Membranes et Hémodialyseurs
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Membranes et Hémodialyseurs
Membranes et Hémodialyseurs H.Dkhissi CHM [email protected] Meknes INTRODUCTION Années 70 : - Cuprophan – Acétate de cellulose – AN69 - Polysulfone® (Amicon) Perméabilité hydraulique 2-6 ml/mn. - Pas de maîtrise de l’UF- circuit ouvert -Circuit fermé : Rhodial 75 Tps de dialyse ramené à 4h (72- Cambridge) Leuco-thrombopénie 15 mn, “First use syndrome” Années 80: Méthodes convectives Polysulfone®, polyamide®, PMMA® Polycarbonate, EVAL® Hypersensibilité (St louis) Biocompatibilité (GRENOBLE) Discussions sur les conséquences : SHRINKING men SD Amylose β 2 microglobuline (Marrakech 85) Immunité ↓ Aluminium …… Années 90 - Membranes cellulosique modifiées Hemophan, Di et Triacétate….., Excebrane®, Bioflux ….. → Amélioration de la biocompatibilité → Faible coût → Faible épaisseur : meilleure diffusion ↑β 2 : + génération - Synthétiques: → Pas d’activation du complément – Pas de leucopénie Faible thrombogenicité Epuration β 2 Adsorption →Pas de différence de survie Procédé de Fabrication Polymères utilisés Cellulose Polysulfone Polyamide ( PES+PA) Copolymère de l’AN Filage de la fibre creuse: Le polymère est dissout dans une solution+ adjuvant puis passage dans le SPINNERET Classification → Selon Matériaux → Selon perméabilité hydraulique / transfert de masse Membranes cellulosiques - cellulose régénérée : hydrophile (OH- COOH) Cuprophane : (+ 400M de séances) : - Dissolution de cellulose dans un bain d’ammonium et d’hydroxyde de Cuivre. - 5-8 µ épaisseur, 15-30 µ humidifiée Cellulose modifiée : neutralisation des OH. Acétate : Di et Triacétate de cellule. DEAE : Hemophan (1/60) + Polymères synthétiques : RC + PAN (ASAHI) RC + PEG (Polymère, caprin, ASAHI.) VIT E ( Excebrane - TERUMO) Membranes synthétiques : - Polymères synthétiques * Hydrophiles : Polarisation++, Hydrogel. - Polycarbonate (PEPC) : GAMBRANE (GAMBRO) - Ethylvinyl alcool EVAL ( Kuraray). * Hydrophobes : - Inerte (APOLAIRE) - Pas d’Hydrogel - Adsorbe les protéines - Epaisses – fragiles - Anisotropique et asymétrique Peau (1µ)↓ sur un support de mousse (30µ) Ajout du PVP sur Polymère synthétique - Polysulfone: (AMICON, FRESENUIS, R.SYSTEM) Forte perméabilité hydraulique Structure en mosaïque : absorption de la β2 ↓ Rétrofiltration - PEPA : ( NIKKISO ) Polysulfone avec plusieurs polymères Forte perméabilité hydraulique Coeff. de tamisage : 0.4- 0.7 - PEPA+PVP : ARYLANE ( HOSPAL et COBE) - Polyamide (polymère de polyamix) Polyflux L et H ( Gambro) - Polyacrilonitriles : - Non sulfonée (ASAHI) - Modifiée PAN- DX (ASAHI), SPAN (AK70) - Sulfonée AN 69S (HOSPAL) Structure symétrique, hydrogel, électronégative (Dépôt d’un gel à surface : AN69 ST, XT, XS) - PMMA : (TORAY) Indications : HD à haut débit HDF Mécanismes Diffusion Convection Osmose Adsorption Membrane Protéines Solutés Solutés libres + eau Eau et substances liées aux protéines Gradient Gradient Charge de de pression de pression Ionique concentration hydrostatique Osmotique de la membrane Gradient Propriétés des membranes 1- Transport : - Clairance des petites molécules - Clairance des moyennes molécules : synthétique HF> cellulosique - K uf ( lp) Low Flux = <10 ml/h*mmHg H. Flux = > 20 ml/h*mmHg - Diffusion - Convection Flux convectif / F. diffusif = Nbre PECLET β ≤ 0,03 diffusion ≥ 0,5 diffusion et convection - Transfert du phosphore : Diffusion ≠ aux autres ions Lié à la charge électrostatique, porosité, le rayon des pores et la tortuosité 2- Pores des membranes : (Porosimètre) La taille des pores = Porosité ε = r2 Ε x R2 = Lp (flux de filtration) Kuf Colmatage (FOULING) après utilisation Répartition gaussienne des pores Cœff. Tamisage = répartition / Nbre. Pores 3- Adsorption protéique β2, IgG, complément, facteurs de coag. Endotoxines EPO ETO (PMMA) 4- Charge électrostatique (potentiel ZETA) - cationique - anionique Type de la membrane Diamètre des pores (Angström) Ac. Cellulose 18 à 25 Bioflux® cellulose 50 à 90 Polycarbonate (PEPC) PMMA dialyse 22 20 à 29 PMMA hémofiltration 53 PAN 55 Polyamide 30 à 60 PMMA BK 100 Klein(J.Memb.Scien.1979) Morphological characteristics Polysulfone based Homogeneous sponge structure Resistance to diffusion Polyflux (Gambro) 3-layer structure Reduces resistance to diffusion Source: Advances in Chronic Kidney Disease 2011; 18:180-187 (DOI:10.1053/j.ackd.2011.02.006 ) Copyright © 2011 National Kidney Foundation, Inc. Terms and Conditions Potting surface may sometimes display undesidered particules... Polyflux H Very smooth potting surface, excellent precision of polyurethane cutting FX Clotting problems and hemolysis risks reported with FX : • particles • delamination at junction housing/potting • injection moulding design Structure de la fibre Helixone, Fresenius Nanotechnologie Régularité de la porosité Ronco C Kidney Int 2002; 61: 126-142 Surfaces Membranaires en AFM 1m 50 nm Max ht 1m Polyamix Mean roughness: 5 nm Helixone Mean roughness: 10 nm β 2- m Albumine (69 000 Da) (118 00 Da) Fréquence (p. 100 100) C A B Diamètre des pores (angströms) Représentation schématique du nombre de pores de différents diamètres par unité de surface dans trois types de membranes. A) faibles performances; B) hautes performances; C) nouvelles membranes à porosité optimisée. Source: Advances in Chronic Kidney Disease 2011; 18:180-187 (DOI:10.1053/j.ackd.2011.02.006 ) Copyright © 2011 National Kidney Foundation, Inc. Terms and Conditions PDe PSe Pse - Δπ Δπ PSe PDS Pss - Δπ Filtration Rétrofiltration Débit net de filtration positif avec rétrofiltration [(Pse- Δπ) - PDs] < [ (Pss- Δπ) - PDe ] QSe QSs QDS QDe Mécanisme de la filtration et de la rétrofiltration. L’ultrafiltration se produit lorsque (Ps – Δπ) >P D, tandis que la rétrofiltration apparaît lorsque (Ps- Δπ) < PD et s’annule lorsque (Ps- Δπ) = PD. Ps: pression du sang; PD : pression du dialysat; Δπ : pression oncotique du plasma. Ø µm 180 200 +22% 220 RT min/cm 35 38 40 clairance urée ml/min 150 153 +3% 155 ΔP B mmHg 44 29 -55% 20 VB cm³ 86 106 +49% 128 Effet de la variation du diamètre de la fibre creuse sur la perte de charge et le volume sanguin dans un dialyseur Ht(%) 20 30 40 clairance urée (ml/min) 159 158 156 Ø Optimal (µm) 200 220 240 valeurs optimales du Ø interne de la fibre creuse en fonction de l'hématocrite. (QB = 200 cm³ /min-QD = 500ml/min) QB (ml/min) 200 300 clairance urée (ml/min) 159 195 Ø optimal(µm) 200 225 Valeurs optimales du Ø interne de la fibre creuse en fonction du débit sanguin. (Ht =20% -QD = 500ml/min) Débit d’ultrafiltration (ml/min) Interrelations entre le débit d’ultrafiltration et la pression transmembranaire et influence du débit sanguin. 