UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE INGENIERIA CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE MAQUINA DE HEMODIALISIS. "DISEÑO Y MONTAJE DE SU SISTEMA ELECTRONICO DE CONTROL. TRABAJO DE GRADUACION ELABORADO PARA OPTAR AL TITULO DE: "INGENIERO EN BIOMEDICA" PRESENTADO POR: KA TYA VERONICA SANDOV AL ROD~GUEZ SOYAPANGO 1995 UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERIA BIOHEDICA TRABAJO DE GRADUACION: CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE HAOUINA DE HEHODIALISIS. DISEÑO Y HONTAJE DE SU SISTEHA ELECTRONICO DE CONTROL. ING. ING. SAL 'ADOR JUAREZ JURADO JURADO EVALUADOR: ING. LUIS ALBERTO ESCOBAR JURADO UNIVERSIDAD DON BOSCO AUTORIDADES Pbro. Lic. Salvador Cafarelli, sdb PRESIDENTE Pbro. Lic. Pierre Muyshondt, sdb SECRETARIO GENERAL Ing. Federico Miguel Huguet RECTOR Ing. José Miguel Hernández DECANO FACULTAD DE INGENIERIA Ing. José Roberto Guzmán VICEDECANO FACULTAD DE INGENIERIA PROLOGO El Area de Hemodiálisis constituye ciertamente un tema muy interesante en el campo de la Biomédica, sin embargo su conoci­ miento, aún a la fecha, está muy poco difundido; éste ha sido en gran parte el reto para la elaboración del presente trabajo, el cual pretende ser una herramienta para la enseñanza de esta área, pudiendo finalmente contribuir a mejorar la calidad del personal relacionado con ella. Deseo expresar el más sincero y profundo agradecimiento a quienes han ayudado a la realización de este trabajo, a Dios Omnipotente Uno y Trino, a nuestra Madre Maria Santísima, patrona de este trabajo; a los amigos de Dios, a mis padres, hermanos y familia­ res, a mis buenos amigos, al asesor y jurados del proyecto, al personal del Hospital Mi 1 i tar, al personal del ]ns.ti tuto Sal vado­ reño del Seguro Social y a todos aquellos que de una u otra forma han aportado su colaboración. San Sa 1 vador Ka t y a Verónica Sandova 1 DEDICATORIA Deseo dedicar esta sencilla obra a las personas que padecen de Insuficiencia Renal Crónica; al personal que labora en los Hospitales, y finalmente a los jóvenes estudiantes de Biomédjca. TABLA DE CONTENIDO CONTENIDO PAGINA I NTRODUCC ION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv SISTEMA RENAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 MAQUINA DE HEMODIALISIS . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 41 PROTOTIPO DE MAQUINA DE HEMODIALISIS. DISEÑO DE SU SISTEMA DE CONTROL OPERACION DEL PROTOTIPO DE MAQUINA DE HEMODIALISIS CONCLUSIONES . ............... . GLOSARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 136 179 181 BIBLIOGRAFIA..................... 184 ANE.,YOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 86 INDICE CONTENIDO PAGINA I NTRODUCC ION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . OBJETIVOS . ...... . OBJETIVOS GENERALES OBJETIVOS ESPECIFICOS SISTEMA RENAL ..... 1.1 INTRODUCCION. i iv iv iv 1 1 1.1.1 DEFINICIONES BASICAs: . . . 2 1.2 1 .1 .1. 1 MECANISMOS DE MOVIMIENTO DE LAS SUSTANCIAS CORPORALES ANATOMIA Y FISIOLOGIA DEL SISTEMA RENAL 1.2.1 ESTRUCTURA ANA TOM I CA DEL SISTEMA RE- NAL. . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2 ESTRUCTURA MICROSCOPICA DEL RIÑON CIRCULACION RENAL. . . . INERVACION RENAL . . 1.2. 3 1.2. 4 1. 2. 5 FORMACION Y EXCRESION DE LA ORINA 1.2.5.1 1.2.5. 2 1.2 . 5.3 .1.2.5.5 FILTRACION GLOMERULAR REABSORCION TUBULAR SECREC ION TUBULAR. . . LLENADO DE LA VEJIGA 1.2.5.6 MICCION 1.2. 6 SINTESIS DE LA FUNCION DEL RENAL . . . .. 1.2.7 COMPOSICION DE LA ORINA SISTEMA 1.3 TRANSTORNOS DE LA FUNCION RENAL . 2 4 4 7 10 11 12 13 15 18 24 24 25 26 28 1 • 3. 1 DI Ar.JNOST J CO DE ENFERNEDi!DES RENALES 29 1.4. INSUFICIENCIA RENAL • • ••••• 29 1.4.1 INSUFICIENCili RENAL At:JUDA J. ,4.,2 INSUFICIENCIA RENAL CRONICA 1. 5 TRATAMIENTO DE LA INSUFICIENC'Jl¼ RENAL 1. 5. 1 TRATAMIENTO CONVENCIONAL 1. 5. 2 DIALISIS • • • • 1.5.2.1 HEMODIALISIS. 1.5.2.2 DIALISIS PERITONEAL 1. 5. 3 TRANSPLANTE • • • • • • • 31 34 35 36 37 38 MAQUINA DE HEMODIALISIS 41 41 44 2.1 INTRODUCCION 2.2 TRATAMIENTO DE HEMODIALISIS 2.2.1 DIAGRAMA DEL PROCESO 46 2.3 MAQUINA DE HEMODIALISIS BASICA: DIAGRAMA DE BLOQUES. 47 2.4 MODULO DE SANGRE DE LA MAQUINA DE HEMODIALISIS 49 2.4.1 BOMBA DE SANGRE. • 5@ 2.4.1.1 FUNCIONAMIENTO. 51 2.4.1.2 CALIBRACION 5 •·-0 2. 4. 2 DETECTOR DE BURBUJAS. 54 2.4.2.1 OPERACION. • 54 2.4.3 SISTEMA SENSOR DE PRESION SANGUINEA 55 2.4.4 VALVULA DE CIERRE DE LA LINEA VENOSA 56 2.4.5 BOMBA DE HEPARINA 58 2.4.5.1 FUNC I ONAH I ENTO 58 2. 4. 6 DIAr..."'iRAMA DE FLUJO DEL MODULO DE SANGRE 59 2.5 MODULO DE FLUIDOS DE LA MAQUINA DE HEMODIALISIS. 60 2.5.1 2. 5.2 SISTEMA DE MEZCLA Y SUMINISTRO DE LA SOLUCION CALENTADOR 60 62 2.5.2.1 OPERACION 2.5.3 SISTEMA DE PRESION NEGATIVA 63 64 2. 5. 3 .1 CONTROL DE LA PRES ION NEGATIVA . . 65 2.5.4 DETECTOR DE FUGAS DE SANGRE 65 2.5.4.1 OPERACION . . . . . . . . . . . . 2.5.5 MONITOR DE CONDUCTIVIDAD 2.5.5.1 OPERACION 2.5.6 2.5.7 2.5.8 ULTRAFILTRACION .. MODO BYPASS DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODULO DE FLUI- DOS . . . . 2.6 SOLUCION DE DIALISIS 2.7 2.8 2.9 2. 6 .1 2.6.2 AJUSTE DEL BALANCE QUIMICO COMPOSICION DE LA SOlUCION DE DIALISIS FILTRO DIALIZADOR. PROCESO DE LIMPIEZA DE LA MAQUI NA . . TRATAMIENTO DE AGUA PROTOTIPO DE MAQUINA DE HEMODIALISIS. DISEÑO DE SU SISTEMA DE CONTROL 3 .1 INTRODUCCION 3. 2 DISEÑO DEL MODULO DE SANGRE 3.2.1 CONTROL DE LA BOMBA DE SANGRE 3.2.2 3.2.3 3.2.1.1 CRITERIOS Y PROCESO DE DISEÑO DEL CIRCUITO DE CONTROL DE LA BOMBA DE SANGRE. . .... SENSOR DE PRESION SANGUINEA 3.2.2.1 CRITERIOS Y PROCESO DE DISEÑO DEL CIRCUITO SENSOR DE PRESION VENOSA DETECTOR DE BURBUJAS EN SANGRE . . .. 3.2.3.1 CRITERIOS Y PROCESO DE DISEÑO DEL CIRCUITO DETECTOR DE BURBUJAS DE 66 66 67 67 70 71 72 74 75 77 81 82 85 85 87 87 87 94 94 99 3.3 SANGRE . . . . DISEÑO DEL MODULO DE FLUIDOS ....... . 3.3.1 CONTROL DE LA BOMBA DE SOLUCION . . 3.3.2 3.3.1.1 CRITERIOS Y PROCESO DE DISEÑO DEL CIRCUITO DE CONTROL DE LA BOMBA DE SOLUCION CONTROL DE LA BOMBA PARA ULTRAFILTRA­ CION 3.3.2.1 CRITERIOS Y PROCESO DE DISEÑO DEL CIRCUITO DE CONTROL DE LA BOMBA PARA ULTRAFILTRACION .. 99 1@5 1@6 1@6 113 113 3. 3. 3 CONTROL DEL CALENTADOR . . . . 115 3.3.4 3.3.3.1 CRITERIOS Y PROCESO DE DISEÑO DEL CIRCUITO DE CONTROL DEL CALENTADOR Y MONITOR DE TEMPERATURA . DETECTOR DE FUGAS DE SANGRE . . 3.3.4.1 CRITERIOS Y PROCESO DE DISEÑO DEL CIRCUITO DETECTOR DE FUGAS DE SAN- GRE 3.4 CIRCUITOS LOGICOS. 3.4.1 3.4.2 3.4.3 ALARMA AUDIBLE 3.4.1.1 SILENCIADOR PROCESO DE LIMPIEZA MECANISMO DE PARO DE LA BOMBA DE SAN- 115 122 122 127 128 13@ 131 GRE . . . . . . . . . 133 3.5 FUENTE DE ALIMENTACION OPERACION DEL PROTOTIPO DE MAQUINA DE HEMODIALISIS 4.1 INTRODUCCION 4.2 ESTRUCTURA FISICA DEL PROTOTIPO. 4 .2.1 DESCRIPCION GENERAL . 4.2.1.1 PANEL DE CONTROL Y ALARMAS . 134 136 136 137 137 137 4.3 4.2.1.2 4.2.1.3 TARJETAS IMPRESAS SENSORES 4.2.2 ESPECIFICACIONES TECNICAS. 139 143 145 146 146 149 149 149 152 154 4. 3 .1 4.3.2 OPERACION DEL PROTOTIPO .... CONSIDERACIONES INICIALES PROCEDIMIENTO DE OPERACION 4.3.2.1 MODULO DE SANGRE .. 4.3.2.1.1 BOMBA DE SANGRE. 4.3.2.1.2 SENSOR DE PRESION. 4.3.2.1.3 DETECTOR DE BURBUJAS 4.3.2.2 MODULO DE FLUIDOS ........ 158 4.3.2.2.1 SENSOR DE NIVEL DE SOLUCION. 158 4.3.2.2.2 SENSOR DE TEMPERATURA . . 160 4.3.2.2.3 DETECTOR DE FUGAS. 4.3.2.2.4 ULTRAFILTRACION . 4.3.2.2.5 PROCESO DE LIMPIEZA . 4.4 DIAGRAMAS DE CIRCUITOS 164 168 170 171 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.4.6 4.4.7 4.4.8 CIRCUITO FUENTE DE ALIMENTACION. 171 CIRCUITO DE CONTROL SENSOR DE PRESION . 172 CIRCUITO DE CONTROL DETECTOR DE BURBU- JAS EN SANGRE . ............ 173 CIRCUITO DE CONTROL DE BOMBA SOLUCION, BOMBA UFR Y SENSOR DE NIVEL DE SOLU- CION CIRCUITO DE CONTROL DETECTOR DE FUGAS DE SANGRE ..... CIRCUITO DE CONTROL CALENTADOR Y SENSOR 174 175 DE TEMPERATURA . . . 1 76 CIRCUITOS LOGICOS. 177 CIRCUITO DE CONTROL BOMBA DE SANGRE 178 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 GLOSARIO 181 BIBLIOGRAFIA 184 ANEXOS 186 INTRODUCCION El Sistema Urinario se define como el principal sistema excretor del cuerpo humano y de muchos animales. La formación de la orina es el medio fundamental a través del cual, son recogidos y ex- pulsados del organismo gran cantidad de los desechos que dia- riamente se producen en el cuerpo, derivados de los diversos procesos del metabolismo. Si por alguna causa el organismo es privado de esta función, es lógico esperar que en corto tiempo se manifiesten una serie de fallas en diversas funciones corporales, ya que al faltar una via .. de excresión tan importante, la alteración que sufre la estabili­ dad del medio interno es fuerte y demanda una pronta corrección, si no se desean secuelas graves. Existen algunas enfermedades renales que no son manifiestas s i no has ta su etapa termina 1, como suele ser el caso d .e qui enes pade­ cen insuficiencia renal crónica; pero aún cuando la función renal ya no es recuperable, existen medios alternativos de tratamiento, como las máquinas de hemodiálisis que al sustituir la función de los riñones, ayudan a los pacientes a prolongar su vida en condiciones considerablemente normales. A pesar de que muchas personas padecen de insuficiencia renal, y han sido tratadas con hemodiálisis, la mayor parte conocen muy poco acerca del tratamiento, y en general el conocimiento sobre la función que desarrolla el sistema urinario, no ha sido hasta la vez un tema muy difundido. i La elaboración de un estudio sobre la fisiología renal y el de­ sarrollo de un prototipo de máquina de hemodiálisis didáctica, pueden ser un medio que facilite la difusión del conocimiento sobre esta área y permita que ,las personas más relacionadas a este tipo de equipos, ya sea en calidad de estudiantes, operado­ res, técnicos o pacientes, comprendan más a fondo todo el trabajo que se realiza en las máquinas, a fin de que posteriormente la calidad del área de hemodiálisis en el país pueda ser favorecida. La construcción del prototipo didáctico de máquina de hemodiáli­ sis requiere del diseño teórico previo de lo que será el sistema total, y este proceso depende en gran parte del recurso disponi­ ble en cuanto a componentes útiles para el prototipo. La selección de aquellos componentes que se consideran indispen­ sables o cuando menos importantes en la conformación de un equipo de hemodiálisis didáctico, constituye la base a partir de la cual se establecen ciertos criterios de diseño para el sistema electrónico de control; asimismo cabe esperarse que los circuitos de dicho control sean lo menos complicado posible a fin de que no se dificulte su comprensión y se optimize el recurso económico sin dejar de obtenerse el funcionamiento esperado. El diseño de los circuitos que controlarán a cada componente del prototipo, inicia a partir de la función teórica que se espera que este desempeñe; luego, se evalúan brevemente algunas alterna­ tivas que cumplan con los requisitos o criterios de diseño adoptados, tomando en consideración las condiciones que en cada caso pudieran limitar la operación del dispositivo, y posterior­ mente se efectúan otros pasos como cálculos, selección de elementos, etc., necesarios para obtener finalmente el circuito ii de control. La función del prototipo de Máquina de Hemodiálisis consiste básicamente en simular el funcionamiento de las máquinas reales en la consecución del tratamiento de Hemodiálisis. Para ello cuenta con un sistema de control electrónico constituido por los circuitos que comandan la operación de todo el equipo; parte fundamental del control es el denominado sistema de seguridad, el cual consta de diversos sensores encargados de detectar cualquier anormalidad que se presente en el proceso, enviando señales a los circuitos de mando para que estos activen los mecanismos adecua­ dos. El prototipo cuenta con algunos sensores básicos que actúan bajo los mismos principios que los dispositivos reales • .. . Otro componente fundamental en las máquinas de hemodiálisis es el sistema hidráulico, compuesto principalmente por bombas que se