TEMA 2. MEMBRANAS, DIALIZADORES Y LÍQUIDOS PARA DIÁLISIS. EVOLUCIÓN Y APLICACIONES

Los dializadores son esenciales en la depuración extracorpórea de la técnica de hemodiálisis. Estos imitan la función glomerular renal mediante membranas semipermeables que separan la sangre del líquido de diálisis, facilitando el intercambio de solutos y agua por difusión y convección. Se clasifican según diseño, composición de la membrana, propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas, biocompatibilidad, tipos de esterilización o según la composición de sus materiales: las celulósicas, económicas, pero menos biocompatibles; las celulósicas modificadas, con mejor compatibilidad; y las sintéticas, de alta eficiencia y baja trombogenicidad.

El diseño incluye estructuras de placas paralelas, menos usadas hoy, y de fibras capilares, predominantes por su eficiencia y menor volumen de cebado. Factores como el espesor de la membrana, la polaridad y la superficie influyen en su rendimiento. Además, los métodos de esterilización (óxido de etileno, radiación gamma y vapor) varían su efectividad, costo y compatibilidad.

Por otro lado, el líquido dialítico, compuesto por agua tratada ultrapura y estéril, el concentrado ácido y el bicarbonato, es de gran importancia en la hemodiálisis. Debe simular la composición del plasma, incluyendo electrolitos, glucosa y pH equilibrados. El concentrado ácido previene la precipitación de carbonatos, mientras que el bicarbonato neutraliza la acidosis metabólica. Innovaciones como el uso de ácido cítrico en lugar de acético han mejorado la biocompatibilidad y reducido complicaciones.

El agua utilizada requiere un tratamiento riguroso mediante filtros, descalcificadores y un procedimiento de ósmosis inversa para eliminar partículas, compuestos tóxicos y microorganismos. La planta de agua debe garantizar calidad, cantidad suficiente y prevenir la contaminación bacteriana; con revisiones, analíticas del agua y desinfecciones periódicas para asegurar su cumplimiento.

En resumen, los avances en dializadores y líquidos de diálisis han optimizado la eficacia, seguridad y tolerancia del tratamiento hemodialítico, siendo la biocompatibilidad y la pureza del agua pilares fundamentales para evitar complicaciones y mejorar la calidad de vida del paciente renal.

2.1 DIALIZADORES

El dializador es la parte fundamental del sistema de depuración extracorpórea en la hemodiálisis, por ello se le llamó “riñón artificial” y pretende sustituir la funciónglomerular del riñón. En él se produce la eliminación de las toxinas y del exceso de agua que presenta el paciente. El principio de funcionamiento del dializador consiste en una membrana semipermeable que separa dos compartimentos: por un lado, la sangre del paciente y por el otro el líquido de diálisis, de esta manera se produce el intercambio de agua y solutos mediante los mecanismos dedifusiónyconvección,peronunca mezclándose entre sí.

El recipiente portador de la membranasemipermeable es llamada carcasaque incluye los orificios de entrada y salida de la sangre y del líquido de diálisis.

Los dializadores los podemos clasificar atendiendo a múltiples características:

• Geometría
• Membrana y características
• Biocompatibilidad
• Superficie
• Permeabilidad
• Aclaramiento
• Esterilización

Imagen 4: Dializador para la terapia de hemodiálisis. Elaboración propia.

2.1.1 Clasificación según su diseño geométrico

Atendiendo a su geometría los dializadores se pueden dividir en dos tipos:

