione del soluto nell’acqua plasmatica,
Cu è la sua concentrazione nell’ultrafiltrato ottenuto con ultrafiltrazione a secco.
S è adimensionale e compreso tra 0 (riflessione totale, ovvero membrana impermeabile al soluto) e 1 (riflessione nulla: il soluto attraversa la membrana liberamente come l’acqua).
I due tipi di trasporto, diffusivo e convettivo, non sono fisicamente separati; è però possibile differenziare le varie metodiche dialitiche rispetto l’importanza relativa, sul piano quantitativo, dei due trasporti. Abbiamo così le metodiche prevalentemente diffusive per le quali tutti i soluti di interesse clinico vengono trasportati prevalentemente per mezzo della diffusione e tra esse l’HD, DPI, CAPD, HD* e anche l’HDF fino a 4 lt/ora di infusione. Metodiche prevalentemente convettive sono invece l’HF e la CVVH. Può sembrare strano che queste metodiche, dove si ha pura ultrafiltrazione e assenza di liquido di dialisi, non siano completamente convettive. In realtà la diffusione contribuisce in particolare e paradossalmente per gli alti pesi molecolari. In HF, ad esempio, per ultrafiltrati sino a circa 120 ml/min, almeno il 20% della Clearance della B2M è dovuto alla diffusione. In CVVH dove il rapporto QUF / MTAC è ancora più basso, la diffusione può contribuire fino al 40% circa. Il suo effetto si manifesta sul sieving-coefficient S, alzandolo tanto più, quanto più basso è 1’ultrafiltrato. Le condizioni operative della varie metodiche, prese a base del calcolo sono le seguenti (si trascurano le piccole correzioni dovute ai consueti squilibri idrici del paziente):
HD :
tempo di dialisi T = 4 ore; tempo di interdialisi
Ti = 44 ore;
flusso ematico QB = 300 ml/min;
flusso del liquido di dialisi QD = 500 ml/min,
controcorrente;
MTAC urea = 500 ml/min,
MTAC B2M = 0.
DPI :
T = 10 h;
Ti = 38 h;
Volume totale scambiato 40 lt;
Volume di infusione 2 lt;
tempo di scambio :
30 min (MTAC urea = 30;
MTAC B2M = 1).
CAPD:
4 scambi,
da 2 lt, al giorno
(MTAC urea = 30;
MTAC B2M = 1).
HDF:
T = 3 h;
Ti 44 h;
QB = 400 ;
QUF = 60;
QD = 500;
MTACu = 600;
MTAC B2M = 45;
coefficiente di riflessione S per la B2M = 0,6.
HF prediluizione:
T = 3 h;
Ti = 44 h;
QB = 400;
QUF =400;
S urea = 1;
S B2M = 0.4.
CVVH prediluizione:
QB = 100;
QUF = 15;
Su = i;
S B2M = 0.73
Riguardo l’utilizzo dei dati paziente si è assunto clic il volume di distribuzione dell’urea sia pari al totale dell’acqua corporea, ovvero 41 lt; mentre per la B2M si è preso solo l’extracellulare, pari a 13 lt. L’Ematocrito H e la protidemia sono stati usati per calcolare la quota dializzabile ematica reale: per l’urea tutta l’acqua ematica; per la B2M solo l’acqua plasmatica (Flusso ematico equivalente) . A calcoli fatti facciamo le seguenti osservazioni:
Le clearance istantanee dell’urea per HD, HD* e HDF sono ben più alte di quella fisiologica normale, mentre per la B2M sono l’HF e l’HDF che più si avvicinano alla capacità depurativa dei reni. Tuttavia la breve durata della dialisi rispetto al periodo interdialitico attenua fortemente l’efficacia complessiva del trattamento e i livelli plasmatici medi non sono inferiori a 4-5 volte i livelli normali. Non va meglio per le dialisi continue, dove la continuità del trattamento non compensa le basse clearance istantanee.
