Curs4-Inginerie citotisulara

30
Inginerie Inginerie citotisulara si citotisulara si organe organe artificiale artificiale An IV CURS 5

Transcript of Curs4-Inginerie citotisulara

Page 1: Curs4-Inginerie citotisulara

Inginerie citotisulara Inginerie citotisulara si organe artificialesi organe artificiale

An IV

CURS 5

Page 2: Curs4-Inginerie citotisulara

Rinichiul uman:

•organ cu forma de fasole -dublu, una de fiecare parte a coloanei vertebrale.

•Reprezinta aprox 0.5% din greutatea totala a corpului,

•primeste 20–25% din sangele arterial pompat de inima.

•Fiecare rinichi contine 1-2milioane nefroni.

Page 3: Curs4-Inginerie citotisulara

Nefronul

Nefronul este un tub, inchis la un capat si deschis la celalalt. Este compus din:

capsula lui Bowman. Aflata la capatul deschis, peretele nefronului formeaza o camera cu pereti dubli.

Glomerulul. O retea de capilare in capsula lui Bowman. Sangele din glomerul

trece intr-o reta capilara secundara care

inconjoara

Tubulu proximal.

Spiralat si legat de celule

Ansa Henle.

Tubulul distal,

puternic spiralat si inconjurat de capilare.

Tubulul colector.

Page 4: Curs4-Inginerie citotisulara

Ce secreta?– Urea - 30 g/zi– Creatinina - 2 g/ zi– Saruri - 15 g/ zi– Uric Acid - 0.7 g/ zi– Apa - 1500 mL/ zi– Alte substante

Degradare rinichi– Acumulare reziduuri– acidoze, edeme, hipertensiune, coma

Page 5: Curs4-Inginerie citotisulara
Page 6: Curs4-Inginerie citotisulara

L/zi mL/min

Filtrare 170 120

Resorptie 168.5 119

Excretie Urina

1.5 1

Filtrare si resorbtie de apa

Page 7: Curs4-Inginerie citotisulara

Renina – secretata de rinichi – rol in formarea de aldosteron – reglare balanta apa-saruri

Eritropoietina – stimuleaza producerea de celule cand concentratia in oxigen este mica

Page 8: Curs4-Inginerie citotisulara

Sisteme de asistare a rinichiului. Dializoare

1.Sistem cu rezervor cilindricEste constituit dintr-un tub de celofan (acetat de celuloza), care este o membrană semipermeabilă, prin care curge sângele. Tubul este înfăşurat de-a lungul unui cilindru care se roteşte într-o incintă staţionară de dializat. Curăţarea sângelui are loc de-a lungul membranei.

Page 9: Curs4-Inginerie citotisulara

2.Dializoare cu plăci paraleleAcest tip de dializoare este constituit din plăci tubulare de celofan, dispuse pe straturi (plăci) de umplutură. Sângele curge prin tuburile de celofan, iar dializatul prin umplutură, în contracurent.

Principalele dezavantaje ale acestor dializoare sunt:- curgerea are loc cu presiune mică:- apar dificultăţi de sterilizare între tratamente.Pentru a elimina aceste dezavantaje s-au creat versiuni mai mici şi cu sisteme înlocuibile care nu necesită sterilizare. Formarea unor adâncituri pe plăcile de umplutură determină curgerea turbulentă a dializatului, îmbunătăţind astfel curăţarea sângelui.

Page 10: Curs4-Inginerie citotisulara

3.Dializoare bobinăAcest tip de dializor constă din tuburi de celofan care formează membrane semipermeabile întinse între structuri tip plasă, cu rol de suport. Membranele sunt dispuse concentric în jurul unei zone centrale. Sângele circulă prin tuburile de celofan, iar dializatul este pompat prin exterior.Dezavantaje:- presiunea în tuburi este mare- apare riscul de rupere al membrane şi există un risc ridicat de contaminare în vasul de dializă.

Page 11: Curs4-Inginerie citotisulara

4.Dializa modernă cu rinichi artificial cu fibre cu lumen

Acest dispozitiv este constituit dintr-un cilindru în care se găsesc până la 11000 de fibre celulozice cu lumen formând membrane. Diametrul intern al fibrelor este de aproximativ 200-300.Sângele curge prin lumen, dializatul curge în contracurent înafara fibrelor sau perpendicular pe fibre.

Page 12: Curs4-Inginerie citotisulara

Avantajele sistemului sunt:- necesitatea unui volum de alimentare mic, nu apar astfel

complicaţii la donator;- rezistenţă redusă la curgere;- utilizarea unică;- sunt ieftine;- compartimentele de dializă pot fi presterilizate şi curăţate;- nu apar infecţii;- eficienţă bună;- membranele celulozice sunt rezistente.

Page 13: Curs4-Inginerie citotisulara

5. Hemodializa utilizând rinichiul artificial cu fibre cu lumenPrincipalele caracteristici sunt:- toxinele sunt îndepărtate prin difuzia solutului prin porii membranei, în special prin menţinerea unui gradient de concentraţie între sânge şi dializat;

- dializatul înlocuieşte continuu produsele toxice prin păstrarea unui gradient de concentraţie şi prin viteza de difuzie;- dializatul conţine substanţe ionice ale sângelui, în concentraţie mare, ionii în exces difuzând spre concentraţiile reduse, până la stabilirea unui echilibru;

- proteinele şi celulele din sânge nu pot traversa membrana; - viteza de curăţare de substanţe cu dimensiuni mici este ridicată;- fluidul în exces se îndepărtează prin ultrafiltrare- gradientul de presiune hidrostatică de-a lungul membranei forţează fluidul din sânge către dializat, care are gradient de concentraţie în solut mai mare;

-hemofiltrarea utilizează membrane cu pori mari care favorozează îndepărtarea moleculelor cu dimensiuni medii prin convecţie- gradientul de presiune forţează apa să treacă înafara sângelui, iar apa trage după sine şi moleculele cu dimensiuni medii.