• Estructura de placas paralelas. Consiste en la superposición de láminas que alternan la sangre y el líquido de diálisis. Fue el dializador de mayor uso a finales de los años 60 y su estructura a base de placas paralelas ha tenido notables modificaciones. En tiempos recientes las características estructurales se han optimizado hasta llegar a la construcción de dializadores de un solo uso, pero en los últimos años ha habido un estancamiento productivo y de consumo a favor de las estructuras capilares. Algunas de sus características son: menor volumen de cebado, buena dialisancia, buena relación dialisancia, volumen circulante, bajo índice de coagulación con mínimo volumen residual y baja resistencia al paso de la sangre.
• Estructura de fibras capilares. En este modelo, la sangre fluye por el interior de unos capilares huecos que están colocados como un haz a lo largo del filtro, por los cuales circula la sangre y permanece fijado a los extremos de la carcasa mediante unos anclajes; y por fuera, a contracorriente, circula el líquido de diálisis. El líquido dializante nunca se mezcla con la sangre, sino que rodea los tubos y absorbe los desechos y fluidos que necesitan ser eliminados por la sangre. Casi la totalidad de los dializadores tienen este diseño que aporta como ventaja principal su menor volumen de cebado. Algunas de sus características son: mínimo volumen de cebado, alta dialisancia, excelente relación dialisancia.
  - volumen circulante, nula distensibilidad, menor coeficiente de ultrafiltración, mayor índice de coagulación.

Imagen 5: Estructura interior de un dializador de fibras capilares. Elaboración propia

Imagen 6: Estructura interior de un dializador de fibras capilares. Fuente: https://www.freseniusmedicalcare.es/es/dializadores-de-la-serie-f

2.1.2 Clasificación según la composición de la membrana

• Celulósicas. Las membranas celulósicas han sido desde el comienzo de la diálisis las más utilizadas para los tratamientos de diálisis hasta la aparición de los otros tipos de membranas. Al ser su base de origen vegetal son poco biocompatibles, haciendo que se den reacciones inflamatorias en el paciente pudiendo desencadenar reacciones anafilácticas, por lo que se intentan evitar. Son membranas que presentan un aclaramiento muy bueno de pequeñas moléculas. Presentan algunas ventajas como el bajo coste de producción y la extrema delgadez de su pared. La más conocida es el cuprofán.
• Celulosa sustituida o modificada. Aparecen para suplir los efectos adversos de las membranas celulósicas y se consiguen a partir de ellas, a las que se les reemplaza los grupos hidroxilo por componentes amino, consiguiendo un aumento de su permeabilidad y una mayor biocompatibilidad. A este grupo pertenecen el acetato de celulosa y el hemofán. Se caracterizan por una permeabilidadbaja,biocompatibilidadmediaybuenaclaramientodelaspequeñas moléculas.
• Sintéticas. No son de origen orgánico, normalmente se producen a partir de resinas incluyendo poliacrilonitrilo, polisulfona, policarbonato, polimetilmetacrilo y EVAL (etilevinilalcohol). Su creación está enfocada hacia la utilización de un material que sea más biocompatible y que provoque menos reacciones adversas al ponerse en contacto con la sangre. Las membranas sintéticas presentan la posibilidad de tener baja o alta permeabilidad, que permite aclarar con éxito pequeñas, medianas y grandes moléculas y baja trombogenicidad.

2.1.3 Según el espesor de la membrana

Tanto el espesor de la membrana como la luz interna del capilar son factores que intervienen en la eficacia dialítica del dializador. El espesor de la membrana suele ser de 30-40 μm y la luz interna del capilar suele oscilar de 185 a 210 μm.

2.1.4 Clasificación según su simétrica

• Membrana simétrica. Tienen un espesor homogéneo, presentan una densidad y tamaño de poros uniforme. La permeabilidad va a depender del espesor que presentan.
• Membrana asimétrica. Presentan diferentes distribuciones de densidad y tamaño de poro entre las dos películas de recubrimiento y la matriz      esponjosa. Su permeabilidad depende de número y de la región de soporte.

2.1.5 Clasificación según sus propiedades hidrofílicas e hidrofóbicas

• Hidrofílicas. Sonaquellasquetienenmayor permeabilidad al agua y por lotantoatraen y acumulanmásagua. Cuanto más hidrofílica es una membrana de mayor trasporte difusivo y menor biocompatibilidad.
• Hidrofóbicas. No interaccionan con el agua por lo que reducen el tamaño eficaz del poro, adsorben proteínas, aumentan la ultrafiltración (elevado coeficiente de UF) y son más biocompatibles.

