Servicii renale, spitalul Geelong, Barwon Health, Geelong, Victoria, Australia

Servicii renale, spitalul Geelong, Barwon Health, Geelong, Victoria, Australia

ABSTRACT

INTRODUCERE

Sistemul de dializă proporțională cu o singură trecere a fost configurația dominantă de hemodializă de când a fost introdus comercial la începutul anilor 1960. 1, 2 Numai un alt sistem de livrare a apărut vreodată pentru a contesta în mod semnificativ această metodă - dializa sorbentă. 3, 4 Cu toate acestea, diferențialul de cost în curând puternic părtinitor în favoarea livrării cu o singură trecere asociat cu purificarea apei cu osmoză inversă (R/O). În consecință, la începutul anilor 1990, dializa sorbentă dispăruse din utilizarea clinică.

Sistemele cu o singură trecere sunt în mod inerent înfometate cu apă și, în ciuda componentelor electronice în stare solidă, necesită o întreținere regulată și costisitoare a căii de fluid. Mai mult, pentru a furniza apă de tip „dializă” pentru sistemul de proporționare, este necesară o instalație R/O scumpă, complexă și cu energie. Chiar și atunci, calitatea apei oferită de un sistem R/O și un singur pas rămâne adesea discutabilă.

La sfârșitul anilor 1990, interesul a fost reaprins pentru sistemele bazate pe sorbent, în special de cei care caută miniaturizarea sistemului, portabilitatea și portabilitatea. 5 Între timp, gama, capacitatea și costurile de fabricație ale absorbanților corespunzători dializei s-au îmbunătățit.

Până în 2010, deși încă în mare parte de dezvoltare, dializa sorbentă a apărut din nou ca o alternativă tehnologică viabilă. 6, 7 Căutarea de mașini mai mici, portabile, care economisesc apa, cu întreținere redusă și ușor de utilizat, potrivite în egală măsură pentru casă sau pentru facilități, au condus inevitabil înapoi către tehnologia absorbantă. O serie de noi sisteme de administrare a hemodializei și a dializei peritoneale își bazează acum independența față de alimentarea cu apă cu flux continuu pe reconstituirea dializatului prin cartușe de sorbent. 6-9

Această lucrare urmărește să introducă - sau să recunoască utilizatorii anteriori cu - conceptele de bază ale regenerării dializatelor pe bază de sorbent.

SORBENTI

Un sorbent este un material care, fie ca un solid, fie ca un lichid, poate lega o altă substanță sau compus prin adsorbție sau prin absorbție în structura sa. Această legătură poate fi fizică sau chimică și, în primul rând, implică legătură chimică sau ionică sau formarea de complexe moleculare. Cu cât suprafața absorbantului este mai mare, cu atât este mai mare eficiența de legare. 10

Fosfatul de zirconiu (ZrO (H2PO4) 2 · 3H2O) este un material de schimb utilizat în mod obișnuit, foarte eficient, care transportă legături de sodiu (Na +) și hidrogen (H +) la suprafața sa. 11 Atunci când este expus la o soluție care conține cationi monovalenți și divalenți mai activi - cum ar fi potasiu (K +), calciu (Ca ++) sau magneziu (Mg ++) - va elibera preferențial Na + și H + în soluție și, în schimb, legați ceilalți ioni.

SORBENȚI ÎN DIALIZĂ

La începutul anilor 1960, NASA a căutat să purifice apele uzate și efluenții umani pentru a minimiza transportul apei în sarcinile utile ale rachetelor și pentru a acționa ca o sursă regenerabilă de apă pentru călătoriile spațiale cu echipaj. Sorbenții au apărut în curând ca o modalitate ideală de a elimina o gamă largă de substanțe reziduale de efluenți umani din soluție. S-au dovedit purificatoare de apă extrem de eficiente și eficiente. Sorbanții au fost adaptați mai întâi la purificarea sângelui de către Reynolds, care a folosit fosfat de zirconiu ca adsorbant pentru a elimina amoniul dintr-o soluție de testare.

