Appunti di Applicazioni Ingegneristiche in ambito biomedico

LA DIALISI PERITONEALE

Tecnica diversa di dialisi

Membrana del peritoneo che riveste le viscere della cavità addominale per separare i tessuti degli organi

rispetto alle pareti e al tessuto muscolare della parete. Viscere separate dalla parete con il liquido

peritoneale, la membrana fa da barriera. Costituita da uno strato di cellule endoteliali e da un letto capillare.

Capillari vicini al liquido peritoneale, quindi può avvenire lo scambio.

Utilizzare la membrana peritoneale per permettere gli scambi tra una soluzione infusa nella cavità

addominale e il letto capillare. Spazio aumentato se si infonde un liquido.

Sacca per infusione con liquido sterile e con concentrazione di elettroliti adeguata, che vanno a bilanciare gli

elettroliti della circolazione, ma avere una concentrazione nulla degli elementi di scarto, per far passare gli

elementi di scarto per poterli rimuovere dal letto capillare.

Serve tempo e superficie di scambio, la membrana peritoneale è abbastanza ampia.

Infondiamo una certa quantità in un catetere che arriva alla cavità addominale, è transcutaneo.

Dovremmo fare in modo di far scorrere il liquido nella sacca nella cavità peritoneale per diffusione, nella

cavità la pressione è molto bassa quasi nulla e la sacca viene posizionata ad un’altezza maggiore e il liquido

defluisce nella cavità. Dispositivo semplice senza pompa e senza energia elettrica.

La cavità può contenere un volume di circa 1 L o fino a 2 L quindi abbiamo un gradiente di concentrazione. Il

liquido può dar luogo allo scambio e pian piano avviene lo scambio. Dopo un certo periodo di tempo

dobbiamo rimuovere il liquido dalla cavità. Abbassiamo la sacca ponendola ad un’altezza inferiore alla cavità

addominale e il fluido viene rimosso quasi completamente. Va mantenuta la cannula nel paziente. Sistemi di

attacco e stacco rapido dal circuito alla cannula nel paziente. La cannula passa attraverso la cute e

interrompiamo la barriera che blocca ogni contaminazione del tessuto sottocutaneo. Questo è un taglio

aperto perché il sistema della barriera cutanea non può integrarsi con il materiale. Bisogna prevenire la

proliferazione batterica nella cavità peritoneale per evitare l’infezione della cavità peritoneale, la peritonite,

molto più problematica di un’infezione sulla cute perché nella cavità peritoneale non abbiamo circolazione,

quindi è un volume che non può essere controllato dal sistema immunitario e si possono sviluppare delle

colture di batteri, data la temperatura favorevole, il liquido è in equilibro con i capillari per il glucosio,

condizioni ideali. Solo quando questi attaccano la parete il sistema immunitario può mandare le cellule per

combattere l’infezione, diventa una contaminazione diffusa. Se il paziente presenta un arrossamento all’exit

side bisogna intervenire con antibiotici locali, se si riesce a mantenere il catetere allora il trattamento è

possibile come alternativa. Non basta un trattamento, lo scambio avviene nel giro di qualche ora, sono

necessari più trattamenti al giorno. Il paziente non deve andare in ospedale per il trattamento, lo può fare a

domicilio.

La procedura di attacco e stacco deve essere fatta in condizioni sterili per non contaminare il liquido. Lo

svantaggio è il numero maggiore di trattamenti al giorno.

Nella cavità peritoneale una parte è occupata dal liquido a contatto con la parete costituita da cellule a

contatto con i capillari. Ci saranno scambi tra capillari e liquido nella cavità e avviene il trasporto per

diffusione. Con le giuste concentrazioni vengono rimosse le sostanze di scarto.

Se la differenza di concentrazione urea (70-100-140 mg/dl) avverrà lo scambio. Questo tipo di trasporto può

ridurre in maniera importante le concentrazioni nel letto capillare? Abbasseremo solo di poco la

concentrazione, infatti richiede più trattamenti al giorno.

Tipologie di cannule con molti fori alle estremità per far passare il fluido anche se la punta del catetere si

appoggia alla parete, altrimenti non sarebbe possibile lo svuotamento. Hanno anelli che permettono di

creare un ostacolo per l’uscita del catetere.