encargan de la circulación de los fluidos que tendrán el inter­ cambio iónico en el filtro; dicho sistema en el prototipo, está representado por indicadores visuales que se activan en forma análoga a la operación de las bombas obteniéndose una representa­ ción bastante completa del trabajo realizado por las máquinas reales usadas en los hospitales. iii OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES Proporcionar la información teórica básica sobre: la Anatomía y Fisiología del Sistema Renal, y los Componentes y Operación de la Máquina de Hemodiálisis. Describir el proceso de diseño de los circuitos que cbnforman el sistema electrónico de control del prototipo didáctico de máquina de hemodiálisis a construir. Describir el proceso de operación del .. prototipo didáctico de máquina de hemodiálisis. OBJETIVOS ESPECIFICOS Describir el funcionamiento normal del Sistema Renal y las fallas renales que requieren del uso de Máquinas de Hemodiá­ lisis. Describir en qué consiste el proceso de hemodiálisis. Definir los componentes básicos de una máquina de hemodiáli­ sis y su función. Describir los componentes que conforman las Máquinas de Hemodiálisis actuales. iv Definir los componentes que se han de incluir en los módulos de sangre y de fluidos del prototipo. Establecer los criterios p~ra el diseño de los distintos circuitos del sistema de control del prototipo. Presentar los diagramas obtenidos para los circuitos del sistema de control, real izados previamente los cálculos pertinentes y selección de elementos. Presentar una breve descripción de la estructura física que conforma el prototipo. Definir el procedimiento a seguir, a .. · través de una secuencia de pasos, para la operación del prototipo y sus distintos componentes. Establecer ciertos valores de voltaje (obtenidos en los puntos de prueba definidos) como parámetro para determinar el buen funcionamiento del equipo. V CAPITULO I SISTEMA RENAL 1.1 INTRODUCCI ON. En el hombre, los riñones junto a otros órganos relacionados conforman el llamado sistema urinario o sistema renal, el cual desempeña un papel muy importante para la conservación de la vida, ya que se encarga de desalojar los productos de desecho que resultan del metabolismo corporal, ev1~tando con ello que el organismo se autointoxique y le sobrevenga rápidamente . la muerte. Aproximadamente 20% del gasto cardiaco circula por los riñones cada minutd; allí, la sangre es limpiada de los desechos y sus­ tancias tóxicas que porta, y estos posteriormente son eliminados del cuerpo mediante la formación y excresión de· la orina. Esto convierte a los riñones en los principales órganos excretores del organismo pues se encargan de desalojar cerca del 75% de los productos de desecho y exceso de fluidos. La eliminación del resto de los desechos la llevan a cabo los pulmones, mediante la respiración; la piel mediante la transpiración; y el tracto di­ gestivo mediante la defecación. Cuando se produce una falla renal, el balance hidrico corporal y la estabilidad del medio interno se ven grandemente afectados, por lo que dicha anormalidad debe ser aliviada con prontitud para 1 Ganong r., Fisiología Médica evitar consecuencias graves. 1.1.1 DEFINICIONES BASICAS. Para comprender la forma en que actúa el sistema renal al desa­ rrollar sus funciones en el organismo, es necesario tener en cuenta algunos conceptos básicos de fisiología, los cuales se exponen a continuación. 1.1.1.1 HECANISHOS DE HOVIHIENTO DE LAS SUSTANCIAS CORPORALES. Los diversos sistemas en el cuerpo huma~o están constituidos a base de células. Estas viven en un medio acuoso que se denomina Liquido Extracelular, en el cual puede diferenciarse el Plasma sanguíneo que fluye en los vasos del sistema circulatorio y el Liquido Intersticial que baña las células y queda fuera de los vasos. De este último, la célula toma el oxigeno y sustancias nutritivas, y en el descarga sus productos metabólicos de dese­ cho. El interior de la célula está constituido por otro liquido llamado Intracelular. Los diversos fluidos corporales, difieren en composición debido principalmente al tipo de barreras o membranas que los separan. Los procesos básicos por medio de los cuales se produce el movi­ miento del agua y de las pequeñas moléculas que forman los flui­ dos corporales, a través de las barreras que los separan, son: la difusión, la filtración, la ósmosis, el transporte activo, la difusión facilitada y otros. A continuación se menciona breve- 2 mente la forma en que se lleva a cabo cada proceso. 1. DIFUSION: Es el proceso por el cual se expande una sustancia en solución, debido al movimiento caótico de sus partículas para ocupar todo el volumen disponible y, depende directa­ mente de la diferencia de concentraciones entre dos áreas (gradiente de concentración o gradiente químico) y de la sección transversal a través de la cual se ha de realizar la difusión; también depende de la permeabilidad de la barrera, si se lleva a cabo entre dos compartimientos separados. 2. FILTRACION: Es el proceso por el cual una sustancia es for­ zada a pasar a través de una membrana, debido a la dife­ rencia de presión entre los dos la~os. La cantidad de sus­ táncia filtrada depende del gradiente de presión como de la permeabilidad de la barrera. 3. OSHOSIS: Se refiere a la difusión de moléculas de solvente, generalmente agua, a través de una membrana y se efectúa desde la zona de mayor concentración de solvente (menor concentración química) hacia aquella que tiene menos sol­ vente es decir mayor cantidad de partículas de soluto. 4. TRANSPORTE ACTIVO: Por lo general los iones y moléculas más grandes que no pueden pasar libremente a través de una ba­ rrera, son transportados por moléculas portadoras en las membranas. Si el transporte se produce en una zona de mayor concentración de la molécula transportada a otra de menor concentración, no se requiere energía y el proceso se conoce como DIFUSION FACILITADA; mientras que se denomina TRANSPOR­ TE ACTIVO propiamente, cuando éste requiere de energía, 3 puesto que se efectúa en contra del gradiente de concentra­ ción (desde un área de menor a otra de mayor concentración). Dicha energía es proporcionada por el metabolismo de lis células portadoras de la membrana. Existen otros mecanismos para el movimiento e intercambio de sustancias, pero el papel que juegan en el sistema urinario es de menor relevancia que el de los mencionados, no así en otras funciones del cuerpo. 1.2 ANATOHIA Y FISIOLOGIA DEL SISTEMA RENAL. 1.2.1 ESTRUCTURA ANATOHICA DEL SISTEMA RENAL. El sistema urinario o sistema renal está compuesto esencialmente de los riñones, dos en número, los cuales están ubicados sobre una masa densa de grasa contra la pared dorsal del abdomen, a cada lado de la columna vertebral, justo arriba de la cintura (Fig. 1.1). Ambos están sostenidos por el tejido conectivo que rodea las estructuras. Cada riñón tiene la forma de un frijol pero de mayor tamaño, en el adulto miden aproximadamente 12 cm de longitud, 6 cm de ancho y 2.5 cm de grosor. El riñón derecho colocado inmediatamente abajo del hígado es ligeramente reducido con respecto al izquier­ do. 4 VISTA POST'ERIOR Hilio Vena cava --~­ in!enof ""'.Al~~,...~~:P-vena renal ~.,;;§jp~~!::!!'~-An!ria rm Jlf,.::,.-.:::,..,¡~~,-1--l'lllvil reul '.'!!o!---, ..... -~ ~---!Mtm Fig. 1.1 Disposición Anatómica de los riñones en el cuerpo humano. La concavidad que presenta en su parte media se llama hilio y es el sitio al que llegan los principales vasos sanguíneos, linfáti­ cos y nervios. También del hilio emerge el uréter, tubo de 30 a 35 cm de longitud y de 0.5 cm de diámetro que desciende hasta la superficie dorsal de la vejiga urinaria. La parte superior del uréter donde se une con el riñón, es un poco ensanchada y recibe el nombre de pelvis renal. 5 Al observar un corte longitudinal del riñón (Fig. 1.2) pueden notarse dos regiones principales, una externa oscura llamada éorteza y otra interna considerablemente más gruesa llamada Médula, cuya parte media presenta el tejido en forma de pequeñas pirámides. La cavidad central es la ya mencionada Pelvis Renal. Otro elemento del sistema renal es la vejiga urinaria, la cual consiste en una bolsa constituida por tres capas de tejido muscular diverso que proporcionan gran elasticidad, pudiendo contraerse y expanderse considerablemente, variando su capacidad entre los individuos. Fig. 1.2 Corte Longitudinal del riñón que muestra su estructura interna. 6 En el sitio de entrada de cada uréter a la vejiga existe un pliegue de tejido epitelial, que actúa como válvula, impidiendo él retroceso de la orina que llega del riñón a la vejiga. Desde ahí la orina es transportada al exterior por un conducto llamado uretra. En la unión de ésta con la vejiga, existe el esfinter interno formado por fibras musculares lisas. La parte más externa de 1 a uretra que se abre a 1 exterior, está con trol ada por músculos estriados que constituyen el esfínter externo. 1.2.2 ESTRUCTURA HICROSCOPICA DEL RIÑON. La unidad funcional del riñón es el nefrón también llamado nefrona o túbulo renal, que mide entre 3'5 y 65 mm y consiste de varias regiones diferenciadas que presentan características estructurales y funcionales especificas. Cada riñón humano posee aproximadamente 1.3 millones de nefrones y esta cantidad es la que determina en gran parte el tamaño del riñón. Cada nefrón comprende las siguientes partes fFig. 1.3): a) EL GLOHERULO: Está formado por una madeja de capilares en un extremo del nefrón; este conjunto de capilares tiene apróximadamente 2@0 µm de diámetro y es introducido por una arteriola aferente al ramificarse ésta. Las arteriolas aferentes introducen la sangre hasta cada nefrón; luego de pasar la sangre por el glomérulo, lo abandona por medio de arteriolas eferentes, las cuales se forman al unirse de nuevo los capilares glomerulares de cada nefrón. 7 bJ LA CAPSULA DE BOtfHAN: Es una cavidad en forma de embudo, dentro de la cual se ubica el glomerulo, compuesta por una estructura de varias capas de tejido pero hueca en su interior, similar al resto del nefrón. En forma colectiva se denomina Corpúsculo Renal al conjunto formado por una cápsula y su glomérulo. cJ TUBO CONTORNEADO PROXIMAL: Es la porción del túbulo renal, con forma convoluta, que se extiende desde la cápsula de 1ªowman, midiendo cerca de 15 mm de longitud y 55 µm de diámetro. d) ASA DE HENLE: Es la región siguiente al túbulo proximal y consta de una rama descendente recta seguida de la porción en forma de horquilla, de menor grosor, f2 a 14 mm de longitud ambas partes) que regresa mediante · la rama ascen­ dente recta (12 mm de longitud) hasta unirse a la siguiente parte del nefrón. eJ TUBO CONTORNEADO DISTAL: Este mide 5 mm de longitud e inicia desde su unión con 1 a rama ascendente gruesa del Asa de Henle; tiene una estructura convoluta similar a la porción proximal. Los túbulos distales de todos los nefrones se unen formando túbulos más grandes llamados colectores._ fJ TUBOS COLECTORES: En ellos desembocan los tubos distales de todos los nefrones. Tienen cerca de 20 mm de longitud y descienden hasta la pelvis renal, transportando la orina desde el nefrón has ta 1 a pelvis, para que 1 uego pase a 1 uréter. 8 C1~ul1 de Bawm1n Túbulcl---­ c:onNldO l)IQUTlli Tübulo cnnwul1d0 dista Fig. 1.3 Estructura microscópica de un nefrón o túbulo renal Cortm Los nefrones cuyo glomérulo se encuentra en la corteza (nefrones corticales) poseen asas de Henle cortas que llegan hasta la médula pero no profundizan. Mientras aquéllos con glomérulos en regiones más interiores como la unión de la corteza y la médula ( nefrones yuxtamedul ares J poseen asas de Henl e más 1 argas que 9 llegan hasta las pirámides medulares. En el hombre existe más del 85% de nefrones corticales por lo cual la descripción de todos los procesos se refiere principalmente a este tipo de nefrones. 