Chimia absorbantului a fost aplicată în curând pe dializatul efluentului dintr-un circuit renal artificial pentru a testa potențialele de refolosire a efluentului dializatului. Apoi a apărut sistemul REDY - un acronim pentru REcirculation of DialYsate. 3, 4 REDY a folosit un cartuș de sorbent de unică folosință. Acesta conținea cărbune activ, urează și fosfat de zirconiu care, atunci când este utilizat în serie, purifica efluentul de dializat și permite regenerarea dializei. Au fost necesari doar 6 L de apă de la robinet. Acest lucru se compară cu până la câteva sute de L/tratament (în funcție de eficiența instalației R/O) cerute de un sistem convențional cu o singură trecere. Puritatea apei efluente după cartuș a atins o calitate aproape pură, în ciuda absenței unei surse continue de apă. Nu era nevoie de un canal de scurgere. Singura conexiune de ancorare a fost o sursă de alimentare a circuitului standard.

Modelele seriale REDY din anii 1970 - 1980 au fost primele sisteme de dializă cu adevărat portabile și au fost utilizate pe scară largă în toate spitalele australiene, în special pentru dializa la noptieră în insuficiența renală acută. Foarte important, au fost dislocate și în case australiene pentru hemodializă la domiciliu. Acesta a fost un factor probabil în acel moment al succesului coincident al hemodializei la domiciliu în Australia.

Atât în ​​sistemul REDY, cât și în cel mai recent sistem de prototipuri clinice absorbante, dializatul post-dializant Allient, 12-14 „folosit” sau „efluent” care conține produsele obișnuite de dializă cu solut, trecute printr-o coloană multistratificată de materiale adsorbtoare. Acești adsorbanți au fost concepuți pentru a prinde sau „adsorbi” aceste substanțe dizolvate - și alte substanțe, inclusiv endotoxina și bacteriile - și pentru a le elimina din dializat. În plus, excesul de ioni dializați - K +, Ca ++, Mg ++ și fosfat (PO4 ≡) - au fost schimbați cu ioni benigni sau mai puțin toxici precum Na +, H +, bicarbonat (HCO3 -) și acetat. * * NB: aceasta a fost și era sistemelor convenționale de dializă tamponate cu acetat.
Fluidul „reconstituit” a apărut din cartușul de sorbent sub formă de apă „purificată” care conține Na +, HCO3 - și o cantitate mică de acetat. A fost necesar un ultim pas - re-adăugarea unei concentrații cunoscute de K +, Ca ++, Mg ++ - pentru reconstituirea completă a dializatului înainte de „reprezentarea sa la dializator ca„ infuzat ”. Întregul proces de sorbent a fost bine descris de Ash. 15

Deși unii își vor aminti dializa sorbentă timpurie cu nostalgie, economia și timpul au lăsat în curând tehnologia sorbentă în urmă. Deși portabile și eficiente din punct de vedere al apei, cartușele absorbante erau scumpe. Tehnologia de dializă cu o singură trecere a triumfat. Alte preocupări au semnalat sfârșitul aparent al erei sorbentei: eliberarea raportată de aluminiu din cartușele timpurii care conțin hidroxid de aluminiu, expunerea la acetat și potențialul de saturație a cartușului cu „spill-over” de amoniac.

DIFERENȚELE ÎNTRE SISTEMELE SINGLE PASS ȘI SORBENTE

Un sistem convențional de dializă cu o singură trecere (Fig. 1) are nevoie de o sursă de energie, o sursă de apă, un sistem de proporționare, o instalație de tratare a apei (atât un sistem de pre-filtrare cu mai multe straturi, cât și o osmoză inversă) și un canal de scurgere a efluenților. Sterilizarea circuitului de apă este, de asemenea, necesară după fiecare proces de tratare și este esențială decalcificarea regulată a circuitelor internalizate de apă și dializat ale mașinii.

sistemelor

Diagrama schematică a unui sistem cu o singură trecere (originea diagramei necunoscută).

În comparație, un sistem absorbant (Fig. 2) are nevoie doar de o sursă de energie. Tehnologia absorbantului este lipsită de o sursă de apă, nu are nevoie de filtrare a apei sau echipamente de tratare a apei cu osmoză inversă și nu are nevoie de evacuare a efluenților. Important, deoarece circuitele sale de dializat sunt toate de sine stătătoare și de unică folosință, nu are nevoie, de asemenea, de circuite interne expuse la fluid și, ca atare, necesită o întreținere sau o curățare regulată puțin sau deloc. Decalcifierea echipamentului și sterilizarea circuitului nu sunt necesare dincolo de, desigur, sterilizarea inevitabilă de pre-utilizare a liniilor de sânge și a dializatorului.