140 Qs 400 ml/min Solution aqueuse 120 100 Qs 200 ml/min 80 60 40 20 0 100 200 300 400 500 Pression transmembranaire (mm Hg) 600 Nombre Longueur Surface QUF JF fibres fibre(cm) m² ml/min ml.cm ml.cm--².min ².min--¹ 4000 8 0,21 35 1,67 5000 16,5 0,54 76 1,41 12000 10 1,53 104 0,68 surface* Ø fibre** Cl. urée Cl.β Cl. β2MG PTM Ø PB PBOPBO-Pdi m² µ(Lp) ml/min ml/min mmHg mmHg mmHg 0,55 175(221) 179 57 32 161 -50 0,7 200(143) 180 30 34 93 -20 0,8 250(87) 182 11 32 36 8,5 Membranes Pérméabilité hydraulique (ml/h.m2 . mm Hg) Coefficient de tamisage Inuline β2-m Albumine Sang bovin ou humain ( 5200 da) (11 800 Da) ( 69000 ) Amembris (B.Braun) 56 1.00 >0.8 <0.001 AN 69 ST (Hospal) 30 0.90 0.70** 0.01 BG U (Toray) 20 0.95 0* 0.001 CTA (Nipro) 16 1.0 0.90 0.01 Diapes (Membrana) 38 1.0 0.68 0.01 EVAL (Kuraray) 44 0.84 0.71 0.006 Helixone (Cx Fresenius) 33 1.00 0.80 0.001 HeprAN (Hospal) 30 0.90 0.70** 0.01 PEPA (Nikkiso) 40 1.00 0.90 0.01 Polyamix (Gambro) 40 1.00 0.70 <0.001 Polynephron (Nipro) 46 0.93 ND 0.002 Polyphénylène (Bellco) ND 0.90 ND 0.02 Purema (Membrana) 38 1.00 0.68 0.01 Rexbrane (Asahi) 42 ND 0.85 ≤ 0.002 TS-UL (Toray) 31 1.00 0.91 <0.01 Vitabrane (Asahi) 25 ND 0.70 ≤ 0.002 200 1.00 0.95 0.01 MBG Perte ALBUMINE selon Mb Dialyzer (Company) Membrane albumin loss (g/4h) EVODIAL 2.2 (Gambro) HeprAN 0.5 PMMA 0.6 XENIUM 210 (Baxter) Purema 0.6 FX 100 (Fresenius) Helixone 1.3 Toraysulfone 1.8 Helixone 2.5 Toraysulfone 4.9 Polyphenylene 6.1 Asahi polysulfone 8.6 Rexbrane 11.8 PEPA 15.5 BG 2.1 (Toray) TS 2.1 SL (Toray) FX 1000 (Fresenius) TS 2.1 UL (Toray) PHYLTER 22S (Bellco) APS 1050 (Asahi) REXEED 21 (Asahi) FDY 210 (Nikkiso) Albumin removal in HDF post-dilution A comparison of high-flux membranes Treatment conditions: QB 400 ml/min, QD 800 ml/min, Qs 25 L/session b2-microglobulin plasma level reduction varied from 67% to 83% Le Roy et al, WCN2009 36 Hémodialyseur Composant essentiel du traitement de suppléance extracorporel Interface milieu interne/milieu externe Zone échange patient/système épuration Interface sang/dialysat Rôle essentiel dans les échanges de matière Permet les transferts de masse de solutés Hémodialyseurs HÉMODIALYSE QDs = QDe + QFΔP QDe Qse – QFΔP = Q SS Qse HÉMOFILTRATION QFt Qse – QFΔP = Q SS QR = QFt – QFΔP Qse QDs = QDe + QF HÉMODIAFILTRATION QDe Qse – QFΔP = Q SS QR = QFt – QFΔP transfert de l’eau et des solutés par hémodialyse (A), par hémofiltration (B) et par hémodiafiltration (C). Noter les débits de sang, de dialysat, d’ultrafiltrat et du liquide de réinfusion. Se Se Ds Dialyseur Ultrafiltre UF Régénération de l’ultrafiltrat Ds F1 Dialyseur F2 Ss De Filtre à 0,45 µm Hémodiafiltration avec réinfusion du dialysat filtré De Ss Hémodiafiltration avec réinfusion de l’ultrafiltrat