KONU 02: DİYALİZİN FİZYOLOJİK PRENSİPLERİ
Diyaliz, bir A solüsyonunun solüt (çözünmüş madde) içeriğini, bu solüsyonu yarı geçirgen (semipermeabl) bir membran vasıtasıyla bir B solüsyonu ile karşılaştırarak değiştiren bir işlemdir.
Yarı geçirgen membran, porları yada delikleri olan bir kağıda benzetilebilir. Her iki solüsyonda bulunan su molekülleri ile düşük molekül ağırlıklı solütler, yarı geçirgen membranın porlarından geçerek birbirine karışırken, büyük solütler (proteinler gibi) membrandan geçemedikleri için membranın her iki yanında başlangıçtaki konsantrasyonlarında kalırlar.
Solüt Transport Mekanizmaları:
Membranın porlarından geçebilen solütler, iki farklı mekanizma ile taşınırlar; diffüzyon ve ultrafiltrasyon (konveksiyon).
A. Diffüzyon:
Diffüzyon ile solütlerin hareketi rastgele molekül hareketinin bir sonucudur. A solüsyonundaki bir solüt molekülü, hareket ettikçe zaman zaman membrana çarpar. Eğer bu solüt molekülü yeterli büyüklükteki bir membran poru ile karşılaşırsa, membrandan B solüsyonuna geçer. Aynı şekilde, B solüsyonundaki düşük molekül ağırlıklı bir solüt ters yönde A solüsyonuna geçebilir.
1. Konsantrasyon farkının önemi: Bir x solütünün A solüsyonundan B solüsyonuna ve tekrar geriye rölatif geçiş hızı, x solüt moleküllerinin membranın her iki yanına çarpma sıklığına bağlıdır. Çarpma sıklığı da, x solütünün membranın her iki tarafındaki konsantrasyonuna bağlıdır.
Yani; belli bir solüt için her iki solüsyon arasındaki konsantrasyon gradienti en yüksek değerde iken, o solütün A solüsyonundan B solüsyonuna net geçişi de en fazla miktarda olur.
2. Molekül ağırlığının önemi: Bir solütün molekül ağırlığı ne kadar fazla ise, yarı geçirgen bir membrandan geçiş hızı o derece yavaş olur. Bunun nedenleri hız ve büyüklük ile ilişkilidir.
a. Hız: Bir solüsyondaki molekülün hızı, molekül ağırlığı ile ters orantılıdır. Küçük moleküller hızlı hareket ettiklerinden membranla sık çarpışırlar, dolayısıyla diffüzyon ile membrandan geçiş oranları yüksektir.
Büyük moleküller membran porlarına kolayca uysalar bile, düşük hızda hareket edip membrana seyrek çarptıklarından membrandan yavaş geçerler.
b. Büyüklük: Bir solütün molekül ağırlığı büyüklüğü ile ilişkilidir. Bir solütün molekül büyüklüğü membran porunkine yaklaşır, hatta onu geçerse, membran kısmen ya da tamamen o solütün geçişini engeller.
3. Membran Direncinin Önemi:
a. Membranın kendisine bağlı membran direnci: Membranın solüt transportuna karşı direnci, membran kalın, porların sayısı az yada porları dar ise yüksektir.
b. Membrana komşu bölgelerdeki durgun sıvı tabakalarına bağlı membran direnci: Membranın her iki tarafındaki karışmamış (durgun) sıvı tabakaları, membran yüzeyindeki "efektif" konsantrasyon gradiyentini azaltarak diffüzyonu engeller.
B. Ultrafiltrasyon:
Yarı geçirgen membranlardan ikinci solüt transport mekanizması ultrafiltrasyondur (yani, konvektif transport).
Su molekülleri çok küçüktür ve tüm yarı geçirgen membranlardan geçebilir. Su, hidrostatik yada osmotik bir kuvvetle membranın içine doğru itildiğinde ultrafiltrasyon gerçekleşir.
Membranın porlarından kolayca geçebilen solütler su ile birlikte sürüklenirler, buna çözücü içinde sürüklenme denir. Bu şekilde çözücü (su) içinde sürüklenen solütler, membrandan itilen suya eşlik ederler.
1. Hidrostatik Ultrafiltrasyon:
a. Transmembran basınç: Hemodiyaliz sırasında, su (diğer küçük solütler ile birlikte) kan ve diyalizat kompartmanları arasındaki hidrostatik basınç gradiyentinin sonucu olarak, kandan diyalizördeki diyalizata geçer. Ultrafiltrasyon hızı, membranın her iki tarafındaki total basınç farkına (kan kompartımanındaki basınç çıkarılarak hesaplanan) bağlıdır.
b. Ultrafiltrasyon katsayısı (KUF): Bir membranın suya karşı geçirgenliği, ultrafiltrasyon katsayısı (KUF) ile ifade edilir. KUF, membranın iki tarafı arasındaki her bir mmHg basınç farkı başına, o membrandan bir saatte geçen sıvının mililitre cinsinden miktarı olarak tanımlanır.
