Reattori Biochimici per Applicazioni Analitiche e Terapeutiche (RBAAT) - Prof. D. Pirozzi

SPIEGAZIONE PROF.

Per fare in modo che il solvente passi dalla zona sangue alla zona fluido di lavaggio bisogna

pressurizzare il sangue. Bisogna aumentare le perdite di carico nel tratto a valle del dializzatore.

Questo perché se un condotto ha un diametro molto piccolo, l’effetto delle forze di attrito diventa

via via più significativo e si avrà un calo di pressione nel fluido perché questa differenza di pressione

101

Apparato Urinario

viene spesa per vincere queste forze di attrito e forzare il flusso del fluido attraverso questo

condotto.

Le perdite di carico sono tanto più grandi quanto più piccolo è il diametro del condotto.

Per effetto delle perdite di carico la pressione nel dializzatore è significativamente più alta. Questa

pressione più alta serve a far fluire il liquido attraverso il tubo, di diametro piccolo, ma si determina

una pressione così alta che spinge il liquido ad attraversare la membrana. Cioè lo scopo finale è

quello di determinare una significativa differenza di pressione tra lato sangue e lato fluido di lavaggio

per favorire l’ultrafiltrazione.

Questa pressione deve però essere molto più elevata anche rispetto a quella presente nella zona in

cui il sangue viene reimmesso nel sistema circolatorio. Per fare questo è necessario che le perdite

di carico in questa zona siano elevate per determinare una differenza di pressione notevole tra

dializzatore e parte finale. Cioè si fa in modo che il condotto abbia un diametro molto piccolo in

modo che il sangue per passare perde una parte significativa della sua pressione. (da rivedere)

La differenza di pressione tra i due lati della membrana è determinata anche dalla osmosi: la

membrana semipermeabile non consente il passaggio di alcuni soluti; la differenza tra le

concentrazioni dei soluti ai due lati della membrana determina il flusso di solvente dal lato a

concentrazione più bassa verso il lato a concentrazione più alta; la pressione osmotica delle proteine

plasmatiche (la cui concentrazione aumenta man mano che viene sottratta acqua al plasma) si

oppone all’ultrafiltrazione, ostacolando il passaggio di acqua verso il fluido di lavaggio; l’aggiunta di

glucosio al liquido di lavaggio serve anche a contenere questo effetto. Si può dunque affermare che

l’emofiltrazione imita la funzione glomerulare L’emofiltrazione consente di eliminare anche soluti di

peso medio-alto, non eliminabili attraverso l’emodialisi, perché il cut off delle membrane per

emodialisi è tale da determinarne una diffusione nulla o limitata. Il trasporto dei soluti avviene

essenzialmente per convezione (il contributo della diffusione è trascurabile): il solvente che

attraversa la membrana per ultrafiltrazione trascina anche le molecole dei soluti il cui diametro è

più piccolo dei pori della membrana.

Nell’emofiltrazione il trasporto dei soluti, essendo dovuto al trascinamento dei solvente, è

praticamente indipendente dal peso molecolare. Di conseguenza risulterà indipendente dal peso

molecolare anche l'efficienza depurativa del trattamento. 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 del cut-off . Ad esempio le

102

Apparato Urinario

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. Ovviamente nel caso dell’emofiltrazione il trasporto dei

soluti avviene essenzialmente dal sangue verso il liquido di lavaggio, dunque non è possibile la

reintegrazione di soluti in difetto. In genere, per compensare le perdite di liquido durante la dialisi,

il volume ematico viene ricostruito con pre-diluizione o post-diluizione con liquido sterile,

contenente elettroliti per ripristinarne il contenuto nel sangue. Frequentemente però i reni del

paziente non hanno alcuna funzionalità residua, e non eliminano l'acqua che dunque si accumula.

In casi simili l'aumento di peso del paziente dovuto alla ritenzione di liquidi fra una dialisi e la

successiva è spesso superiore a 2-3 chilogrammi. In questi casi l’emofiltrazione serve anche per

eliminare il liquido in eccesso. Generalmente i pazienti sono sistemati su letti bilancia per

visualizzare la perdita ponderale nel corso del trattamento. In generale anche durante

l’emofiltrazione il flusso dei soluti non è completamente convettivo. Il contributo della diffusione

può essere significativo. In questi casi si parla di Emodiafiltrazione.

Efficienza della Separazione

La riflessione della membrana riguardo ad un dato soluto è, nella pratica clinica, quantificata dal

sieving – coefficient (S), dato dal rapporto:

=

Con:

- : concentrazione nell’ultrafiltrato;

- : concentrazione del soluto nell’acqua plasmatica.

è un parametro adimensionale compreso tra 0 (riflessione totale, ovvero membrana impermeabile

al soluto) e 1 (riflessione nulla: il soluto attraversa la membrana liberamente come l'acqua).

Dialisi Peritoneale

La dialisi peritoneale è un trattamento depurativo intracorporeo che sfrutta come filtro il peritoneo,

una sottilissima membrana dell'addome, ad alta vascolarizzazione, che avvolge internamente ed

esternamente l’intestino. Questa membrana agisce come un filtro naturale che rimuove le scorie

dal sangue.

