meccanismi di biofeedback e nuove tecniche dialitiche: lo ... · conducibilità totale per...
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Meccanismi di biofeedback e nuove
tecniche dialitiche: lo stato dell’arte
Dott.ssa M.A. Perniola - Martina Franca
Un biosensore è un particolare trasduttore
costituito da un elemento sensibile
biologicamente attivo (enzimi, cellule,
anticorpi ecc.) e da una parte elettronica.
L'elemento biologico interagisce con il
substrato da analizzare e un sistema di
trasduzione (sensore) converte la risposta
biochimica in un segnale elettrico.
Il biofeedback (tradotto dall'inglese:
retroazione biologica), è un metodo
terapeutico che riguarda la psicoterapia.
Esso è basato sulla teoria
comportamentista ed aiuta il paziente a
prendere controllo del suo comportamento.
L'organismo umano interagisce
continuamente con l'ambiente esterno
attraverso l'elaborazione di un
comportamento adattativo.
Modulo Bioreattivo
Un modulo bio-reattivo è un apparato inserito in un apparecchio di dialisi che consente di variare i
parametri attuativi del trattamento di dialisi in base alla risposta fisiologica del paziente.
I moduli bio-reattivi hanno un „cuore‟ nel quale vengono confrontati i parametri provenienti dalla macchina ed
i dati paziente. I risultati delle monitorizzazioni vengono inviati al modulo bioreattivo che li elabora per eseguire le necessarie variazioni dei parametri.Le modifiche dei parametri-macchina a loro volta modificano la risposta fisiologica del paziente, ed il ciclo si ripete per tutto il tempo del trattamento
(feed-back).
Il paziente risponde aiparametri di programma
Modulo bio-reattivo
Filtr
o
Filtr
o
Funzionamentocon bio-feedback
Monitorizzazionecontinua dati paziente
Monitorizzazione continuadialisato in uscita
Modulobioreattivo
Invio parametri variati
Il paziente risponde alle variazioni dei
parametri di programma
Invio parametri
Funzionamento standard
Definizione di ipotensione
Brusca riduzione della P.A. maggiore o
uguale a 30 mmHg per la PAS, se il pz. è
normoteso o iperteso o una riduzione della
P.A. < a 100 mmHg per la PAS prima
dell’attacco.
TRATTAMENTO
Posizione di TrendelemburgUF azzerata Infusione di sol. Salina, plasma-
expanders, ipertoniche di sodio, glc, mannitolo, albuminaO2 terapia
PREVENZIONE
Stima corretta del peso secco Correzione dell‟anemia Cibo Caffeina
Strategie dialitiche:
dialisi profilate per UF e Na+ (ramped hypertonic sodium dialysis)
HFR-Aequilibrium BTM, BVM, Hemoscan, Biologic RR comfort, Ultracontrol, etc…
HFR Aequilibrium
≈Natrium è una sonda di conducibilità≈Natrium misura la concentrazione di sodio
nell’ultrafiltrato a inizio trattamento per 15‟≈Il modello matematico personalizza il profilo e calcola
automaticamente la rimozione di sodio da effettuare durante il trattamento modulando l’UF oraria e la conducibilità totale per raggiungere gli obiettivi prestabiliti (Calo peso e Na+ finale)
≈Natrium determina in continuo la natremia
HFR Aequilibrium
130
135
140
145
150
155
0 60 120 180 240T (min)
mE
q/l
[Na] storico
[Na] misurato
[Na] biofeedback
Sintomatologia intradialitica
*
* P = 0.01
**
**P = 0.001
#
# P = 0.005° °
P < 0.001
##
##P = 0.008
BTM
IPOTENSIONE Vasocostrizione
200 - 400 ml/min
flusso sangue alla pelle
Recettori ipotalamici
Flusso sangue superficiale
(fino a 2.000 ml/min)
Infiammazione °T dialisato
Aumento del calore
corporeo
Meccanismo schematico della variazione temperatura corporea in dialisi
Diminuzione del
volume plasmatico ( UF)
Trasferimento calore
interno → pelle ( - 25%)
Perdita di calore dalla
superficie corporea
+
Vasodilatazione
Accumulo di calore
Temperatura
+
BTM 4008
BTM 5008
1. Bilancio extracorporeo energia termica2. Regolazione della T corporea
Dialisi IsotermicaΔT = 0
Sangue arterioso, temperaturainfluenzata dalla risposta
fisiologica alla dialisi
Sangue venoso, temperatura influenzata
dalla temperatura del dialisato
Impostazione dell’operatore: flusso Variazione Temperatura Corporea 0,0 °C / h.