1.2.3 CIRCULACION RENAL. En un adulto en reposo, el riñón recibe 1.2 a 1.3 Lt. de sangre por minuto, osea entre el 20 y 25% del gasto cardiaco2 • La sangre arterial penetra al riñón por la arteria renal, que proviene de la aorta abdominal, y se subdivide sucesivamente en arterias más y más pequeñas hasta formar finalmente las arterio-... las aferentes. Cada una de éstas, desemboca en los capilares de un glomérulo. De toda la sangre que penetra al riñón 9/1@ pasan a través de los glomérulos y la restante irriga los tejidos anexos. La sangre drena los capilares de cada glomérulo _por medio de un solo y estrecho vaso sanguíneo llamado arteriola eferente que luego de un tramo vuelve a ramificarse en una red capilar que rodea las porciones convolutas del túbulo y el asa de Henle (capilares peritubulares}. Estos capilares se van uniendo hasta constituir las venas renales que regresan la sangre a la circula­ ción general mediante la vena cava inferior. 2El flujo sanguíneo renal puede ser medido con reómetros electromagnéticos o por el Principio de Fick que consiste en medir la cantidad de una sustancia administrada excretada en la orina por unidad de tiempo, dividiéndose luego este valor entre la diferencia de su concentración en el plasma arterial y en el renal venoso, siempre que dicha sustancia no sea metabolizada, almacenada o producida en el riñón. 1@ Debido a que la mayor parte de glomérulos se encuentran a nivel de la corteza del riñón, el flujo sanguíneo por gramo de tejido en la unidad de tiempo es mucho mayor en la corteza que en la médula (4 a 5 ml/gm/min en la corteza y 0.2 a 0.(!)3 ml/gm/min en las regiones externa e interna de la médula); igualmente la presión en los capilares glomerulares es cercana al 50% (cerca de 60 mmHgJ de la presión arterial de la circulación general (presión sistólica aproximadamente 120 mmHgJ mientras que en los capilares peritubulares es menor (cerca de 15 mmHgJ. (Esta alta presián se debe a que las arteriolas · eferentes presentan un didmetro menor al de las aferentes, ocasionando alta presión en la región de los capilares del gloméruloJ • ... También es importante tener en cuenta que el riñón es en cierta medida capaz de mantener constante su presión y flujo sanguíneo, pues posee un sistema de autorregulación que se supone se basa principalmente en el estiramiento y contracción del músculo liso de las arteriolas aferentes, variando así la resistencia vascular de acuerdo a la presión con que la sangre es introducida en el riñón. Sin embargo, estas condiciones pueden ser afectadas por ciertas anormalidades de considerable importancia que se dan en el sistema circulatorio o en el organismo en general y por la secreción de ciertas sustancias. 1.2. 4 INERVACION RENAL. A los riñones llegan ciertas ramificaciones nerviosas junto a los vasos sanguíneos, principalmente provenientes de algunos segmen­ tos que derivan de la médula espinal. Estas fibras nerviosas llegan a través de las paredes musculares de las arterias hasta 11 el nivel de las arteriolas aferentes y ocasionalmente alcanzan a los glomérulos disper~ándose en su superficie. No existen terminaciones nerviosas en el nefrón, dentro de los glomérulos o en las células epiteliales de los túbulos. La función de los nervios renales se traduce básicamente en efectos químicos, atribuyéndose a ellos la secreción de ciertas hormonas que regulan los procesos del riñón. Dichas hormonas pueden producir diversas reacciones como respuesta a alguna anormalidad o estimulo; entre ellas se pueden mencionar la Vasopresina que es un hormona antidiurética secretada por la hipófisis; la Aldosterona que regula la absorción de sodio y es secretada por la corteza suprarrenal, y otras . ... Sin embargo no se puede asegurar que se conoce bien el papel fisiológico de los nervios renales, puesto que en pacientes con transplante renal la mayor parte de las funciones parecen ser normales, y para que el riñón transplantado adquiera una inerva­ ción funcional se toma un lapso considerable de tiempo. 1.2.5 FORHACION Y EXCRESION DE LA ORINA. La formación de la orina en los riñones es resultado de tres procesos que acontecen en cada nefrón: Filtración glomerular, .reabsorción tubular y secreción tubular. Luego, la orina formada pasa a la pelvis renal, de ahí a la vejiga y posteriormente es expulsada al exterior por el proceso de la micción. 12 1.2.5.1 FILTRACION GLOHERULAR. El primer paso en la formación de la orina consiste primordial­ mente en la obtención de un liquido semejante al plasma sanguí­ neo, conocido como "Filtrado Glomerular", que es el resultado de la filtración de la sangre circulante, a través de las paredes capilares del glomérulo. Este filtrado obtenido, es colectado por el túbulo de la cápsula de Bowman. La no.J:.ablemente alta presión sanguínea en los capilares del glomérulo, es el factor principal que produce la filtración; y como ya se mencionó antes, esta alta presión se alcanza debido a que el diámetro de la arteriola eferente es considerablemente más ... reducido que el de la arteriola aferente, lo que significa . una mayor r.esistencia al paso de la sangre. Para que se de una filtración efectiva, debe establecerse un gradiente significativo entre la presión sa~guinea y la presión oncótica (resultado de las presiones osmótica e hidrostática del medio circundante) que se le opone en sentido inverso; dicho gradiente se establece gracias al contenido de proteínas de la sangre. Otro factor importante que afecta la filtración es la permeabili­ dad de las paredes capilares, que en el caso del glomérulo es 50 veces mayor que la de los capilares del músculo esquelético; sin embargo todos los fi 1 tros por definición son selectivos. En general deja pasar las pequeñas moléculas (Aprox. de 4 a 7 nm de diámetro) y retiene las grandes; aunque éste proceso puede ser afectado por la carga eléctrica de las moléculas. 13 Por último la filtración también depende del área disponible para ello, que en total (2 millones de glomérulos en cada individuo) proporcionan una superficie de filtración de casi 5000 mm2• Sin embargo bajo ciertas circunstancias, algunas hormonas o enzimas pueden producir constricción en los capilares, reduciéndolos, y por tanto variando el área total e inclusive la permeabilidad de los mismos. El filtrado glomerular está constituido por gran cantidad de agua y cont..iene además azúcares, aminoácidos, sales, desechos nitroge­ nados y otras sustancias disueltas en una concentración similar a la de la sangre; sin embargo difiere de ella principalmente por la ausencia de elementos celulares (glóbulos rojos, blancos y plaquetas) y proteínas, que no son filtradas. El promedio de filtrado glomerular en un adulto normal es apróximadamente de 125 ml por minuto, osea 18@ Lt al día, lo que representa cerca del 10% de la sangre que pasa normalmente por el riñón (125@ ml/min). Es evidente que ~1 filtrado glomerular (18@ Lt/díaJ no es igual a la cantidad de orina excretada (1 a 2 Lt al día) pues si éste fuera el caso, el cuerpo pronto se deshidrataría. Por consiguien­ te, la mayor parte del volúmen de filtrado debe reabsorverse y regresar al torrente sanguíneo. En el cuadro 1 se presentan las concentraciones de algunos componentes en el plasma sanguíneo, filtrado y orina. En cuanto a los cambios significativos de la circulación general del individuo, éstos no se reflejan por cambios semejantes en la presión sanguínea del glomérulo, pues como se ha mencionado, el 14 riñón posee un mecanismo de autorregulación que mediante la contracción y relajamiento de los músculos lisos de las arterio­ las, mantienen la presión sanguinea renal más o menos constante permitiendo por consiguiente un ritmo constante de filtración. FILTRADO, DESPIIES DE PASAR POR LA CAPSULA DEL GLO- RESORBIDO tDEL SUBSTANCIAS PLASHA HERULO FILTRADO) ORINA Agua 188,868 188,868 178,881-179,888 1,888 - 2,188 (188 litros} (188 litros) t178 - 179 litros) (1 - 2 litros} Proteínas 7,888-9,888 18 - 28 1' -28 8 Cloruro (Cl-J 638 638 625 5 Sodio (Ni J 548 548 537 3 Bicarbonato (HCO3-, 388 . 388 299.7 8.3 Glucosa 188 188 "" · 188 6 Urea 53 53 28 25 Potasio fK+J 28 28 24 4 Acido Urico 8.5 8.5 7. 7 8.8 Creatinina 1.4 1.4 8 1.4 t Todos los valores, con excepción del agua, en g/2f h; se en111eran las substancias en orden decrececiente de concentración plasaática, CUADRO 1. Algunos componentes del plasma, filtrado y orina y su concentración en un periodo de 24- horas. (Todos los valores en gms., excepto el agua). 1.2. 5-.2 REABSORCION TUBULAR. A medida que el filtrado glomerular pasa por el túbulo renal desde la cápsula de Bowman, gran cantidad de agua y parte de sus materiales disueltos son reabsorvidos continuamente a través de las paredes del túbulo hacia la sangre de los capilares circun­ dantes (capilares peritubularesJ. El proceso de reabsorción es 15 bastante selectivo ya que unas sustancias son reabsorvidas en mayor proporción que otras. La reabsorción se da en mayor medida en la porción proximal del tubo, mientras que en el asa de Henle y el tubo distal, parte del fi 1 trado remanente se reabsorve y a la vez se descargan los desechos. Sustancias como la glucosa, los aminoácidos, el bicarbonato, suelen teóricamente reabsorverse por completo; el agua es reabsorvida en un 9@ a 99% y otras sustancias como el Na y el Cl, son parcialmente reabsorvidas. La reabsorción del agua, que se da en un 75% a nivel del túbulo proximal, se efectúa básicamente por ósmosis. Los iones Na son reabsorvidos pasivamente en gran cantidad en el tubo proximal, mientras en el resto del tubo se reabsorven mediante un proceso de transporte activo al ig~al que el ácido úrico, ascórbico, sulfatos y probablemente una cantidad mínima de creatinina. La glucosa es reabsorvida totalmente por transporte activo secundario (difusión facilitada) al igual que los aminoácidos. La urea es reabsorvida, en cantidad mínima, parece ser que por difusión, puesto que su concentración aumenta en el filtrado, conforme el agua es reabsorvida. La concentración final de la urea en la orina es cerca de 6@ a 8@ veces mayor que en el plasma o en el filtrado glomerular. 16 EL K y el Cl están relacionados a la reabsorción de Na y su movimiento se da sobre todo en las porciones posteriores del ~ túbulo. La porción distal del tubo y el asa de Henle también desempeñan las funciones de reabsorción, pero a diferencia del tubo proximal no se da en ellos una reabsorción masiva, sino que en menor grado y de forma más selectiva, de acuerdo a las necesidades del organismo; ya que, el asa y el tubo distal, están sujetos a diversos mecanismos hormonales de control que actúan como sistema regulador, afectando la reabsorción, como respuesta para ajustar los excesos o deficiencias en el medio interno. Así por ejemplo, la hormona antidiurética Vasopresina, altera la permeabilidad de ... los túbulos distales y colectores, provocando reabsorción de agua a esos niveles. Otros efectos reguladores incluyen la acción de varias hormonas esteroides como la aldosterona que altera la reabsorción del Na en el túbulo distal, etc. Si la concentración de alguna de las sustancias. en la sangre y por consiguiente en filtrado glomerular excediese un cierto nivel umbral, el mecanismo de la reabsorción del material dado no se completaría en el tiempo durante el cual el filtrado pasa por el túbulo y como resultado la sustancia aparecería en la orina. Pero ésto puede deberse principalmente a fallas en otros_ procesos corporales, y no a una falla renal, como es el caso de la enfermedad diabetes mel 1 i tus la cual ocasiona una presencia anormal de glucosa en la orina. 17 ,. 1.2.5.3 SECRECION TUBULAR. Este proceso consiste en que desde la sangre varias sustancias son transportadas hacia el fi 1 trado mediante un mecanismo de transporte activo efectuado por las células del túbulo, similar al de la reabsorción, excepto en la dirección y especifidad de los materiales transferidos. La secreción tubular contribuye a la función excretora del nefrón, al extraer de la sangre los productos de desecho, y también colabora directamente a la regulación del PH sanguineo (7.3 a 7.5). · Los cambios finales en la composición y volumen de la sangre, se efectúan principalmente en el asa de Henle y en el túbulo ... convoluto distal, al llevarse a cabo, según el sistema de control hormonal, una posterior reabsorción del agua del filtrado y de varias sustancias disueltas y, por otro lado mediante la secreción tubular hacia el filtrado, de ciertos materiales de desecho incluyendo iones Potasio e Hidrógeno, Amoniaco y algunos aniones débiles. En la Fig . . 