Lo scopo della dialisi peritoneale è rendere più efficiente questa rimozione. 103

Apparato Urinario

Il peritoneo è formato da due superfici all'interno delle quali è introdotto il liquido di dialisi, che ha

la capacità di sottrarre le scorie contenute nel sangue e l'acqua in eccesso. Le scorie e i liquidi in

eccesso passano nella soluzione di dialisi che, dopo qualche ora, è rimossa dal corpo ed è raccolta

in una sacca di drenaggio. Questo passaggio avviene grazie alla ricca vascolarizzazione del peritoneo

e alla sottile struttura dei capillari peritoneali.

La dialisi peritoneale si svolge in tre passaggi:

- Riempimento: il liquido di dialisi entra nella cavità peritoneale;

- Pausa: mentre il fluido è nella cavità peritoneale, i liquidi in eccesso e gli scarti passano

attraverso la membrana peritoneale nel fluido di dialisi;

- Drenaggio: dopo alcune ore il liquido di dialisi viene rimosso e sostituto con liquido fresco.

Un paziente in DP è sottoposto di solito a 3/5 "scambi" al giorno.

Lo svantaggio è rappresentato dal fatto che bisogna realizzare un catetere sul corpo del paziente.

I vantaggi invece sono rappresentati invece dal fatto che a differenza dell'emodialisi, il paziente non

ha bisogno di recarsi presso il centro dialisi ma è addestrato a praticare la dialisi a domicilio. Inoltre,

il sangue non lascia mai il corpo durante la terapia a differenza dell’emodialisi che comporta un

riciclo del sangue extracorporeo che potrebbe comunque essere causa di infezioni. 104

Apparato Urinario

Trasporto attraverso le Pareti di un

Condotto

Schematizziamo ciò che succede quando una corrente di liquido attraversa uno dei due condotti del

dializzatore. In particolare, è interessante conoscere la variazione della concentrazione di soluti

contenuti nel sangue durante l’attraversamento del dializzatore. È auspicabile che la concentrazione

di una sostanza tossica si riduca man mano che il sangue procede nel condotto ed invece cresca

quella di sostanze utili all’organismo e che quindi passano dal fluido di lavaggio al sangue.

Faremo un bilancio di materia per ricavare i profili di concentrazione.

Immaginiamo di avere un condotto, (che schematizza quelli presenti nel dializzatore) di raggio

assegnato, che sia percorso da un fluido ad una certa portata volumetrica (volume che attraversa

[/ℎ]).

una certa sezione nell’unità di tempo

Indichiamo con l’ascissa dimensionale di questo volumetto, dove per ascissa dimensionale si

indica la distanza da una sezione iniziale. Assegniamo a valori differenti a seconda delle sezioni

che incontriamo.

Consideriamo un volume di controllo che sia compreso tra due sezioni, di ascisse dimensionali e

+ ∆, ∆

dove indica lo spessore di questo volume di controllo. Quest’ultimo è anch’esso cilindrico

∆

con altezza pari a e raggio pari a quello dell’interno volume.

Siamo interessati a trovare il profilo di concentrazione di un determinato soluto nel corso

dell’attraversamento del condotto. Immaginiamo di analizzare l’urea, sostanza tossica, e che la sua

concentrazione sia riportata in ascissa. 105

Apparato Urinario = 0,

Prima di entrare nel dializzatore, ad ascissa la concentrazione è costante. Una volta che il

flusso di sangue entra all’interno del dializzatore, la concentrazione di urea può variare in quanto

inizia lo scambio attraverso la membrana semipermeabile. Seguendo la concentrazione dell’urea

nel sangue sezione per sezione, questa può avere un andamento di quel tipo, ovvero la

concentrazione si riduce.

Per ottenere la concentrazione di un qualunque soluto, sezione per sezione (ovvero in funzione di

), ∆.

dobbiamo fare un bilancio. Scegliamo come volume il cilindretto di spessore

Facciamo un bilancio in condizioni stazionarie, ovvero imponendo che tutto ciò che entra è uguale

a ciò che esce.

I soluti che entrano sono quelli trascinati dal liquido che si muove orizzontalmente lungo il condotto.

Quindi abbiamo un primo termina che rappresenta la portata di un determinato soluto dovuta al

:

moto d’insieme del fluido attraverso la sezione in |

∙

Parliamo di flusso convettivo in quanto i soluti, essendo disciolti nel liquido, si spostano seguendo

la corrente. + ∆,

Ci sarà anche un termine di uscita, attraverso la sezione fisicamente analogo a quello

precedente: |

∙

+∆ +

Rappresenta la portata di un determinato soluto dovuta al moto del fluido attraverso la sezione

∆, sempre per effetto del moto convettivo. 106

Apparato Urinario

Bisogna però tener conto del fatto che man mano che il fluido avanza, la concentrazione di soluto si

riduce per effetto del passaggio attraverso la membrana, costituita dalle pareti del condotto.

Immaginiamo quindi che intorno al cilindro ci sia il fluido di lavaggio. Per effetto della differenza di

concentrazione tra interno ed esterno, immaginiamo che il soluto possa attraversare la membrana

per diffusione (legge di Fick). Attraverso le pareti del condotto ci sarà quindi questo flusso di soluto

dal