Azione: il paziente è stabilizzato attivamente alla sua temperatura pre-dialisi.
Meccanismo: temp. del sangue arterioso temp. del dialisato temp. del sangue venoso
temp. del sangue arterioso temp. del dialisato temp. del sangue venoso
T - Control: controllo delle variazioni della temperatura corporea
h : min0:00 0:30 1:00 1:30 2:00
2,0
1,0
3,0
°C
Test REC
richiesto
0,0
Variazione temperatura corporea
°C
- 2,0
- 3,0
- 1,0
Dialisato
38
37
39
36
34
33
35
2:30
L’ ipotensione in dialisi è un evento
comune ed è il risultato soprattutto
della grande quantità di liquidi
rimossa durante la seduta rispetto al
volume totale!
BVM - Blood Volume Module
Emettitore
Sensore
temperature
Ricevitore
Principio della funzionamento: variazione del tempo di transito di impulsi sonori a causa
dell’aumento di densità del sangue (Ultrafiltrazione)
Tempo di transito degli impulsi: ~ 10.8 µs
Il metodo si basa sulla dipendenza della velocità di trasmissione del suono rispetto alla composizione del sangue. Nel sangue la
densità è determinata soprattutto dall‟ Hb + plasmaproteine. Durante la dialisi l‟acqua plasmatica varia in funzione dell‟UF e del
refilling, mentre la massa proteica intravasale rimane pressochè costante. Questo permette di utilizzarla come
indicatore dei cambiamenti del volume ematico. Un algoritmo matematico regolerà il tasso di UF/h in base all‟andamento del BV.
Il BVM si compone di un emettitore ed un ricevitore di
ultrasuoni che attraversano una cameretta rigida posta
sul ramo arterioso della linea extracorporea. A mano a
mano che il sangue diventa più denso a causa dell‟UF, la
velocità di trasmissione dell‟ultrasuono nel sangue
aumenta e questa variazione viene rilevata dal BVM.
Viene quindi tracciato un grafico della riduzione del
volume ematico relativo (RBV) del paziente. Se nel corso
di alcune dialisi si rileva che in corrispondenza di un
valore costante di RBV (Relative Blood Volume) si
verificano regolarmente delle ipotensioni questo diventa
l‟RBV critico che viene memorizzato x costruire un
programma di calo peso individuale tendente ad evitare
tale valore.
A causa della maggiore o minore entità del refilling cellulare, varia il flusso UF.
Variazione dell’UF con il controllo del BVM
Eventi BVM
Profilo UF 0 RBV RBV critico
1:00 3:002:00 4:000:00
Andamento del
flusso UF
Minimo RBV
raggiunto
La funzione di AutoSub
consiste nella regolazione
automatica del flusso di
sostituzione del paziente sia
in pre che in post ON LINE-
H(D)F e dipende dal flusso
ematico effettivo raggiunto,
dal filtro utilizzato, dall’Hct e
dalle proteine totali del
paziente
Calcolo del flusso di infusione ottimale
Ciò consente di variare
automaticamente il flusso di
sostituzione ed evitare
impaccamenti del filtro e
conseguenti interruzioni del
trattamento.
• Sistema ottico di rilevazione dell‟emoglobina.