1. 4 se presenta un esquema que resume el proceso de formación de la orina y los cambios de su osmolalidad (concentra­ ción) en las diversas partes del nefrón. El cuadro 1 presenta el manejo renal promedio de algunos componentes del filtrado. En efecto, son las células que componen las paredes del túbulo las responsables del doble tráfico entre el filtrado y la sangre de los capilares circundantes. Por un lado, la mayor parte del agua y de los materiales indispensables, son reabsorvidos desde el fluido tubular y reintegrados al torrente sanguineo. Por otro, . sustancias adicionales, la mayoria desechos, son removidos de la 18 sangre por la secreción tubular y agregados al filtrado concen­ trado el cual luego ha de ser convertido en orina. También hay sustancias que son excretadas al medio exterior entre los túbulos y los capilares peritubulares, pasando a formar parte del liquido intersticial. Túbulo proximal Túbulo distal Más /J' lso• hipo· osmolar osmo-o o lar "' l 3 H20 o Na·c1· m ., Na• HCOj Hipo· osmo --- lar 1.a --cotte --- t -- 1 -~éó\l\a 1 Na• H20 c1· !so- osmo· Hiper· lar osmolar H 2 0 Hiperosmolar Asa de Henle Conducto colector Fig. 1.4 Cambios en la concentración de la orina, en diversas partes de la nefrona. 19 ·¡ 1.2.5.4 EXCRESION DE AGUA. El promedio de volumen urinario por día es aproximadamente 1.5 Lt., sin embargo la misma carga de solutos puede ser excretada en un volumen de orina diario mucho menor, alrededor de 0.5 Lt., con una alta concentración de solutos; o bien, en un volumen mucho mayor que el promedio, hasta más de 20 Lt., con una concentración de solutos muy baja. Partiendo del conocimiento de que los glomérulos filtran diariamente alrededor de 180 Lt., se puede notar que por lo menos el 85% del agua filtrada es reabsorvida, aún cuando el volumen de orina sea de más de 20 L t. ( 20 L t. representa el 12% del filtrado obtenido diariamente), además, la reabsorción del resto del agua filtrada puede variar sin afectar la excresión total de solutos. Esto significa que cuando la orina es concentrada se retiene más agua que solutos, y cuando la orina es diluida, el cuerpo pierde o desecha gran cantidad de agua con relación a los solutos. Ambos hechos tienen gran importancia en la economía del organismo y en la regulación de la concentración de los fluidos corporales. La Fig. 1.4 puede servir de guia para comprender el proceso de excreción de agua en cada área y el consecuente cambio de osmolalidad que sufre el liquido tubular a lo largo del nefrón y tubo colector; proceso que a continuación se describe. _ 1 J TUBULO PROXIMAL. Muchas sustancias son transportadas hacia afuera del filtrado en el túbulo proximal, por lo que el agua difunde pasivamente del túbulo a lo largo de gradientes osmóticos 20 creados por el transporte activo de los solutos, mantenién­ dose la isotonocidad del filtrado. Cuando éste alcanza el extremo del tóbulo proximal se asume que el 60 a 70% de solutos y el 70% de agua han sido sustraídos. 2) ASA DE HENLE. HECANISHO DE CONTRACORRIENTE. El mecanismo de concentración de lo que luego será la orina, depende del mantenimiento de un gradiente de osmolaridad entre el filtrado tubular y el espacio intersticial. Este gradiente existe debido a que las asas de Henle operan como multiplicadores de contracorriente gracias a su disposición anatómica. Un sistema de contracorrrénte es un sistema en el cual el flujo de entrada corre paralelo a, en contra de, y en intima proximidad al flujo de sal ida por determinada distancia. El mecanismo de contracorriente que se lleva a cabo en el asa de Henle opera de la siguiente forma: cuando el filtrado llega a la porción descendente del asa, es isotónico respecto al plasma, esta rama descendente es relativamente impermeable a los solutos, pero muy permeable al agua, en consecuencia el agua se desplaza al intersticio y la concentraclón de solutos en el 1 iquido tubular aumenta notoriamente conforme este desciende, volviéndose hiperosmo­ lar. La rama ascendente delgada es relativamente impermeable al agua pero un poco permeable a los solutos, de los cuales difunden por gradiente de concentración principalmente Na y Cl hacia el 1 iquido intersticial. En la rama ascendente gruesa que es relativamente impermeable al agua y a los 21 solutos, un acarreador se encarga de transportar activamente Na y con el, difunde también el Cl, tornándose el filtrado cada vez más diluido, hasta que cuando alcanza el túbulo distal, es hipotónico con respecto al plasma. Este mecanismo puede resumirse en el hecho de que a pesar del notable incremento en la osmolaridad del filtrado conforme desciende en el asa, al regresar por la rama ascendente, va alcanzando de nuevo su concentración inicial hasta volverse hipotónico. Durante el paso del filtrado por el asa de Henle se extrae aproximadamente otro 15% del agua filtrada, con lo que casi el 2@% del filtrado inicial entra al túbulo distal. _. , 3 J TUBULO DISTAL. El · túbulo distal es relativamente impermeable al agua pero no a los solutos y al extraerse cierta parte de éstos, por ejemplo Na, cuya reabsorción es variable y _regulada por la aldosterona, se diluye aún más el liquido tubular. La reabsorción de agua en este segmento se produce por intervención de una hormona antidiurética y generalmente se sustrae hasta un 5% del agua filtrada, conservándose siempre baja osmolaridad del filtrado. 4J TUBULOS COLECTORES Los tubos colectores se extienden desde la corteza renal, en donde recogen a los túbulos distales de todos los nefrones, 22 y se internan en la región medular hasta la pelvis renal, conduciendo el 1 iquido tubular desde el nefrón hasta la pelvis (Fig. 1.3). La permeabilidad del agua de estos tubos, depende casi por completo de la cantidad de hormona antidiurética vasopresina que actúe sobre ellos. En presencia de suficiente vasopresi­ na el agua sale de la solución hipotónica que proviene de los túbulos distales, al intersticio de la corteza y por lo tanto el liquido tubular se hace isotónico. De esta forma se extrae hasta el 5% del agua filtrada. El liquido pasa a la parte de los tubos colectores que atraviesan la médula, en donde se reabsorve otro 4% o más del filtrado, produciendo una orina muy concentrada. En los h~manos la osmolalidad de la orina puede llegar a ser de 1400 mosm/Lt., casi 5 veces la osmolalidad del plasma, absorviéndose alrededor del 99% del agua filtrada, de la cual aparece menos del 1% en la orina. En ausencia de vasopresina, el epitelio del tubo colector es relativamente impermeable al agua, reabsorviéndose tan sólo alrededor del 2% del liquido filtrado. Por lo tanto, el liquido permanece hipotónico y fluyen grandes cantidades de él a la pelvis renal, causando una osmolaridad de la orina tan baja como 30 mosm/Lt. Es importante mencionar que la orina se está formando continuamente en las 24 horas, con un flujo aproximado de 0.7 a 1 ml/min; simultáneamente está siendo transportada por los tubos colectores y posteriormente por el uréter hasta la vejiga en donde es almacenada por algunas horas, para ser 23 luego excretada. 1.2.5.5 LLENADO DE LA VEJIGA. La orina en cada riñón, es transportada por los tubos colectores hasta la pelvis renal, en donde pasa al uréter. Este, mediante contracciones peristálticas constantes (1 a 5 veces por minuto) del músculo liso que lo forma, lleva la orina hasta la vejiga, donde entra en brotes sincrónicos con la onda peristáltica. Los uréteres provenientes uno de cada riñón, entran oblicuamente en la parte dorsal de la vejiga y aunque no existen propiamente esfinteres ureterales, su entrada oblicua forma un pliegue que actua como válvula, manteniéndolos cerrados, excepto durante las ondas peristálticas, impidiendo de esta forma el regreso de la orina desde la vejiga. 1.2.5.6 HICCION. La vejiga está formada por músculo liso, el cual está dispuesto en forma de haces espirales, longitudinales y circulares. La configuración de este músculo, que se denomina músculo detrusor, es principalmente la responsable del vaciamiento de la vejiga durante la micción. A la vejiga llegan diversas fibras nerviosas, las cuales contro­ lan el momento en el que se ha de llevar a cabo la micción. La micción es fundamentalmente un reflejo espinal facilitado e inhibido por los centros cerebrales superiores y, como la defecación está sujeta a facilitación e inhibición voluntarias. 24 La orina entra a la vejiga sin producir mucho incremento en la presión vesical, además el músculo que la compone posee conside­ rable elasticidad, produciéndose apenas un ligero incremento en la presión hasta que la vejiga se llena. La primera necesidad de orinar, en un adulto, puede sentirse con un volumen de orina de 15@ ml; cuando hay un volumen cercano a 3@@ ml se produce una contracción refleja pero la micción puede inhibirse voluntaria­ mente por cierto lapso de tiempo. Con aproximadamente 4@@ ml hay una sensación notable. de plenitud. Durante la micción, cierta parte de los músculos y el esfínter externo se relajan, el músculo detrusor se contrae y la orina sale a través de la uretra. En cuanto al inicio de la micción voluntaria, todavía no se conoce bien como se produce. 1.2.6 SINTESIS DE LA FUNCION DEL SISTEMA RENAL. Junto al proceso general de formación y excresión de la orina se ven involucradas ciertas funciones importantes como: A. Regulación de los niveles de agua y fluidos corporales y su adecuada concentración. B. Regulación de los niveles de Na, K, Ca, Fosfatos, Sulfatos, Carbonatos, Proteínas, etc. en la sangre. C. Regulación del nivel de acidez fpHJ de la sangre y fluidos corporales fequi 1 ibrio ácido-base) pues no sólo excreta 25 iones hidrógeno y sales amoniacales; sino que primero el exceso de ácido es neutralizado en el mismo tejido renal. D. Funciones endocrinas, las cuales son 1 levadas a cabo por los riñones en combinación con el sistema nervioso, siendo responsables de la secresión de ciertas hormonas en la sangre: D.1. Producción de un factor eritropoyético renal que ayuda a la maduración de glóbulos rojos y cuya inhibición produce anemia. D.2. Producción de la enzima renina de la cual se genera angiotensina 11, que produce vasoconstricción aumentan­ do la tensión arterial. D.3. Producción de 1.25 dihidroxicolecalciferol que ayuda a la transformación de vitamina D, necesaria para la absorción de calcio; entre otras. 1.2. 7 COHPOSICION DE LA ORINA. El volumen de orina producido y excretado por el adulto normal, va desde 75@ mi hasta 25@@ mi en 24 horas. El promedio considera­ do es de 15@@ mi. Su pH varia entre 4.6 y 8.0. La cantidad de orina formada y algunas de sus características están regidas por varios factores incluyendo consumo de agua, pérdida de ésta por otros medios (piel, actividad muscular notable en volumen pulmones, intestinos), dieta, metabolismo, y aún estados emocionales. La variación (y composición) de la orina, refleja una 26 amplio márgen en la capacidad del riñón para regular el volumen y composición de la sangre y otros fluidos corporales. La orina recién expulsada comunmente es clara, de color ámbar. Su color se debe a varios pigmentos en conjunto llamados urocromo que provienen de la desintegración de la hemoglobina. La orina consiste ordinariamente de 95% de agua y 5% de sólidos disueltos. Por cada litro de orina se encuentran aproximadamente unos 5flJ gramos de sólidos, de los cuales más de la mitad son componentes orgánicos y el resto sales inorgánicas. Normalmente no existen proteinas. ... Entre los componentes orgánicos sólo la urea constituye la mitad de los sólidos aproximadamente 2flJ gm por litro de orina. A la urea le sigue la creatinina que proviene del metabolismo muscu­ lar; su concentración es de 1.5 gm por litro de orina. Otro componente principal es el ácido úrico que se encuentra en una cantidad de flJ. 5 gm por 1 i tro. También se hayan en pequeñas cantidades otras sustancias orgánicas incluyendo productos de la desintegración de la hemoglobina, vitaminas hidrosolubles y ciertas hormonas. La mayor parte de las sales inorgánicas son las inclujdas en la dieta como los cloruros de sodio y potasio, cuyas cantidades excretadas dependen de las ingeridas. El promedio de cloruro de sodio en la orina es de lflJ gm por litro y el de cloruro de potasio es de 3 gm por 1 i tro. También se pres en tan pequeñas cantidades de sulfato, fosfato, amoniaco, ca 1 cio y magnesio. Además Ia orina contiene ordinariamente residuos de cobre, cobalto, cinc, manganeso, yodo, fluor, plomo y mercurio. 