2.1.6 Según la polaridad de la membrana

Lapolaridadesenparteresponsabledelfenómenodifusivo. Las membranas polares son aquellas que en su superficie tienen cierta carga eléctrica. La carga eléctrica de las membranas puede oscilar entre membranas con alta carga de superficie, como el AN 69 con potencial de superficie de -100mV o pequeña carga como la Polisulfona de 20 mV. Las membranas con fuerte carga eléctrica negativa en su superficie (PAN, y específicamente el AN69) aumentan la generación de bradiquinina, pudiéndose producir fuertes reacciones en pacientes que toman IECAs.

2.1.7 Según la biocompatibilidad de la membrana

Las membranas se pueden clasificar teniendo en cuenta su composición, aunque actualmente se tiende a definirlas en relación     con sus características y propiedades. La biocompatibilidad hace referencia a la tolerancia del organismo al ser puesto en contacto con un cuerpo extraño, en este caso un biomaterial. Este material debe poseer la ausencia de reacciones trombogénicas, tóxicas, alérgicas o inflamatorias, sin provocar lesiones en las células sanguíneas o tejidos adyacentes, cambios en proteínas plasmáticas y enzimas, ni presentar efectos carcinogenéticos y reacciones inmunológicas. Las principales características que posee una membrana biocompatible son:

• Ausencia de actividad del complemento y leucopenia
• Ausencia de intolerancia a la diálisis e hipoxemia
• Disminución de fatiga postdiálisis.
• Ausencia de reacciones alérgicas
• Disminución de la necesidad de heparina
• Ausencia de coagulación y fibrinólisis.
• A largo plazo: amiloidosis, inmunosupresión, anemia, mortalidad…

2.1.8 Según la superficiede la membrana

La superficie de los dializadores se corresponde con la superficie total de la membrana dializante y puede oscilar entre 0,9 y 2,5 m2 de superficie.

2.1.9 Según de la permeabilidad de la membrana al agua

La permeabilidad al agua es una de las principales características que permiten la clasificación de las membranas y viene determinada por:

• Coeficiente de transferencia de masas del dializador (KoA): es el aclaramiento máximo teórico de un dializador, dado un flujo infinito tanto de sangre como de líquido de diálisis. Según este coeficiente del dializador puede ser de baja eficiencia (KoA < 500 ml/min), moderada (KoA 500-700) o alta (KoA> 700 ml/min). Es una propiedad intrínseca del dializador y es suministrado por el fabricante.
• Coeficiente de ultrafiltración (KUf): es la cantidad de sangre que un dializador es capaz de filtrar en una hora aplicando a una membrana una presión de 1mmHg. Las membranas de baja permeabilidad (bajo flujo) poseen un KUf < 10
  - 12 ml/hora/mmHg y las de alta permeabilidad (alto flujo) cuando el KUf es superior a 20 ml/hora/mmHg

Es frecuente encontrar en el mercado membranas con la misma composición y diferente grado de permeabilidad, así como distinta capacidad de eliminación de solutos, esto se debe a múltiples factores que van desde la fabricación de la membrana, el proceso de spining (donde se abren los poros), las estructuras de los capilares, diseño de la carcasa...

2.1.10 Clasificación según el modo de esterilización

Existen tres métodos de esterilización de los dializadores. Estos son:

• Óxido de etileno (ETO). Hasta hace poco era la más utilizada ya que es la más económica y la más sencilla de realizar, pero su principal inconveniente es que es altamente tóxico por lo que exige un aclarado y cebado más cuidadosos antes de su utilización.
• Radiación gamma. Se usa mediante una irradiación de alta energía que es muy efectiva, pero puede alterar la estructura de algunas membranas además de presentar un alto coste.
• Por vapor. Se está extendiendo cada vez más para evitar las posibles complicaciones del ETO ya que es un proceso relativamente sencillo y tiene un coste económico menor que el de la radiación gamma. Su único inconveniente es que, debido a las altas temperaturas requeridas para realizar la esterilización, no se puede utilizar en todos los tipos de membranas ya que en algunos casos puede modificarse su permeabilidad.

2.2 LÍQUIDOS DIALÍTICOS

El líquido o también llamado baño de diálisis es la solución que se encuentra separada de la sangre a través de la membrana semipermeable, y la cual hará posible el intercambio de solutos y agua. Este baño necesitamos que tenga una composición similar a la del plasma sanguíneo en cuanto a: osmolaridad, electrolitos y PH.