• E‟ dotato di holder a specchio per ridurre l‟effetto
scattering
• Non richiede disposable accessori
• Il funzionamento è totalmente automatizzato
Il sensore Hemoscan
Only five parameters to set
Final BV/UF vol (-40 to 0 %/L)
Ratio between Blood Volume and UF Volume to be
reached at end of dialysis.
UF Volume (0 to 12 L)
Total weight loss to be reach at the end of dialysis.
Final Na (135 to 150 mmol/L)
Na-isoconcentration equivalent: this prescription
results in a sodium balance equivalent to the one
obtained with constant Na concentration.
Na Limits
Band in which the Na conc. can be modulated.
Values can be: Narrow (-5 to 10) Standard (-5 to 15)
Large (-7 to 18)
Max UF Ratio (1.2 to 2)
Coefficient used to calculate “Max Initial UF”
Treatment time
Sodium
Final Na
1
2 3
4
5
Green area
• The treatment is proceeding according to the optimal trajectory defined in the Hemocontrol prescription
Yellow areas
• The Hemocontrol prescription may not be reached at the end of the treatment time
• Attention needed
Orange areas
• The Hemocontrol prescription will not be reached at the end of the treatment time
• Action needed
• Black arrowindicates deviation of the actual refilling rate compared to the optimal trajectory
• Blood volumeCurrent Blood Volume value
Artis ed Hemocontrol
Err BV/UF graph
• 1Refilling rate better than expected. Opportunity to remove more water.
• 2Refilling rate better than expected. Water removal restricted by UF max limits.
• 3Refilling rate lower than expected. Dry weight might not be reachable.
• 4Illogical behavior. Usually a transitory situation following a change of settings.
4 1
3 2 3
UF troppo alta
UF troppo bassaDisidratazione
Iperidratazione
ULTRACONTROL rappresenta un approccio più semplice, più sicuro e più efficace all’emodiafiltrazione on-line (HDF on-line), dove permette di ottenere automaticamente scambi convettivi ottimali per ogni paziente, in ogni sessione.
Questo sistema di biofeedback esegue automaticamente, e ad intervalli regolari, la scansione della pressione di transmembrana (TMP), quindi effettua, in tempo reale, le modifiche necessarie.
ULTRACONTROL permette una più efficace depurazione e riduce notevolmente la frequenza degli allarmi di TMP, quindi la necessità di controlli e interventi dell’operatore.
In questo caso il sistema ha due anelli di regolazione:
Il primo controlla istante per istante la rispondenza tra laTMP misurata nel sistema Paziente/Filtro e quella auto-impostata.
Il secondo regola il valore della pressione di TMP da auto-impostare in relazione all’incremento di Uf ottenutoall’incremento della pressione di TMP.
D UF
set
TMPset
Macchina Paziente/FiltroControllore
TMP monitor
Errore+
-
UF
TMP misurata
D UF monitor
Controllore
-
+ Errore
Sistema di biofeedback ULTRACONTROL
In pratica ULTRACONTROL, effettua delle scansioni periodiche e automatiche con incrementi controllati sulla TMP, al fine di ottenere il
massimo trasporto convettivo possibile. Il risultato è un volume di infusione superiore, ottenuto tramite un sistema
automatico, sicuro e facile da gestire.
Trasmettitore
Ricevitore
BVC: una misurazione di tipo ottico riconosce la variazione di colorazione
Misuratore posto sul DBB-05
Emoglobina
Sangue 5 – 6 litri
Componenti costanti, 42% circa Plasma, 58% circa
Eritrocitica . 5.000.000 / µl
Leucocitica. 5.000 /µl
Trombocitica. 200.000 / µl
Acqua 90% del plasma
Proteine8% del plasma
Ioni, glucosio, ormoni, creatinina, urea…2% del plasma
Trasmettitore Ricevitore
La luce con una certa lunghezza d„onda viene riflessa dall„Hb.Più alta è la concentrazione dell„Hb e maggiore è la luce riflessa che
sta ad indicare un BV basso.
Tutti le apparecchiature DBB-05comunicano con un PC esternotramite connessione bluetooth.
