Applicazioni Ingegneristiche in Ambito Biomedico 2024 PDF

**[APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE IN AMBITO BIOMEDICO (95017):]** **Andrea Remuzzi ([[andrea.remuzzi\@unibg.it]](mailto:[email protected]))** pagina sito unibg.it (Google: unibg remuzzi) TIROCINIO: appena finito il tirocinio consegnare la relazione (unibg sezione relazione tirocinio) e poi fa...

**[APPLICAZIONI INGEGNERISTICHE IN AMBITO BIOMEDICO (95017):]** **Andrea Remuzzi ([[andrea.remuzzi\@unibg.it]](mailto:[email protected]))** pagina sito unibg.it (Google: unibg remuzzi) TIROCINIO: appena finito il tirocinio consegnare la relazione (unibg sezione relazione tirocinio) e poi farla controllare a Remuzzi. Per la tesi chiedere al docente di riferimento se l'argomento va bene o no (docente di riferimento). Bisogna affrontare un problema, dimostrare qualcosa, non deve essere compilativa. Presentarsi senza preavviso durante l'orario di ricevimento. MAGISTRALE: LM31 (gestionale)/ LM21 (biomedica) Ricevimento: lunedì pomeriggio 14-16 controllare su pagina web del docente ESAME: due prove in itinere 1 metà corso (9 aprile) e 1 fine corso (11 giugno) orale FACOLTATIVO \>24 1. **BIOCOMPATIBILITA':** *studia come i materiali riescono a stare in contatto con materiale biologico e che problemi possono dare se qualcosa non funziona correttamente.* Durante un trapianto tra organismi di specie diversa, andiamo in contro direttamente ad un rigetto, ma come capisce il nostro corpo quando entra un agente estraneo? Si tratta di un meccanismo in cui, quando l'organismo viene a contatto con un corpo estraneo, ci sono degli anticorpi che lo riconoscono. Il materiale immesso non deve creare problemi con la coagulazione deposito di materiale nel sangue che innesca il coagulo. Questo avviene perché le cellule devono stare vicine ai capillari per ossigenare distanza \< 150 micron. **LA MEDICINA MODERNA E LE NUOVE TECNOLOGIE:** Per capire le tecnologie moderne è importante conoscere l'evoluzione della medicina moderna, prendendo in esame cosa sia successo negli ultimi anni. I due problemi principali sono sempre stati: - Non poter operare senza anestetizzare - Sviluppo di infezioni post-operatorie per apertura con esterno tessuti sviluppano infezioni perché ci sono agenti patogeni che intaccano il tessuto e il solo sistema immunitario non riesce a debellarli. Si arriva alla fine dell'800 con gli **ANTIBIOTICI**: grazie ad essi si riescono a debellare le infezioni e può partire così: - CHIRURGIA RICOSTRUTTIVA= *rimozione del tessuto danneggiato sostituito con tessuto sano.* Tuttavia, non c'è possibilità di sostituire un tessuto se non c'è tessuto sostitutivo. A fine anni 50 nasce la: **MEDICINA DEGLI ORGANI ARTIFICIALI** riuscendo a sostituire organi come il rene, ma per cuore e fegato si cerca una strada parallela: TRAPIANTO D'ORGANO. Questa tecnica è favorita e scaturita dalla possibilità di sviluppare dei FARMACI ANTIRIGETTO negli anni 70. Nella **MEDICINA DEI TRAPIANTI**, tuttavia, vi sono parecchi problemi: - Non ci sono organi disponibili c'è una lista di attesa lunga anni e anni - Quando si trapianta bisogna fare una terapia antirigetto farmaci molto pesanti che mettono a rischio di complicanze il paziente. Si crea una nuova alternativa: TRAPIANTO DI CELLULE Data la possibilità di coltivare cellule, si parla di **CELLULE STAMINALI** = *cellule che possono differenziarsi in diversi tessuti.* Si potrebbe fare una infusione di cellule staminali per la ricostruzione dell'organo, ma anche questo può creare delle difficoltà le cellule da trapiantare devono essere personali del paziente, altrimenti vengono rigettate. Si trovano 2 alternative: 1. **CELLULE STAMINALI PLURIPOTENTI INDOTTE** prendo delle cellule e gli induco lo stato di cellula staminale. 2. **GENE EDITING** riscrivo una parte del genoma (funziona per i pazienti con tumori) Tutto questo che viene considerato è un sistema basato su interazione materiale e tessuto biologico. **BIOCOMPATIBILITA':** - Scelta dei materiali: interazione sistemi-tessuti. Esistono limitazioni nella progettazione e nell'impiego di interfacce di materiali adeguati che possono fare coesistere i materiali artificiali e l'ambiente dinamico e biologico del corpo umano. L'organismo attua una risposta biochimica complessa alle superfici dei materiali estranei ad esso è importante studiarla per capire come tenere sotto controllo/ sfruttare al meglio queste interazioni. Il risultato è l'ottenimento di materiali impiantabili per tempi lunghi o addirittura in maniera permanente. Per studiare la biocompatibilità è importante analizzare le diverse componenti della BIOLOGIA: 1. PROPRIETA' SUPERFICIALI: a. Chimica: crea interazione diversa b. Topografica: forma dell'interfaccia c. Bagnabilità: caratteristiche idrofobiche o idrofile. d. Carica 2. INTERAZIONE CON PROTEINE: in particolare quelle legate alla coagulazione. 3. RISPOSTA ALL'INTERAZIONE CON CELLULE: formazione di piastrine, trombi e batteri. Per unire tutte queste caratteristiche è importante prendere in considerazione il sangue e gli elementi che vanno a contatto diretto con il sangue interno del vaso, ventricolo e microcircolazione. **ELEMENTI DEL SANGUE CHE INTERAGISCONO:** il sangue è composto da PLASMA + PARTE CORPUSCOLARE A. **Composizione del plasma:** a. Elementi di scarto b. Proteine c. Lipidi d. Gas Nel plasma vi è acqua, ioni regolati da sistemi sofisticati, una serie di mol organiche come amminoacidi: ALBUMINA, GLOBULINE E FIBRINOGENO. La maggior parte delle proteine sono formate dall'albumina, creando una sorta di vettore con il resto.  B. **Composizione parte corpuscolare:** e. Globuli rossi 7 micron f. Globuli bianchi dimensioni variabili g. Piastrine d\ - RIASSORBIMENTO TUBULARE: il filtrato passa nei tubuli renali iniziando da quello prossimale. Qui avviene il riassorbimento tubulare, ovvero un processo in cui il corpo recupera e riassorbe le sostanze utili come acqua, elettroliti, nutrienti e aminoacidi dal iltrato, tornando nel sangue attraverso i vasi sanguigni peritubulari che circondano i tubuli. - Secrezione tubulare avviene durante il passaggio attraverso i tubuli renali, dove alcune sostanze come ioni idrogeno, potassio e farmaci vengono attivamente secrete dalle cellule tubulari nel filtrato glomerulare. Questo aiuta ad eliminare le sostanze indesiderate o in eccesso. - Dopo riassorbimento + secrezione il fluido rimanente, praticamente URINA, passa attraverso il tubulo distale, il tubulo collettore e il dotto collettore. - L'urina poi viene raccolta nei calici renali, pelvi renali e infine nell'uretere dove viene trasportata alla vescica urinaria per l'accumulo. Quando essa è piena l'urina viene espulsa dal corpo attraverso l'uretra. Avere due letti capillari permette dove c'è arteriola efferente posso cambiare pressioni a monte e a valle tra capillare glomerulare e tubulari. Nel primo le pressioni devono essere alti perché l'acqua deve uscire in 1 min escono 100mL. Nel giro di 1 ora filtra 6 L e la produzione di urina sarà circa 100/150 mL. Se il rene non funziona più serve qualcosa che funzioni allo stesso modo da riprodurre artificialmente, per riuscire a sostituirlo. **COME FUNZIONA IL FILTRO?** Il filtro è la **MEMBRANA CAPILLARE GLOMERULARE** ha una dimensione di circa 300 nm. È una membrana troppo sottile da poter riprodurre artificialmente.  Deve lasciare passare tutte le proteine di grandezza maggiore dell'albumina e deve lasciare passare l'acqua. - FILTRAZIONE: avviene a causa della pressione sanguigna nei glomeruli che spinge il sangue attraverso la membrana capillare glomerulare. La pressione nei capillari glomerulari è detta PRESSIONE IDROSTATICA GLOMERULARE ed è maggiore della pressione osmotica del sangue consentendo il passaggio di acqua e soluti di piccole dimensioni dalla membrana. - SELETTIVA: - Dimensioni le fessure di filtrazione tra i pedicelli dei podociti sono molto strette e consentono solo il passaggio di molecole di dimensioni molto ridotte come acqua, elettroliti e piccoli soluti. Molecole grandi come proteine sono trattenute. - Carica cariche negative possono essere repulse dalla membrana riducendo la possibilità che le proteine passino. - RIASSORBIMENTO delle sostanze essenziali per essere reintrodotte dai tubuli renali adiacenti nella circolazione sanguigna. **COSA SUCCEDE QUANDO SI SVILUPPA INSUFFICIENZA RENALE?**  È un processo molto lungo in cui si ha una **SCLEROSI DEI NEFRONI** dove si va a sviluppare tessuto fibrotico. Mediamente abbiamo 1 milione di nefroni quando il tessuto fibrotico nasce poi si sviluppa sempre di più. Perché abbiamo 2 reni? Non lo sappiamo. Possiamo vivere tranquillamente con un rene. Non sappiamo perché ne abbiamo così tanti, sappiamo solo che qualche paziente sviluppa questo tessuto. C'è un'alta variabilità sul numero di nefroni che non sono in numero fisso in tutti gli organismi. In media sono 100 micron un nefrone e non siamo in grado di contarli esattamente, ma sappiamo che, se si sviluppa insufficienza succede questo: qua vediamo tubuli e glomeruli che sono danneggiati, ci serve sapere con quale velocità si va a perdere la funzione renale per sapere quando intervenire. Nella situazione normale abbiamo capillare in cui scorre il sangue, in quella patologica la parete diventa irregolare, la capsula di Bowman aderisce alla parete dei capillari e si crea una sclerosi. **PROGRESSIONE DELLE MALATTIE RENALI:** durante le patologie diminuisce la velocità di filtrazione glomerulare= quantità di acqua rilasciata nella capsula di Bowman. Sappiamo che questa malattia progredisce inesorabilmente. Ci sono due tipi di malattie renali: 1. CRONICA= il danno porta alla perdita continua di funzionalità. 2. ACUTA= si risolve la funzionalità con i trattamenti  Quando si ha una insufficienza renale acuta + cronica si può tornare allo stadio 2 con terapie o interventi fatti sulla dieta e stile di vita. GFR normale è di 100 mL/min, fino ad arrivare ad un valore limite di 10-20 sotto i quali bisogna entrare in terapia. ESEMPIO: pazienti affetti da glicemia. Vediamo un andamento lineare di quanto tempo passa da quando si va in dialisi. Si vede un aumento di escrezione delle PROTEINE: bisogna effettuare delle MISURE DELLA FILTRAZIONE GLOMERULARE si misura con la CLEARANCE DELLA CREATININA **MA QUANTI PAZIENTI SONO?** In Europa circa 500.000 e nel mondo milioni, ma non tutti i paesi lo trattano. INCIDENZA= *frequenza con cui si verificano nuovi casi di una determinata malattia o condizione in una popolazione durante un certo periodo di tempo* Nonostante i progressi della medicina non si riesce a ridurre il numero di nuovi pazienti. *PREVALENZA = numero di pazienti di una popolazione affetti dalla patologia* su 1 mln quanti sono affetti da questa necessità di sostituire la funzione renale. Servono centri e macchinari con personale sanitario.  