Per l’urea in particolare, i risultati sono sovrapponibili per tutte le tecniche, ad eccezione delle peritoneali CAPD e DPI, dove sono nettamente peggiori (ricordiamo che siamo nell’ipotesi di filtrato renale residuo nullo).
Per la B2M i migliori risultati si hanno con l’HF, l’HDF e con la CVVH, che è la migliore in assoluto. Occorre però osservare che l’efficacia della CVVH per la B2M specificatamente, non è rilevante, non trattandosi di un trattamento cronico. Questo dato serve solo ad evidenziare che è la tecnica, che meglio riesce a depurare soluti di alto peso molecolare. Ciò sia per la continuità che per il sieving S più alto.
La DPI e specialmente la CAPD danno poi risultati migliori anche se non di molto, dell’HD. Maggiori differenze tra le metodiche, riguardo la B2M, compaiono se si considerano invece dei livelli plasmatici, i rapporti Me/Mg fra la massa estratta dalla dialisi, Me, e la massa generata Mg. Mentre per l’urea tale rapporto deve in condizioni stazionarie, valere circa 1, non essendovi altre vie apprezzabili di eliminazione al di fuori della dialisi. per la B2M, causa una apprezzabile clearance metabolica interna extrarenale, non è così. Ne consegue che il rapporto va da 0 per l’HD fino a 0.75 per la CVVH, Il valore più vicino a quello normale 0.97.
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xxx| 28 Agosto 2019
CONFRONTO SOTTO UN PROFILO FISICO DELLE VARIE METODICHE DIALITICHE:
HD, HF, HDF, DPI, CAPD, CVVH
Tagliavini Dante Centro Dialisi Istituto di Clinica Medica e Nefrologia Ospedale Maggiore Parma.
Numerosi studi, specialmente sperimentali sono stati pubblicati sull’efficienza depurativa in dialisi riguardo a vari soluti. Il contemporaneo sviluppo di modelli matematici che descrivono la cinetica di tali processi, permette anche di considerare, con una accettabile precisione, questo problema sotto un altro punto di vista, che, esente da effetti di variabilità individuali, di attuazione ed errori sperimentali permette una differenziazione più netta. Si ipotizza di sottoporre a vari trattamenti dialitici uno stesso paziente e si studia matematicamente la cinetica di due molecole tipo di rilevante importanza in dialisi: l’urea (peso molecolare 60) tipica tossina uremica a basso peso molecolare e la beta-2-microglobulina (B2M) (p.m. 11.800), implicata nella patogenesi dell’amiloidosi da dialisi, come rappresentante dei soluti a più alto peso molecolare tra quelli dializzabili. I dati fisici dell’ipotetico paziente, necessari al calcolo delle cinetiche sono i seguenti:
Peso 68 Kg.
Volume intracellulare :28 lt
Volume interstiziale :10 lt
Volume plasmatico : 3 lt
Ematocrito :0.3
Proteine plasmatiche :7%
Generazione dell’urea:10 mg/min
Generazione della B2M:0.15 mg/min
MTAC peritoneale per l’urea : 30 ml/min
MTAC peritoneale per la B2M :1 ml/min
Clearance metabolica endogena extrarenale della B2M : 3 ml/min
Le metodiche dialitiche prese a confronto riguardano sia le dialisi intermittenti che quelle continue e precisamente considereremo:
Emodialisi tradizionale con filtro in cuprophan da 1 m2 ( HD )
Emodialisi ad alto flusso con membrane sintetiche da 1.3 m2 ( HD* )
Dialisi Peritoneale Intermittente ( DPI )
Dialisi Peritoneale Ambulatoriale Continua ( CAPD )
Emofiltrazione in prediluizione ( HF pre )
Emofiltrazione continua vena-vena ( CVVH )
Emodiafiltrazione con membrane sintetiche da 1.3 m2 (HDF)
Il paziente è considerato in insufficienza renale assoluta, quindi con filtrato residuo nullo. I risultati saranno però paragonati anche con quelli che si avrebbero se la funzionalità renale fosse normale (FRN) (Clearance dell’urea 70 ml/min; Clearance della B2M 90 ml/min) Nel caso di emodialisi intermittente si ipotizza la dialisi a giorni alterni. L’efficienza della dialisi nel rimuovere i soluti in oggetto viene quantificata dai livelli plasmatici dei soluti considerati o per un miglior paragone tra dialisi continue ed intermittenti dai loro valori medi, con il paziente in condizioni