Al termine della seduta dialitica,i parametri legati al BVC verrannotrasmessi automaticamente omanualmente al PC esterno.
ConnessioneBluetooth
Trasferimento Dati BVC
-20
-15
-10
-5
0
12,5
13,0
13,5
14,0
14,5
15,0
15,5
dBV in funzione del BV di
riferimento
Regolazione della conducibilità in
funzione del dBV reale misurato
dBV/%
cond/mS
Regolazione Conducibilità
Controllo attivo con feedback
Il DBB-05 regola Volume Ematico ed UF-Oraria all‘interno di una finestra.
dBV%
-20,00
-18,00
-16,00
-14,00
-12,00
-10,00
-8,00
-6,00
-4,00
-2,00
0,00
2,00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2,00
Regolazione UF-Oraria
Durata del trattamento
UFRml/h
Regolazione dBV
BIOLOGIC RR & FUZZY LOGIC
La fuzzy logic o logica sfumata o logica sfocata è una logica in cui si può attribuire a ciascuna proposizione un grado di verità compreso tra 0 e 1. Secondo questa logica polivalente una proprietà, oltre che avere
un valore di verità =1 o un valore di falsità = 0, può anche assumere valori intermedi. Non ammette due valori soli di verità
– bianco/nero, vero/falso, tutto/niente –ma prevede un‟oscillazione senza fine tra
due estremi opposti.Il vero implica il falso e viceversa!
“Nella vita non è tutto bianco o nero, volevo dire che ci sono delle sfumature!”
Technical scheme of the closed-loop system for the fuzzy control of the UFR.
Since on most of hypotension-prone patients the frequency of hypotensive
events is increasing with ongoing haemodialysis, the biofeedback control is
focused on UFRs as low as possible during the final phase of the session.
This goal may be achieved by applying maximum UFRs (up to 200% of the
average UFR) during the initial phase of treatment so long as it is tolerated by
the systolic BP.
Il sistema necessita solo di due parametri-imput:
1. UFR max, scelta dall‟operatore, e definita come il max
livello di UFR applicato al singolo pz. ed espresso in
termini di valore % dell‟UFR usato in una convenzionale
ED con UF costante e lineare.
2. il BP set point, definito come livello di BP al quale il
paziente generalmente comincia a diventare sintomatico.
1. Il software memorizza l‟andamento della PA dei trattamenti
dialitici precedenti per ogni singolo paziente (Patient Therapy
Card, fino a n°100). Vengono memorizzati
2. Dopo i primi 45 minuti di terapia, il sistema individua tra le
curve memorizzate quella più simile al trend registrato fino a
quel momento.
3. In base alla combinazione tra questa curva e le misurazioni di
PA eseguite nel trattamento corrente, il software costruisce la
“Linea Guida” della terapia.
4. Il sistema regola gli intervalli di misurazione della PA fino ad
un max di 30 minuti.
5. Il monitor esegue in modo automatico la modulazione
dell’ultrafiltrazione.
Bilogic RR Confort … l’evoluzione
BioLogic RR Comfort | Funzionalità
Andamento della seduta dialitica
Raggiungimento del Kt/V
Kt/V > 1,2
Kt/V < 1,2
Kt/V vs. Mortalità (Studio DOPPS)
Cos‘è il Kt/V?
Clearance dell‘urea
(K)
Volume di distribuzione
dell‘urea (V)
Tempo terapia (t)
Esempio:
245 ml/min * 300 min
54.000 ml= 1,36Kt/V =
Il Kt/V – Metodo globale di misurazione della dose dialitica
Quanta dialisi serve?
Più possibile Non più del necessario
….. e quando misurarla?
1. Una volta al mese?
2. Una volta ogni tre mesi?
3. MAI?
4. O SEMPRE?!?!?
Monitoraggio della dose dialitica
I. Clearance degli elettroliti del dializzatore OCM/Diascan
II. Campionamento del dialisato esausto
III.Determinazione dell„Urea con Ureasi
IV. Absorbimento UV nel dialisato esausto
SodioN
N
H
H
H
H
C
O
Urea
H4N2CO
Peso Molecolare 64 D
Na2
Peso Molecolare 46 D
BACKGROUND
Il Sodio e l‟Urea passano attraverso una membrana sintetica in modo quasi identico, quindi…..