27 1.3 TRANSTORNOS DE LA FUNCION RENAL. - El conocimiento de aspectos básicos de la anatomía y fisiología del sistema renal, permite una mejor comprensión de ciertas anormalidades que pueden darse en el funcionamiento del mismo y sus efectos en el organismo. Las enfermedades de los riñones y de las vías urinarias son muy diversas; algunas enfermedades genéricas comunes son: a) La Glomerulonefritis: Se refiere en forma general a las inflamaciones renales que incluyen ataque a los glomérulos. Los glomérulos se inflaman y sus membranas se vuelven muy permeables, permitiendo que pasen al filtrado ciertas sustancias que no corresponden. Si esta alteración se vuelve permanente se dará una insuficien­ cia renal. b) La Nefrosis: Es un término referido a las enfermedades renales general­ mente degenerativas. En múltiples ocasiones causa acumula­ ción de agua y sales en el organismo provocando edema. Si es detectada a tiempo y se administran los fármacos adecuados, puede ser reversible, de lo contrario, el daño puede volverse permanente. Existen también otras enfermedades de tipo vascular, tubular, otras causadas por tóxicos, por anatomía patológica, etc. pero que no serán objeto del presente estudio. 28 1. 3.1 DIAGNOSTICO DE ENFERMEDADES RENALES. En muchas ocasiones los signos clínicos externos no bastan para poder diagnosticar con precisión el síndrome o la enfermedad renal que el paciente padece y por lo mismo no puede indicársele un tratamiento adecuado; entonces se vuelve necesario recurrir a métodos de estudio alternativos como los análisis clínicos de laboratorio, principalmente de orina y sangre, pruebas de ultrasonido (ecografía), radiografía abdominal, pielografía y biopsia, y llevar un minucioso historial del paciente. Cierto número de signos clínicos y hallazgos de laboratorio son comunes a muchas enfermedades renales. Es frecuente que en pacien·tes con padecimiento renal se presenten manifestaciones como: presencia de constituyen tes a norma 1 es en 1 a orina ta 1 es como proteínas, células sanguíneas, cálculos, etc.; pérdida de la facultad de concentrar o diluir la orina, retención de orina, producción reducida de orina, etc. Uno de los síndromes frecuentes e importantes que los pacientes con anormalidades renales pueden llegar a padecer es el de Insuficiencia Renal, que se define como un estado de grave deterioro de la función renal. 1.4 INSUFICIENCIA RENAL. Existen dos tipos de insuficiencia renal: la Insuficiencia Renal Aguda, que es potencialmente reversible y la Insuficiencia Renal Crónica que se asocia a una reducción progresiva e irreversible de la función renal. 29 1.4.1 INSUFICIENCIA RENAL AGUDA. Ea insuficiencia renal aguda se define como un rápido deterioro de la función renal, suficiente como para producir una acumula­ ción de residuos nitrogenados (tóxicos) en el organismo; como ya se ha mencionado, es potencialmente reversible si se trata a tiempo y generalmente se manifiesta por una reducción transitoria del filtrado glomerular, la cual se produce casi siempre por una inflamación aguda pero temporal del glomérulo y en menor grado de los túbulos; además suele acompañarse de un aumento en el nitrógeno ureico y la concentración de creatinina en sangre. También es frecuente que se presente una excresión reducida de orina, condición llamada oliguria, sin embargo esto no es general. ... Las causas de esta insuficiencia pueden ser diversas, entre las principales están: a) Disminución de la presión de perfusión renal, pudiera ser por insuficiencia o anomalía cardiovascular. bJ La obstrucción de las vias urinarias debido a la formación de cristales, cálculos, tumores, coágulos, etc. cJ Enfermedades e infecciones renales, nefrosis, etc. 3t?J glomerulonefritis, 1.4.2 INSUFICIENCIA RENAL CRONICA. En contraste con la destacada capacidad del riñón de recuperar su función tras las diversas formas de lesi6n renal aguda con el oportuno y adecuado tratamiento, las lesiones de naturaleza más mantenida o asociadas a la pérdida permanente de nefronas, suelen no ser reversibles, sino que progresan inexorablemente a insufi­ ciencia renal crónica. La reducción de la masa de nefronas es compensada por un aumento en la carga funcional de las nefronas que quedan. Esta "adapta­ ción" resulta en una maladaptación, puesto que la sobrecarga funcional las conduce en última instancia a su propia destruc­ ción. El impacto final de la reducción grave de la masa de nefronas es la pérdida total de la función renal y una alteración de la función de prácticamente todos los sistemas del organismo. El término que generalmente se aplica al síndrome el ínico de grave pérdida de la función renal es el de Uremja. Al inicio se dió este nombre debido a la presunción de que las anomalías que se ven en los pacientes con insuficiencia renal crónica eran el resultado de la retención en sangre de urea y de otros productos finales del metabolismo que normalmente se excretan en la orina. Sin embargo actualmente se sabe que el estado urémico no sólo implica la retención de los constituyentes normales de la orina en la sangre, sino que se ven alteradas además de la función excretora, muchas funciones metabólicas y endocrinas del organis­ mo apoyadas normalmente por el riñón. Por lo tanto el término Uremia se emplea para referirse en sentido general a todo el conjunto de signos y síntomas que se asocian a la Insuficiencia Renal Crónica. 31 Puede ser dificil diferenciar entre la insuficiencia renal aguda y la crónica, pues los sintomas y hallazgos de laboratorio generalmente son comunes, sin embargo la principal caracteristica de la insuficiencia renal crónica es la reducción del tamaño renal, que puede ser detectada por abdominal o pielografia; si el tamaño ecografía, radiografia de los riñones no se percibe reducido puede ser necesaria diagnóstico, además la insuficiencia avanzada da lugar a trastornos de órganos. la biopsia renal para el renal crónica en etapa la función de todos los No se pueden insuficiencia precisar todas renal crónica, las causas que llegan a producir pero pueden mencionarse algunas conocidas como: a) Enfermedades vasculares como la hipertensión. b) Enfermedades glomerulares continuas de origen inmunitario y muy difíciles de analizar. c) Transtornos tubulares hereditarios. d) Infecciones prolongadas de las vias urinarias. La uremia, organismo, como ya se mencionó, afecta a muchas funciones del inclusive desde las más básicas funciones celulares como es el transporte de iones a través de las membranas celulares, lo cual al volverse defectuoso, altera la integridad del volumen y la concentración de los fluidos corporales y células, y esto conlleva a que muchos procesos mayores también se vean afectados. 32 Entre los efectos de la uremia sobre la función total del organismo pueden mencionarse: a) Alteraciones en el balance hidrico, electrolítico y ácido­ básico, produciendo edema, hipocalcemia, etc. b) Alteraciones endocrinas y metabólicas como alteraciones del crecimiento y desarrollo, emfermedades óseas, esterilidad y disfunción sexual, entre otras. c) Alteraciones cardiovasculares y pulmonares como hipertensión arterial, edema pulmonar, etc. d) Alteraciones neuromusculares como fatiga, cefalea, paráli­ sis, letargia, calambres musculares, convulsiones, etc. e) Alteraciones hematológicas e inmunológicas, comunmente anemia, leucopenia, aumento de susceptibilidad a infeccio­ nes, etc. f) Alteraciones gastrointestinales como nauseas y vómito, gastroenteritis, úlcera péptica, hemorragia gastrointesti­ nal, hepatitis, etc. g) Alteraciones dermatológicas, entre ellas, palidez, prurito, escarcha urémica, etc. Aunque algunos trastornos son completamente irreversibles e inclusive no dejan de progresar, · en las últimas décadas la incidencia y gravedad de estos trastornos ha sido modificada mediante tratamientos modernos principalmente la aplicación de la 33 diálisis, ayudando en gran medida a que las manifestaciones evidentes y floridas de la uremia desaparezcan, y el paciente pueda prolongar su vida en mejores condiciones de salud. 1.5 TRATAHIENTO DE LA INSUFICIENCIA RENAL. En las últimas décadas, la diálisis y el transplante se han convertido en formas eficaces de prolongar la vida de los pacientes con insuficiencia renal. El tratamiento a la insufi­ ciencia renal aguda varia respecto al dado a la insuficiencia renal crónica, debido a la naturaleza irreversible de esta última. El tratamiento de la insuficiencia renal debe iniciarse en el momento en que se detectan las primeras complicaciones y no hasta que el paciente este completamente grave. En lo posible se deben evitar las complicaciones avanzadas de la uremia mediante un tratamiento precoz. 1.5.1 TRATAHIENTO CONVENCIONAL. Inicialmente se somete a los pacientes a tratamiento conservador, basado principalmente en la modificación de la dieta y el suministro de medicamentos adecuados que ayuden a controlar los síntomas, reducir al mínimo las complicaciones, impedir las secuelas de la uremia a largo plazo y detener el avance de la insuficiencia renal. 34 En los pacientes con insuficiencia renal aguda debe hacerse todos los esfuerzos por corregir cualquiera de las componentes reversi­ bles que agravan la alteración renal y en general es importante controlar la enfermedad a fin de evitar complicaciones que pudieran acelerar la pérdida de nefronas. Mientras se le proporcionan las medidas conservadoras, es necesario preparar al paciente con un programa educativo en el que se le explique las posibilidades de una posterior insuficien­ cia renal y las diversas formas de tratamiento de que se dispone. Cuanto más sepan los pacientes sobre la hemodiálisis, la diálisis peritoneal y el transplante, más adecuadas podrán ser sus decisiones y su aceptación. Casi siempre después de un tratamiento conservador, los pacientes necesitarán hemodiálisis, diálisis peritoneal y aquéllos que padecen de insufiencia renal crónica pueden requerir un trans­ plante de riñón a partir de un donante familiar o cadáver. 1.5.2 DIALISIS. Aqui se agrupa a los tratamientos basados en la difusión de sustancias quimicas a través de una membrana semipermeable como método para remover los desechos del metabolismo y el exceso de fluidos del cuerpo del paciente . Existen dos tipos de diálisis: la hemodiálisis y la diálisis peritoneal. Ambos tratamientos suelen aplicarse por medio de sesiones periódicas. Con respecto a pacientes que padecen de insuficencia renal aguda, dada la naturaleza reversible de ella, 35 pueden requerir el apoyo de la diálisis al menos por una tempora­ da mientras recuperan su función renal. Pero los casos de insuficiencia renal crónica ya sean candidatos a un transplante renal o no, una vez que comienzan a ser tratados con diálisis, dependen de ella, unos mientras están en espera del transplante, los demás, de por vida. 1.5.2.1 HEHODIALISIS. Este tipo de diálisis se basa en el filtrado de la sangre mediante un dispositivo extracorpóreo llamado riñón artificial o filtro dializador. A través de éste se hace pasar un flujo constante de sangre y al otro lado de la membrana semipermeable que posee, una solución limpiadora de diálisis, removiendo las sustancias indeseadas de la sangre en forma similar a la filtra­ ción glomerular. El acceso a la circulación del paciente se logra a través de una fistula arterio-venosa que se crea o se coloca previamente en el paciente y por la cual se extrae e introduce la sangre durante el tratamiento, formando un circuito cerrado. El equipo lo componen un sistema de bombeo de la sangre, el sistema de suministro de la solución de dializado y el filtro o riñón artificial donde se lleva a cabo la diálisis. La mayoría de los pacientes requieren de 9 a 12 horas de hemodiá­ lisis por semana, distribuidas uniformemente en varias sesiones. 