Consideriamo per primo il **TRATTAMENTO EMODIALITICO:**  Trapianto viene usato con pazienti più giovani e sempre se c'è disponibilità. Circuito extracorporeo che faccia uscire il sangue, lo tratta per circa 4 ore per 3 volte alla settimana. Ogni 3 giorni deve andare in ospedale a fare questo trattamento da oggi in poi e quando arrivano in ospedale devono riuscire a fare il trattamento per forza quel giorno: ci deve essere una qualità di controllo molto elevata, in un centro arrivano decine e decine di pazienti. Si attacca il paziente al circuito attraverso ACCESSO VASCOLARE è difficile lasciare qualcosa di permanente tra dentro e fuori. Serve anche una soluzione di particolari componenti detta LIQUIDO DIALIZZANTE. **ELEMENTI DEL CIRCUITO:** Immagine che contiene testo, diagramma, Piano, scheletro Descrizione generata automaticamente - Prelevare il sangue da un paziente e poi movimentarlo 300 mL/min nella macchina, che deve perfondere come un radiatore per il trasporto di massa. In questo caso abbiamo due liquidi da movimentare, attraverso due liquidi si scambiano bene. - Nella macchina bisogna togliere dal sangue le sostanze tossiche: nella funzione del rene si rimuovono sostanze tossiche e mantenere nel soggetto le sostanze che gli servono. - UREA prodotta quando vengono metabolizzate le proteine. Pazienti UREMICI perché hanno concentrazione di urea troppo alta. - CREATININA marker della funzione renale: quando funziona bene 1 mg/dL, se scende a 10 mL a min la creatinina continua ad aumentare. - LIQUIDO pazienti ANURICI bisogna rimuovere anche liquido perché si perde la funzione urinaria. Non possiamo togliere troppi liquidi però perché cambierebbe anche la quantità di sangue e si ha una difficoltà dal sangue di pompare e poi collasso. - Al di là della membrana che filtra deve esserci liquido che contiene elementi che escono ma che voglio che restino dentro gli ioni sono molto piccoli ed escono nei prodotti di scarto. Es. se esce potassio non si riesce più a contrarre miocardio. **ACCESSO VASCOLARE:**  Materiali biocompatibili che finiscono direttamente nella macchina, due linee colorate diverse: rossa e verde per capire cosa esce e cosa entra. Serve infilare l'ago nel vaso da due parti e poi rimuoverlo: il paziente è costantemente sottoposto a lesioni. Il problema è che ci serve portata di 300 mL/min, ma un'arteria nel braccio porta 100mL/min massimo. I primi pazienti usavano come accesso l'arteria femorale con tutte le difficoltà che ne derivino. Si sviluppa una tecnica per aumentare la perfusione: Si prende arteria e vena effettuando una ANASTOMOSI: SIDE-TO-SIDE in questo caso. Aumentiamo la portata e quello che avviene quando collego è che taglio fuori tutti i capillari. Aumenta la pressione nel lato venoso, ma diminuisce di molto la resistenza. Questo è quello che induce la chirurgia, viene fatto vicino al polso e ci si avvicina più al corpo se non basta così. Se il flusso aumenta poi possiamo pungere la parte venosa.  Il problema è che l'endotelio in genere viene sottoposto ad uno stress: Queste portate alte in vasi che avevano portate basse creano una dilatazione del vaso (vena si dilata ed è più facile da pungere); aumento di pressione e sforzo di taglio cellule endoteliali fanno proliferare le cellule muscolari diventando più spesse e riuscendo a bucarlo. Dopo l'accesso è necessario un RIMODELLAMENTO dopo 4/5 settimane posso bucare ARTERIALIZZAZIONE inspessendosi e diventando più simili a una arteria. Devo operare 1 mese prima di iniziare la dialisi. Aumenta anche lo SHEAR STRESS poi man mano la parete del vaso si inspessisce, torna la condizione fisiologica di valore di sforzo adattandosi alla nuova situazione. Per capire dove bucare e dove fare l'anastomosi servono fare delle ecografie per analizzare il punto migliore. Sarà proprio il medico a decidere quale sia la vena con maggior portata in cui effettuare l'operazione.  Un paziente sta in dialisi anche 20 anni e ci serve poterlo fare durare molto più di così. In alcuni pazienti in cui effettua l'operazione si notano zone di restringimento o stenosi che sono soggette alla formazione di NEOINTIMA, che deve limitarsi perché altrimenti può portare anche alla chiusura del vaso e poi trovare alternative e nuovi accessi. **MA SE SI TRATTA DI EMERGENZA?** ES. paziente che arriva in ospedale con necessità di essere trattato di insufficienza renale terminale es. in USA non avendo la sanità pubblica, chi non è coperto da assicurazione sanitaria e non può permettersi le cure costanti. In questi casi si hanno altre modalità, perché non c'è modo di realizzare la fistola arterio-venosa e si interviene inserendo delle protesi.  Si usano direttamente gli accessi dalla succlavia e dalla giugulare attraverso una cannula= tubicino di plastica morbido che viene inserito sotto la clavicola o il collo. In questo modo si ha la possibilità di movimentare fino a 300L/min. Queto viene definito **GRAFT VASCOLARE ARTIFICIALE**= l'inserzione di un catetere che preleva il sangue e lo riporta alla fine del circuito come in immagine sotto deve essere a doppio lume: uno composto da tubo arterioso e uno venoso.  Sono entrambe delle situazioni complesse dal punto di vista clinico poiché vi sono diverse compliczioni: - Formazione di neointima (con formazione di trombi) - Reazione da corpo estraneo che da luogo a una risposta del sistema immunitario. - Alto rischio di infezioni dovute al fatto che il catetere passa attraverso la cute. Il fatto che passa attraverso la cute aiuta a vedere se si stanno sviluppando delle infezioni, poiché nella zona sottocutanea è chiaro se ci sono arrossamenti. Viene comodo per pazienti anziani in cui è meglio evitare interventi chirurgici invasivi. **MACCHINA PER EMODIALISI:** Immagine che contiene Attrezzature mediche, macchina, medico, assistenza sanitaria Descrizione generata automaticamente Una volta che il paziente viene collegato con il circuito extracorporeo, i tubi devono entrare in un dispositivo in cui viene realizzato il trattamento del sangue, rimuovendo tutte le sostanze che il rene non può rimuovere e l'acqua. Serve una **POMPA** che stabilizzi la portata, per garantire la funzionalità della macchina. A seconda della portata possiamo rimuovere una certa quantità di soluti e acqua. Dobbiamo garantire un flusso di sangue costante e quando lascia la pompa avrà una pressione indotta e permette di movimentare il sangue in tutto il circuito. È importante tenere sotto controllo l'interazione sangue- parete artificiale. Ci aspettiamo che vi sia un'adesione delle piastrine e nel giro di pochi min si possono anche creare TROMBI si usa un anticoagulante= EPARINA inserendola nel flusso ematico che viene infusa attraverso una POMPA A SIRINGA dove uno stantuffo viene movimentato da un motore lineare. All'inizio la quantità è maggiore e col tempo poi diminuisce. Il sangue poi entra nel DIALIZZATORE= mette in contatto il sangue con il fluido del LIQUIDO DI DIALISI gli scambi avvengono secondo il PRINCIPIO DI DIALISI In parallelo vi è anche un circuito di LIQUIDO DI DALISI. Passato nel catalizzatore, il sangue rientra nel paziente sempre attraverso una cannula in vena. - Se il paziente ha 7/8 L di sangue nel giro di qualche ora una buona portata avrà attraversato la macchina. **COME FUNZIONA IL CIRCUITO DELLA MACCHINA DI DIALISI:**  Come detto prima, si parte da un accesso venoso in cui vi è un RILEVATORE DEL SANGUE e subito dopo una POMPA DI INFUSIONE DI EPARINA. C'è un RILEVATORE DI BOLLE che impediscono il passaggio di aria nel sistema. Il sangue poi entra nel DIALIZZATORE o FILTRO= costituito da 2 camere: 1. Perfusa da sangue 2. Perfusa da liquido di dialisi Una membrana separa le due e permette gli scambi delle sostanze. Bisogna fare in modo che sostanze tossiche come urea o creatinina (metabolismo delle proteine) VS sostanze utili come K, Na, Cl non devono passare attraverso la membrana del dializzatore, altrimenti il sangue modificherebbe la sua concentrazione, che serve per mantenere la funzione fisiologica. Essi, tuttavia, sono elementi talmente piccoli, che passerebbero dalla membrana per impedire questo passaggio bisogna inserire la stessa concentrazione di elettroliti interna. Controllando il liquido di dialisi, si controllano anche i parametri dei pazienti. Per perfondere il sangue serve una POMPA, che lo immette nel circuito di dialisi. Parte finisce al DRENAGGIO insieme ai prodotti di scarto e il resto circola nella macchina, dove ci sono dispositivi come un MANOMETRO NEGATIVO, MISURATORE DI CONDUCIBILITA' E MISURATORE DI TEMPERATURA e i rispettivi sensori che tengono traccia di queste misure. C'è un sensore che misura anche la pressione dal lato venoso: se diminuisce troppo significa che vi è una ostruzione. A valle vi è la POMPA per il liquido di dialisi che permette che vi sia una alta pressione sul compartimento del sangue e viceversa. Se la pompa deve aspirare, serve una pressione più bassa nel punto di aspirazione del sangue. Gestendo questa differenza di pressione, possiamo rimuovere l'acqua accumulata in 2/3 giorni. **ELEMENTI CHE COSTITUISCONO IL CIRCUITO:** 1. LINEE PER IL CIRCUITO= tubicini realizzati con materiali polimerici usati e poi sterilizzati, reintrodotti in confezioni sterili a tenuta stagna, che vengono aperte solo nel momento dell'utilizzo, attaccandoli a macchina o paziente. 2. POMPE PERISTALTICHE= pompa costituita da tubi schiacciati da rullini. Si basa sulla compressione e sul rilascio alternati di un tubo flessibile attraverso cui passa il liquido da pompare. Quando i rulli comprimono il tubo, il fluido viene spinto attraverso il tubo stesso e quando si sollevano il tubo si espande nuovamente, creando una zona di bassa pressione che aspira il liquido nella pompa. Questo sistema viene controllato da un MOTORE PASSO-PASSO che genera impulsi elettrici che controllano il movimento preciso dei rulli lungo la superficie del tubo. Ogni impulso corrisponde ad un passo e la sequenza determina la direzione e l'ampiezza del movimento. Questo permette di controllare la velocità del flusso e la quantità di liquido pompato, offrendo precisione e ripetibilità del dosaggio. **PRINCIPIO DELLA DIALISI DI UNA SOLUZIONE:**  Si riesce a muovere le concentrazioni mettendo in contatto tramite membrana semipermeabile con un solvente che contiene il soluto quello che conta è la differenza di concentrazione. Per realizzarlo nel circuito corporeo, il liquido deve potersi muovere per garantire le condizioni fisiche che permettano la filtrazione di piccoli soluti e che attraverso la membrana passino fluidi. Questo viene mediato da una pressione transmembrana. Bisogna scaldare a 37° il fluido per mantenere la temperatura corporea, evitare la formazione di aria e tutte le volte che ci sono variazioni di t può variare la solubilità di alcuni gas, si possono formare microbolle che poi possono essere eliminate. Si addiziona il fluido con altre sostanze: se possono passare la membrana perché sono piccole, quelle nel plasma devono restare come gli elettroliti e non dovrebbero riuscire a passare nonostante il plasma passi attraverso il filtro. L'unico modo per mantenere costante le concentrazioni è mantenere nei due lati due concentrazioni uguali. Ci sono sistemi con luci e fotocellule per capire se vi sono perdite di sangue nel circuito. Questo è un sistema di movimentazione di un fluido che avviene attraverso una POMPA: generalmente la pompa viene messa all'inizio, ma in questo caso è a valle del sistema poiché abbiamo necessità di creare una bassa pressione nel dializzatore nel volume del liquido di dialisi. Questo è possibile perché la pompa aspira il fluido nel circuito e mantiene una pressione meno elevata nel circuito. Si realizza tutto con linee di dialisi: devono arrivare sterili e poi smaltite in ospedale in contenitori monouso e smaltiti come RIFIUTI SPECIALI perché sono materiali potenzialmente infetti. Non ci deve essere un contatto diretto tra liquido di dialisi/ sangue e ambiente esterno si usano delle POMPE PERISTALTICHE in modo che si movimenti il fluido. La linea di dialisi può finire con 2 connettori sterili, che si attaccano al paziente e alla sacca per riempire il liquido. Quando il paziente viene preparato, vengono allestite le cannule in modo che dentro vi sia una soluzione fisiologica che non entra a contatto con l'aria.  **SCHEMA DEL LIQUIDO DI DIALISI:** - Si perfonde il dializzato nel dializzatore a t prefissata (35-37° C) a flusso controllato (500 mL/min). - Il controllo del volume di fluido rimosso dal paziente sono pazienti ANURICI che vanno tenuti sotto controllo. Il liquido di dialisi viene preparato addizionando una soluzione concentrata di elettroliti+ acqua preriscaldata e degasata in 4 ore di dialisi servono 120-150 L per tutto il trattamento. questi volumi serve che siano gestiti da un sistema di perfusione che viene da un impianto. Si usano soluzioni con bicarbonato e Sali di sodio che tengano sotto controllo il pH che possano mantenere le concentrazioni in modo da garantire di non modificare il controllo degli elettroliti. La seconda soluzione contiene tutti gli altri costituenti e una piccola quantità di composti acidi per tamponare il bicarbonato nella composizione finale del dialisato. È possibile diluire una piccola quantità di soluzione concentrata in una portata di fluido prelevata da un sistema di impiantistica apposta per emodialisi.  