Se partiamo da una concentrazione di 80 mg/dl nella circolazione, otteniamo un amento della concentrazione

della sacca, ma non di tanto. Ripetendo il trattamento si rimuove la quantità di urea adeguata. Il trattamento

ha una certa efficacia all’inizio del periodo di contatto del liquido poi inefficienza perché la differenza di

concentrazione diminuisce e quindi il trasporto diffusivo. Dobbiamo sfruttare il periodo iniziale, circa 4 ore

per massima rimozione. Ricetta per preparare il liquido del paziente parte do da acqua pure e sterile con

sodio cloro magnesio calcio e altri elettroliti per avere un’osmolarità di 290 mm osm /litro. Condizioni

controllate.

Il paziente deve avere a disposizione più sacche di infusione, deve attaccarle al catetere che ha nella cavità,

bisogna fare in modo di avere ¾ sacche al giorno, i pazienti vengono forni ti del materiale da ditte.

La rimozione di creatinina passa in misura inferiore rispetto all’urea perché ha un peso molecolare maggiore,

quindi abbia o una diffusione più lenta e quindi l’incremento della concentrazione non è così rapido,

dobbiamo prolungare i trattamenti.

Come eliminare dal paziente la quantità di acqua che il paziente ingerisce e non elimina perché anurico?

Nella composizione del liquido c’è glucosio, all’inizi del trattamento c’è un trasporto di fluido che aumenta in

maniera importante quindi la quantità di glucosio che è in equilibrio con quello dei capillari, la quantità di

liquido che viene rimossa continua a diminuire fino all’equilibrio. Se ci fermiamo a ¾ ore si ottiene il max

della rimozione dell’acqua. Il medico può variare la percentuale della concentra di glucosio per gestire la

quantità di liquido che può eliminare, sceglie anche in base all’idratazione del paziente. Ci sono anche altre

sostanze per creare il gradiente di pressione osmotica, compatibili con l’organismo ad esempio destrani che

sono zuccheri che non rientra nella cavità peritoneale perché ha un peso molecolare elevato. Il paziente è

trattato in modo equilibrato. L’acqua si muove per differenza di osmolarità.

Questo trattamento per 2 / 3 volte al giorno per 3 / 4 ore occupa tutta la giornata del paziente. Spostiamo il

trattamento durante la notte, per questo attacchiamo la sacca al periodo di riposo e staccarla quando si

sveglia, periodo di 7/8 ore per più di un periodo di scambio, infusione dei fluidi in modo controllato con

sistemi di perfusione per fare più trattamenti durante la notte. Restituisce al paziente una certa qualità della

vita. Non abbiamo bisogno dell’accesso vascolare, quindi, è una dialisi che può essere effettuata in modo

veloce.

Dialisi peritoneale ciclica continua:

I. scambi automatici con cycler

II. tempi e portata regolati e rilascio del liquido e prelievo alla fine

III. dispositivi di sicurezza per ostruzioni di catetere o abbassamento della pressione

IV. collegamento di 8/10 ore e necessita rete elettrica

V. più sacche di infusione

VI. costi limitati rispetto al trattamento emodialitico perché l’apparecchiatura è più semplice dal punto

di vista tecnologico, no circolazione extracorporea quindi no controllo medico continuo.

VII. Accesso alla dialisi anche per pazienti poveri

Grosse limitazioni date dallo sviluppo di infezioni e la membrana peritoneale che normalmente non è

sottoposta al trasporto, quindi può andare incontro ad usura e le cellule epiteliali produco la matrice

extracellulare per danni dati dal trasporto continuo soluti, la membrana si ispessisce. Questa probabilità

cresce al prolungarsi del trattamento (mesi-anni).

Trattamento simile come dialisi

I. A 2-5 anni ha la stessa mortalità

II. È preferibile per pazienti pediatrici

III. Dà un differente stile di vita

IV. Tutti i pazienti possono scegliere se fare emodialisi o dialisi peritoneale tranne quelli con problemi

ad organi della cavità

Controindicazioni

I. Fibrosi e aderenze della membrana peritoneale che impediscono lo scambio

II. Infiammazioni intestinali

Statistiche pazienti in Italia la dialisi peritoneale viene fatta solo nel 10% dei pazienti perché non sono inclini

al rischio di infezioni e allo stile di vita anche notturno, quindi non si arruolano in questo programma. Si sta

cerando di fare aumentare questo trattamento perché ha evidenti vantaggi. Gestire i pazienti in modo

ottimale, capire quale è il trattamento più adeguato al loro stile di vita.

Con l’aumento dell’età media, essendo pazienti anziani i parenti è meglio che vengano presi in carico

dall’ospedale.