….se misuriamo il passaggio del Sodio avremo (indirettamente) la Clearance dell‟Urea
Steil H, et.al. ASAIO Trans 1993;39:M348-52
Clearance degli elettroliti / Clearance dell‟Urea
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Clearance dell‟urea [ml/min]
200
300Soluzioni acquose
Coefficiente di diffusione
a 37°C (cm2/sec)
Na+ Urea
1,94 x 10-5 2,20 x10-5
PRESUPPOSTI TEORICI
Risposta all’impulso di
conducibilità
Tempo di dialisi [sec.]
Uscitasangue
Ingressosangue
Cella cond.
ingressoCella cond.uscita
++++ + + ++ +
+ +
+++
++
++
+ + ++++
+ ++
++
Principio di funzionamento
14,00
14,20
14,40
14,60
14,80
15,00
15,20
2500 2600 2700 2800 2900 3000
Conducibilità
uscita
Conducibilità
ingresso
Aumento di 1 mS
della conducibilità
Parametri richiesti
Impostazione
parametri
Volume di distribuzione
dell‘urea (V). Se
calcolato con la formula
Watson servono anche:
sesso
età
altezza
peso
Ematocrito [%]
DiascanTramite la pagina “fluidi” e “diascan” si accede alla
specifica pagina che visualizza valori e grafici.
Il rapporto tra Qb e Clearance sul grafico offre una chiara indicazione sull‟efficienza del trattamento
55
La regolazione della conducibilità del sodio è sempre legata al rischio di sovraccarico di sodio nel paziente.
Per evitarlo, le misurazioni non possono essere eseguite continuamente durante l’intero trattamento.
Fasi di elevata concentrazione di sodio devono essere alternate a fasi di bassa concentrazione.
(Gambro: Le misurazioni possono essere ripetute ogni 15, 30 o 60 minuti. / FMC ogni 25 min almeno)
Le misurazioni sono semplici informazioni in particolari punti temporali durante la seduta di dialisi.
Clearance degli elettroliti
Non è possibile modificare i parametri del trattamento durante le fasi di misurazione:
La misurazione si interrompe se viene modificato un parametro.
-Flusso sangue / dialisato-Rate / Volume Ultrafiltrazione-Conducibilità
...... Inoltre
Monitoraggio della dose dialitica
I. Clearance degli elettroliti del dializzatore OCM/Diascan
II. Campionamento del dialisato esausto
III. Determinazione dell‘Urea con Ureasi
IV. Absorbimento UV nel dialisato esausto
Campionamento del dialisato esausto
Viene raccolto tutto il dialisato esausto della seduta dialitica
Viene determinata la concentrazione dell’urea
≥ 120 litri di dialisato esausto(Flusso LD 500ml/min | 240 min tempo seduta)
Non applicabile per uso
quotidiano!!!
Monitoraggio della dose dialitica
60
I. Clearance degli elettroliti del dializzatore OCM/Diascan
II. Campionamento del dialisato esausto
III. Determinazione dell‘Urea con Ureasi
IV. Absorbimento UV nel dialisato esausto
Determinazione dell’urea con ureasi
UREASI è un enzima che catalizza l‟idrolisi dell‟urea in
biossido di carbonio e ammoniaca.
L„ultrafiltrato o il dialisato passano a basso
flusso in una cella di conducibilità (SU)
Una cartuccia contenente ureasi ed una
seconda cella di conducibilità (SR) sono in
serie.