La composizione del liquido di dialisi è dovuta al bilanciamento di composizioni del plasma. - Sodio e cloro sono in composizione simile alla fisiologica - Potassio e glucosio sono variabili a seconda della necessità di aumentare o diminuire - Calcio e magnesio sono bilanciati Le concentrazioni devono essere decise dal medico che gestisce il trattamento NEFROLOGO che stabilisce la ricetta da utilizzare. Per tenere sotto controllo la concentrazione viene misurata la conducibilità e nel caso che i valori siano fuori range viene bloccato il trattamento. Le dialisi vengono svolte con bicarbonato per mantenere il pH del sangue sotto controllo. **EMODIALISI: cosa si predispone nel dializzatore?** Il liquido nel dializzatore deve essere a contatto con il sangue e per farlo bisogna costruire una serie di capillari che fanno perfondere il sangue da dx verso sx, mentre il liquido di dialisi da sx verso dx. in questo modo le due velocità vanno nella direzione una l'opposta dell'altra. Il liquido di dialisi perfonde fuori dai capillari, mentre il sangue scorre dentro. Si ha la necessità di movimentare il sangue nelle linee di dialisi, che hanno diametro 5-6 mm interni, passa in un condotto diffusore che fa in modo che il sangue passi in tubicini sottili, dove il sangue passa molto lentamente per fare in modo che avvengano gli scambi facilmente e poi tornare nella linea venosa. Bisogna eliminare le sostanze di scarto come UREA e CREATININA e le sostanze che non devono essere eliminate devono essere bilanciate con concentrazione simile al liquido di dialisi e la perfusione del nostro sistema è legata al fatto che questi capillari siano davvero tantissimi (10.000 fibre). Il diametro del dializzatore è di 7-8 cm con 35 cm circa. Lo spessore è molto sottile di 20-40 micron, più di un foglio di carta. Il sangue si muove in questi tubi sottilissimi come un filo tessile e avendo i globuli rossi una grandezza di 7 micron si può perfondere una certa quantità all'interno. Le condizioni del moto devono garantire un trasporto efficiente senza diminuzione della pressione altrimenti servirebbe aumentare di molto la pressione nel sistema di perfusione. La possibilità di mettere un altissimo numero di fibre con diametro piccolo e piccolo volume garantisce una superficie di scambio molto ampia. In un dializzatore normalmente vi sono superfici di 1 m\^2 o superiori, essa è una misura ragionevole che non va aumentata di troppo per evitare di avere troppa superficie di scambio ed eventuali trombi o interazioni negative col materiale. Il materiale utilizzato parte dai polimeri all'inizio dello sviluppo del trattamento (anni 50-60) come CUPROPHAN, PAN, PS. La proprietà del materiale fondamentale è la possibilità di filtrare molecole con una certa dimensione. **FILTRO PER EMODIALISI:**  Il sangue si muove in strutture di questo tipo: visibili al microscopio elettronico (no ottico) perché hanno dimensioni micrometriche. Hanno una parete uniforme, realizzati in POLIFUSIONE con estrusione e con produzione di fibre che sembrano quasi tessili. Ci sono impianti che producono queste fibre e poi sono inserite in questi tipi di filtri. Il sangue deve muoversi nei condotti mediante una distribuzione di portata di sangue che avviene dalla linea di dialisi. Sono stati studiati alcuni diffusori che danno al sangue moto per arrivare in modo uniforme e perfondere le fibre. Vi sono due camere che permettono di distribuire la portata in modo uniforme e se togliamo possiamo vedere la superficie che incontra il sangue quando entra nei capillari. Normalmente viene prodotto in POLIURETANO ottenuto immergendo questa fibra che viene tessuta da una matassina con fibra unica continua: viene immersa in poliuretano, fa polimerizzare una parte finale del filtro e viene poi tagliato con poliuretano tra di loro.  Il materiale è USA E GETTA: si tratta solo un paziente e poi viene eliminato come rifiuto speciale. Prodotto da una quantità di fibre enorme con migliaia di metri di fibra cava. Il costo di un filtro di questo tipo è di circa 100€ e insieme ad altri costi un paziente di dialisi arriva a costare in media 60/70.000 € all'anno per il SSN: bisogna tenere sotto controllo i costi per poter garantire un trattamento a più persone possibili e per questo il filtro arriva a costare 20/30€.  **COME FUNZIONA LA MEMBRANA?** La membrana deve permettere gli scambi fino ad ora indicati e bisogna rispettare delle condizioni: - Il sangue deve poter scorrere per 4 ore senza trombosi e non si deve attivare la cascata del complemento dalla risposta immunitaria. Non deve avvenire nemmeno EMOLISI (rottura dei globuli rossi) questo avviene se il gradiente di velocità non è elevato da stressare i globuli rossi e romperli. - Garantire che i globuli bianchi non aderiscano Serve un materiale resistente che riesca a mantenere queste funzioni POLISULFONE= polimero termoplastico.  Serve sapere cosa succede tra sangue e liquido di dialisi: immaginiamo il dializzatore come uno SCAMBIATORE DI CALORE, ma il nostro dializzatore deve scambiare massa e non calore. Per farlo abbiamo visto che deve scambiare acqua, poiché il liquido accumulato tra una dialisi e l'altra deve uscire. Il liquido di dialisi viene perfuso con una pompa a valle del dializzatore, mentre il sangue ha una pompa a monte del dializzatore: questo fa sì che la pressione a valle sarà alta e quella a monte bassa. La pompa del circuito aspira il liquido di dialisi mentre quella del circuito del sangue lo spinge nel dializzatore. Si crea una differenza di pressione transmembrana che permette a un po' di acqua di passare. Ci vogliono 3 min per far passare 1 L di sangue e dobbiamo cercare di far uscire ½ L di acqua queste membrane è importante che abbiano una certa permeabilità. È importante che sostanze tossiche come urea e creatinina passino e vengono eliminate, ma molecole come proteine no. Non possiamo bloccarle mettendole nel lato del liquido di dialisi. Tutte le molecole di fascia VERDE sono le più grandi e non passano dal filtro di dialisi. Si usa proprio l'INULINA per determinare la velocità di filtrazione glomerulare poiché passa in modo non ristretto nella membrana del capillare glomerulare. Nel rene fisiologico i pori lasciano passare completamente l'inulina, ma nella membrana artificiale non passa e poi vedremo cosa succede. Possiamo far entrare il sangue nel dializzatore in 2 configurazioni specifiche: 1. Nel liquido di dialisi entra il fluido insieme al sangue e si ottiene una buona differenza di pressioni e di concentrazioni per eliminare i due prodotti. 2. Si sfrutta un andamento CONTROCORRENTE quello usato **SCAMBIO EQUICORRENTE E CONTROCORRENTE:**  Immaginiamo di avere una concentrazione C di un soluto e L del dializzatore. Se avessimo un andamento EQUICORRENTE come l'urea avremmo una buona differenza di concentrazione e man mano che il liquido passa esce un po' di urea e un po' entra. Questo crea una buona differenza di concentrazione, ma crea problemi per la rimozione dell'urea perché se usiamo membrane più permeabili otteniamo un andamento più ristretto: nel liquido di dialisi aumenta la concentrazione e si arriva a EQUILIBRIO DELLA FILTRAZIONE. Per una disposizione CONTROCORRENTE come indicato a dx, il sangue entra nel lato sx e il fluido a dx: la concentrazione di urea nel lato sangue è uguale a sangue che entra nel dializzatore, mentre il liquido di dialisi è zero: in questo caso vi è un maggior trasporto di urea. Il dializzatore fa passare il sangue verso verso il liquido di dialisi e viceversa con un andamento indicato: il primo diminuisce e il secondo aumenta. Se la membrana fosse maggiormente permeabile, la concentrazione potrebbe diminuire nel sangue e aumentare nel liquido di dialisi.  Una certa quantità di liquido va espulsa ma bisogna controllarne la quantità per evitare di incorrere in problemi. CLEARANCE= volume di fluido da cui viene eliminato il composto. UREA man mano aumenta la portata dal lato sangue aumenta la quantità di urea eliminabile e quindi il volume mL/min di sangue depurato. Le due linee sono legate dalla presenza della quantità di fluido che viene ultrafiltrato. La clearance del sangue \ rispetto a quelle di 1 L. Possiamo usare il **TRASPORTO PER DIFFUSIONE** come quando c'è una perdita di gas da una bombola, si ha questo fenomeno anche nei liquidi e nei gas. Essa dipende dal fatto che le molecole non sono completamente ferme una mol si ferma quando arriva allo 0 assoluto= -273°. C'è una vibrazione senza direzione preferenziale se ci sono mol diverse in una sola soluzione vediamo che quelle che sono da una parte vanno dall'altra e viceversa.  Se c'è un GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE esso tende a sparire. Prendendo una altezza x posso prendere due elementini uno prima e uno dopo la x. Vedo la concentrazione per questi elementini e se la molecola si muove per moto browniano vediamo che si sposta avanti e indietro. Un 10% circa si muovno tali da uscire da questo elementino se ho 100 molecole 10 molecole si spostano e avendo tutti la stessa probabilità ho stessa quantità. Se considero un elementino sopra ho una concentrazione inferiore che considero 90 e quindi abbiamo uno spostamento di 9. Notiamo così che sono più quelle che vanno sopra piuttosto che sotto e piano piano questo si bilancia fino ad arrivare a un bilanciamento delle concentrazioni fino ad arrivare a nessuna differenza di concentrazione. La DIFFERENZA DI CONCENTRAZIONE permette di instaurare la DIFFUSIVITA': a mol piccole diffondono di più Usando questi valori si riesce a calcolare proprio la diffusività delle molecole. Questi sono fenomeni fisici che regolano l'energia delle molecole. T è sempre costante; la dimensione e la viscosità del solvente sono tutti elementi fondamentali.  Possiamo calcolare la diffusività in base alla dimensione della molecola (peso molecolare). C'è una relazione tra raggio e peso molecolare a seconda del peso molecolare il raggio aumenta o diminuisce. Semplifichiamo usando la formula sopra a È come la velocità, ma se c'è una molecola che si sposta da una parte all'altra è difficile spostarsi da una parte all'altra diffonde in misura maggiore o minore. **VALORI DI DIFFUSIVITA':** - OSSIGENO: per fare 10 micron ci tiene 1 millesimo di secondo questa è la possibilità di OSSIGENARE. Dobbiamo lasciare passare dalla membrana i PRODOTTI DI SCARTO e bisogna studiare come una molecola passa dalla membrana: **TRASPORTO DI MASSA:** questo moto dipende dalla LEGGE DI FICK  Il flusso si instaura in direzione opposta al gradiente dalla conc più alta a quella più bassa e viceversa. Moltiplicando il flusso unitario per la superficie è possibile trovare il trasporto totale della molecola. Nella membrana applichiamo il BILANCIO DI MASSA considerando un elementino normalmente li prendiamo cubici con dimensioni deltax, y e z. Per studiare il bilancio di massa a transitorio esaurito la quantità entrante = uscente +/- accumulo o dispersione. Siccome la membrana è simmetrica si ha solo trasporto in z e il bilancio di massa lo possiamo applicare sulla faccia perpendicolare all'asse z. Il flusso del soluto nella posizione z \* delta x \* delta y -- quello che mi esce. Per semplificare il tutto posso dividere per delta x e delta y. Posso dividere anche per delta z ottenendo così la derivata del flusso che deve essere =0. Ma la legge di Fick ci dice il valore del flusso che sarà = js.  Se la derivata seconda deve essere 0 allora la derivata prima deve essere una COSTANTE è una retta da concentrazione C(0) e C(L). Questo è molto simile al trasporto di calore. Integrando di ottiene la soluzione di una costante + bz Devo trovare costanti a e b per l'equazione della retta uso le CONDIZIONI AL CONTORNO per fare il calcolo. Trovo poi C(z) come equazione finale che è l'equazione che mi va da C(0) al C(L). Per quanto riguarda il flusso posso guardare js. Posso calcolare quindi il flusso dalla differenza di concentrazione. **COSA SUCCEDE AD UNA MEMBRANA NORMALE?