En su composición el líquido deberá contener una proporción de agua previamente tratada y químicamente pura, una proporción ácida (con iones tales como Na, K, Mg, Cl, glucosa…) y por último una proporción básica (bicarbonato). La concentración electrolítica diluida con el agua tratada tiene una proporción 1:35 (1 parte de concentrado por 35 de agua).

Imagen 7: Composición del líquido de diálisis. Elaboración propia

El agua tratada llega al monitor de diálisis desde la planta de aguas mediante un sistema de tuberías. Por otro lado, la parte acida la obtendremos de otras cubas procedentes de la planta de aguas que procederá también de un sistema de tuberías.  Y, por último, la parte básica procederá del bicarbonato que se conecta al monitor.

2.2.1El concentrado ácido

El concentrado ácido recibe este nombre porque debe contener un ácido que, al mezclarse con el bicarbonato en el circuito hidráulico del monitor, prevenga la precipitación del carbonato cálcico y magnésico.

El ácido más usado es el ácido acético (3 - 4mmol/l). Estas concentraciones son cerca de 30 veces las fisiológicas en el plasma lo que produce una transferencia de acetato al plasma incrementándose la concentración plasmática del mismo. Estas concentraciones pueden producir efectos adversos u otras complicaciones.

Actualmente se están empleando otro tipo de ácidos como el citrato que se desarrolló para mejorar la biocompatibilidad de la diálisis de bicarbonato con acetato (ácido acético), reemplazándolo por ácido cítrico. El citrato actúa como quelante del calcio que tiene propiedades anticoagulantes al reducir el calcio iónico. Los beneficios que se han descrito con el citrato incluyen: menor trombogenicidad e inflamación, aumento del aclaramiento de moléculas de bajo y medio peso molecular, mayor estabilidad hemodinámica produciendo menos hipotensión, y puede mejorar el estado nutricional.

Además, la solución ácida contiene distintas composiciones de iones según las necesidades de cada paciente:

• Sodio: oscila entre 135 - 155 mEq/l, variando su cifra en función de la tolerancia cardiovascular, mejor control de la tensión arterial y la ganancia de peso.  Es necesario establecer un balance dialítico exacto para evitar efectos adversos. Se utilizan perfiles de sodio variables a lo largo de la sesión, para mejorar la tolerancia sin aumentar los efectos secundarios.
• Potasio: la concentración varía entre 1,5 - 3 mEq/l, en función de la situación clínica del paciente (hiperpotasemia grave, baja ingesta de potasio, arritmias cardiacas…).
• Calcio: oscila en torno a 2,5 – 3,5 mEq/l. Ajustarla a cada paciente de acuerdo A su situación de metabolismo mineral, su valor de PTH, de Ca y la ingesta de suplementos cálcicos como quelantes del fósforo, intentando evitar la hipercalcemia.
• Magnesio: oscila en torno a 1 mEq/l.
• Cloro: en torno a 87 - 120 mEq/l, dependiendo de la concentración de los otros cationes para conseguir la electronegatividad.
• Glucosa: los líquidos de diálisis pueden ser isoglucémicos o levemente hiperglucémicos con respecto al plasma (0 – 0.20 g/dl). La glucosa facilita la extracción de agua y evita el síndrome de desequilibrio.

2.2.2El concentrado básico

Es una solución concentrada de bicarbonato sódico, que al diluirse con el agua tratada y con el concentrado ácido se obtiene el líquido de diálisis.

Su concentración en el líquido de diálisis es un poco más elevada que en la sangre para favorecer la difusión de este a la sangre para actuar como tampón y neutralizar la acidosis metabólica a menudo presente en esos pacientes. Su concentración varía entre 30-35 mmol por litro.

2.2.3 Agua tratada

El agua que se usa en la composición del baño de diálisis no debe ser la de la red urbana. En la mayoría de las unidades hay equipos de tratamientos de aguas basados en el principio de la ósmosis inversa, que garantizan que el agua que se usa está purificada.