régénéré BIOCOMPATIBILITE 1- Réponse clinique - prurit, chaleur, céphalées, vomissements, Palpitations, fourmillements des extrémités, polypnée…… - choc anaphylactique - hypotension per dialytique :activation des cytokines → Acétate → Endotoxines 2- La biocompatibilité : - Membranes, Anti coagulation, du tampon, Dialysat, Qualité biomédicale des lignes, Les modes de stérilisation (CEC+ Générateur), Médicaments, Etat clinique du dialysé….. - Il n’existe aucun critère officiel biocompatible/ Bio immun 3- Réponses biologique : - Activation Cellulaire - Activation Proteique ( complément) → C3→C3a → C5a C5a : Anaphilatoxine → Neutropénie C3a : Marqueur d’activation (Evalue la génération de C5a) 3 catégories de membranes : *Faible activation : PSF, AN 69 *Moyenne activation : AC- cellulose, Hemophan, PAN,EVAL, PMMA *Forte activation : Cellulosique non modifié : Cuprophan Biocompatibilité Membranes, Anti coagulation, tampon, Dialysat, Qualité biomédicale des lignes, Les modes de stérilisation (CEC+ Générateur), Médicaments, Etat clinique du dialysé….. Il n’existe aucun critère officiel biocompatible/ Bio immun La Biocompatibilité Réponse clinique - prurit, chaleur, céphalées, vomissements, Palpitations, fourmillements des extrémités, polypnée…… - choc anaphylactique - hypotension per dialytique: activation des cytokines → Acétate → Endotoxines Réponse Biologique En dialyse on étudie couramment: ( Liste non exhaustive) Agrégation leucocytaire Activation du complément L’épuration de la β2 La génération ou non de cytokines : L’impact sur l’hémostase La relargage ou non de contaminant… Réponse Biologique Artificial Surface Direct cellular activation Protein Adsorption Complement Activation Activation of coagulations pathways Cell Adhesion Cell receptor up Or downregulation Clinical sequelae NA Hoenich dialysis therapy (p279-293) 1-Agrégation Leucocytaire CUP Acetate CUP HCO3 7 PC HCO3 6 5 4 3 2 1 0 PAN HCO3‾ 2-Activation du complément/Cytokine WL Henrich P.P of dialysis ( p 5-9) Activation du complément. % Fractional 400 300 200 100 0 CU EVAL PCM PMMA PAN PSF AV-69 Génération de C5a estimée après 15 min de dialyse avec sept membranes différentes. % fractional 400 300 200 100 0 CU EVAL PCM PMMA PAN PSF AV-69 Génération de C5a estimée après 60 min de dialyse avec sept membranes différentes. 3- Mb et β2. β 2 MICROGLOBULINE 11800 D Amylose, Fièvre. Adsorbée, générée, non épurée 50 40 30 % High Flux Membranes low Flux Membranes 20 10 0 18,9 9,1 12,7 -10 -20 -30 -40 24,3 38 47 -50 Psu F 60 PAN AN 69 Cell. Acet. PAN ASAHI Cuprophan Psu F6 Activation du complément/Cytokine WL Henrich P.P of dialysis ( p 5-9) La génération ou non de cytokine -IL 1 , TNFα Médiateurs polypeptidique synthétisé par les lymphocytes, les monocytes et autres cellules En dialyse: activation monocytaires IL1 : fièvre, ↓ appétit, sommeil, ↓ PA TNFα : Cachectine ; TNFβ : lymphotoxine. 