** Nella membrana non c'è solo acqua, ma anche il polimero con i pori. C'è una parte occupata da liquido e parte da solido avviene diffusività solo dove c'è liquido. Il **COEFFICIENTE DI RIPARTIZIONE** varia da 0 a 1 in base a quanto si occupa. Bisogna vedere quanto è questo coefficiente e utilizzarlo nell'equazione che mi regola l'andamento della concentrazione e il flusso dipenderà proprio da questo. Per aumentare il più possibile lo scambio serve diminuire al minimo lo spessore per creare meno resistenza possibile. Serve anche una certa differenza di concentrazione e una membrana con dei pori che non siano troppo grandi. Dal punto di vista della CONVEZIONE possiamo definire un flusso + quando si va dalla concentrazione \> a quella \ CL flusso positivo secondo la direzione dell'asse z. ESEMPIO: consideriamo un elemento di dimensioni finite, se dobbiamo contare il numero di elementi, dovremmo essere più precisi nel contare le particelle, in particolare tenendo in considerazione del punto centrale della particella. Analogamente all'interno del poro: bisogna vedere quante volte il punto centrale della particella lo troviamo dentro il solvente. Se la particella ha il centro che si avvicina troppo, non possiamo considerare che il v sia disponibile al soluto. Se la particella ha raggio a, allora sarà costituita da un cilindro con volume non disponibile al soluto, dato il valore di raggio del poro -- raggio della molecola. Per questo possiamo calcolare il volume del poro non come la sua area, ma considerando l'area del poro trasversale, l'area disponibile al soluto, infatti, è l'area più piccola data dal valore R- raggio della macromolecola. Questo possiamo trasformarlo in una equazione come indicato sotto. **COME PASSANO LE MOLECOLE TRA I PORI?** Es. albumina 3.6 nanometri di raggio: avendo un poro di 4 ad esempio riesce a passare? La concentrazione si abbassa in base al coefficiente di ripartizione: avendo un certo volume di liquido devo sapere se dentro il poro posso avere la stessa concentrazione. Non posso averlo perché c'è un INGOMBRO STERICO avendo un certo volume, avere una certa concentrazione significa avere molecole per volume. Nel poro dovremmo vedere quante molecole abbiamo dentro, ma non possiamo considerare il raggio del poro, perché la molecola non si può spostare liberamente in tutto il poro. Posso calcolare il CENTRO DELLA MOLECOLA e non occupa tutto il volume disponibile. Posso calcolare il VOLUME DISPONIBILE del poro E anche quello disponibile al CENTRO DELLA MOLECOLA. Guardando il poro in sezione vediamo che c'è questa differenza: A seconda della dimensione del poro possiamo vedere il volume disponibile al poro. Se il volume disponibile al soluto \< volume del poro significa che devo ulteriormente ridurlo. Possiamo fare 3.6/4= 0.9 se devo fare passare albumina ne passa pochissima perché il volume disponibile è poco e passa poco. Si definisce EPSIOLON parametro che ci dice di quanto dobbiamo ridurre lo spazio rispetto a quello disponibile. Dal punto di vista sterico epsilon dipende dal raggio del poro e della molecola. si fanno delle membrane STANDARD con stessa dimensione si misura quanto passa e ci si accorge che la epsilon si riduce molto di più di così (linea blu). Dalle misure sperimentali vedo la curva gialla che è più bassa rispetto a quello che ci si aspetta. Si fa un fitting sperimentale e si toglie questa equazione indicata. Quando il liquido si muove attraverso la membrana vediamo che si muove più velocemente al centro piuttosto che alle pareti. Il moto browniano segue il profilo parabolico vicino al poro e al centro del poro è più libero. Bisogna trovare delle membrane che risolvano questo problema. Quando si muovono molecole nel plasma la situazione è più complessa:  Se arrivano cariche positive o negative si ha un passaggio diverso e a seconda di ciò si avranno passaggi diversi: se proteine negative non passano, se positive sono favorite. 1. Vi sono proteine che instaurano legami deboli con alcuni soluti. Queste sono le proteine CARRIER= trasportano queste piccole molecole per far arrivare alcuni punti di circolazione e il trasporto viene favorito dal legame soluti + proteina. 2. EFFETTO GIBBS-DONNAN La membrana, quindi, non è selettiva attraverso la matrice dei pori: alcune molecole passano più o meno facilmente e il flusso di una molecola in soluzione a seconda dell'HINDRANCE COEFFICIENT si hanno valori diversi. È possibile rappresentare graficamente la quantità di molecole che passano attraverso la membrana in funzione del raggio del poro e della dimensione molecolare. Consideriamo molecole di diversa taglia: quelle con diametro piccolo passeranno facilmente e, viceversa, quelle con diametro grande passeranno difficilmente. Quando la molecola è piccola e passa facilmente, è probabile vedere concentrazioni uguali da entrambe le parti. Il rapporto delle due concentrazioni viene detto SIEVING COEFFICIENT, che è un coefficiente detto "di setaccio" e se la molecola è molto piccola esso =1. **CURVA DI SIEVING COEFFICIENT:** Ci sono alcune molecole che passano attraverso la membrana in maniera selettiva. Con alcune membrane non si riesce a rimuovere, va meglio con membrane di nuova generazione. Si parla di **FLUSSO CONVETTIVO**= quantità di molecola che si muove trascinata dal fluido. Basta calcolare il flusso della sostanza (j sc). Riusciamo a calcolare Cm che è la media di concentrazione tra una parte e l'altra di membrana. Il trasporto totale, quindi, è dato da TRASPORTO DIFFUSIVO + TRASPORTO DIFFUSIVO. Se jv molto elevato si riesce ad avere un buon trasporto diffusivo, viceversa. La maggior parte delle molecole che bisogna rimuovere (urea, creatinina) hanno trasporto diffusivo, le altre hanno il convettivo.  Rimane il problema delle sostanze come vitamina B12 e inulina che sono molecole via di mezzo. **QUANTITA' DI ACQUA RIMOSSA:** Calcoliamo il flusso che passa attraverso la membrana conoscendo il numero di pori per unità di superficie e usiamo Poiseuille. L spessore della membrana. Questa equazione fa capire che il poro fa una certa resistenza e serve una certa differenza di potenziale per far passare il flusso. Il flusso totale che facciamo passare attraverso la membrana è data dal prodotto della permeablità\*superficie\*deltaP l'unica cosa che siamo in grado di cambiare è il deltaP ed è proprio questo che cambierà il fluido movimentato. Possiamo cambiare la pressione sul lato del liquido di dialisi aumentando deltaP si aumenta il filtrato. COEFFICIETE DI ULTRAFILTRAZIONE permette di caratterizzare le caratteristiche della membrana. Ci sono elementi che fanno spostare il fluido da concentrazione più bassa a più alta si crea una PRESSIONE OSMOTICA di cui bisogna tenere conto. Nel liquido di dialisi non ci sono proteine VS nel sangue sì e questo crea una pressione al contrario es. albumina crea una pressione osmotica di 20 mmHg. Dobbiamo correggere il delta P tenendo conto anche di questa PRESSIONE ONCOTICA. SE SIGMA=0 deltaP = pressione colloido-osmotica(oncotica) Per sigma intermedio deltaP \* 1-0.5 contributo della pressione colloido osmoticaè la metà. Maggior numero di molecole, maggior pressione colloido osmotica si crea e deve essere inferiore al nostro delta P altrimenti il liquido verrebbe richiamato dentro il sangue. **COME AVVIENE LA SEDUTA DIALITICA:**  SODIO E POTASSIO: si mantiene all'interno, ma se è troppo si deve espellere. UREA si producono 24g nelle 24h e durante la seduta bisogna rimuovere almeno 3 volte tanto. Se togliamo solo 20 g non è sufficiente e il paziente avrà comunque una urea abbastanza alta. CREATININA non va male, si può tenere sotto controllo facilmente. ACIDO URICO idem ACQUA: togliamo 1.5 L perché non si può rimuovere troppa acqua per uno shock di peso. Si danno ad essi dei cibi in grado di assorbire acqua e di bere molto poco. POTASSIO E FOSFORO sono regolati bene.  Il trattamento dovrebbe essere un po' più efficace, servono dei miglioramenti per rimuovere alcune sostanze. Le molecole INTERMEDIE non si riescono proprio a rimuovere (quelle con sigma basso) Queste tre molecole indicate si legano prevalentemente all'albumina e non passano attaccate ad essa. In condizioni fisiologiche a livello tubulare i due si staccano e la molecola viene espulso dai tubuli. In funzione patologica non si è in grado di rimuovere l'indoxil solfato dalla albumina e non sappiamo nemmeno noi come farlo. L'accumulo di tutte queste sostanze porta alla fine alla morte perché l'alta concentrazione di esse è tossica. Quando GFR arriva sotto 15 mL/min il paziente non è ancora in dialisi, ma inizia ad avere una concentrazione dio Indoxyl molto alta. **MA QUESTO TRATTAMENTO DI DIALISI E' EFFICACE?** Sappiamo di aver rimosso tot acqua ma non conosciamo i soluti. Immagine che contiene testo, schermata, Carattere, numero Descrizione generata automaticamente Bisogna fare uno studio di tipo FARMACOCINETICO: consideriamo il paziente come un SISTEMA AD UN COMPARTIMENTO. Tutto il pool liquido come un serbatoio ben mescolato. Per valutare la seduta bisogna considerare come siamo riusciti a togliere l'urea: come decidiamo quanta togliere? Abbiamo una certa CLEARANCE DELL'UREA= qual è il volume di tutto il liuqido che riesco a depurare dall'urea. Es. ho un tot di volume 1 L, se riesco a ridurre la concentrazione è come se lasciassi la conc iniziale in una parte del fluido e dall'altra la tolgo. Durante il trattamento produce un po' di urea, ma non sta mangiando, quindi possiamo considerare = 0 la quantità che entra. La quantità che esce è = alla quantità che diminuisce nel compartimento. Il bilancio di massa mi serve per calcolare di quanto diminuisce. La quantità di urea eliminata sarà data dalla clearance \* concentrazione è possibile scrivere:  Usiamo sempre un intervallo di tempo delta t dove avremo una certa variazione della concentrazione. Il filtro riesce ad eliminare un certo volume di liquido, completamente liberato dall'urea. È una equazione in cui ho una derivata e una funzione piccola equazione differenziale di cui troviamo la soluzione separando le variabili: Immagine che contiene Carattere, numero, linea, tipografia Descrizione generata automaticamente A questo punto possiamo integrare entrambi i membri: Immagine che contiene Carattere, bianco, testo, linea Descrizione generata automaticamente Bisogna trovare i valori della COST DI INTEGRAZIONE con la condizione al contorno: Immagine che contiene Carattere, testo, bianco, Elementi grafici Descrizione generata automaticamente In un paziente non è semplice calcolare esattamente la concentrazione e per questo si calcola un rapporto.  Ne escono questi valori in blu che ci dicono se va bene o non va bene. In USA quando si fa la dialisi che viene rimborsata dall'assicurazione sanitaria viene rimborsata proprio in base a questo valore blu. Se non è sufficientemente efficace non viene rimborsata. Se il coefficiente non è sufficiente posso aumentare il trasporto dell'urea aumentando il flusso. Siccome il volume di distribuzione viene calcolato come 215 mL/min e poi il volume in cui si distribuisce. A seconda del Kt/V possiamo calcolare conc inizio e fine trattamento. La clearance dell'urea dipende dal filtro che non può essere cambiato, il V è fisso e l'unica cosa che posso fare è allungare il TEMPO DI DIALISI per aumentare il Kt/V basta allungare la seduta dialitica. Se si aumenta di 1 ora si aumenta del 30% il Kt/V. Perché non posso fare la dialisi durante la notte? Hanno iniziato a fare dialisi notturne, li attaccano verso 22/23 di sera e si alzano 6/7 del mattino sono le dialisi che funzionano meglio ad ora. Si rimuovono le sostanze e i fluidi in un tempo molto molto maggiore.  