Diagrama schematică a unui sistem absorbant (originea diagramei necunoscută).

CARTUȘUL SORBENT

Cheia tehnologiei absorbantului este capacitatea dializatului folosit (efluent) - drenat anterior în deșeuri în sistemele cu o singură trecere - de a trece printr-un „cartuș” absorbant de unică folosință și de a ieși, curățat și purificat, pentru reprezentare la dializator. Acest lucru reduce semnificativ volumul total necesar de dializat.

Un prim 6 litri de apă de la robinet, îmbuteliată, alezată sau rezervor adăugat la un rezervor de dializat, a cărui greutate de pre-dializă, intra-dializă și post-dializă permite calcularea volumului de ultrafiltrare progresiv și final. Înainte de a începe dializa, acest volum inițial de 6 L este circulat în cartuș. Acest lucru permite sterilizarea progresivă pre-dializă și decontaminarea printr-un circuit exclus de dializator. După această scurtă „fază curată și primară”, dializatorul este inclus în circuit și începe dializa.

Dializatul „efluent” dintr-un sistem de sorbent este identic cu cel care iese din portul de dializat utilizat al unui sistem standard cu o singură trecere. Într-un sistem cu o singură trecere, dializatul efluent este drenat la deșeuri. Prin contrast, într-un sistem de sorbent, dializatul efluent este prezentat cartușului de sorbent, unde este trecut prin mai multe straturi adiacente. Deși este descris în profunzime de Ash, 15 un rezumat al procesului de bază este după cum urmează:

Primul strat constă din cărbune activ, un material cu o suprafață extrem de ridicată. Un singur gram are o suprafață de aproximativ 500 m 2 și este foarte microporos. Absoarbe orice metale grele dializate, oxidanți, cloramine, creatinină, acid uric, o varietate de molecule medii - inclusiv microglobulină B2 - și alte substanțe organice. Nimic nu este eliberat sau produs în schimb de acest strat.

Al doilea strat conține uree, care este o enzimă care catalizează hidroliza ureei în dioxid de carbon și amoniac (prin) reacție:

Tot carbonatul de amoniu ‘eliberat de acest strat este transferat prin fluxul de fluid înainte în al treilea strat. Aici, dializatul efluent din ce în ce mai modificat - deși până acum nu mai este descris cu adevărat ca „dializat” - este trecut peste fosfatul adsorbant de zirconiu. Acestea au Na + și H + abundente pe suprafața sa masivă. Acești ioni schimbă preferențial K + adsorbit, Ca ++, Mg ++, alți cationi, metale și, mai important, amoniu. Astfel, amoniul creat în al doilea strat este îndepărtat de al treilea în schimbul Na + și H + .

În al patrulea strat, o combinație de oxid de zirconiu și carbonat de zirconiu adsorbe PO4 ≡, fluor și metale grele, schimbând acestea cu Na +, HCO3 - și o cantitate mică de acetat.

Până la sfârșitul acestei călătorii, dializatorul - dializatul efluent emergent a transferat efectiv toate substanțele dizolvate conținute scoase din sânge în timpul trecerii dialitice. Coloana finală - fluidul emergent este acum o soluție constând din apă purificată, Na +, H +, HCO3 - și o cantitate mică de acetat.

Este necesar un ultim pas. Așa cum un sistem cu o singură trecere „proporționează” un concentrat chimic cu apă R/O pentru a face dializatul final, un amestec chimic compozit uscat care conține K +, Ca ++ și Mg ++ re-formează efluentul final al cartușului într-un perfuzabil individualizabil. pentru „reprezentare” către dializator. Apoi, din nou și din nou, procesul se repetă folosind același 6 L inițial de apă de la robinet, îmbuteliată, alezată sau rezervor.