36 1.5.2.2 DIALISIS PERITONEAL. Esta consiste en la inyección de solucion dializadora a través de una punción en la pared abdominal (peritoneo) del paciente, para lavar su cavidad peritoneal y extraer los tóxicos acumulados. Para llevar a cabo este tratamiento, en forma periódica permanen­ te, se requiere que al paciente le sea colocado un catéter peritoneal especial de manera fija, que facilite el acceso a la cavidad peritoneal. La retirada de liquido en este tipo de diálisis es a través de las capas del peritoneo y se logra mediante la utilizacion de una solucion de diálisis especial, de determinada concentración, como agente osmótico. Existen dos formas de diálisis peritoneal: la Diálisis Peritoneal Cíclica Continua fDPCCJ y la Diálisis Peritoneal Ambulatoria Continua fDPACJ. La primera, también llamada intermitente, se realiza en sesiones periódicas relativamente largas, cuya duración es de 24 a 36 horas, tiempo durante el cual, manualmente o mediante un equipo ciclador, se le proporciona al paciente un dializado en ciclo continuo. La diálisis peritoneal ambulatoria continúa a diferencia de la cíclica continua, se lleva a cabo continuamente mientras los pacientes realizan su actividad ambulatoria normal. Para ello, el paciente se introduce liquido dializador en la cavidad perito­ neal, cierra el catéter, sigue sus actividades normales, y cada 5-8 horas vacía su cavidad peritoneal y reemplazan la solución de dial izado. Este tipo de diálisis no se real iza por sesiones 37 periódicas, sino en forma continua y permanentemente. Para esta técnica se emplean pequeños contenedores de dializado, general­ mente de 2 litros, con lo que se obvia la necesidad de un equipo de diálisis. La diálisis peritoneal, al menos la modalidad cíclica, por requerir largos periodos de tiempo para el tratamiento, dificulta a los pacientes desarrollar sus actividades normales; por otra parte la de tipo ambulatorio, aunque supera esta dificultad, requiere de mucho cuidado y disciplina en la calidad de vida del paciente. En general, la diálisis peritoneal causa relativamen- te mayor desgaste fisipo del paciente que la hemodiálisis, pues la retirada de liquido conlleva una pérdida considerable de proteínas; ademas, es frecuente que en estos pacientes se produzca peritonitis. Sin embargo, la diálisis peritoneal se suele utilizar en los casos de pacientes con problemas cardiacos u otros, para los cuales no es indicada la hemodiálisis. También muchos pacientes que no pueden se·r absorvidos en los programas de tratamiento de hemodiálisis suelen mantenerse con diálisis peritoneal, predominando el uso de la modalidad ambulatoria. En los pacientes que son tratados con cualquier tipo de diálisis es normal que se presenten ciertas complicaciones principalmente derivadas de situaciones urémicas que no revierten. 1.5.3 TRANSPLANTE. El transplante representa la medida más adecuada de tratamiento para los pacientes crónicos; pero antes de adoptarla, debe hacerse un buen estudio acerca de los beneficios y los riesgos 38 que ello implicaría para el paciente en particular. Por una parte el transplante precoz, antes de que el paciente se agrave, suele contribuir al restablecimiento de la función renal normal, pero por otro lado, esta medida también puede considerar­ se como último recurso ante el fracaso del tratamiento conserva­ dor y cuando no hay ningún elemento recuperable de la función renal y la condición del paciente es tal, que no se le puede mantener confortable con otros métodos de tratamiento. Nunca debe optarse por el transplante como medida para intentar recuperar a los pacientes que han fracasado con la diálisis; más bien, es frecuente que los pacientes selecionados para transplante, sean tratados con diálisis mientras esperan que aparezca un donante adecuado. Para que receptor un transplante tenga mayor probabilidad de éxito, el debe estar libre de complicaciones extrarrenales peligrosas para su vida como el cáncer o enfermedades cerebro­ vasculares; además la edad fisiológica, más que la cronológica, suele ser una limitante, pues los riesgos de la operación y del tratamiento farmacológico posterior, son más altos en personas que pasan de 1 os 6@ años, por 1 o que son mejores candi da tos pacientes jóvenes, siendo absorvido el resto de ellos, general­ mente en los programas de diálisis, ya que ésta tiene menor morbilidad que el transplante en pacientes ancianos y en aquellos con las complicaciones médicas mencionadas. El riñón donado puede ser de un cadáver o de un donante volunta­ rio vivo relacionado sanguineamente con el receptor. Para la selección del donante es importante que si está vivo, se encuen­ tre en buenas condiciones de sa 1 ud y su órgano no presente 39 ninguna anormalidad, y si es un cadáver, que su órgano no presente neoplasias malignas, debido a la posible transmisión de cáncer al receptor. Antes de llevar a cabo un transplante es necesario realizar en el receptor una serie de pruebas de tipaje tisular, inmunológicas, etc. a fin de garantizar cierta compatibilidad y el grado de rechazo que pueda esperarse hacia el injerto. Además, los pacientes después de ser sometidos a un transplante, deben seguir fielmente un tratamiento farmacológico de tipo inmunosupresor para que el porcentaje de pérdida del injerto por rechazo, sea mínimo y el riñón funcione bien durante un periodo lo más largo posible. 4@ CAP ITIJLO I I MAQUINA DE HEHODIALISIS 2.1 INTRODUCCION. Desde las primeras décadas de éste siglo los problemas de insuficiencia renal así como otras enfermedades con alto grado de mortalidad, se han constituido en un reto para las ciencias médicas y la ingeniería. Gracias a esta preocupación y en consecuencia, al avance en la tecnología médica, han podido desarrollarse mejores técnicas de investigación clínica y equipos de tra tami en to, que en el caso de 1 as enfermedades rena 1 es crónicas han ayudado a prolongar la vida de los pacientes, manteniéndolos en condiciones considerablemente normales. En base a las funciones que llevan a cabo los riñones en la formación de la orina, como son la filtración, reabsorción y secresión. dadas gracias al establecimiento de gradientes de concentración a traves de las membranas tubulares, se comenzaron a desarrollar, alrededor de los años 5~, dispositivos con materiales y configuraciones especiales, que bajo ciertas condiciones de manejo creadas por equipo de apoyo, y el uso de soluciones especial es, pudieran efectuar funciones s imi 1 ares. Así, aparecieron los primeros modelos de riñones artificiales en los cuales se hacia pasar la sangre .en tubos especiales arrolla- ., dos en forma de bobina ( Fig. 2.1 J. Este se sumergía en un depósito dentro del cual un volumen fijo de solución de diálisis 41 lo bañaba, 1 levándose a cabo de esta forma un intercambio de iones con la sangre (Fig. 2.2). Fig. 2.1 Riñón artificial de tubos, tipo bobina . -.. . · ... -··: 6DM8-. l>E.· C~tU~MION 1 . C:01"\p,t,Cl,Ttl"\~ - - l)liL ·FII.TRO . · ·. so~~c,oí-a · OE l)\ALISIS. Fig. 2.2 Sistema de baño del filtro con solución de diálisis. 42 Después de varios modelos apareció el riñón o fil tro de fibras ------- - huecas, que es el más usado en la actualidad, en el que el -- ---- ---~---- material de la membrana semipermeable, está dispuesto en miles de fibras capilares a través de las cuales circula la sangre, mientras que el dializado circula por el exterior del grupo de fibras, realizándose a través de ellas el intercambio iónico con la sangre fFig. 2.3). Entrada de! Salida del liquido ~~~~ de diálisis -Cubierta Salida de sangre Fig. 2.3 Filtro o Riñón Artificial de fibras huecas. Sentido de los flujos. 43 En cuanto a los sistemas y equipo que constituyen propiamente a la máquina de hemodiál isis, el más popular es el Sistema RSP, Recirculación de Un Solo Paso, en el que la solución de diálisis usada es continuamente desechada y sustituida por nueva; sistema que aún se utiliza. Los principios físicos utilizados en el filtro dializador {riñón artificial) y en el equipo auxiliar {máquina de hemodiálisisJ son los mismos desde el inicio, es el avance de la tecnología y su aplicación para el monitoreo y manejo de las condiciones en que debe efectuarse la diálisis, lo que ha contribuido a que el tratamiento sea más seguro y eficiente. 2.2 TRATAMIENTO DE HEHODIALISIS. El tratamiento de hemodiálisis consiste, en términos generales, en la limpieza y regulación de electrolitos de la sangre. El proceso se basa en el acceso a la sangre del paciente por medio de una fistula arteriovenosa previamente colocada en éste. Para el tratamiento, se conecta a la fistula un set de tubos descartables especiales por los que ha de circular la sangre del paciente, la cual es extraída por la máquina con un cierto caudal (volumen por unidad de tiempo), 'generado por una bomba peristál­ tica. La circulación de la sangre a través del circuito cerrado formado por la tubería, permite que ésta no tenga contacto con el exterior evitando cualquier contaminación. Luego, la sangre circulante, se ha~e pasar a través del filtro dializador, llenando las múltiples y minúsculas fibras huecas 44 que conforman la cámara interna del dispositivo. Simultáneamente, 1 a máquina se encarga de hacer 11 egar a 1 a denominada cámara externa, porción del filtro que rodea a las fibras huecas, 1 .. , solución de diálisis previamente preparada a partir del concen­ trado, y con la adecua.da temperatura y velocidad. Dentro del riñón artificial se produce el intercambio de iones entre la sangre y la solución de diálisis a través de la membrana semiper­ meable de las fibras huecas, gracias a que se establece un gradiente de concentración entre los electrolitos de la sangre y los del baño de diálisis, y a la aplicación de cierta presión al dializador. Como el paciente no es capaz de producir orina, y en consecuencia eliminar el exceso de fluidos, la mayoría de veces al ingerir líquidos y retenerlos, se produce un aumento en la hidratación de las células y con ello un aumento de peso, por lo que pese a la filtración de tóxicos que experimenta la sangre en el dializador, se vuelve necesario extraer además el exceso de liquido retenido. ésto, también puede 1 levarse a cabo en el fi 1 tro dializador mediante el proceso conocido como Ultrafiltración, que consiste prácticamente en la succión del exceso de líquidos de la sangre, creada por la aplicación de presión negativa al filtro. La función de ultrafiltración representa una modalidad opcional en el trabajo de la máquina y es monitoreada por un flujómetro. El proceso de la hemodiálisis se realiza continuamente con el volumen de sangre y de solución que se encuentran en el dializa­ dor en cada momento. A medida que la sangre va siendo dialisada, sale del filtro por la sección de la tubería que sirve de retorno al paciente y es devuelta a la circulación de éste mediante la fistula. Simultáneamente, la solución de diálisis "usada", va 45 saliendo del filtro para ser desechada a través del drenaje. 2.2.1 DIAGRAMA DEL PROCESO. PACIENTE ,- - MAQIÚINA ll>E HEMODIA~ISIS 1 1 . . . . . . . . . . . DRENAJE I . 