SOSTITUZIONE DELLA FUNZIONE CARDIACA

Più difficile per quanto riguarda la gestione del paziente perché non si ha tempo per aspettare e intervenire

mediante una procedura che richieda la predisposizione, serve agire immediatamente. Ci sono condizioni

cliniche diverse e diverse esigenze.

In che condizioni si riesce a sostituire la funzione cardiaca per quale tipo di trattamento intervento

temporaneo o intervento permanente che sostituisce cure in modo continuo.

Sostituzione per tempi limitati perché i medici hanno avuto bisogni di sostituire il cuore solo durante

interventi chirurgici cardaci.

Classificazione delle cardiopatie che generano diverse condizioni cliniche e diversi trattamenti. Origine

ischemica per arterie coronarie, valvole cardiache, cardiomiopatie primitive o secondarie dovute ad altre

malattie sistemiche, patologie congenite come malformazioni che necessitano correzioni per sopravvivenza,

patologie date da infezioni o alla formazione di tessuto neoplastico. In alcune di queste condizioni può essere

attuato un intervento chirurgico che sistema queste anomale patologiche e anatomiche per riacquistare

funzionalità

Ischemia a carico delle arterie coronarie, le quali sviluppano ostruzioni o placche ateromatiche che causano

necrosi del tessuto a valle che porta ad una condizione clinica importante come infarto del miocardio.

Placca ateromatica causa più comune, se si estende e ostruisce il lume del vaso è compromessa la perfusione

del miocardio e quindi infarto che se molto esteso decesso. Bypass alla zona danneggiata per perfondere il

vaso con una portata ematica che venga perfursa a valle della zona danneggiata, bypass aorto-coronarico. Ci

sono due possibilità, se un’arteria ha una certa ostruzione possiamo instaurare un collegamento tra

un’arteria come quella mammarie e quella coronaria per perfondere il miocardio con una portata che vien

dalla circolazione arteriosa. Oppure un tratto della vena safena che viene prelevata dal paziente e inserita

nella parete dell’arterei, anastomizzata con la coronaria. Chirurgia ricostruttiva sviluppata negli anni. Per ogni

operazione serve lavorare su tessuto per realizzare la cucitura dei vasi non si può fare se l cuore sta battendo,

serve bloccare la funzione cardiaca riuscire ad inibire la contrazione del miocardio, operare e poi far

riprendere il battito alla fine dell’intervento, non si può fermare il moto del sangue nell’organismo, bisogna

utilizzare un sistema alternativo per perfondere l’organismo, per un tempo limitato mediante la circolazione

extracorporea.

Intervento sulle valvole cardiache, serve operare attraverso la parete dei vasi per accedere alle valvole e

sistemare o sostituire le valvole. La valvola diventa stenotica cioè non si apre completamente e crea una

condizione di stenosi, se non si apre bene allora il flusso di sangue non può defluire e si recano pressioni

maggiore e non si riesce a trasportare la portata adeguata e si creano problemi di ossigenazione di tessuti.

Se il difetto è di chiusura, cioè ci sarà un rigurgito di sangue e bisogna sostituire questo tessuto con qualcosa

che funzioni in modo adeguata. Mitralica e aortica soggette a maggiori gradienti di pressione quindi più

problematiche. Patologie congenite o infezioni che potano all’interessamento valvolare.

Ricostruzione chirurgica per riparare i lembi della valvola, se non si riesce viene sostituita con una valvola

meccanica o biologica. Come realizzare questo intervento, fermando il cuore ma perfondendo l’organismo.

Circolazione extracorporea soluzione CEC

Dispositivo tecnologico complesso dove il paziente è posizionato vicino al sistema e c’è una differenza di

altezza, per sostituire la funzione cardiaca che viene fermata per un certo periodo di tempo.

Prelevare una portata di sangue dalla portata venosa dell’albero circolatorio, dalle vene cave, gestirla nel

sistema di perfusione e perfonderla nell’arco aortico. Se il sangue è venoso bisogna ossigenarlo quindi la

macchina deve funzionare come una pompa ma anche come un polmone, si può parlare di macchina cuore-

polmone. Deve garantire e controllare queste due funzioni. Cosa succede quando il tessuto cardiaco viene

collegato a questi elementi artificiali. Il collegamento è con cannule inserite nella vena cava in contatto on

l’atrio desto prelevano il sangue, cannule co dimensione elevata per poca resistenza, cannule inserite

nell’arco aortico per inserire la portata e dare una pressione di perfusione per il movimento in tutte le arterie

che vano a cervello per non far mancare la perfusione. Serve una perfusione costante anche negli altri organi

come rene e fegato che hanno bisogno di pressione di perfusione costante e costantemente perfusi che

vanno incontro ad insufficienza d’organo, dobbiamo garantire portata e pressione d fornire ossigeno ed

eliminare co2

Il percorso dell’intervento è:

Preparazione con anestesia accesso alla cavità toracica, aprire con resezione dello sterno dilatare le coste e

aprire una finestra sopra il pericardio, apertura co dilatatore, sistema collegato alle cannule. Il battito viene

arrestato, collegamento con cannule e poi ripristino della funzione cardiaca.

