Principiile fizico-chimice ale hemodializei
Scopul hemodializei periodice este de a elimina produsele reziduale și de a menține echilibrul apă-electrolit al organismului, prin intermediul unui schimb de substanțe dizolvate și apă între sângele pacientului și o soluție de dializă cu o compoziție similară cu cea a lichidului extracelular normal, printr-un membrană semipermeabilă (Figura 2-1).
O membrană semipermeabilă este o membrană care permite trecerea apei, electroliților și substanțelor dizolvate cu greutate moleculară mai mică decât cea a albuminei sau 69.000 daltoni, dar nu și a proteinelor și a elementelor figurative ale sângelui (globule roșii, celule albe din sânge și trombocite ).
1. Mecanisme de transfer
Transferul de substanțe dizolvate și apă implică două mecanisme fundamentale: difuzie (sau conducere) și convecție (sau ultrafiltrare), la care se adaugă un transfer prin osmoză.
1.1 Difuzie (sau conducere)
Transferul de difuzie este un transport pasiv de substanțe dizolvate din sânge către dializat prin membrana de dializă, fără trecerea solventului. Transferul invers de la dializat la sânge este denumit backscattering.
Rata transferului difuziv depinde de 3 factori: coeficientul de difuzie a solutului în sânge, membrana de dializă și dializat, care determină viteza de trecere; zona efectivă a membranei; diferența de concentrație pe ambele părți ale membranei (Figura 2-2).
Transferul molecular (N) prin difuzie este guvernat de legea lui Fick. Cantitatea de materie (dN) difuzată într-un mediu pe unitate de timp (dt) este proporțională cu coeficientul de difuzie al substanței (D), cu aria de difuzie (A) și cu diferența de concentrație a substanței în sens invers. direcția de difuzie (dc/dz),
este:
Integrarea sa în cazul unui flux continuu de sânge și a unei băi de dializă în cele două compartimente ale dializatorului, separate printr-o membrană semipermeabilă, dă:
sau:
J: fluxul de material
Ko: coeficient global de transfer material al dializatorului.
A: zona membranei eficiente,
: gradient de concentrație de ambele părți ale membranei,
Coeficientul global de transfer (Ko) depinde de rezistența la difuzia substanțelor dizolvate de filmul sanguin (Rs), de membrană (Rm) și de dializat (Rd):
Ro = Rs + Rm + Rd
Rezistența la difuzia substanțelor dizolvate în mediul sanguin (Rs) și în mediul dializat (Rd) depinde de debitul fluidelor și de geometria circuitelor. Rezistența membranei (Rm) depinde în esență de natura membranei și de grosimea acesteia. Rezistența membranei la trecerea unui solut crește odată cu greutatea moleculară a solutului luat în considerare.
1.2 Convecție (sau ultrafiltrare)
Transferul prin convecție este transferul simultan al solventului și al unei fracțiuni din substanțele dizolvate pe care le conține sub efectul unei diferențe de presiune hidrostatică (Figura 2-3). Se poate face fie din compartimentul de sânge până la dializat, fie de la dializat la sânge (retrofiltrare).
Transferul substanțelor dizolvate prin convecție depinde de 3 factori: coeficientul de screening (sau transmitanța) membranei (T), concentrația medie a plasmei în substanța dizolvată (C) și rata de filtrare a solventului (Qf), și anume:
Coeficientul de cernere este definit ca raportul dintre concentrația solutului din filtrat și concentrația sa în plasmă. Cu cât greutatea moleculară a solutului este mai mică, cu atât este mai mare (Figura 2-4).
Viteza de filtrare a solventului depinde de permeabilitatea hidraulică a membranei (Kf), suprafața efectivă a membranei (A) și diferența efectivă de presiune (∆P - ∆π), adică:
Qf = Kf • A • (∆P - ∆π)
unde ∆P reprezintă presiunea hidrostatică transmembranară medie predominantă în dializator și ∆π presiunea osmotică efectivă predominantă în circuitul sanguin.
Permeabilitatea hidraulică Kf este o proprietate fizică a membranei, caracterizând rata de transfer a solventului (aici, apă plasmatică) pe unitate de suprafață și pe unitate de presiune.
Transferul prin convecție are ca rezultat scăderea simultană a substanțelor dizolvate și a solventului, în timp ce transferul prin difuzie permite doar o trecere a substanțelor dizolvate.
Coeficientul de permeabilitate hidraulică și coeficientul de cernere sunt caracteristici specifice fiecărei membrane. Acestea depind de diametrul porilor membranei și de numărul lor pe unitate de suprafață. Membranele cu permeabilitate ridicată au în prezent un coeficient de screening apropiat de cel al membranei bazale glomerulare a rinichiului (Figura 2-4).
Presiunea transmembranară eficientă este diferența dintre presiunea hidrostatică transmembranară medie și presiunea osmotică. Acesta din urmă este determinat în principal de presiunea oncotică (aproximativ 30 mmHg) a proteinelor din sânge, care nu pot traversa membrana de dializă.
1.3 Osmoza
Este un transfer de solvent sub efectul unei diferențe de presiune osmotice.
În timpul trecerii prin dializator, concentrația proteinelor din plasmă crește datorită pierderii de apă prin ultrafiltrare, crescând astfel presiunea osmotică a plasmei la ieșirea dializatorului. Acest lucru are ca rezultat un apel prin osmoză a apei și substanțelor dizolvate din sectorul intracelular către sectorul interstițial și către plasmă, care restabilește volumul de sânge circulant („reumplerea” plasmei).
În dializator, osmoza se opune ultrafiltrării, dar acest fenomen este ușor compensat de o creștere a presiunii hidrostatice aplicată compartimentului sanguin.
1.4 Adsorbția
Proteinele precum albumina, fibrina, β2-microglobulina, fragmentele complementului activat și citokinele precum IL-1 și TNFα pot, într-o anumită măsură, să fie adsorbite la membrana dializei. Același lucru este valabil și pentru substanțele puternic legate de proteine, cum ar fi homocisteina. Acest mecanism contribuie, în parte, la extragerea lor din sânge.
Adsorbția proteinelor este o proprietate exclusivă a membranelor hidrofobe.
Cele 4 mecanisme care contribuie la transferul și extragerea substanțelor dizolvate prezentate schematic în Figura 2-5.
2. Metode de transfer a substanțelor dizolvate
Importanța relativă a difuziei și convecției în transferul substanțelor dizolvate diferă în funcție de faptul dacă procesul utilizat este hemodializa, hemofiltrarea sau hemodiafiltrarea (Figura 2-5).
2.1 Transferul de lichide prin hemodializă (Figura 2-6a)
În hemodializă, transferul majorității substanțelor reziduale este difuziv, în timp ce transferul de sodiu și apă este în principal convectiv. Ultrafiltrarea este principalul mecanism prin care apa și sodiul acumulate între două ședințe de dializă sunt eliminate din corp.
2.2 Transferul substanțelor dizolvate prin hemofiltrare (Figura 2-6b)