La curva scende e quando si arriva alla fine si preleva un campione per mandarlo in analisi. Subito post dialisi l'urea inizia già ad aumentare non si riesce a rimuovere dal fluido cellulare. Quando rimuoviamo in dialisi lo facciamo dal sangue e finita la seduta subito dopo la concentrazione si rialza perché diffonde dal liquido cellulare. Per CORREGGERE IL Kt/V si è trovato un metodo efficace per calcolare il valore effettivo. Questo serve per stimare il Kt/V corretto per capire se il trattamento sia adeguato. Guardando la sopravvivenza dei pazienti a seconda del Kt/V si capisce che maggiore è, migliore è la sopravvivenza del paziente: Immagine che contiene testo, schermata, diagramma, Carattere Descrizione generata automaticamente Il trattamento dialitico costa circa 80k/anno per ciascun paziente in dialisi. Serve una misura dellìefficacia del trattamento di dialisi: questo significherebbe prelevare pre e post sangue e trovare il Kt/V, ma non è una misura così veloce ed immediata, bisogna spedirle in laboratorio.  Si confronta la clearance di sodio con quella di urea e hanno visto che è distribuita linearmente usando la CONDUCIBILITA' si può misurare la concentrazione del sodio. Il coefficiente di diffusione di sodio e urea è abbastanza simile. Viene dimostrata una correlazione stretta clearance di urea e quella del sodio. La macchina aumenta la conc di sodio in modo da farlo passare nel paziente e poi diminuirla in modo che torni indietro la macchina lo fa in modo automatico e a tempi diversi può misurare quanto sia la clearance del sodio e con una curva di calibrazione effettuare una misura. Se si arriva al valore giusto si può bloccare la dialisi. **SE IL TRATTAMENTO NON E' EFFICIENTE PER LE MOLECOLE INTERMEDIE BISOGNA TROVARE UNA SOLUZIONE:** Immagine che contiene testo, schermata, Carattere Descrizione generata automaticamente. Per aumentare il MOTO CONVETTIVO si rimuove una grande quantità di fluido e poi reintrodurlo nel paziente HAEMODIAFILTRATION  Possiamo aumentare la quantità di fluido se risostituiamo una quantità nel sangue del paziente. In questo schema si ha il liquido di dialisi in bianco e il sangue rosso. Un EMOFILTRO fa passare sulla superficie una portata di sangue e riesce a filtrare una quantità di fluido moto maggiore di quella di un semplice trattamento emodialitico, ma serve rimpiazzare poi il fluido. Si toglie acqua plasmatica + tossina e si rimpiazza lasciando il peso del paziente uguale. Combinando questi due sistemi si ottiene il sistema chiamato **EMODIALFILTRAZIONE** Questa tecnica ci permette di ottenere questo andamento: prendendo un soluto con un certo peso molecolare: - Se BASSO utilizzo la DIFFUSIONE e una piccola quantità per CONVEZIONE - Se ALTO utilizzo la CONVEZIONE Per togliere bene le molecole grandi bisogna effettuare questo trattamento:  Viene filtrato con un dializzatore molto fluido rimpiazzando una quantità di liquido (circa 20L). Bisogna trovare la soluzione migliore se diluire prima o dopo il liquido. Tolgo 22L e rimetto 20L di fluido che deve avere stessa composizione del sangue devo avere una SACCA DI INFUSIONE= fluido completamente sterile con farmaco di 20L. Ci possono essere 3 modalità qui schematizzate: 1. POST DILUITION: metodo di riferimento, fornisce le clearance più elevate per il minor volume di convezione ed è più economico. 2. PRE DILUITION 3. MIXED DILUITION: introduce il fluido di diluizione sia prima che dopo il dializzatore. Il rapporto tra prediluizione e postdiluizione viene regolato automaticamente dalla macchina per mantenere la pressione transmembrana nell\'intervallo di 150-300 mmHg. Queste alternative alla postdiluizione sono utili per aumentare il volume convettivo quando si affronta un basso flusso sanguigno extracorporeo o condizioni emorologiche sfavorevoli (ematocrito alto, concentrazione proteica alta o alta viscosità). SISTEMA ONLINE: si può utilizzare la perdita di carica: la differenza di pressione attraverso la membrana che varia lungo la lunghezza del dializzatore per realizzare la condizione che ci serve. Se consideriamo il lato sangue, capiamo che la pressione in ingresso \> inizio trattamento e va diminuendo fino all'uscita. Dal lato liquido di dialisi si ha l'opposto: viene aspirato ad una pressione bassa e aumenta verso la fine. Ad inizio filtro la pressione del sangue \> pressione liquido di dialisi Quando le due pressioni si uguagliano non si ha più trasporto convettivo, ma quando la pressione del sangue \> liquido di dialisi avviene la filtrazione. Il liquido di dialisi deve passare direttamente attraverso la membrana e l'impianto deve essere puro, per evitare contaminazioni. In questo caso si ha un trattamento più costoso, più complicato, ma si introducono delle condizioni cliniche migliori con meno complicanze.  Se durante la perdita di carico del lato dialisi la pressione aumenta si arriva al punto in cui la pressione liquido di dialisi \> pressione sangue. Si ha un ultrafiltrato al contrario nella seconda fase. **COMPLICAZIONI:** si verificano spesso nei pazienti trattati e la più frequente è ipotensione. - Ipotensione è la più preoccupante, bisogna trattarlo con sostanza che fa aumentare pressione e contrattilità è un trattamento da fare con la supervisione dei medici. Sarebbe molto più semplice svolgerla a casa, ma serve una supervisione medica. **CURVA DI SOPRAVVIVENZA**: La sopravvivenza di un paziente dialitico è molto simile a quello di una persona con tumore del 10%. L'ideale sarebbe un trattamento costante casalingo, che è il più efficace perché può essere effettuato in tempi più lunghi. I costi sono in aumento **DIALISI PERITONEALE:** quando si hanno grossi problemi a livello di accesso vascolare **COME VIENE REALIZZATA?** Tutte le viscere dell'addome devono essere immerse in un liquido **PERITONEO**= membrana che riveste le viscere della cavità addominale per tenere separati tessuti e organi che ci permettono di far muovere i tessuti rispetto alle pareti. Queste viscere sono separate dalla parete dal LIQUIDO PERITONEALE in contatto con la parete del tessuto intestinale tramite questa membrana che fa da barriera, costituita da cellule epiteliali e percorsa da un letto capillare per scambiare sostanze tra liquido e circolazione. In questo liquido è tutto in equilibrio col sangue perché la membrana è in contatto col sangue. Prendendo una soluzione, infondiamo nel liquido peritoneale e facciamo fare scambi e poi lo togliamo. IN BREVE si prende una sacca contenente liquido particolarmente sterile con concentrazione adeguata di composti (elettroliti) essi devono bilanciare quelli che ci sono in circolo e avere concentrazione nulla negli scarti. L'obiettivo è far passare gli elementi di scarto come UREA e CREATININA per poterli rimuovere dalla circolazione. Serve un certo tempo per farlo avvenire e serve anche una certa superficie di scambio. Attraverso un catetere si può far scorrere una buona quantità di liquido che abbiamo nella sacca direttamente nella cavità per semplice spostamento dovuto al gradiente di pressione. La sacca viene posta in una altezza maggiore della cavità peritoneale dovuto al fatto che in essa la pressione è bassa/ quasi nulla e il liquido nella sacca può defluire direttamente attraverso la cavità peritoneale non necessita nessuna POMPA ed è molto semplice dal punto di vista tecnologico. Rilasciando del fluido è semplice perché basta collegare il paziente alla sacca per un certo periodo di tempo e poi dopo che si gonfia ospita qualche L di liquido, infondo un volume che lascio per un certo periodo per DIFFUSIONE. Per rimuovere il liquido prendo la stessa sacca, la metto per terra e, per gravità, dal peritoneo scende nella stessa quantità che è entrato. La peritonite è così pericolosa perché il sistema immunitario non riesce a sconfiggerla perché i batteri sono in un liquido, bisogna rimuovere subito la cannula se succede il peritoneo, infatti, non ha capillari al suo interno, ma solo liquido e per questo motivo no può essere monitorato dal sistema immunitario. Con questo trattamento non si risolve la problematica dell'aumento di concentrazione di UREA. Il PRO è che non si deve recare in ospedale, ma può effettuare il trattamento in casa, dove deve essere effettuato in zone abbastanza sterili e pulite, per prevenire le infezioni. L'unico aspetto CONTRO è che bisogna effettuare il trattamento in modo prolungato, a volte esteso anche durante la notte. TRASPORTO: Parte della cavità è occupata dal liquido in contatto con una parete formata da cellule in contatto con capillari. Se bilanciamo gli elettroliti nel liquido e manteniamo una concentrazione completamente nulla degli elementi da scartare, potremmo eseguire l'operazione per cui si riesce a trattare in emodialisi. Il liquido scambia attraverso i capillari, a distanza di pochi micron e può avvenire un trasporto diffusivo. Se paziente accumula un tot di urea questo permette di far passare il composto con la conc maggiore nel liquido di dialisi. Quando la concentrazione aumenta non permette più il trasporto diffusivo. Facendo questa cosa intermittente si può togliere lo scarto. Devo riuscire anche a togliere il FLUIDO ma non si può togliere più liquido di quello che c'era. **CATETERE:**  Deve essere TRANSCUTANEO con tutte le problematiche che ne possano derivare. Non si inserisce attraverso una incisione transcutanea, ma va mantenuta la cannula nel paziente e bisogna studiare un sistema di attacco e di stacco funzionale. Deve anche essere provvisto di tanti fori, di modo che la membrana peritoneale non lo blocchi quando va a contatto con la parete e deve avere anche un blocco per non farlo sfilare, che si presentano come degli anellini. Bisogna fare attenzione che il paziente non sviluppi arrossamenti nella zona dove viene introdotto il catetere e bisogna, nel caso, intervenire con antibiotici locali ed eventualmente rimuovere questa parte del catetere. Se si riesce a mantenere per un tot di tempo, si riesce a seguire il trattamento e mantenere il paziente in trattamento di dialisi peritoneale in alternativa alla emodialisi. Ci sono diverse forme. **TRASPORTO:** DIFFUSIVO + CONVETTIVO Si ottiene un aumento della concentrazione di urea nella sacca durante il trattamento. Scende leggermente, ma non in modo importante. Ripetendo più volte questo trattamento si riesce a rimuovere una quantità di urea abbastanza adeguata al trattamento e gestione del paziente. Nel tempo, man mano che il paziente aumenta la produzione di urea e il tempo di trattamento, il paziente ha nel peritoneo una buona quantità di liquido. Ripetendo questi trattamenti, si riesce a rimuovere una quantità di urea abbastanza adeguata al trattamento e si ha una buona gestione del paziente. Come si vede dal grafico, il trattamento ha una certa efficacia a inizio del periodo di contatto con la membrana e poi vi è una certa inefficienza perché la concentrazione nel liquido peritoneale continua ad aumentare. La differenza di concentrazione diminuisce e anche il trasporto diffusivo diminuisce. L'efficacia sta nell'allungare il tempo fino a 6h ma comunque poi lasciando per più tempo non si rimuove. Bisogna sfruttare questo tempo iniziale dove con 3 ore abbiamo una buona riduzione dell'urea e con 4 ore siamo al massimo della rimozione. Vi è una ricetta per il liquido da infondere al paziente si parte da acqua pura e sterile + sodio + cloro + magnesio + calcio... per portare l'osmolarità a 290 mOsm/L. Bisogna restare in condizioni controllate per p osmotica sia per la pressione dei soluti: il nostro paziente deve avere a disposizione un tot di sacche che deve usare per 3-4 volte in un giorno tutti i giorni. La rimozione della creatinina avviene in modo importante nelle prime ore del trattamento: se si passa in misura inferiore rispetto alla dinamica per urea questo perché ha un peso molecolare \> e quindi una diffusione della proteina più lenta e ci aspettiamo un incremento di concentrazione non così rapido bisogna prolungare i trattamenti per riuscire a rimuoverla. È così che si mantiene la creatinina sotto controllo. ELIMINAZIONE DI ACQUA il fluido preparato comprende il glucosio, questo perché la pressione osmotica è \> nella cavità peritoneale rispetto al liquido e quindi vi è un passaggio di acqua per differenza di osmolarità. Si usa quindi una sacca che contiene quasi il 3% di glucosio all'inizio del trattamento vi è un trasporto di fluido da acqua plasmatica a liquido di dialisi. SE il trasporto aumenta in modo significativo, significa che la quantità di fluido che ci troviamo nel liquido peritoneale aumenta, la quantità di glucosio viene diluita perché un po' resta nel liquido peritoneale, ma aumenta il volume, un po' di liquido può passare attraverso la parete del capillare ed entrare direttamente nell'acqua plasmatica e a questo punto la quantità di liquido rimossa continua a diminuire fino al plateau. Se lo si lascia ulteriormente in presenza di una membrana peritoneale si ha una situazione inversa: il liquido torna nei capillari e quindi nell'acqua plasmatica. Modificando la % di glucosio presente, è possibile gestire la quantità di liquido da eliminare.  