1 1 1 L __ _ PACIENTE FLUJO DE SANGRE --, 1 R I §o~ I FILTRO¡ 1 ___ __J 46 BAÑO DE DIALISIS FLUJO DE SOLUCION 2.3 HAQUINA DE HEMODIALISIS BASICA: DIAGRAMA DE BLOQUES. En base al proceso de hemodiálisis descrito, pueden identificarse las funciones esenciales que la máquina ha de realizar mediante sus dos componentes básicos y el filtro dializador: 1. MODULO SANGUINEO. Impulsa el flujo sanguíneo al sistema extracorpóreo en forma continua, desde el paciente hacia el fi 1 tro dializador y viceversa, a la vez que controla ciertos parámetros en el manejo de la sangre que brinden seguridad al paciente. 2. MODULO DE FLUIDOS. Prepara la solución de diálisis en las condiciones adecuadas requeridas, a partir de la mezcla de concentrado de diálisis y agua, y la suministra en forma continua al filtro dializa­ dor, a la vez que desecha la solución usada hacia el drenaje. FILTRO DIALIZADOR. Dispositivo especial que actúa como riñón artificial, ya que gracias a su configuración y material, permite que se realice la diálisis de la sangre (hemodiálisisJ, en conjunto con la máquina. Las primeras máquinas de hemodiálisis que aparecieron, estaban formadas por unos pocos elementos con los que lograban efectuar el tratamiento, de forma considerablemente exitosa. En realidad, para realizar una hemodiálisis basta que los módulos sanguíneos y de fluidos cuenten al menos con una bomba de sangre, un sistema que prepare y caliente adecuadamente la solución de diálisis, y puede incluirse un sistema de presión; además, el filtro dializa- 47 dor. Sin embargo es importante no sólo que el proceso pueda efectuarse, sino que sea eficiente y lo más seguro posible para el paciente, a fin de evitarle cualquier riesgo o complicación posterior debido al uso de máquina. Por ello es que se ha dado un constante desarrollo de nuevos modelos de máquinas, que han ido adicionando elementos importantes a sus sistemas,· hasta obtenerse equipos de hemodiálisis altamente sofisticados. Para 11 evar a cabo el tratamiento de hemodiálisis se requiere además de la máquina, de otros elementos externos complementarios como el filtro dializador, la solución de diálisis, el set de tubos descartable, la fistula arteriovenosa del paciente, asi como también un sistema de tratamiento, o al menos un proceso de fi 1 trado, del agua que se suministra a la máquina para su operación. MAQUINA DE MEMODIALISIS Modulo de san~e eomba de 5Qn~ Pot·1ente Modulo de Fluidos Fig. 2.4 Diagrama de bloques de una Máquina de Hemodiálisis basica. 48 2.4 MODULO DE SANGRE DE LA MAQUINA DE HEHODIALISIS. El elemento básico de este módulo es la Bomba d~ ~a_ngre; sin embargo también es importante para la seguridad del paciente el sistema detector de burbujas en sangre, y es frecuente que el módulo este provisto de un monitor de presión sanguínea, princi­ palmente venosa. Otros elementos que se incluyen en este módulo son una válvula de cierre de la linea venosa y una bomba para la inyección de heparina. Para que la sangre sea conducida por la máquina hasta el filtro, se necesita de la fistula arteriovenosa del paciente, asi como del set de tubos descartable por los que ella ha de circular. A continuación se describen brevemente estos accesorios, complemen­ tarios al funcionamiento del módulo sanguíneo. aJ FISTU.f..,A _ARTERlOVENOSA. Consiste en un conducto protésico colocado subcutáneamente o creado quirúrgicamente, con el fin de unir un vaso sanguíneo principal arterial {usualmente la arteria radia en el antebrazo) con uno venoso cercano, para facilitar una amplia circulación de sangre del paciente en ese punto y alcanzar un nivel de presión al to, adecuado para poder impulsar la sangre a través del sistema {tubos y filtro) y poder realizar el proceso de hemodiálisis fFig. 2.5). bJ SET DESCARTABLE DE PACIENTE. Consiste en un set de tubería plástica especial descartable, que consta de dos partes: la secciono linea arterial, cuyos extremos se conectan uno a la fistula del paciente, y el otro a la entrada de sangre arterial del dializador, pasando 49 2.4.1 ----..... ------~-- uqµ¡ ~~~~~T ~,:!• MJ'ERIA AAl)IAl., Fig. 2. 5 Fistula Arteriovenosa artificial. previamente a través de la bomba de sangre. La otra sección del.set es la linea venosa, la cual es conectada a la salida de sangre del dializador; esta linea posee una recámara de goteo, que generalmente también la posee la linea arterial, la cual permite monitorear la presión sanguínea, para el caso la presión venosa. El otro extremo de la linea venosa es conectado a la fistula, constituyendo el camino de retorno para la sangre, desde el filtro dializador hasta el paciente. BOHBA DE SANGRE. La función principal de la Bomba de sangre es impulsar la sangre que se extrae del paciente, a través del circuito cerrado que forma la tubería, y regresarla nuevamente a él, manteniendo un flujo de sangre controlado y consistente. 5@ La Bomba de sangre es una bomba de tipo peristáltico fpulsanteJ, cuyo diseño permite mover la sangre a través del sistema extra­ corpóreo en una forma segura y consistente. 2.4.1.1 FUNCI ONAHI ENTO. La tubería que conduce la sangre se introduce en el cabezal de la bomba, el cual posee dos rodillos aplanadores opuestos que al moverse comprimen el tubo en forma sincrónica contra la pared de la extructura externa, empu_jando la sangre hacia la dirección deseada fFig. 2.6). Uno de los rodillos comienza a presionar el tubo antes de que el rodillo contrario termine su compresión de bombeo. Esto asegura un continuo movimiento de la sangre hacia adelante, y proporciona una suave pulsación al flujo de la misma. El volumen que se mantiene a través del sistema, tubos y filtro, es de aproximádamente 3@@ ce, el cual es continuamente desplazado gracias a la presión sanguínea dada por el paciente y al funcio­ namiento de la bomba. La oclusión de la tubería descartable sin que la sangre tenga contacto directo con las partes móviles de la bomba, protege la sangre de contaminación y a las células sanguíneas de sufrir daño mecánico. La velocidad de la bomba de sangre puede variarse conforme se varíe la alimentación elétrica de la misma. Usualmente se dispone de una escala de velocidades comprendida entre 1@@ a 4@@ ml/min, con variaciones de 25 a 5@ ml/min entre cada nivel de velocidad. Sin embargo el flujo sanguíneo deseado depende tanto de la 51 velocidad de la bomba como del diámetro de la tubería, por lo que los fabricantes recomiendan el uso de un tipo de set descartable standard, y además existe información sobre el uso de otros descartabl es. La bomba de sangre en la mayoría de los casos puede ser manejada en forma manual para retornar al paciente la sangre que pudiera haber quedado en el circuito, en el caso de que el tratamiento (el bombeo) haya sido interrumpido súbitamente al presentarse alguna anormalidad. 2.4.1.2 CALIBRACION. En las máquinas modernas la bomba no requiere mayor ajuste de la oclusión del tubo, pues los rodillos están montados en una estructura que posee un resorte que les hace presión contra el marco en el que girarán (spring-loaded), entonces de acuerdo al diámetro del marco y al introducir la tubería, los rodillos comprimen el resorte cierta longitud, manteniendo el tubo ocluido. Si durante el bombeo la oclusión del tubo no es completa, se creará un flujo turbulento indeseable en ambas direcciones en el espacio del tubo que no está siendo completamente aplastado, y en consecuencia el flujo de sangre deseado no será exacto y puede haber daño en las células sanguíneas. Por otro lado, tampoco es conveniente una presión excesiva sobre la tubería. 52 \ llN~A PARA HEPARINA. Fig. 2.6 Bomba de Sangre. 53 2.4.2 DETECTOR DE BURBUJAS. El detector de burbujas de aire es un mecanismo de seguridad en el sistema sanguíneo extracorpóreo. Ya que el corazón funciona en forma análoga a una bomba, impul­ sando la sangre a través del sistema circulatorio, no puede existir dentro del sistema espacio sin sangre, como lo es una burbuja, pues interferiría en el trabajo de bombeo y podría ocasionar serios daños cardiacos; por ello es importante en el tratamiento de hemodiálisis, que la sangre que va siendo retorna­ da al paciente después de ser dializada, no contenga ningún elemento de aire que pudiera haberse generado en el filtro. 2.4.2.1 OPERACION. El - detector de burbujas de aire en sangre es usualmente de tipo óptico o de tipo ultrasónico, siendo este último el de mayor preferencia en la actualidad. En forma general el detector está conformado por un elemento emisor y otro · elemento sensor, y su operación se basa en que la linea venosa del set pasa a través de ellos al conducir la sangre hacia el paciente. En los detectores de tipo óptico, la señal generada es usualmente una emisión de luz infrarroja la cual atraviesa la sangre, y de acuerdo a que exista o no alguna burbuja, varia la cantidad de luz · recibida por el fotodetector. En los ultrasónicos, los transductores son cristales. El emisor, es hecho oscilar a alta 54 frecuencia emitiendo un haz de ultrasonido que se propagará a través de la sangre y será sensado por el otro cristal. Si hay aire presente en la sangre, la señal no se propagará, y no habrá recepción, produciéndose una alarma. El dispositivo detector de aire o burbujas en las·máquinas, suele estar ubicado en el recorrido de la linea venosa, permitiendo que pase a través de él la parte que sigue a la recámara de goteo de la tubería. Esta recámara sirve muchas veces como trampa de burbujas, lo cual ayuda a evitarlas, pero cuando alguna burbuja pasa la recámara sin ser atrapada, el detector se encarga de sensarla. El funcionamiento del detector además de sensar burbujas y producir una alarma audible y/o visual, suele actuar en sincronía con ciertos mecanismos de la máquina como el cierre de la válvula de la linea venosa, y el apagado automático de la bomba de sangre, con lo que se detiene por completo el tratamiento, para que la burbuja pueda ser eliminada y el proceso sea reestablecido de forma segura. Los elementos detectores de burbujas suelen ser de gran sensibi­ lidad, sin embargo las burbujas muy pequeñas, que no se conside­ ran de alto riesgo para el paciente, no alcanzan a ser sensadas. 2.4.3 SISTEMA SENSOR DE PRESION SANGUINEA. Este sistema se encarga de sensar la presión sanguínea del paciente, venosa o arterial, presente en las recámaras de goteo de las lineas del set descartable; además suele poseer un 55 mecanismo de seguridad que activa una alarma y a la vez, inte­ rrumpe el tratamiento de diálisis al detener la bomba de sangre. En los primeros modelos sólo era sensada la presión venosa, mediante la conexión directa de un manómetro a la recámara de goteo. En máquinas recientes pueden sensarse, y presentarse, ambas presiones, venosa y arterial, medidas mediante transducto­ res de presión, a los cuales se conecta la linea de monitoreo que posee la recámara de goteo del set descartable. La señal obtenida del transductor es procesada y presentada en un indica­ dor de presión. El sistema sensor de presión sanguínea usualmente posee alarmas de baja y alta presión venosa y baja presión arterial como una protección al paciente, de sufrir daño en sus vasos sanguíneos; ya que dichas alarmas son activadas cuando hay una obstrucción o una desconexión en alguna parte del circuito sanguíneo. 2.4.4 VALVULA DE CIERRE DE LA LINEA VENOSA. La válvula de cierre de la linea venosa, conocida también como válvula clamp, es una válvula de seguridad, tipo solenoide, que generalmente actúa en sincronía con el mecanismo de paro de la bomba de sangre, cerrando el paso a la sangre que retorna al paciente cuando se da una alarma. La válvula se abre manualmente para reestablecer el flujo. Puede haber válvulas clamp o también llamadas pinzas electromag­ néticas para ambas lineas sanguíneas; ubicadas, una, al inicio del trayecto de la linea arterial, después de que ésta sale del 56 paciente; y la de la linea venosa se ubica después del detector de burbujas, como último paso por donde pasa la tubería venosa antes de retornar al paciente. La tubería del set descartable debe fijarse dentro de la válvula y ésta debe permanecer abierta durante el proceso (Fig. 2.7). t>etech>r de 6urhujos enSan~rt Valvula de c.'t,rre LuteQ Ve"'6SCL ------+-""""',,,,.. ..... Fig. 2.7 b ir-ecc.iC:"' Pª'"ª t1.b"°''" \a \/alvvl4.. Válvula o Pinza para el cierre de la linea venosa. 