2. Ultrafiltrasyonun solüt klirensine etkileri
Hemofiltrasyon ve hemodiyafiltrasyon: Diffüzyon ile bir solütün uzaklaştırılması onun büyüklüğüne bağlı iken, membran porlarından daha küçük maddelerin ultrafiltrasyon ile temizlenme hızları aynıdır.
Bu prensip, büyük miktarda ultrafiltrasyonun (övolemiyi sağlayacak miktarlardan daha çok) yerine koyma sıvısı ile eşleştirildiği hemodiyaliz tekniklerinin doğmasına yol açmıştır.
Solüt temizlenmesine önemli bir ilave olarak ultrafiltrasyonun kullanıldığı ekstrakorporeal tedavilere hemofiltrasyon veya hemodiyafiltrasyon (hemodiyaliz ile kombine hemofiltrasyon) denir.
C. Proteine bağlı maddelerin temizlenmesi:
Üremide, proteine bağlı maddelerin birikimi klinik önem taşır. Hemodiyaliz ile proteine bağlı toksinlerin uzaklaştırılması, plazmadaki "serbest" fraksiyon yüzdesine bağlıdır; ki bu diyalize maruz kalan toksin fraksiyonudur.
Proteine bağlı toksinlerin uzaklaştırılması, ayrıca, serbest fraksiyonun proteine bağlı fraksiyon tarafından ne kadar hızlı bir şekilde yerine konduğuna bağlıdır. Proteinlere sıkı bir şekilde bağlanmış , plazmadaki serbest fraksiyonu düşük olan toksinler, hemodiyalizle sadece gözardı edilebilir bir oranda uzaklaştırılırlar.
Aktif kömür ile hemoperfüzyon uygulandığında proteine bağlı maddelerin kan düzeyleri ileri derecede azaltılabilir, ancak bu filtreler uzun süreli rutin tedavilerde üreminin düzeltilmesi için kullanılmamaktadır.
Diffüzyon ve ultrafiltrasyonun klinik uygulamaları: diyalizör açısından solüt temizlenmesi
A. Diffüzyon
1. Hemodiyaliz devresi: Diyaliz solüsyonu, büyük oranda saflaştırılmış su ve buna eklenmiş sodyum, potasyum, kalsiyum, magnesium, klor, bikarbonat ve dextrozdan oluşur.
Üremik kanda biriken küçük molekül ağırlıklı atık ürünler diyaliz solüsyonunda yoktur. Bu nedenle, üremik kan ile diyaliz solüsyonu karşı karşıya geldiğinde, başlangıçta bu solütlerin kandan diyalizata akış hızı, diyalizattan kana geri akış hızından çok daha yüksektir.
Diyaliz sırasında konsantrasyon dengesinin oluşmasının engellenmesi amacıyla, kan ile diyalizat arasındaki konsantrasyon gradiyenti, diyalizat kompartmanını sürekli olarak taze kan ile replase etmek suretiyle maksimumda tutulur. Diyaliz solüsyonunun akış yönü, kan akış yönünün tersi yöndedir.
Karşıt yönlü akışın amacı, kan ve diyalizat arasındaki atık ürün konsantrasyon farkını, diyalizörün her yerinde maksimum düzeyde tutmaktır.
2. Diyalizörün tam kan klirensi: Diyalizörü terk eden kan, diyalizöre giren kana göre daha düşük konsantrasyonda atık ürün içerir. Eğer kan akımı akımı yavaşsa, çok az miktarda üre atılır.
Diyalizörün etkinliğini ve yaptığı işi belirtebilmek için, belli bir atık maddenin kan konsantrasyonundaki azalma yüzdesi, diyalizörden geçen kan akım hızı ile çarpılır; böylece, bir dakikada atık üründen tamamen "temizlenen" bir kan volümü elde edilir.
a. Eritrositlerin etkisi: Üre için eritrositlerin varlığı büyük bir sorun oluşturmaz, çünkü üre hızla eritrosit membranından içeri ve dışarı difüze olur.
Kreatinin ve diğer bir çok solüt için durum biraz daha karmaşıktır, çünkü bu maddelerin plazma ve eritrosit konsantrasyonları arasında hemen bir denge kurulamaz. Fosfat gibi diğer bir çok madde plazma ve eritrositlerde farklı konsantrasyonlarda bulunur.
