Principios Físicos en Hemodiálisis - Hemodiálisis - Guía Exhaustiva de Estudio

Introducción a la Hemodiálisis y Principios Físicos

La hemodiálisis (HD) es una técnica de depuración extracorpórea de la sangre que tiene como objetivo suplir parcialmente las funciones renales de excreción de agua y solutos, además de regular el equilibrio ácido-básico y electrolítico. Es fundamental destacar que esta técnica no suple las funciones endocrinas ni metabólicas del riñón.

Concepto fundamental: Consiste en interponer una membrana semipermeable entre dos compartimientos líquidos: la sangre y el líquido de diálisis. Para esto se utiliza un dializador o filtro.
Función de la membrana: Permite el paso de agua y solutos de pequeño y mediano peso molecular (PM), pero impide el paso de proteínas o células sanguíneas debido a su gran tamaño en relación con los poros de la membrana.
Mecanismos físicos reguladores: * Difusión (transporte por conducción). * Ultrafiltración (transporte por convección).

Transporte por Difusión

Se define como el transporte pasivo de solutos a través de la membrana del dializador provocado por la diferencia de concentración entre el compartimiento de la sangre y el del líquido de diálisis.

La cantidad de soluto que difunde depende de:

Coeficiente de transferencia de masas del dializador (KoA): * Es el producto de la permeabilidad del dializador ( $Ko$ ) por su superficie ( $A$ ). Se expresa en $\text{ml/min}$ . * Está determinado por la resistencia a la difusión de cada soluto (según su PM) en tres niveles: la sangre, la membrana y el dializado. A menor resistencia, mayor es el $KoA$ . * Es una propiedad intrínseca del dializador suministrada por el fabricante y refleja su máxima capacidad de extraer solutos. * Se calcula mediante la fórmula: $KoA = \left( \frac{Qb \times Qd}{Qb - Qd} \right) \times \ln\left( \frac{1 - K/Qb}{1 - K/Qd} \right)$ Donde $Qb$ es el flujo sanguíneo, $Qd$ el flujo de diálisis y $K$ el aclaramiento. * Tradicionalmente se usa el $KoA$ de la urea para determinar la depuración en función de los flujos de sangre y dializado.
Gradiente de concentración: * Diferencia de concentración del soluto entre la sangre y el dializado. * El gradiente es óptimo cuando el líquido de diálisis circula en un "paso único", a contracorriente y de forma paralela al flujo sanguíneo, que es el estándar en los dializadores actuales.

Transporte por Convección o Ultrafiltración (UF)

Consiste en el paso simultáneo del solvente (agua plasmática) y los solutos que pueden atravesar la membrana bajo el efecto de un gradiente de presión hidrostática. El líquido extraído se denomina ultrafiltrado.

Evolución técnica: Inicialmente, la convección era una fracción pequeña de la depuración. Con el desarrollo de dializadores de mayor poro y tamaño, surgió la Hemodiafiltración en línea (HDF-OL), que combina alto flujo con mayores coeficientes de cribado.
Factores del transporte por UF: Se rige por la fórmula: $UF = SC \times Cb \times KUF \times PTM$

* SC (Sieving Coefficient o Coeficiente de cribado): Relación entre la concentración del soluto en el ultrafiltrado y el plasma. Para solutos de bajo PM (sodio, potasio, urea) es cercano a $1$ . En moléculas grandes disminuye, aunque dializadores modernos logran $SC > 0.80$ para $\beta_2\text{-microglobulina}$ . * Cb: Concentración sanguínea del soluto. * KUF (Coeficiente de UF): Propiedad física que depende de la permeabilidad y superficie de la membrana. Se expresa en $\text{ml de líquido filtrado por hora por cada mmHg of PTM}$ . * PTM (Presión Transmembrana): Gradiente de presión dentro del dializador. Es la diferencia entre la presión positiva del circuito sanguíneo y la presión del líquido de diálisis (positiva, negativa o nula), restando la presión osmótica de la sangre (presión oncótica de proteínas, valor medio de $25-30\,mmHg$ ).

Transferencia de Masas (TM)

Es la cantidad neta de un soluto que pasa de un compartimiento a otro en un tiempo determinado. En HD, los solutos urémicos pasan de la sangre al dializado, mientras que tampones y calcio pueden pasar en sentido inverso.