57 2.4.5 BOMBA DE HEPARINA. La bomba de heparina es un accesorio que poseen las máquinas de hemodiálisis modernas, con el fin de ayudar a evitar la coagula­ ción de la sangre circulante a través del circuito de paciente. 2.4.5.1 FUNCIONAMIENTO. La bomba de heparina permite la inyección controlada de heparina al flujo sanguino, después de que éste pasa por la bomba de sangre, a través de una linea que posee el descartable para ese fin. La bomba de heparina puede ser de tipo peristáltica, similar a la de sangre, o de tipo de infusión mediante el uso de una jeringa; pero en cualquier caso posee un control del flujo ajustable, en una escala de @.5 cc/hra (o ml/hra) a 5 cc/hra, acorde a la variación de la velocidad del motor. La operación de la bomba suele estar en sincronía con los mecanismos de alarma que desactivan a la bomba de sangre. La selección de una velocidad determinada de infusión de hepari­ na, depende en gran parte de los parámetros sanguíneos del paciente. Por otra parte cuando se usa la bomba de heparina, la cantidad del anticoagulante debe ser suficiente para todo el periodo de tiempo que dura el proceso, usualmente de 3 a 4 horas. La inyección de la heparina también puede hacerse manualmente, una cantidad suficiente antes de iniciar el proceso, obteniéndose efectos similares (composición de heparina, anexo 2BJ. 58 2.4.6 DIAGRAMA DE FLUJO DEL MODULO DE SANGRE. . ¾:t ,.V ,R f!!.:====~ . 11 . ::!---... 11 -..."-. 11 · 11 11 - - - ), ~---------,·· · ~ ~- 59 2.5 HODULO DE FLUIDOS DE LA MAQUINA DE HEHODIALISIS. Los elementos básicos que conforman este módulo son un sistema de mezcla y suministro de solución de diálisis, un elemento calentador para la misma, y un sistema de control de presión negativa, para ayudar a que la diálisis se efectúe más eficiente­ mente-. Como elementos de seguridad importantes, es conveniente disponer de un monitor de temperatura, que generalmente actúa junto al calentador; un detector de fugas de sangre; y en el caso de que la solución la prepare automáticamente la máquina a través de bombas proporcionadoras, será adecuado un monitor de conductivi­ dad. 2.5.1 SISTEHA DE HEZCLA Y SUHINISTRO DE LA SOLUCION. En cuanto a la preparación de la solución a partir de la combina­ ción de concentrado y agua, existen dos alternativas: a Un tanque reservorio en el que manualmente se hace la dilución del concentrado con el volumen adecuado de agua. b. Dos bombas, una que succiona agua en forma proporcional a la succión del concentrado que efectúa la otra bomba, para obtener continuamente una solución correcta, durante todo el proceso. 6@ con la concentración a. TANQUE. Cuando se dispone de tanque 1 la mezcla de concentrado a partir del contenido de un envase1 en 34 partes iguales de agua3 (ver Anexo 2AJ se hace manualmente 1 lo que asegura una correcta concentración de la solución obtenida. Sin embargo 1 debido a la composición de la solución 1 que posee diversos · químicos 1 debe evitarse el asen tami en to de ellos por 1 o que se requiere una continua acción de mezclado1 que puede lograrse mediante un mecanismo de recirculación de la solución1 a través de una estrecha vía que retorna al tanque derivada de la tubería que conduce la solución desde el tanque hacia el filtro dializador. La solución es suministrada hasta el filtro dializador a través de la tubería mencionada por medio de una bomba impulsadora 1 que además puede utilizarce para la recirculación. La velocidad de suministro de la solución suele ser de 5@@ ml/min 1 valor fijo (recomendado por los fabricantes) que se considera adecuado para una efectiva diálisis de la sangre. b. BOMBAS DE AGUA Y CONCENTRADO. Cuando se dispone de bombas de succión para el concentrado y el agua 1 no se necesita ningún depósito de gran volumen para la mezcla. El concentrado es succionado directamente del envase original a cierta velocidad; mientras que la entrada de agua de la máquina se conecta al suministro de agua1 el cual la propor­ ciona con cierta presión y caudal1 parámetros que luego son regulados en el interior de la máquina para que la bomba de agua proporcione sólo el caudal requerido para la mezcla. 3Proporción indicada por los fabricantes de concentrado de diálisis. 61 Generalmente las máquinas con bombas de agua y concentrado, no poseen otra bomba adicional para impulsar la solución hasta el filtro dializador, pues la acción de ambas proporciona la energía suficiente para hacerlo. En este sistema de mezclado, como la succión de.ambas bombas es proporcional para obtener la relación de mezcla de 34 a 1, es convenient~ verificar que se mantiene la concentración correcta de la solución mediante un monitor de conductividad. 2.5.2 CALENTADOR. El elemento calentador se encarga de que la solución llegue al filtro dializador con la temperatura adecuada, usualmente 37ºC, lo que evita que la sangre se dañe y perjudique al paciente, también con ello se ayuda a que la diálisis se efectúe más rápido, debido al incremento de la actividad molecular con la temperatura, y en consecuencia se produzca una más rápida difusión en el filtro dializador. En las máquinas que poseen tanque para la mezcla, el calentador está situado en el trayecto que sigue la solución al salir del tanque con dirección hacia el dializador; así, la solución ya mezclada es calentada al pasar por el elemento calefactor. Si la solución es obtenida por la succión simultánea de las bombas, el calentador suele estar ubicado en la linea del agua, calentando a ésta antes de hacerse la mezcla. 62 2.5.2.1 OPERACION. El elemento calefactor es un calentador especial para fluidos, de gran potencia (usualmente entre 5fHJ y más de 1fHHJ watts), y trabaja junto a un transductor de con trol de tempera tura o en . ' ocasiones un termostato, el cual monitorea que el agua o solución que pasa por el calentador, alcanza la temperatura deseada, y ésta, pueda ser mantenida. La temperatura de trabajo es fija, calibrada aproximádamente a 37 grados C (98.6 grados FJ. Además del sensor que sirve para el control de la temperatura del calentador, es conveniente que otro sensor monitoree nuevamente la temperatura de la solµción antes de que ésta entre al filtro dializador, para asegurar que la diálisis se efectuará con solución a la temperatura adecuada, ya que en el trayecto desde el calentador pudo haber sufrido alguna variación. Este sistema de monitoreo consiste de otro transductor (generalmente termis­ torJ, localizado en el paso de la solución, cuya señal sensada es comparada con el nivel de temperatura nominal y si varia conside­ rablemente en un rango de± 3ºC, se activará una de las alarmas, de alta o baja temperatura, a la vez que se acciona un mecanismo que desvia el paso de la solución directamente hacia el drenaje, sin pasar por el dializador, lo que se conoce como By-pass. El elemento calefactor es desconectado solamente cuando la máquina detecta que no hay presencia de fluido, evitando con ello que dicho elemento se sobrecaliente y se queme. 63 2.5.3 SISTEMA DE PRESION NEGATIVA. Un elemento que contribuye a que la diálisis sea más eficiente es el sistema de presión negativa. Una cierta presión negativa generada usualmente por la succión de una bomba, es aplicada al dializador para ayudar a extraer de la sangre, p~incipalment~ el exceso de fluidos y con ello muchos tóxicos disueltos que difunden a través de la membrana. Normalmente, para un proceso de hemodiálisis no se requiere la aplicación de altas presiones negativas (valores más negativos que -1@@ mmHg), pues el principal responsable de que los tóxicos y los nutrientes difundan en la dirección esperada a través de la membrana, es el gradiente de concentración que se crea entre la solución de diálisis y la sangre. Sin embargo, con frecuencia los pacientes urémicos además de retener tóxicos acumulan fluidos en exceso, lo que se manifiesta en un incremento notable de · peso y en ocasiones, de volumen corporal, agravante que también debe ser contrarrestada con el tratamiento. En estas situaciones es en las que se vuelve particularmente útil el uso de una considerable presión negativa para succionar de la sangre el exceso de líquidos acumuladós y con ello los tóxicos disuel­ tos; modalidad de operación de la máquina denominada Ultrafiltra­ ción. A la presión total aplicada al filtro dializador se le conoce como Presión Transmembrana y corresponde a la suma de los valores absolutos de las presiones venosa, en el lado de la sangre (presión positiva, mayor de@ mmHg) y la presión aplicada en el lado del liquido de diálisis (presión negativa). El valor de la Presión Transmembrana suele conocerse como un valor de presión 64 negativa, generalmente entre 0 y -450 mmHg, pero en realidad representa que la presión en el lado de la solución es más baja que en el lado de sangre del dializador. Por ejemplo, si la presión venosa de un paciente es de +5@ mmHg y la presión negativa aplicada al liquido de diálisis es de ~15@ mmHg, la presión Transmembrana obtenida es -2@0 mmHg. 2.5.3.1 CONTROL DE LA PRESION NEGATIVA. La presión negativa que se aplica al filtro dializador es generada a partir de la succ_i."ón de una bomba, succión que se combina con una entrada variable de aire para obtener mayor o menor presión negativa, así, para presión negativa mínima la entrada de aire es máxima y viceversa. Dicha entrada de aire es controlada por una válvula que se regula de acuerdo a una escala de-presiones negativas, usualmente entre 0 y -400 mmHg, a la cual tiene acceso el operador. Este sistema suele tener un sensor de presión que activa una alarma en el caso de que la presión aplicada real varíe de la seleccionada o se exceda de ciertos limites e incluso se vuelva positiva. 2.5.4 DETECTOR DE FUGAS DE SANGRE. El detector de fugas de sangre en dialisate (solución de diálisis usada) es un mecanismo de seguridad que interrumpe la circula­ ción de la sangre a través del sistema extracorpóreo, deteniendo 65 la bomba de sangre, para evitar que el paciente pierda sangre a través de alguna fuga que pudo haberse creado en el filtro. Si por mala fabricación o defecto del filtro, se rompe alguna o varias de las fibras huecas por donde pasa la sangre, esta pasa a la solución y junto a ella sale del filtro, a ser drenada, causando una pérdida al paciente, pues ese volumen de sangre deja de retornarle. 2.5.4.1 OPERACION. El detector de fugas de sangre, sensa la presencia de sangre en la solución de diálisis a través de un mecanismo optoelectrónico ubicado en el trayecto que sigue el dialisate al salir del filtro, y consiste en una fuente de luz (usualmente infrarroja) que emite un haz, el cual atraviesa la linea de solución que fl~ye hacia el drenaje, y llega hasta el fotosensor. Si el haz es interceptado por sangre, su intensidad disminuye y el sensor activa una alarma y un mecanismo de paro de la bomba de sangre, suspendiendo el tratamiento para que el filtro pueda ser susti­ tuido. 2.5.5 MONITOR DE CONDUCTIVIDAD. Este sistema lo poseen las máquinas de hemodiálisis que preparan la solución mediante la succión de bombas de concentrado y agua. La función de este sistema monitor es medir la conductividad de la solución preparada que será enviada al filtro dializador, y 66 con ello asegurar que la concentración de la solución sea correcta. La conductividad de la solución se controla mediante la regula­ ción de la velocidad de la bomba de concentrado, la cual es normalmente calibrada para obtener la mezcla con las proporciones requeridas, 34 partes de agua por 1 parte de concentrado, lo que equivale a un valor de conductividad aproximádamente de 13.5 mS o milimhos. La conductividad de la solución también es afectada indirectamente por la temperatura. 2.5.5.1 OPERACION. El monitor de conductividad debe estar ubicado en el trayecto de la solución