stazionarie. Elemento comune a tutte le metodiche è l’estrazione dei soluti attraverso una membrana semipermeabile mediante il trasporto diffusivo-convettivo. La diffusione è determinata dalla agitazione termica delle molecole del soluto e dai gradienti di concentrazione che si hanno a livello della membrana. La grandezza fisica caratteristica al riguardo, relativamente al binomio filtro-soluto, è il Coefficiente di Trasferimento di Massa per Area (MTAC), che rappresenta la massima clearance istantanea teoricamente ottenibile con quel dato filtro e quel dato soluto. In generale l’MTAC, a parità di filtro, diminuisce all’aumentare del peso molecolare e ciò non solo perché le grosse molecole hanno più difficoltà ad attraversare i pori della membrana, ma anche, e per i pesi molecolari intermedi soprattutto, perché il movimento di agitazione termica è più lento per le molecole grosse. La clearance istantanea K che poi si ottiene, dipende da come si usa o si può usare il filtro. Il trasporto convettivo invece lo si ha ogni qualvolta si determina un trasporto d’acqua dal sangue al dialisato o, più il generale, attraverso la membrana. Le molecole del soluto presente nell’acqua plasmatica vengono trascinate dal moto di questa, attraverso i pori della membrana, in quantità proporzionale alla loro concentrazione e al flusso dell’acqua (QUF). Qui il movimento, essendo dovuto al trascinamento dei solvente (solvent-drag), è praticamente simile per tutte le molecole, quale che sia il peso molecolare, con la conseguenza che pure indipendente risulterà l’efficienza depurativa della convenzione. Ciò vale fino a molecole abbastanza grosse da avere dimensioni paragonabili a quelle dei pori, per le quali inizia da parte della membrana un processo di riflessione che diventa pressoché completo al di sopra di un dato peso molecolare (cut-off) . Ad esempio le membrane in poliamide per dialisi hanno una riflessione pressoché nulla fino a circa 3000 di peso molecolare e un cut-off di circa 40.000. La riflessione della membrana riguardo ad un dato soluto è, nella pratica clinica, quantificata dal sieving-coefficient S (coefficiente setaccio), dato dal rapporto
S = Cu . Cpw
dove
Cpw è la concentrazione del soluto nell’acqua plasmatica,
Cu è la sua concentrazione nell’ultrafiltrato ottenuto con ultrafiltrazione a secco.
S è adimensionale e compreso tra 0 (riflessione totale, ovvero membrana impermeabile al soluto) e 1 (riflessione nulla: il soluto attraversa la membrana liberamente come l’acqua).
I due tipi di trasporto, diffusivo e convettivo, non sono fisicamente separati; è però possibile differenziare le varie metodiche dialitiche rispetto l’importanza relativa, sul piano quantitativo, dei due trasporti. Abbiamo così le metodiche prevalentemente diffusive per le quali tutti i soluti di interesse clinico vengono trasportati prevalentemente per mezzo della diffusione e tra esse l’HD, DPI, CAPD, HD* e anche l’HDF fino a 4 lt/ora di infusione. Metodiche prevalentemente convettive sono invece l’HF e la CVVH. Può sembrare strano che queste metodiche, dove si ha pura ultrafiltrazione e assenza di liquido di dialisi, non siano completamente convettive. In realtà la diffusione contribuisce in particolare e paradossalmente per gli alti pesi molecolari. In HF, ad esempio, per ultrafiltrati sino a circa 120 ml/min, almeno il 20% della Clearance della B2M è dovuto alla diffusione. In CVVH dove il rapporto QUF / MTAC è ancora più basso, la diffusione può contribuire fino al 40% circa. Il suo effetto si manifesta sul sieving-coefficient S, alzandolo tanto più, quanto più basso è 1’ultrafiltrato. Le condizioni operative della varie metodiche, prese a base del calcolo sono le seguenti (si trascurano le piccole correzioni dovute ai consueti squilibri idrici del paziente):
HD :
tempo di dialisi T = 4 ore; tempo di interdialisi
Ti = 44 ore;
flusso ematico QB = 300 ml/min;
flusso del liquido di dialisi QD = 500 ml/min,
controcorrente;
MTAC urea = 500 ml/min,
MTAC B2M = 0.