Cálculo instantáneo: $TM \, (\text{mg/min}) = Qb \times (Cbe - Cbs) = Cd \times Qd$ Donde: * $Cbe$ : Concentración en sangre a la entrada. * $Cbs$ : Concentración en sangre a la salida. * $Cd$ : Concentración en el líquido de diálisis.
Cálculo de la TM Global (Sesión completa): $TM \, \text{global} \, (\text{mg}) = (Cs1 \times (VDU + \Delta P)) - (Cs2 \times VDU)$ * $Cs1$ : Concentración prediálisis. * $Cs2$ : Concentración posdiálisis. * $\Delta P$ : Pérdida de peso en diálisis. * VDU (Volumen de Distribución de la Urea): Se estima como el $58\%$ del peso corporal o mediante la fórmula de Watson. * Hombres: $2.447 - (0.09516 \times \text{Edad}) + (0.1074 \times \text{Talla}) + (0.3362 \times \text{Peso})$ * Mujeres: $-2.097 + (0.1069 \times \text{Talla}) + (0.2466 \times \text{Peso})$ * Nota: El uso de bioimpedancia es actualmente más preciso que estas ecuaciones antropométricas.

Aclaramiento (K)

Es la medida de eficacia del dializador, definida como la TM corregida por la concentración sanguínea del soluto.

K medido desde el líquido de diálisis: $K = \frac{Cd \times Vd}{Cs}$ Donde $Vd$ es el volumen minuto del líquido de diálisis. Para la sesión completa, la $Cs$ se calcula como la media logarítmica: $Cs = \frac{Cs1 - Cs2}{\ln(Cs1/Cs2)}$
K medido desde el compartimiento sanguíneo: $K \, \text{dializador} = \frac{Cse - Css}{Cse} \times Qb$ Esto mide el mecanismo difusivo. Para el aclaramiento total, se suma el componente de UF: $K \, \text{total} = \left( \frac{Cse - Css}{Cse} \times Qb \right) + \left( \frac{Css}{Cse} \times FUF \right)$ Donde $FUF$ es el flujo de ultrafiltración.
Dialisancia iónica: Basada en la conductividad a la entrada y salida del dializado. Se asume que la transferencia de iones es similar a la de la urea, permitiendo una monitorización continua del aclaramiento.

Factores que influyen en la eficacia de la diálisis

Superficie del dializador: A mayor superficie, mayor difusión. Los dializadores capilares actuales son óptimos con volúmenes de cebado de $120\,ml$ para $2\,m^2$ de superficie.
Flujo sanguíneo (Qb): * En dializadores de moderada eficacia, subir de $200$ a $400\,ml/min$ aumenta el $K$ un $25\%$ . * En alta eficiencia, el incremento es del $40\%$ . * Se recomiendan flujos de $400-450\,ml/min$ , requiriendo agujas de $15G$ o $14G$ .
Flujo del líquido de diálisis (Qd): Habitualmente optimizado entre $400-500\,ml/min$ . Superar los $700-1000\,ml/min$ no suele estar justificado.
Peso Molecular (PM): * Bajo PM (Urea: $60\,Da$ ): La permeabilidad depende de la resistencia en la película de sangre y dializado (función de flujos). * Mediano PM (Vitamina $B_{12}$ : $1355\,Da$ ): Limitado por la resistencia de la membrana. * Moléculas grandes: La convección es el mecanismo predominante.
Masa celular (Hematocrito): Los solutos se disuelven mayoritariamente en el agua plasmática ( $93\%$ ) y en el agua de los hematíes ( $80\%$ ). El flujo del componente acuoso ( $Qca$ ) se calcula: $Qca = Qb \times (0.80 \times Hto/100 + 0.93 \times (1 - Hto/100))$ Un aumento del hematocrito (ej. del $20\%$ al $40\%$ ) puede reducir la eliminación de fósforo en un $13\%$ .

Definiciones y Estándares de Dosis

Diálisis por flujo (Permeabilidad): * Bajo flujo: $KUF < 20 \, \text{ml/h/mmHg}$ . * Intermedio: $20-40 \, \text{ml/h/mmHg}$ . * Alto flujo: $> 40 \, \text{ml/h/mmHg}$ .
Fracción de filtración: Para una HDF efectiva, debe superar el $20\%$ (volumen de convección $> 20\,L$ ).
Eficacia según KoA: * Baja eficacia: $KoA < 400 \, \text{ml/min}$ . * Alta eficacia: $KoA > 800 \, \text{ml/min}$ .
Dosis de diálisis: * $KT/V$ mínimo: $1.2$ (recomendado $1.3$ ). * PRU (Porcentaje de Reducción de Urea) mínimo: $65\%$ (recomendado $70\%$ ). * $KT$ mínimo: $45\,L$ . * Tiempo mínimo semanal: $12\,horas$ .

Retrofiltración y Hemodiálisis Extendida

La retrofiltración es el transporte convectivo inverso (del líquido de diálisis a la sangre) en el tramo final del dializador por inversión del gradiente de presión.

Riesgo histórico: Transferencia de endotoxinas ( $1000-15000\,Da$ ).
Uso actual: Con agua ultrapura, la retrofiltración actúa como una reinfusión beneficiosa (HDF interna).
Hemodiálisis extendida: Uso de dializadores de alta permeabilidad hidráulica, alto $SC$ para medianas moléculas y capilares de pequeño diámetro ( $< 200\,\mu m$ ) para maximizar la HDF interna.