El sistema de tratamiento de agua consta de varias fases: un pretratamiento con un filtro mecánico para eliminar partículas y otros filtros de carbón para eliminar cloruros y cloraminas.  Posteriormente se utilizan ablandadores o descalcificadores para eliminar la dureza del agua.

Después el agua pasa a la unidad de ósmosis inversa que es la que se encarga de eliminar las sustancias disueltas en el agua con unos márgenes de seguridad que están ya reglados en las normas vigentes para el que ha de usarse en hemodiálisis. La ósmosis inversa es un método de purificación global del agua que reduce el riesgo de accidentes. El agua purificada pasa a través de una membrana semipermeable que retiene la mayoría de los otros contaminantes (bacterias, endotoxinas…).

A continuación, vamos a exponer estas dos fases de una manera más detallada:

• Pretratamiento: eliminación de partículas en suspensión, materia orgánica, cloro, cloraminas y reducir la cantidad de iones lo máximo posible. Este suele constar de los siguientes equipos:
  - Filtro de malla autolimpiable: filtra el agua de entrada.
  - Tanque de agua bruta.
  - Filtro de arena: elimina partículas mayores de 25 micras.
  - Filtro postarena: elimina partículas mayores de 10 micras.
  - Descalcificador: contiene resinas de intercambio iónico que intercambian iones de sodio por calcio, magnesio y otros cationes polivalentes, que aportan dureza al agua.
  - Filtro postdescalcificador: elimina partículas mayores de 5 micras.
  - Filtro de carbón activo: extrae por adsorción cloro libre, cloraminas, endotoxinas y contaminantes orgánicos.
  - Filtro de cartucho post carbón: elimina partículas de 5 a 1 micras.

• Ósmosis inversa: sistema de membranas que van a Ultra filtrar el agua pretratada. En la ósmosis inversa se elimina:
  - Sustancias inorgánicas (aluminio, calcio, cobre, hierro, zinc, magnesio, sulfato, nitratos…).
  - Compuestos orgánicos que pudieran quedar (herbicidas, pesticidas…).
  - Microorganismos y pirógenos.

Habitualmente todos los mecanismos están duplicados para mayor seguridad.

Finalmente, cuando ya el agua ha pasado por estas etapas y está correctamente tratada. El agua es propulsada por bombas de presión hastalas conexiones de los monitores de hemodiálisis. Los monitores toman la que necesitan y los concentrados precisos, los mezclan y conforman el baño de diálisis. Posteriormente, el monitor dispone de una conexión de drenaje al desagüe.

Imagen 8: Planta para el tratamiento del agua. Elaboración propia.

2.2.4 Características de la planta de tratamiento de agua

Entre las características que debe tener una planta de tratamiento de agua para diálisis están:

• Producir un agua de calidad, teniendo en cuenta que el agua de la red puede sufrir grandes variaciones a lo largo de año.
• Producir la cantidad necesaria diariamente, teniendo en cuenta que la planta puede estar parada por revisiones o por averías.
• Estar diseñada para prevenir la contaminación bacteriana, y tiene que poder desinfectarse fácilmente con regularidad.

Tabla 1: Niveles máximos recomendados de los componentes químicos en el agua para un tratamiento de hemodiálisis. Elaboración propia

2.3 ANALÍTICAS DE AGUA Y MANTENIMIENTO

Es de obligado cumplimiento las revisiones periódicas de la planta de agua para asegurar que todo funciona adecuadamente.

Diariamente se debe evaluar la dureza del agua, cloro y cloraminas, conductividad, flujo, presiones…, además de realizar analíticas periódicas y desinfecciones.

2.3.1 Estudio analítico del agua

• Microbiológicas: planta de agua, anillo y monitores (mensuales).Realizando cultivos de endotoxinas y cultivos bacteriológicos (laboratorio de bacteriología del hospital) en distintos puntos del circuito:
  - Agua tratada de la planta de ósmosis (post anillo de distribución).
  - Agua tratada de la planta de ósmosis antes de entrar al monitor.
  - Agua pura de un monitor.
  - Agua ultrapura.

• Química Parcial (semestral).
• Química total (anual): perfil químico completo obtenido del agua tratada (post anillo), analizando parámetros como el aluminio, arsénico, cloraminas, cloro, cobre…

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