Ci serve una certa ultrafiltrazione e per farlo bisogna instaurare il trasporto di liquido oltre alle sostanze da rimuovere. La concentrazione di urea sale durante il trattamento (nelle prime 3-4 h) che va da 0 a 60 mg/dL. Ci serve aumentare di molto il tempo di trattamento e significa che il paziente è quasi sempre attaccato al sistema. Per rimuovere l'acqua bisogna aumentare la pressione osmotica in modo che sia richiamato attraverso essa. Per farlo servono componenti che bisogna mettere in concentrazioni maggiori il glucosio aumenta osmolarità della soluzione. Man mano che il fluido viene trasportato la differenza di osmolarità diminuisce. Analogamente per quanto riguarda il fluido: la creatinina viene diminuita Per quanto riguarda il liquido, man mano aumentiamo glucosio, riusciamo ad aumentare la quantità di fluido. Si riesce a togliere una buona quantità di sostanze. Le sacche di infusione vengono consegnate direttamente dalla ditta in quantità importante perché ne vengono utilizzate 3-4 al giorno ininterrottamente. Viene fatta inizialmente in ospedale perché viene spiegato bene come effettuarlo, **DIALISI PERITONEALE NOTTURNA:** Anziché farlo manualmente è anche possibile farlo attraverso un macchinario che controlla la sacca e la velocità di infusione. Se tutto è automatico bisogna solo attaccare la linea e posso farlo durante la notte quando si dorme, facendo durare la seduta anche 7-8 ore e dove è possibile effettuare anche più di uno scambio. Bisogna abituare il paziente a dormire in certe posizioni, perché nel movimento notturno il catetere potrebbe anche staccarsi. Ovviamente il tutto è dotato da sistemi di sicurezza con allarmi. Si riesce a sostituire il trattamento in ospedale, effettuando un trattamento più autonomo. COMPLICAZIONI: fibrosi del peritoneo, cellule producono della matrice e l'efficienza dello scambio continua a diminuire. Normalmente è un trattamento che dura massimo 2-3 anni. Se si sviluppano delle infezioni, è possibile risolverle dal sistema immunitario. QUANTI PAZIENTI SONO TRATTATI? 90% emodialisi e 10% dialisi peritoneali Con queste tecniche alternative è possibile estendere la dialisi anche nei paesi in via di sviluppo. Molti pazienti che ora muoiono potrebbero essere trattati con questa tecnica. Quando ci sono dei danni tubulari e quindi si ha INSUFFICIENZA RENALE ACUTA si può fare questo tipo di dialisi solo per qualche settimana per sistemare il danno. **DIALISI PERITONEALE CICLICA CONTINUA (CCPD)** Sono scambi automatici mediante cycler, apparecchio regola t e portata scambi, rilascio del liquido e prelievo passato il t prefissato per lo scambio. Ha dispositivi di sicurezza: se nella notte vi sono sovrapressioni date dal fatto che le pompe spingono pressioni e c'è ostruzione di catetere o abbassamento p si può attivare un dispositivo di allarme. Il trattamento deve essere eseguito ogni notte, 8/10h di collegamento alle sacche e collegamento alla rete elettrica. Non serve un generatore di acqua pura, ma sacche di infusione in un tot al giorno. I costi di questo trattamento sono più limitati del trattamento emodialitico: no apparecchiatura; non fa uscire sangue dal paziente e non serve sorveglianza medica/ infermieristico. Questo rende possibile l'estensione del trattamento in condizioni o sfavorevoli dal pto di vista economico (terzo mondo), ma è difficile di realizzare centri emodialitici, sarebbe più semplice usare questi cycler. Ci sono condizioni per cui questi trattamento è più utile del trattamento emodialitico. CONTRO: legati allo sviluppo delle infezioni e la membrana che è destinata allo scambio normalmente non è sottoposta a questo continuo trasporto di soluti e di acqua e non è normalmente sottoposta a scambio continuo e possibilità di contaminazione, ma questa membrana può andare incontro ad una eventuale usura. Si possono sviluppare condizioni per cui cellule epiteliali della membrana producono sostanze come matrice extra cellulare per via di questi danni che si possono avere per soluti trasportati. La membrana si inspessisce e gli scambi diventano meno efficienti. Il problema si verifica quando viene esteso per tempi lunghi (\> trattamento \> sviluppo infezione) e problemi di usura della membrana. RIASSUMENDO: - Risultati clinici comparabili con emodialisi - Stessa mortalità 2/5 anni - No accessi vascolari - Da preferire per pazienti pediatrici - Differente stile di vita - 80% pazienti possono scegliere tra le due. Si vincola a emodialisi pazienti che hanno problemi intestinali o che non possono essere esposti a rischio infezione. CONTROINDICAZIONI: - Fibrosi della membrana peritoneale e aderenze conseguenti a interventi chirurgici - Infiammazione intestinale RISCHI: - Infezione exit site - Peritonite Una delle ultime statistiche risale al 2009 ma la situazione è cost negli ultimi anni: la dialisi peritoneale viene usata solo nel 10% dei pazienti circa. Questo perché alcuni non sono inclini a questo tipo di rischio di sviluppare infezioni; stile di vita di trattamento notturno ed è difficile che questi pazienti siano arruolati in questo programma. Ci sono stati e ci sono sforzi per far aumentare questo tipo di trattamento per i pro che abbiamo indicato prima. Se non si ha avuto modo di aver fatto un accesso vascolare si può usare questo trattamento nel periodo in cui viene fatto l'accesso. La cosa importante è gestire questi pazienti nel modo ottimale: intercettarli qualche anno prima che arrivino ad uno stadio finale. Con l'aumento dell'età media dei pazienti in dialisi molti pazienti sono portati in ospedale perché sono anziani, chi se ne deve occupare è più tranquillo perché se ne prende in carico l'ospedale ma ormai è abbastanza diffuso avere pazienti anche anziani con autonomia e necessità di portare avanti uno stile di vita autonomo. Per muovere i liquidi da una parte all'altra o si usa - PRESSIONE OSMOTICA se si mettono soluti a concentrazione maggiore rispetto al plasma. Non possiamo usare sostanze con dimensioni degli elettroliti altrimenti significa modificarne la concentrazione. Possiamo usare le PROTEINE che darebbero un buon contributo, ma sarebbe un problema perché non riusciremmo mai a riprodurre le proteine identiche a quelle che abbiamo. Utilizziamo degli zuccheri: si aggiungono CARBOIDRATI aumentandoli si ha maggiore filtrazione plasma-liquido di dialisi. Inizialmente vi è una buona filtrazione con buona concentrazione e bisogna capire la concentrazione più adatta per ciascun paziente sono trattamenti prescritti come una RICETTA. Ci sono 2 modalità: - MANUALE= collega una sacca al paziente, si lascia scendere il liquido nella cavità, si lascia una quantità infusa e poi la si rimuove. - AUTOMATICO= fa una macchina prevalentemente di notte. Si usano i CYCLER= fanno ciclo di riempimento e svuotamento: la macchina riesce a farlo attraverso la pressione. Possiamo tenere sotto controllo i volumi e i tempi. È sufficiente la corrente elettrica di casa, ma serve un SALVAVITA, perché la corrente non può essere mai staccata. Il programma dura 8-12 ore e dura tutta la notte.    Per chi non si riesce a fare un ACCESSO VASCOLARE è meglio questo trattamento. Spesso è il paziente stesso a scegliere cosa fare. La diversità maggiore tra un trattamento e l'altro è il COSTO l'emodialisi costa circa 70k euro l'anno. Il SSN riesce a starci dietro, ma se si volesse risparmiare si potrebbe incrementare la dialisi peritoneale. 3. **CIRCOLAZIOE EXTRA CORPOREA:** **LA SOSTITUZIONE DELLA FUNZIONE CARDIACA:** Il cuore è una POMPA ed è semplice riprodurla perché non vi sono reazioni chimiche, è solo una FUNZIONE MECCANICA. Negli anni 60 si riesce a sostituire la funzione con sistemi poco semplici e poco evoluti. Vi sono 2 condizioni cliniche totalmente diverse che portano alla sostituzione di funzione cardiaca: 1. INTERVENTO PERMANENTE sostituisce la funzione del cuore in modo permanente. 2. INTERVENTO TEMPORANEO sostituzione della funzione durante interventi chirurgici finalizzati a risolvere problemi cardiaci. Gli interventi di cardiochirurgia sono nati circa 50 anni fa, c'è stato un aumento negli anni 2000 e ora sono in competizione con altri trattamenti come la rivascolarizzazione. PATOLOGIE= CARDIOPATIE responsabili di perdita di funzione cardiaca, colpiscono diversi parti del cuore e a seconda di esse si hanno condizioni di intervento diverse.  Es. malformazioni alla nascita In ISCHEMIA e ALTERAZIONI VALVOLARI si può attuare un intervento chirurgico che permette semplicemente di sistemare delle anomalie patologiche/ anatomiche. Le due categorie principali che creano problemi sono: 1. *ISCHEMIA= riduzione del flusso di sangue a carico delle arterie coronarie.* Quando la coronaria sviluppa ostruzione o placche e bisogna intervenire o vi è una probabile necrosi del tessuto a valle che porta in condizione di infarto del miocardio o addirittura alla morte. Le coronarie si diramano dopo l'arco aortico dall'AORTA sulla superficie esterna del cuore per fornire sangue ossigenato al muscolo cardiaco. Esistono 2 arterie coronarie principali: 1. ARTERIA CORONARIA SX a. CIRCONFLESSA che irrora l'atrio sx e la parte laterale e posteriore del ventricolo sinistro. b. DISCENDENTE ANTERIORE SINISTRA che fornisce sangue alla parte anteriore e inferiore del ventricolo sinistro e alla parte anteriore del setto. 2. ARTERIA CORONARIA DX: c. ARTERIA MARGINALE DESTRA che porta sanue all'atrio dx e ventricolo dx d. ARTERIA DISCENTENTE POSTERIORE che irrora la parte inferiore dei ventricoli e parte posteriore del setto.  - Placca - Restringimento del vaso - Infarto del miocardio - Possibile morte Quando la coronaria sviluppa ostruzioni o placche e bisogna intervenire oppure vi è possibilità di necrosi del tessuto a valle che porta condizioni di un infarto o addirittura morte. Per migliorare questa condizione bisogna risolvere i problemi dati dalla PLACCA *ATEROSCLEROTICA O ATEROMATCA= degenerazione delle pareti arteriose dovuta al deposito di sostanze grasse come colesterolo e tessuto cicatriziale.* Per risolvere questa situazione è sufficiente effettuare un **BYPASS AORTO-CORONARICO** Ci sono due possibilità: immaginando l'arteria coronarica con ostruzione parziale o totale è possibile instaurare un collegamento arterioso tra un'arteria come la mammaria e direttamente dalla parte della coronaria a valle dell'ostruzione. 1. È possibile perfondere direttamente il miocardio con una portata ematica ossigenata, poiché deriva da circolazione arteriosa. 2. Si usa un tratto di vena come la SAFENA che può essere prelevata dal paziente ed inserita nella parete dell'arteria, anastomizzata con la coronaria a valle dell'ostruzione e permette di portare una quantità di fluido all'interno della circolazione del miocardio. Per fare entrambi gli interventi i chirurghi hanno bisogno di lavorare sul tessuto e analizzare la cucitura del vaso che viene preventivamente isolato sulla parete della coronaria. Ovviamente non è possibile fare queste operazioni mentre il cuore si muove e serve poter fermare la contrazione, con conseguente blocco di tutta la perfusione dell'organismo e serve qualcosa che sostituisca tutto ciò CIRCOLAZIONE EXTRA CORPOREA.  