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!!!