L„urea viene abbattuta dall„ureasi
Ne consegue una variazione della
conducibilità elettrica calibrata per la
concentrazione dell„urea
cf: Stiller S., Al-Bashier A., Mann H.: On-line Urea Monitoring during hemodialysis: A Review. Saudi J Kidney Dis Transplant 2001; 12(3): 364-374
L’unità è un costoso dispositivo separato
Misurazione della concentrazione dell’urea nel dialisato esausto
A causa degli elevati costi del monouso, le cartucce di ureasi non
sono sistemi indicati per la ricerca (Lindsay and Sternby 2001)
Riassunto della determinazione dell’urea con ureasi
Monitoraggio online della concentrazione dell’urea
La calibrazione può essere un ostacolo all’uso regolare1
cf: Stiller S., Al-Bashier A., Mann H.: On-line Urea Monitoring during hemodialysis: A Review. Saudi J Kidney Dis Transplant 2001; 12(3): 364-374
Determinazione dell’urea con ureasi
Monitoraggio della dose dialitica
63
I. Clearance degli elettroliti del dializzatore OCM/Diascan
II. Campionamento del dialisato esausto
III. Determinazione dell„Urea con Ureasi
IV. Absorbimento UV nel dialisato esausto DDM, ADIMEA
ADIMEAAccurate Dialysis Measurement
Il principio di misurazione di Adimea
Utilizzo dei principi della spettroscopia per determinare la riduzione dei
cataboliti azotati rimossi nel dialisato
Una sorgente luminosa trasmette
luce ultravioletta attraverso il dialisato
che scorre verso lo scarico.
Le particelle contenute nel dialisato
adsorbono la luce in base alla
concentrazione .
Un sensore rileva tale adsorbimento
.
Questo dà al sistema informazioni circa la curva della riduzione dell’urea.
Monitoraggio della dose dialiticaAdimea
La curva misurata grazie all’adsorbimento della luce è sovrapponibile
alla curva della concentrazione dell’urea:
correlazione
Il Kt/V può
essere
determinato
direttamente
sulla base della
curva.± 2%
Alta [molare ] = alta assorbanza
↓ [molare] = ↓assorbanza
↓↓↓ assorbanza
Monitoraggio della dose dialitica Adimea
6
6
Il valore target
dipende dal Kt/V
Visualizzazione dell’Urea Reduction Ratio (URR)
Rappresentazione grafica a video
1. Tempo rimanente
2. Kt/V istantaneo
3. Fattore riduzione Urea
4. Target Kt/V
9. Target Kt/V
5. Flusso sangue
6. Flusso dialisato
7. UF-oraria
8. Tempo trattamento
10. Target Kt/V
Ricevit
oreTrasmettit
ore
La misurazione avviene ogni 20 secondi.Il dato ricavato viene automaticamente inserito nella formula per il calcolo del Kt/V e
della riduzione percentuale dell’urea (URR):
Dialysis Dose Monitor (DDM)
Ic Intensità luce di trasferimento prima del trattamentoIS Intensità luce di trasferimento ad avvio trattamentoIt Intensità luce di trasferimento al tempo tt Tempo di trattamentoVUF Volume di ultrafiltrazione
70
No monitoraggio in tempo reale
Generalmente fatto una volta al
mese o ogni tre mesi
Regolazione parametri non
possibile fino alla successiva
seduta di dialisi
Precisione in base al momento
del prelievo
Richiede manodopera
Misurazioni continue nel dialisato
esausto
Regolazione dei parametri per il
raggiungimento del target durante la
seduta dialitica
Operatività semplice e flessibile:
possibilità di modificare Qb, Qd e t
senza interropmpere la misura
Utilizzabile in tutti i trattamenti ( HDF -
OL ; SN; HD)
Non serve determinare „V“
Nessun costo successivo per service o
disposable aggiuntivi
Adimea / DDM
Daugirdas Kt/V
Diascan / OCM
Non applicabile per terapie SN
Limitazioni nelle terapie HF/HDF
Solo misurazioni periodiche
Determinazione manuale del
volume di distribuzione dell‘urea
„V“
No URR / spKt/V / eKt/V
Calibrazione frequente (OCM)
Principio di Collins sulle conferenze:L’oratore che viene dopo pranzo, di solito ha questo effetto!!!