HD* :
T = 3 _ h;
Ti = 44 _ h;
QB = 350;
QD = 500;
MTACu = 600;
MTAC B2M = 45.
DPI :
T = 10 h;
Ti = 38 h;
Volume totale scambiato 40 lt;
Volume di infusione 2 lt;
tempo di scambio :
30 min (MTAC urea = 30;
MTAC B2M = 1).
CAPD:
4 scambi,
da 2 lt, al giorno
(MTAC urea = 30;
MTAC B2M = 1).
HDF:
T = 3 h;
Ti 44 h;
QB = 400 ;
QUF = 60;
QD = 500;
MTACu = 600;
MTAC B2M = 45;
coefficiente di riflessione S per la B2M = 0,6.
HF prediluizione:
T = 3 h;
Ti = 44 h;
QB = 400;
QUF =400;
S urea = 1;
S B2M = 0.4.
CVVH prediluizione:
QB = 100;
QUF = 15;
Su = i;
S B2M = 0.73
Riguardo l’utilizzo dei dati paziente si è assunto clic il volume di distribuzione dell’urea sia pari al totale dell’acqua corporea, ovvero 41 lt; mentre per la B2M si è preso solo l’extracellulare, pari a 13 lt. L’Ematocrito H e la protidemia sono stati usati per calcolare la quota dializzabile ematica reale: per l’urea tutta l’acqua ematica; per la B2M solo l’acqua plasmatica (Flusso ematico equivalente) . A calcoli fatti facciamo le seguenti osservazioni:
Le clearance istantanee dell’urea per HD, HD* e HDF sono ben più alte di quella fisiologica normale, mentre per la B2M sono l’HF e l’HDF che più si avvicinano alla capacità depurativa dei reni. Tuttavia la breve durata della dialisi rispetto al periodo interdialitico attenua fortemente l’efficacia complessiva del trattamento e i livelli plasmatici medi non sono inferiori a 4-5 volte i livelli normali. Non va meglio per le dialisi continue, dove la continuità del trattamento non compensa le basse clearance istantanee.
Per l’urea in particolare, i risultati sono sovrapponibili per tutte le tecniche, ad eccezione delle peritoneali CAPD e DPI, dove sono nettamente peggiori (ricordiamo che siamo nell’ipotesi di filtrato renale residuo nullo).
Per la B2M i migliori risultati si hanno con l’HF, l’HDF e con la CVVH, che è la migliore in assoluto. Occorre però osservare che l’efficacia della CVVH per la B2M specificatamente, non è rilevante, non trattandosi di un trattamento cronico. Questo dato serve solo ad evidenziare che è la tecnica, che meglio riesce a depurare soluti di alto peso molecolare. Ciò sia per la continuità che per il sieving S più alto.
La DPI e specialmente la CAPD danno poi risultati migliori anche se non di molto, dell’HD. Maggiori differenze tra le metodiche, riguardo la B2M, compaiono se si considerano invece dei livelli plasmatici, i rapporti Me/Mg fra la massa estratta dalla dialisi, Me, e la massa generata Mg. Mentre per l’urea tale rapporto deve in condizioni stazionarie, valere circa 1, non essendovi altre vie apprezzabili di eliminazione al di fuori della dialisi. per la B2M, causa una apprezzabile clearance metabolica interna extrarenale, non è così. Ne consegue che il rapporto va da 0 per l’HD fino a 0.75 per la CVVH, Il valore più vicino a quello normale 0.97.