Important, cartușul acționează și ca filtru bacterian și ca adsorbant pentru endotoxină și citokină. 16, 17 Numărul de bacterii este de 18

Sunt disponibile mai multe „dimensiuni” ale cartușelor, selectarea cartușelor determinată de greutatea corporală și suprafața pacientului și de o uree de pre-dializă cunoscută sau estimată. Profilele de dializă pentru oră scurtă, standard și oră lungă, peste noapte pot fi acceptate.

RISCURI ȘI/SAU DEZVANTAJE

Sistemele anterioare de sorbent sufereau de mai multe probleme: toxicitatea aluminiului, acidoză vărsată și scăpare de zirconiu și costuri necompetitivitate.

Îngrijorările cu privire la toxicitatea aluminiului la nivelul vechilor sisteme REDY nu mai sunt o problemă, deoarece vehiculul cu absorbant de aluminiu găsit în cartușele anterioare a fost eliminat din sistemele moderne de cartușe. Evacuarea (sau scurgerea) zirconiului din cartuș era, de asemenea, un risc în sistemele anterioare, dar nu a fost raportată în construcțiile moderne de cartuș. Acidoză deversată este evitată dacă se face o selecție adecvată a dimensiunii cartușului folosind specificațiile din tabelele care însoțesc cartușele.

O problemă asociată mult timp cu dializa absorbantă a fost o creștere lentă, dar constantă a dializatului de sodiu în timpul dializei, deoarece sodiul este adăugat ca ion schimbabil din coloana adsorbantă în dializat. Este dincolo de scopul acestei scurte analize de a explora în orice detaliu orice implicații clinice potențiale ale acestei creșteri a concentrației de sodiu dializat. Cu toate acestea, orice schimbări potențiale ale concentrației de sodiu dializat pot fi modelate matematic, prezise cu exactitate și compensate clinic în cadrul prescripției de dializă, astfel încât să fie evitate orice consecințe clinice. 19

În mod clar, introducerea oricărei noi tehnici - în orice domeniu medical - va necesita o pregătire extinsă a personalului și familiarizare. Deși este un dezavantaj inevitabil pentru orice metodă nouă, acest lucru nu ar trebui să împiedice progresul unei noi tehnologii dacă se dovedește că această tehnologie este solidă și avantajoasă din punct de vedere clinic. Dacă dializa sorbentă continuă să se dovedească aplicabilă din punct de vedere clinic și se confirmă că menține alte avantaje semnificative față de sistemele cu o singură trecere, dificultățile și costurile antrenamentului pot fi mai mult decât compensate de potențialul avantajului specific pacientului în ceea ce privește dimensiunea, portabilitatea și simplitatea.

Avantajele și dezavantajele sistemelor cu o singură trecere și a sistemelor absorbante sunt comparate în Tabelul 1.

Avantaje dezavantaje
Sistem cu o singură trecere
Familiar Întreținere frecventă
Mecanic
Dezinfectare
Decalcifierea scalării
Simplu de învățat - deși sistemele actuale ar putea fi semnificativ simplificate, în special pentru pacienții de acasă Probleme de apă/dializat
Sunt necesare volume imense de apă
Până la 600 L/tratament
Este necesară filtrarea apei și R/O
Contaminarea bacteriană/chimică prezintă riscuri inerente
Probleme legate de biografie
(Relativ) ușor de utilizat Transport dificil
Efectiv Drenuri necesare
Sigur
Sistem bazat pe absorbant
Transportabil Poate mai scump de folosit
Fără echipamente de tratare a apei Tehnologie necunoscută
Este necesar doar 6 L/tratament de apă potabilă Necesită mai multă educație a personalului
Nu au fost identificate probleme de siguranță
Nu este necesară dezinfecție, decalcifiere sau culturi de mașini sau apă

Pentru a concura cu un sistem cu o singură trecere, un sistem sorbent trebuie să fie rentabil. Tabelul 2 prezintă principalele componente de cost concurente ale celor două sisteme. Dacă costurile absorbantului pot fi făcute competitive - mai ales că economiile de scară minimizează costurile prin producția de masă - dializa sorbentului are multe de oferit în simplitate, portabilitate și siguranță. Important, costurile cartușului trebuie evaluate în funcție de cheltuielile acumulate cu livrarea de apă R/O și întreținerea expusă la umezeală care se acumulează în sistemele de dializă cu o singură trecere.