Realizzazione di una condizione di raffreddamento, ipotermia per ridurre il consumo di ossigeno dei tessuti

perché non si ha una domanda di ossigeno molto elevata. Collegamento cin arco aortico, cardioplegia per

bloccare il battito e iniziare la procedura di perfusione.

Non serve la ventilazione dei polmoni perché l’ossigenazione è data dalla circolazione extra corporea.

Serve una cannula che perfonde il cuore con una soluzione con potassio che blocca la contrazione cardiaca

cambiando la concertazione degli ioni.

Dispositivi: collegamento tra circuito artificiale co linee di perfusione tubi trasparenti con polimero flessibile

e resistenze per evitare occlusioni o perdite, cannula che va nei vasi, forma che permette di diminuir la perdita

di carico e anelli che permettono di creare sutura tra parete del vaso e cannula per tenuta idraulica.

Circuito:

Prelevo sangue dalla vena cava che vanno nel dispositivo con reservoir e ossigenatore. Il reservoir e un

serbatoio dove far defluire il sangue per permettere ad una buona portata di fluido di arrivare al serbatoio e

gestire in modo poco traumatico il prelievo del sangue dalla circolazione se ci fosse una pompa potrebbe

aspirare troppo o troppo poco il reservoir è una riserva di fluido. Deve essere messo ad un’altezza dove il

ritorno venoso è garantito per differenza di pressione, il perfusionista si deve abbassare, 70-80 cm di

differenza. Il sangue defluisce dalla cannula al reservoir, un pelo sarà libero dove la pressione è uguale a

quella atmosferica. Reservoir verso ossigenatore e poi perfuso da pompa principale e poi nell’arco aortico.

Nel reservoir pressione sempre più bassa fino alla pompa che è quella che induce per aspirazione e perfonde

nell’ossigenatore. Pressione arteriosa 120/80 e la funzione di perfusione fornita da pompa di tipo peristaltico

e promuoviamo l’aumento di pressione. La macchina cuore-polmone è caratterizzata anche da altre pompe.

Il sangue viene prelevato dalla vena cava e mandato nel Reservoir dove viene poi prelevato dalla pompa

principale e inserito nell’ossigenatore e mandato nell’arco aortico.

Deve avere una certa compattezza perché il volume che aveva il sangue del paziente deve essere espando

per occupare il volume degli strumenti quindi il volume di liquido circolante deve esser maggiore di quello

del paziente e viene diluito con una soluzione fisiologica e se serve una trasfusione.

Durante la perfusione dell’albero circolatorio in un paziente, delle 4 pompe quella a sinistra è quella che

garantisce una portata e una prevalenza maggiore. La pompa aspira il sangue dal reservoir per gravità, con

l’apice della cannula che arriva molto vicino all’atrio destro. Le portate sono particolarmente elevate, il

reservoir deve permettere all’operatore di vedere che il menisco sia sempre ad un livello per capire che nel

sangue non ci siano bolle d’aria. Nell’ossigenatore, come nella circolazione polmonare, si ossigena il sangue,

viene anche controllata ed aumentata la temperatura perché il paziente viene tenuto ad una temperatura

inferiore a quella fisiologica per diminuire la necessità di ossigeno delle cellule, si rallenta il metabolismo

cellulare. Per poter operare il cuore serve separare i vasi del cuore dalla circolazione. Bisogna perfondere

tutti gli organi vitali.

Una pompa come Suction permette di recuperare il sangue che si accumula nel pericardio ogni volta che il

chirurgo interviene sui vasi, va recuperata la massa di sangue. Il volume ematico va espanso per occupare

tutto il volume del circuito detto di Branning, con fisiologica o con trasfusione. Il sangue è aspirato dalla

pompa e lo butta nel reservoir. Attraverso le cannule di aspirazione si potrebbero aspirare anche pezzi di

tessuto, la presenza di un filtro permette di far passare solo il sangue. La seconda pompa è la Vet che

permette di perfondere il tessuto del miocardio mediante una certa portata d