Hematokrit yükselince, diyalizörün üre klirensinde önemsiz bir düşme olurken, kreatinin ve fosfor klirensleri azalır.
b. Kan akım hızının etkisi: Kan klirensinin kan akım hızıyla doğru orantılı olarak artar, ancak bu artış lineer değildir. Kan akım hızı arttıkça diyalizör üreyi aynı etkinlikte süzememektedir. ABD'de ortalama kan akımı 350-500 mlt/dk olarak uygulanırken pek çok Avrupa ülkesinde daha düşük kan akım hızları uygulanmaktadır.
c. Diyaliz solüsyonu akım hızının etkisi: Üre klirensi, diyaliz solüsyonunun akım hızına da bağlıdır. Daha yüksek bir diyaliz solüsyonu akım hızı, ürenin kandan diyalizata diffüzyonunun etkinliğini artırır, ancak bu etki genellikle çok fazla değildir.
Genelde diyaliz solüsyonu akım hızı 500 mlt/dk.dır. Eğer yüksek etkinlikli bir diyalizör kullanılıyorsa ve kan akım hızı 350 mlt/dk veya daha fazla ise 800 mlt/dk.lık bir diyaliz solüsyonu akım hızı üre klirensini yaklaşık % 12 artırır.
d. Diyalizör etkinliğinin etkisi: İnce, yüzey alanı geniş, geniş porları olan, kan ile diyalizat arasındaki teması maksimum düzeyde tutacak bir dizayna sahip yüksek etkinlikli bir diyalizör, düşük etkinlikli bir diyalizöre göre, atık maddeleri daha büyük oranda vücuttan uzaklaştırır.
Diyalizör kitle transfer alan katsayısı (KoA): Belli bir diyalizör için yüksek kan ve diyalizat akımlarında gözlenen maksimum klirenstir. Normal etkinlikteki diyalizörler, üre için 500-700 mlt/dk., yüksek etkinlikli diyalizörler 700 mlt/dk'nın üzerinde KoA değerine sahiptir.
e. Molekül ağırlığının klirense etkisi: Büyük molekül ağırlıklı solütlerin solüsyon içindeki hareketleri yavaş olduğu için membrandan diffüzyonları iyi değildir.
B 2 mikroglobulin gibi çok büyük moleküller standart (düşük akımlı) diyalizörlerden hiç geçemezler. Ancak "yüksek akımlı" (high-flux) membranlarda bu molekülün geçebileceği büyüklükte porlar vardır.
B. Ultrafiltrasyon:
Diyaliz sırasında ultrafiltrasyon, iki diyaliz arası dönemde alınan sıvının ya da besinlerin metabolizması sırasında oluşan suyun çıkarılması amacıyla uygulanır. Tipik olarak haftada 3 kez diyalize giren bir hasta, diyaliz arası dönemde 1-4 kg alır. Böylece klinik uygulamada ultrafiltrasyon gereksinimi genellikle 0,5 ile 1,5 lt/saat arasında değişebilir.
Diffüzyon ve ultrafiltrasyonun klinik uygulamaları: hasta açısından solüt temizlenmesi
Hemodiyaliz sırasında solüt temizlenmesinde üre hedef alınır. Üre, karaciğerde aminoasitlerdeki azottan amonyak üzerinden oluşur ve böylelikle de vücuttan azot içeren atık ürünlerin uzaklaştırılmasını sağlar. Üre, molekül ağırlığı 60 olan küçük bir moleküldür. Üre yapım hızı, protein yıkımı veya protein azotu ortaya çıkış hızı (PNA) ile orantılıdır. Stabil olan hastalarda PNA , diyetle alınan protein ile orantılıdır.
Diyalize bağlı olarak pre diyaliz BUN değerleri tipik olarak %70 oranında azalır. Böylelikle postdiyaliz BUN düzeyi prediyaliz değerin %30'u kadar olur. Takip eden interdiyalitik sürede BUN ilk diyaliz öncesi değerlere kadar yükselecektir.
Üre temizlenme indeksleri
1. Üre azalma oranı [Urea Reduction Rate(URR)]:
Diyaliz yeterliliğinin belirteçlerindendir. İdeali %70 ve üzeridir.
R= Postdiyaliz üre / Prediyaliz üre
URR= (1 - R) * 100
Örn: Prediyaliz üre: 100 mg/dlt Post diyaliz üre: 25 mg/dlt ise URR= [ 1- (Postdiyaliz üre / Prediyaliz üre)] * 100 URR= [ 1- (25 / 100)] * 100 URR= [ 1- 0,25] * 100 URR= 0,75 * 100 = % 75 bulunur.