Non ci sono reazioni chimiche, ma trasporto di ossigeno. Si ha sia necessità di infondere ossigeno (ossigenare il sangue) e rimuovere la CO2. Nel frattempo, il paziente deve sopravvivere in circa 1 ora di tempo. Le valvole più soggette agli interventi sono quelle sulla parte sx, poiché quelle a dx hanno differenza di pressione inferiore. 2. *PATOLOGIA VALVOLARE o VALVULOPATIA= condizioni che colpiscono le valvole cardiache, patologie che comportano anomalie strutturali o disturbi della funzione valvolare che possono influenzare il normale flusso sanguigno attraverso il cuore.* Sono le valvole MITRALICA E AORTICA soggette a maggiore gradiente di pressione e quindi ad avere maggiori problemi. **MACCHINARIO: CIRCOLAZIONE EXTRA CORPOREA**  Il PERFUSIONISTA deve gestire tutto il funzionamento della macchina da inizio a restituzione della circolazione quando il cuore deve riprendere a battere. Il chirurgo e perfusionista devono poter comunicare tra di loro. Ci deve essere uno SCAMBIATORE DI CALORE ed è necessario tenere sotto controllo la temperatura nel paziente, che talvolta è in ipotermia. Il sangue che viene dal paziente ha colore scuro e viceversa rosso vivo perché è stato ossigenato. C'è una pompa principale che garantisce la circolazione prelevando il sangue dalla vena cava, entra nella macchina e deve entrare con una pressione bassa e infuso con pressione fisiologica arteriosa. Gli organi sono perfusi da una circolazione costante e non più pulsatile se non avviene ciò si va incontro a insufficienza di organo e possono poi non funzionare. I collegamenti sono fatti tra vasi e macchina e bisogna accedere direttamente al cuore: si accede direttamente alla cavità cardiaca aprendo il campo operatorio.  Si fa una STERNOTOMIA aprendo la cassa toracica in modo longitudinale: si ferma con un divaricatore e tutto viene aperto. Non serve aprire molto, lo faccio il meno possibile, ma il chirurgo deve poter suturare le cannule con la parte venosa per farlo si infila una cannula se c'è bassa pressione va bene così, se siamo in alta pressione servono dei punti. Bisogna garantire una PORTATA GIUSTA e poi è possibile operare sul cuore che però è messo in un determinato modo e non può essere girato o spostato. Si usano delle CANNULE che vengono inserite in vena cava in contatto con l'atrio dx, prelevano il sangue e hanno dimensioni elevate, perché serve poca resistenza al passaggio. Analogamente nell'arco aortico. **FASI DEL BYPASS:** - Divaricatore usato per la cassa toracica. - CARDIOPLEGIA Questo procedimento richiede molta attenzione in ogni fase, ma le più critiche sono quella iniziale e quella finale. **COSA AVVIENE DURANTE LA CEC:**  - Non appena viene attivata la CEC si porta il paziente in IPOTERMIA= si raffredda fino alla temperatura giusta, perché il consumo dei tessuti sia inferiore e la domanda di ossigeno è più bassa e tenuta sotto controllo dalla macchina. - Avviene il CLAMP AORTICO= collegamento tra aorta e circuito artificiale per escludere il cuore dalla circolazione. - A questo punto la funzione ritmica continua perché ci sono tutti i segnali dal sistema nervoso CARDIOPLEGIA= infusione di una soluzione di potassio da poter alterare gli elettroliti che non permettono più al miocardio di contrarsi. Per perfondere la soluzione serve una POMPA destinata a quello non bisogna esagerare con la concentrazione perché alla fine il cuore deve poter ribattere. - Viene poi spento il ventilatore poiché la respirazione avviene attraverso la macchina. **DISPOSITIVI MECCANICI:** CANNULE= collegamento circuito artificiale fatto con una serie di linee di perfusione. Si usano dei tubi di materiale polimerico flessibile, molto resistente, importante per non avere rotture/ occlusioni/ perdite di liquido. Le cannule devono arrivare a contatto diretto con le vene e con il cuore. La loro forma permette di diminuire la perdita di carico e hanno anellini che creano una sutura tra parete e vaso e la cannula, che permette la tenuta idraulica. La linea di dialisi è predisposta per formare tutto il sistema di perfusione, che è molto complesso. La lunghezza dei tubi viene preparata dal perfusionista e sarà proprio il chirurgo a decidere il diametro dei tubi per la portata. **COME FUNZIONA:**  Seguendo il percorso del sangue si parte dalla VENA CAVA, attraverso una cannula, va direttamente ad un dispositivo costituito da un RESERVOIR e da un OSSIGENATORE. - RESERVOIR= serbatoio dove fluisce il sangue e permette una buona portata. È importante non traumatizzare troppo il sangue con una portata troppo grande o troppo piccola. Si cerca un flusso quasi naturale. A questo punto serve prelevare il sangue e farlo passare in una macchina che lo ossigena e riperfonde nell'arco aortico. La cannula che riperfonde è quella ARTERIOSA, perciò il sangue ossigenato è quello che viene dall'ossigenatore e viene direttamente perfuso dalla pompa principale. Dal reservoir si ha una pressione sempre più bassa fino alla pompa che riduce la pressione per aspirazione, essa perfonde direttamente nell'ossigenatore dove sarà possibile mandare in pressione il circuito fino alla PRESSIONE ARTERIOSA (120-80 mmHg). - POMPA PERISTALTICA permette la perfusione e promuove l'aumento di pressione. La macchina deve avere una certa compattezza perché il volume del sangue del paziente deve espandersi fino a occupare tutto il volume delle cannule e il reservoir serve che il volume di liquido circolante sia \> di quello del paziente. Questo è un problema perché il sangue è circa 7 L e in questo caso c'è un VOLUME DI PRIMING che voglio mantenere il più piccolo possibile. Questo dipenderà dalla lunghezza delle cannule (la macchina non può essere attaccato al paziente) e si potrebbe diminuire il diametro, ma si aumentano le perdite di carico. Bisogna capire cosa succede in un paziente sottoposto a perfusione dell'albero circolatorio. Sono presenti in tutto 4 pompe di cui la prima a sx è la principale con portata maggiore e prevalenza maggiore. Dalla VENA CAVA si ha un riempimento del RESERVOIR per gravità. La POMPA PRINCIPALE prende il sangue dal reservoir in modo da lasciare sempre aria sulla parte superiore e avere sempre una continuità di liquido. Questo serve all'operatore anche a vedere che non entri aria nel circuito e che il menisco sia sempre posizionato correttamente. La linea di mandata principale della pompa spinge il sangue nell'ossigenatore in cui fa diventare il sangue venoso ricco di ossigeno con saturazione sufficiente a ossigenare tutti i tessuti dell'organismo. Con questa funzione viene anche controllata la temperatura che deve stare intorno ai 31°/32° per mantenere il paziente in IPOTERMIA per diminuire il bisogno di ossigeno e rallentare il metabolismo cellulare. Il sangue ossigenato a temperatura controllata viene poi reinfuso direttamente nell'ARCO AORTICO. Per poter operare è necessario separare i vasi del cuore dalla circolazione e viene occlusa l'aorta mediante un clamp in modo da poter perfondere il sangue a valle di esso e poter perfondere tutta la circolazione e in particolare tutti gli organi vitali. La POMPA indicata come SUCTION permette di recuperare il sangue che si accumula nella cavità del pericardio ogni volta che il chirurgo deve intervenire sui vasi, incanalarli e se c'è fuoriuscita di sangue si ha bisogno di recuperarla e non la si può perdere. Importante che il volume ematico deve essere espanso fino ad occupare tutto il circuito= VOLUME DI PRIMING si cerca di diminuirlo il più possibile si diluisce il sangue con una fisiologica e se il valore è troppo basso si usano anche trasfusioni. La terza pompa è quella indicata come VENT che serve per perfondere il tessuto del miocardio. Anch'esso infatti ha necessità di essere costantemente perfuso o si rischia di dare luogo a mancanza di ossigeno nelle cellule con eventuali danni. Anche durante l'intervento del chirurgo il sangue è a contatto con il ventricolo sx che viene ossigenato. Questo sangue non raggiunge tutto il cuore, perciò viene infusa una certa quantità direttamente nella cavità del ventricolo o addirittura nell'arco aortico. L'ultima pompa è quella della CARDIOPLEGIA= operazione effettuata per bloccare il battito cardiaco. Con una concentrazione di ioni si abbassa il potenziale di membrana in modo da non poter permettere l'apertura dei canali che bloccano la contrazione spontanea dei cardiomiociti. Il chirurgo dirà all'addetto della macchina se aumentare o diminuire la pompa e quindi la portata della cardioplegia, perché il cuore deve essere in grado di riprendere a battere spontaneamente.  **DISPOSIZIONE DELLE CANNULE:** - Dalla VENA CAVA SUPERIORE O INFERIORE fino alla zona vicina all'ATRIO DX per far defluire una portata di sangue. Nelle cavità la pressione deve essere di pochi mmHg e siccome la cannula è collegata con il reservoir a 70/80cm inferiore al letto, si crea una depressione e il sangue viene risucchiato nel reservoir automaticamente. La perfusione col sangue ossigenato in t è quella nell'arco aortico a valle del clamp dell'arto aortico. CLAMP= struttura metallica chiusa come una forbice che serve per schiacciare la parete e non far passare il sangue. La pressione nell'arco aortico scende e viene ripristinata facendo in modo che la pressione nell'arco aortico \> pressione atmosferica. Questo avviene per permettere di ripristinare la circolazione in tutto l'organismo. - Per la CARDIOPLEGIA si ha una cannula direttamente nell'arco aortico a monte del clamp in modo da poter perfondere direttamente il miocardio tramite coronarie. In questo caso si perfonde sia la circolazione coronarica sia quella del ventricolo, il chirurgo può decidere di diminuire o aumentare a seconda delle sue esigenze. **LA PROCEDURA:**  Quando il cuore è fermo e sono incanalati i vasi principali, bisogna iniziare la perfusione. **TIPI DI POMPE:** 1. **PERISTALTICA O ROLLER PUMP** costituita da una geometria semi cilindrica detta SEDE DELLA POMPA su cui vi è un tubo polimerico deformabile (polietilene o PVC) elastico ma anche resistente. Questi materiali sono schiacciati da rullini bloccati su un equipaggio mobile posto al centro della sede semi cilindrica della pompa. I rullini schiacciano il tubo nel sotto pompa per creare una camera tra un rullino e l'altro che possa avanzare attraverso la rotazione del rotore. In base alla velocità di rotazione possiamo spostare il volume compreso tra i due cilindri in una certa direzione. I rullini schiacciano il tubo senza indurre attrito permette di far ruotare la pompa, schiacciare bene il rullino e separare un volume di fluido e farlo avanzare. Quando il rullino si sposta per rotazione antiorario del rotore, si ottiene che il rullino sulla dx non è la presa, ma resta quello di sx. Questo permette di conferire una certa pressione al circuito arterioso, perché il rullino occlude il lume della cannula di perfusione e continua a sostenere la portata mantenendo la pressione. Quando anche il secondo rullino esce dalla presa, il primo sarà già in presa e in grado di mantenere alta la pressione a valle dei rullini. Il rullino schiaccia il tubo creando un'occlusione che crea pressione a valle del rullino: la distanza tra i due rullini è ben calibrata a seconda di alcuni sistemi di fissazione. È importante che l'occlusione non sia così serrata da danneggiare il tubo ed il materiale plastico nel tubo durante l'operazione (/1.5 ore). Bisogna quindi mantenere tutto nella dimensione ideale e la portata dipende dalla velocità e il numero dei rullini e il volume della pompa. Man mano che i due rullini si spostano il volume compreso tra i due viene pompato direttamente nel circuito. Se dovessimo avere un volume elevato, si potrebbe aumentare il volume del sangue contenuto nel sistema e che viene pompato per ogni volta che un rullino entra in presa nella pompa. Ci possono essere pompe con più rullini (anche 3-4) e in questo caso dobbiamo tenere conto del volume di sangue presente nei vari rulli. A seconda della VELOCITA' possiamo influenzare la PORTATA e se vogliamo raddoppiare Q basta che raddoppiamo la VELOCITA' ANGOLARE (RPM= rotazione per minuto). Questa pompa ha un ANDAMENTO LINEARE con la velocità di rotazione ed è comodo perché se il chirurgo ha necessità di aumentare la velocità della pompa basta che aumenti di questa % la velocità di rotazione. Bisogna tenere conto del RENDIMENTO VOLUMETRICO perché se il rullino schiaccia il tubo possiamo calcolare il volume tra i due rullini come se fosse il volume del cilindro, ma non termina in modo completamente perpendicolare con il diametro del rullino. r1= raggio interno del tubo Se si ha un tubo bisogna tenere conto che viene schiacciato e quando lo si calcola non si ottiene mai un volume preciso e non si può usare come portata. Bisogna tenere conto di un rendimento volumetrico caratteristico della pompa, diametro dei rullini e del tubo. Per calcolare il volume finale del sangue si usa quindi la formula sopra indicata. La lunghezza della circonferenza dell'asse del tubo dice quanto sarebbe tutto il volume se fosse circolare non è circolare per la presenza di un certo numero di rullini e dobbiamo dimezzare (se sono 2 rullini) e in questo caso abbiamo il volume compreso tra un rullino e l'altro. Il dimensionamento di una pompa peristaltica è semplice per via del suo andamento: si mette in relazione l'energia rispetto alla portata richiesta. A seconda della richiesta possiamo avere una pompa che garantisce una certa energia richiesta dal fluido ENERGIA POTENZIALE che in questo caso è PRESSIONE detta PREVALENZA.  