3 F le taux que le sujet normal Monocytes, macrophages : Inflammation, Néo, infection, Endotoxines Lipolyse, ↑ résorption osseuse, ↑ IL1 et 6, Immun régulation ENDOTOXINE dans le dialysat : principal agent activateur de ces 2 cytokines Mb et réponse infl 4-Membranes et Endotoxines 5-Impact sur l’Hémostase Activation du Facteur XII ( Hageman) par les charges négatives de la mb en FXIIa Activation de la coag sanguine Prékallikréine Kalicreine qui hydrolyse le KHPM en Kinine: Bradykinine Vasodilatation Bronchospasme R. Anaphylactique AN 69 et IEC Réponse biologique Coagulation (Contact Phase) Activation complément Adhésion plaquettaire Hydrophobe Acceptor Hydrophiles Donor OH-Group Ionique Anionic Cationic Antithrombotiques Héparines bas poids moléculaires Enoxaparin: Lovenox® - Dalteparin: Fragmine® Nadroparine calcique: Fraxiparine® - Tinzaparine; Innohep® Héparinoides Danaparoid sodium (Orgaran®) Argatroban (Novastan®) Lepirudin (Refludan®) Antiplaquettaires Aspirine, Ticlopidine, Ticlid Inhibiteurs Gp2b3a : Clopidogrel, Plavix® Hirudine recombinante Prévention de la thrombose Antithrombotiques conventionnels Héparine standard, hép sodique, hép calcique Héparine fractionnée, HBPM Antithrombotiques non conventionnels Héparinoides de synthèse Citrate de sodium/Calcium Antiplaquettaires action immédiate, (Prostacycline, PGE2) Hirudine recombinante Antivitamines K Méthodes particulières Passivation du circuit (albumine humaine) Rinçage héparine ± rinçage périodique perdialytique Dialyseurs bioactifs HDF prédilution Importance du dégazage Clots Nephral ST PEI air air Blood PEI air Nephral ST air 6-Rétro filtration de contaminant - ETO : - Stérilisant gazeux - Toxique +++ - Immunogènes → AC anti ETO : IgE. IgG (ELISA) Toux, oppression thoracique, douleur lombaire - Autres : * Isopropyl myristate : Non toxique * Isocyanate : très toxique * Résidu de fibre 5-200µ * Cristaux polygonaux (5-20 µ) : Acides gras, Phtalates, BHT…….. * Dérivés cellulosique : BYSSINOSE - Bioincompatibilité Hémolyse Fragmentation Libération Histamine Leucotriénes Anémie Bronchoconstriction Vasodilatation Dégranulation Libération de récepteurs adhesion LTB4 Libération IL1, IL6 TNFa Thrombocytopénie Libération de Thromboxane et Prostaglandines ROS Lés. endothéliales Hypoxémie Libération ß2-M Inflammation Hypotension Catabolisme Stress oxydant EDRF-NO Endothéline Vasodilatation Thrombose Vasoconstriction Athérosclerose Bio-incompatibilité et conséquences cliniques Tolérance des séances de dialyse Morbidité et mortalité Amylose-ß2M Athérosclérose - Athéromatose Dénutrition ( MIA sd) Infection Anémie - Sensibilité rHu-EPO Positionnement des Membranes Biocompatible AN69ST Polyamix LF Polysulfones Low Flux Polyamix HF Polysulfones PMMA HF PMMA LF Triacetate Diacetate Hemophan Acetate Excebrane Cuprammonium - PEG Cuprophane Bio-incompatible High Flux Positionnement des Membranes Housing et polymères Polyflux H/L • Polycarbonate: • Mechanical resistance • Biocompatibility • Transparency FX • Polypropylene: • • • • Low resistance Opaque Less biocompatible Cheaper STERILISATION Stérilisation des différentes membranes Membranes polymères Rayon gamma ETO Vapeur Cuprammonium cellulose + + + Hemophan + + + Acetate de cellulose + + - Glass point 45° 45° C (+?) + - Glass point 80° 80° C PMMA + - (-) Polysulfone + + + ++ + - Hydrolyse Polyamide + + - Hydrolyse EVAL + + - Glass point 66° 66°C PAN