2. spKt/V [Single - pool (tek havuzlu)] Kt/V:
Diyaliz yeterliliği konusunda yayınlanmış çalışmaların çoğunda spKt/V oranı üre temizlenmesinin ölçüsü olarak kullanılmaktadır. Haftada 3 HD tedavisi gören hastalarda 1,2 - 1,4, haftada 2 HD tedavisi görenlerde 1,4-1,6 hedeflenmelidir.
Yapılan çalışmalarda spKt/V 0,8 'den düşük olduğunda morbiditede artış görülmektedir.
SpKt/V'de K: diyalizör kan suyu üre klirensini (L/saat), t: diyaliz seansı süresini (saat), V: üre dağılım volümünü (L) ifade eder.
Dengelenmiş Kt/V (eKt/V) kavramı: Diyalizin bitiminden 30-60 dk. sonra üre reboundu (ürenin tekrar yükselmesi) gerçekleşir. Bu dönemde çıkış üre değeri bakılarak hesaplanan Kt/V'ye denir.
3. Damar giriş yolundaki resirkülasyon:
AV giriş yolundaki kan akımı normalde ortalama 800 - 1000 mlt/dk'dır. Bu akımın bir kısmını diyalizöre ileten kan pompasından ise dakikada 350-400 mlt/dk kan geçer. Normal çalışan AVF'de resirkülasyon oluşmaz. İstisnai olarak damar giriş yolu iğneleri birbirlerine çok yakın yerleştirilirse veya iğne pozisyonları tersine çevrildiğinde resirkülasyon oluşabilir.
Bazı fistüllerde ve iyi çalışmayan AV graftlerde, damar giriş yolundaki akım özellikle diyaliz sonuna doğru 200-450 mlt/dk'ya kadar azalabilir. Bu durumda, kan pompası damar giriş yolunun hem aşağı hem de yukarı akımından (arteriyel iğneye göre) kan çekmeye başlar. Yukarı akımın kısıtlı olması iki giriş iğnesi arasındaki akımın tersine dönmesine yol açar.
Böylece diyalizör çıkışından sonra kanın bir bölümü doku yatağından ilave üre toplamadan diyalizör girişine geri döner. Bu duruma resirkülasyon denir.
Diyaliz sonrası Üre tesbiti için kan alma tekniği: Alınan kan örneğinin hasta kanını yansıtabilmesi için kan pompası akım hızını kısa bir süre (10-20 sn) 100 mlt/dk.nın altına indirmek gerekir.
Resirkülasyon = [(Periferik üre - Arteriyel üre) / (Periferik üre - Venöz Üre)] * 100
4. Kardiyo-pulmoner resirkülasyon:
Geniş anlamı ile resirkülasyon; kanın diyalizör çıkışından sonra periferik, üreden zengin dokulardan geçmeden diyalizör girişine dönmesidir. Damar giriş yolu resirkülasyonu venöz ve arteriyel iğneler arasındaki kısa giriş yeri bölümünde oluşur. Kardiyo-pulmoner resirkülasyon ise kalp ve akciğerler arasında olur. Diyaliz sırasında diyalizörden çıkan temizlenmiş kan kalbe geri döner. Aortada temizlenmiş kan bölünür; bir kısmı dokulara ulaşarak biraz daha üre toplayacak olan giriş yolu olmayan arterlere gider, diğer bir kısmı da periferik kapiller yatakdan geçmeden direkt olarak damar giriş yolu ile diyalizöre geri döner. Diyalizör venöz giriş yolundan beslendiğinde kardiyopulmoner resirkülasyon oluşmaz.
5. Üre azotu yapım hızı ve nPNA (nPCR):
nPNA mortalitenin önemli bir belirleyicisi değildir (serum protein ve albumin kontrollü olduktan sonra). Genel olarak, beslenmenin kötü olduğunu gösteren düşük nPNA varlığında uzun süreli sonuçlar kötüdür. Yalnız düşük nPNA'nın kötü beslenmeye bağlı olduğunu söylemeden önce artmış anabolizma ekarte edilmelidir. Benzer şekilde, yüksek nPNA fazla protein alımından çok hiperkatabolizmaya bağlı olabilir.
6. Rezidüel renal fonksiyon:
Son dönem böbrek yetersizliği olan hastalardan belirgin residüel renal fonksiyonu olanların prognozu dah iyi olduğundan idrarı korumaya çalışmak ve SDBY böbreğine yönelik potansiyel hasarlara engel olmak (örn. Nefrotoksik ilaçların kullanılmaması, intradiyalitik hipotansiyonun en aza indirilmesi) çok önemlidir.