Immaginando cosa succederebbe se dovesse pompare fluido su un tubo che esce perfettamente in atmosfera, la colonna di acqua diminuirebbe la pressione e tutta la pressione andrebbe in energia di altezza. L'energia che la pompa dà al fluido sarebbe l'altezza che può raggiungere il fluido se fosse libero di muoversi. Questa viene misurata come ALTEZZA DI COLONNA D'ACQUA oppure mmHg. Ha unità di misura della pressione, ma è la differenza di pressione che la pompa deve essere in grado di superare. Accoppiando il bisogno di energia rispetto all'energia che la pompa può dare. Mentre va superata una certa resistenza per muovere il sangue, si può facilmente capire quale sia la relazione tra portata che deve essere perfusa e pressione necessaria per diffondere questa portata. Parliamo di flusso nel condotto e in particolare FLUSSO LAMINARE, avendo una relazione lineare tra la differenza di pressione e portata detta RESISTENZA. Sopra vediamo la **CURVA CARATTERISTICA** della circolazione del paziente per basse portate la pressione per perfondere aumenta in modo lineare, diventando poi parabolico e non più lineare, perché la variazione di pressione deve aumentare a causa delle perdite di carico. Ci sono anche dei flussi secondari e zone di ricircolo che impongono un maggiore dispendio di energia rispetto al semplice movimento del fluido in regime laminare. Aumenta la pressione maggiormente per una certa portata. La curva caratteristica dipende sia dallo stato del paziente sia per dimensioni assolute in base alla massa si ha un albero circolatorio diverso per grandezza. Potrebbero verificarsi anche condizioni di VASOCOSTRIZIONE che potrebbe aumentare la necessità di fornire pressione per garantire la stessa portata. A seconda della regolazione del tono della circolazione cambia la curva più in alto o in basso. Bisogna fare in modo che la pompa garantisca una certa portata. La POMPA ROLLER ha come curva caratteristica la LINEA VERTICALE quando la pompa è settata con un tot di giri e la posizione dei rullini è fissa, la portata è sempre garantita. Per una certa velocità di rotazione della pompa essa fornisce una portata che rimane sempre la stessa. Nel caso di VASOCOSTRIZIONE aumenta la pressione, ma la peristaltica può garantire. Se si aumenta tanto la resistenza nel circuito la pompa continua a fornire questa portata, se si dovesse occludere il tubo della pompa, essa farebbe aumentare la pressione a dismisura fino alla rottura di un tubo. Per la gestione dell'intervento si sa che qualsiasi portata serva la pompa è in grado di fornirla. Se si verificano delle ostruzioni, il sistema è in grado di modificare in automatico la pressione di perfusione ed il chirurgo è in grado di tenerlo sotto controllo. Il sistema di perfusione è garantito con la possibilità di mantenere sotto controllo la pressione perfusa e la portata. Una criticità a cui si viene incontro è che schiacciando il tubo facendo aderire le facce una all'altra, si possono schiacciare anche i GLOBULI ROSSI rottura della membrana dei globuli rossi fuoriuscita dell'emoglobina dall'interno e quando circola libera fa danno *EMOLISI o ROTTURA DEI GLOBULI ROSSI* L'unico modo per non romperli è non stringere al massimo il rullino in modo da non schiacciare totalmente i due lembi del tubo, ma lasciare un piccolo meato. Le due superfici non si devono toccare e il globulo rosso non sarebbe influenzato, basta mantenere una distanza tra le due superfici 7-10 micron. È difficile riuscire a regolare la vite che stringe i due equipaggi sui rotori per arrivare a 7-10 micron. Abbiamo una fessura che collega due fluidi a pressioni molto diverse il fluido potrebbe tornare indietro ma non ci preoccupa troppo. Quello che ci preoccupa è lo SFORZO e dobbiamo capire **COME RESISTONO I GLOBULI ROSSI ALLO SFORZO DI TAGLIO:** il globulo rosso è come un palloncino pieno di acqua, prima o poi si rompe stendendolo. L'emolisi dobbiamo evitarla nella CEC e ci saranno questi problemi tutte le volte in cui si ha una variazione di velocità importante nasce lo sforzo di taglio. Si sottopone il globulo rosso a diversi sforzi di taglio e si vede quando si rompe. In un vaso normale ci sono diametri che continuano a diminuire in modo molto graduale e il sangue è facilitato nello scorrimento, ma è difficile riprodurre un sistema del genere. Non posso usare un semplice tubo e far scorrere il sangue all'interno come test perché lo sforzo di taglio è solo vicino alla parete e tutti quelli centrali non sono sottoposti. Mi serve uno sforzo di taglio COSTANTE che possa sollecitare tutti i globuli rossi. La soluzione è il VISCOSIMETRO CONO E PIATTO: nel volume tra piatto e cono siamo sicuri che abbiamo uno sforzo di taglio costante. Facendo girare il cono, a seconda della velocità ho sforzi di taglio diversi.  I punti del cono si muovono in moto circolare e quelli del piatto sono fermi. Si ha una velocità perpendicolare alla parete data da omega\*r. C'è una condizione di non scorrimento rispetto alla parete il filetto di fluido che tocca la parete è fermo. La velocità corrispondente sul piatto è ferma. Si crea un gradiente di velocità lineare sforzo di taglio uguale ad una costante facilmente calcolabile. La derivata della variazione della velocità rispetto ad h funzione di r. La velocità sul cono sarà omega\*r, mentre l'altezza sarà approssimabile a r\*alfa. Semplificando la r troviamo che il gradiente della velocità= omega/alfa. L'angolo del cono è fisso, posso cambiare la velocità angolare e poi posso calcolare il valore dello sforzo di taglio. Sottoponendo ad uno stesso sforzo di taglio per un tot di tempo basta fare ruotare il cono ad una certa velocità fissa e a seconda di essa ho valori diversi di shear stress. Bisogna capire a quanto si sottopone e per quante tempo. Se i globuli rossi si rompono devo essere in grado di capire se si sono rotti e quanti sono: quando si rompe rilascia Hb e se è libera posso misurarla nel plasma. Facendo una centrifugata nel sangue posso misurare il valore di emoglobina che trovo. Mi serve un angolo del viscosimetro molto piccolo (mezzo grado) e mi basta quindi molto poco sangue (15mL) per riempire lo strumento. Serve un anticoagulante per il prelievo e poi posso fare la mia misurazione per capire fino a quanto resistono.  Normalmente non si misura Hb libera fino a un valore di 1000 DYNES/cm\^2. Aumentando fino a 3000-4000 si hanno valori importanti ed è come se si avesse dei g/dL. Se si usa del sangue diverso non cambia molto, basta non superare questo valore soglia di 1000 dello shear stress (grafici sx). Con gli esperimenti a dx si trova che cambiando l'albumina, si cambia anche la sollecitazione che si trova nei globuli rossi. Non è molto soddisfacente perché non sappiamo cosa succede se l'esperimento viene protratto nel tempo: si parlano comunque di periodi di tempo piccoli. Serve capire quanto resistono quando si sottopone ad una sollecitazione che dura un certo periodo di tempo: DIAGRAMMA DI TILLMAN **Asse x** scala logaritmica del tempo di esposizione (tempi molto piccoli VS molto lunghi) **Asse y** si calcola lo sforzo di taglio. - DANNO SUB EMOLITICO= zona che possiamo accettare. Globulo si rompe ma non si libera Hb. - SOGLIA DI TILLMAN= si inizia a vedere un certo danneggiamento. - SOGLIA DI LEVERETT= altra teoria di rottura. Quello che vedevamo prima di 1000 qua è 100. La CEC dura circa 1 ora e se i globuli sono sottoposti in tutto questo periodo a sforzo di taglio è un problema. Dobbiamo capire quanto effettivamente il globulo rosso è sollecitato in tutto il corso del trattamento di circolazione extracorporea. Ci sono globuli rossi che si possono muovere al centro del tubo dove lo sforzo di taglio è 0 VS alle pareti lo sforzo di taglio è alto. Conoscendo la portata, posso calcolare la velocità e posso capire quanto ci mette il globulo a percorrere il percorso e per quanto tempo viene sottoposto a shear stress. Quello che conta è DURATA ed INTENSITA' dello shear stress.  Si determina una forma sperimentale per collegare il valore di sforzo di taglio e valore di tempo di esposizione per calcolare la % di Hb che posso liberare. Usando questa formula indicata possiamo calcolare quanta emolisi si crea. Come vediamo dalla formula quello che conta è il valore di shear stress, che viene elevato quasi alla 3. I sistemi che movimentano il sangue hanno sistemi per cui il sangue si ferma poco le velocità sono alte, parliamo mi millisecondi di tempo. Se il valore dello shear è elevato si amplia in modo importante il valore di Hb che si libera. Ci serve progettare bene questi due **POMPE CENTRIFUGHE**: vengono studiate per movimentare il sangue in modo meno traumatica. Diminuiscono il valore di emolisi durante l'intervento, si comportano in modo diverso rispetto a quelle peristaltiche. L'obiettivo è di prendere il sangue dalla zona di ingresso e spingerlo a valle dalla pompa. Devo dare una certa energia al sangue dando una forza centrifuga trasformandola in PRESSIONE. Questo è un piccolo pezzo della strumentazione accanto al paziente: pompa la possiamo collegare in modo indipendente al sistema. Bisogna prendere un motore con i suoi avvolgimenti elettrici, muovono il rotore che è un albero. Devo fare una cassa che porta il sangue sopra il rotore, ma questa devo collegarla con l'albero che gira, mentre la cassa deve stare ferma. Serve un fluido che non faccia uscire il sangue tra i due e si usa il cuscinetto a tenuta, ha una guarnizione dentro che ruota e striscia su un\'altra queste guarnizioni non possono stare a contatto col sangue altrimenti si creerebbe anche qua emolisi e andrebbe tutto sterilizzato. Bisogna far girare l'albero da solo bisogna disaccoppiare l'albero dal rotore. Si mette dentro un magnete creando un campo magnetico, si fa ruotare per induzione.  Le palette sono direttamente sul piattello. Possiamo staccare la parte sopra blu che può essere prodotta, sterilizzata e poi usata. A seconda della velocità del campo magnetico rotante si può avere una velocità diversa di movimentazione del fluido. Se c'è troppa resistenza all'uscita, non essendo una pompa volumetrica, non garantisce di movimentare il sangue, esso potrebbe ancora danneggiare il sangue. **COME FUNZIONA LA POMPA?** l'energia deve essere trasferita nel modo corretto senza creare danni, dando una portata corretta. Le palettature potrebbero essere dritte nel caso più semplice e a seconda della velocità di rotazione si ha energia diversa sangue con maggiore velocità che ha una certa