Polycarbonate Problèmes ETO réservoir Comparaison des trois modes de stérilisation ETO Vapeur Rayon gamma Stérilisation à haute efficacité oui oui oui Dégradation de la membrane non oui oui Risque toxicologique oui ± ± Fresenius In-Line Steam Sterilization Steam Steam Carrousel Steam Steam es Fresenius claim that this method: • is very efficient • helps removing particles or bacteria Gambro Autoclave Steam Sterilization method: • is the one used by all manufacturers but Fresenius (as well as by hospitals) • is very reliable and validated: 121°C / 20mn, as recommended in Pharmacopeas • provides a real sterile product, with inner as well as outer sterility, unlike Fresenius (sterility only inside the filter) • provides the same benefits as Fresenius for biocompatibility, easy handling (dry filter) and no degradation of polymers • Additionally: • we also remove eventual production particles: • by pre-rinsing of the filter with hot sterile water, before sterilization • followed by a drying (to avoid any microbiological risk) Classification des Dialyseurs Classification Japon HPM Producteurs de dialyseurs PA/PAES Polysulfones (PES, PSU) PAES PEPA AN69 Gambro Hospal (PAES) Fresenius Asahi Braun Nipro, Baxter Bellco Allmed Helbio Nikkiso (PEPA) Hospal Toray Fibers produced by Membrana company PPMA EVAL Kuraray Hemostudy, Effet de la perméabilité Eknoyan G NEJM 2002; 347: 2010 Analyse en terme de Risque Relatif Eknoyan G NEJM 2002; 347: 2010 Hemostudy, Effet de la dose de dialyse Eknoyan G NEJM 2002; 347: 2010 ULTRA Filtres Purification eau et dialysat, et reinfusion Interet dans la baisse de la réponse inflammatoire à la dialyse Ultrafiltres sur le circuit Eau/Dialysat Purifiation du dialysat online Efficacité des Ultrafiltres Indications Dose de Dialyse : KT/V Dose de Dialyse : KT Dose de dialyse : K urée; β2; PO4 HDF….. Arbre décisionnel Etat du Malade: Recommandations Indications • Epuration extra-rénale de longue durée avec ou sans complication dégénérative : ostéoarticulaire , amyloïde.. • Pathologie inflammatoire évolutive sousjacente, • État hypercatabolique, IRA • Désordres hématologiques de type leucopénie, anémie sévère thrombopénie… • allergie , réactions d’hypersensibilité, asthme, • Désordres de l’hémostase, • Insuffisance respiratoire avec HTAP. RBPM ALD 17 Choix Dialyse et Membrane UREA QB (ml/min) 400 CREATININE 200 300 500 200 Polyflux 140H 198 277 332 - Polyflux 170H 199 283 343 - Polyflux 210H - 290 359 409 500 200 300 191 252 292 - 187 242 277 194 262 306 - 191 252 292 - 300 274 400 PHOSPHATE 327 363 - 400 INULIN VITAMINE B12 500 - 200 152 300 177 400 500 193 - 200 300 400 500 120 133 141 - - 159 189 208 128 143 - 208 232 249 266 314 347 - - 161 153 - 174 183 Vitamine B12 Inlun β2-Microglobulin Albumin 1,0 1,0 0,7 <0,01 Nouveautés en matière de dialyseurs Technologie fabrication de la membrane Géométrie du dialyseur Augmentation du débit dialysat Membrane bioréactive Membrane avec perte de protéines Conception nouvelle du dialyseur Conclusion Amélioration de la morbi-mortalité et de la qualité de vie. Peu ou Pas de différence de Prix Evolution technologique considérable MERCI A TOUS