Costuri de dializă absorbantă Costuri de sistem cu un singur pasaj
Cartuș absorbant Nu e necesar
Nu e necesar Sistem de tratare a apei
Nu e necesar Balsamuri de apă
Nu e necesar Sisteme de osmoză inversă
Nu e necesar Rezervoare de deionizare
Nu e necesar Instalatie de tratare a apei
Nu e necesar Întreținere zilnică, săptămânală, lunară, trimestrială, semestrială sau anuală
Nu e necesar Munca și sănătatea în muncă - probleme asociate cu toate cele de mai sus

IMPACT VIITOR

Nu a fost niciodată mai important să aveți cunoștințe de bază despre sistemele de dializă cu sorbent așa cum este acum, deoarece cercetarea actuală a echipamentelor de dializă este semnificativ axată pe sorbent. Impulsul pentru această concentrare provine, cel puțin parțial, de interesul revigorării la nivel mondial pentru hemodializa la domiciliu - ale cărui nevoi sunt înrădăcinate în ușurința de utilizare și portabilitate. 20

Reducerea dimensiunii, simplificarea interfeței cu utilizatorul, portabilitatea și capacitatea de deplasare și, în plus, o reducere marcată a frecvenței de întreținere, a complexității și a costurilor - toate depind în mare măsură de eliminarea unei surse continue de apă. Eforturile de a proiecta un rinichi artificial purtabil, fie pentru hemodializă, fie pentru dializă peritoneală, sunt, de asemenea, foarte dependente de sistem și de miniaturizarea conducătorului auto. Pentru a restrânge volumul dializei la o greutate „purtabilă”, regenerarea și recircularea dializei pe bază de sorbent par componente esențiale de proiectare.

Mai multe sisteme de sorbent se află acum în diferite stadii de cercetare și dezvoltare. Sistemul Allient ® (Renal Solutions Inc, Warrendale, PA, SUA), după aprobarea Administrației Federale a Medicamentelor și testele de fază III de succes în mai multe locații din SUA, 14 a fost achiziționat de Fresenius Medical Care. Tehnologia absorbantă este acum încorporată de Fresenius în opțiuni atât pentru casă, cât și pentru facilități. Rinichiul artificial Wearable Xcorporeal ® (WAK, Lake Forest, CA, SUA) a făcut deja obiectul unui studiu clinic limitat cu opt pacienți în Marea Britanie 21, cu succes clinic raportat și acceptare bună a pacientului. Xcorporeal, un sistem de dializă bazat pe sorbent, a fost, de asemenea, recent achiziționat de Fresenius. Miniaturizarea, portabilitatea, portabilitatea și independența sursei de apă par obiective principale ale dezvoltării. Rinichiul artificial portabil automat (AWAK), dezvoltat în primul rând de o companie din Singapore, arată o promisiune ca un sistem peritoneal regenerator de dializat pe bază de sorbent. 23 La fel și sistemul PD-Sorb 24 peritoneal de la Renal Solutions Inc și Fresenius Medical Care. Ambele au fost prezentate la recentele expoziții comerciale ale Societății Americane de Nefrologie din 2008-2009.

Alte două dezvoltări ar trebui incluse - deși nu sunt sisteme bazate în mod special pe sorbenți: una, Quanta Fluid Solutions, cu sediul în Marea Britanie 25, un sistem portabil special destinat pieței auto-îngrijirii la domiciliu; cealaltă, un sistem mic, portabil, sterilizat la căldură, în prezent în curs de dezvoltare de către Baxter Healthcare United States ca o extensie a sistemului Aksys PHD, întrerupt, dar cu succes clinic. 26 Ambele promit să adauge la viitorul echipamentelor de dializă interesante, competitive, revigorate și luminoase din punct de vedere tehnologic în următorii 3-5 ani.

CONCLUZIE

Resurgerea interesului pentru sistemele sorbente pare bine întemeiată, iar viitorul pentru unele dintre aceste sisteme pare luminos. Acest lucru este valabil mai ales atunci când se iau în considerare beneficiile potențiale ale tehnologiei pe bază de sorbent, care include:

Mobilitate și portabilitate mai mari

Lipsa necesității unei surse de apă

Abilitatea de a folosi apă simplă de la robinet

Potrivit pentru dializă mobilă sau multi-site