Page 14: Curs4-Inginerie citotisulara

O curăţare rapidă are loc prin hemodiafiltrare, procedeu care combină hemodializa şi hemofiltrarea, utilizând membrane cu pori mari şi mici pentru îndepărtarea avansată a moleculelor mici prin hemodializă şi pentru o bună curăţare de molecule medii prin hemofiltrare

Page 15: Curs4-Inginerie citotisulara

Componentele maşinii de dializă- circuitul extracorporeal

Page 16: Curs4-Inginerie citotisulara

Tuburile pentru sânge-sunt din PVC flexibil şi prelucrabil prin adaos de plastifianţi;-tuburile sunt prelucrate astfel încât să aibă o suprafaţă internă netedă şi tratate cu silicon pentru a minimiza coagularea sângelui(importantă în special în segmentul pompei);-reprezintă linia arterială care conduce sângele dela arteră la dializor, linia venoasă care întoarce sângele la pacient.

Monitorizarea presiunii arteriale-este necesară pentru a indica deconectarea sau obstrucţionarea tubulaturii, controlând îndepărtarea fluidului din sânge prin gradient de presiune;-traducătorul de alimentare amplifică şi converteşte semnalul în unul electric;-alarmele înregistrează trecerea presiunii înafara limitelor şi dacă pompa de sânge este închisă

Page 17: Curs4-Inginerie citotisulara

Pompa de sânge-are rolul de a forţa sângele să curgă de-a lungul tubului;-pompa se adaptează la diferite dimensiuni ale tuburilor corespunză-toare diferitelor dimensiuni ale pacienţilor;-hemoliza minimă are loc la viteze reduse ale sângelui.

Pompa de heparină-uzual se utilizează pompă tip seringă, dar pot fi utilizate şi pompe rotative;-heparina se introduce deasupra pompei de sânge, utilizarea unui punct de alimentare sub pompa de sânge putând conduce la complicaţii (embolii), ca urmare a faptului că în zona respectivă presiunea este subatmosferică.

Opţional-pompă de solutDializorul-unul cu fibre cu lumenMonitorizarea presiunii venoase-aceeaşi metodă ca şi în cazul monitorizării presiunii arterialeDetectorul de aer- monitorizează scurgerile de aer

Page 18: Curs4-Inginerie citotisulara

Componentele maşinii de dializă

Page 19: Curs4-Inginerie citotisulara

Incălzitor de apă şi monitor temperatură-este un schimbător de căldură sau element de încălzire cu imersie;-elementele de încălzire sunt din oţel inox pasivat, nu pe baza de Cu sau Al pentru a evita pătrunderea acestora în organism şi a preveni intoxicaţiile;-de preferinţă, doar apa se încălzeşte înainte de a fi amestecate cu concentratul aflat la temperatura camerie, pentru a reduce riscul de coroziune a elementelor de încălzire; -temperatura apei este de cca. 36oC-42oC;-senzorii d etemperatură detectă fluctuaţiile în fluid şi ajustează elementul de încălzire;-mecanismul de biofeedback măsoară temperatura pacientului(sau temperatura specificată);-dacă dializatul are temperatură mult mai mare se deschide o valvă de bypass pentru a preveni intrarea fluidului în dializor;-se poate utiliza apă caldă dezinfectată( temperatura de 85oC)

Page 20: Curs4-Inginerie citotisulara

Deaerarea dializatuluiIn apa de preparare poate exista aer. Pentru îndepărtare, apa este încălzită la temperatura fiziologică, se crează diferenţă de presiune si elimină aerul.Deaerarea poate fi realizată şi prin încălzire la 85oC, urmată de răcire la temperatura fiziologică, cu schimbătoare de căldură.

Celula de conductivitate-are rolul de a măsura conductivitatea, pentru a asigura un raport corect apă-concentrat;-conductivitatea dializatului se modifică cu concentraţiile ionilor;-dializatul parcurge celula care conţine un electrod;-dacă conductivitatea diferă

se recurge la bypass.

Page 21: Curs4-Inginerie citotisulara

Monitorizarea scurgerilor de sângeAceasta este necesară deoarece indică dacă au apărut fisuri la nivelul membranei. Pentru aceasta se utilizează un dispozitiv foto-optic, care face apel la lumina vizibilă şi spectrul în lumină albastră- măsoară modificarea transmisiei optice a dializatului(dată de deviaţiile induse de hemoglobina conţinută în celulele roşii).In momentul apariţiei unor scurgeri, pompa de sânge se închide. Camera optică previne falsele alarme date de bulele de aer.

Page 22: Curs4-Inginerie citotisulara

FlowmetrulTransportul de-a lungul membranei este influenţat de viteza de curgere a dializatului. Două flowmetre calibrate se localizează, unul înainte şi unul după dializor. Viteza de curgere nu este totuşi critică pentru siguranţa pacientului.

Monitorizarea presiunii transmembranareAre loc pentru a asigura volumul corect de fluid îndepărtat şi pentru a preveni excesul de presiune în compartimentul dializatului, faţă de presiunea din compartimentul cu sânge.

Page 23: Curs4-Inginerie citotisulara
Page 24: Curs4-Inginerie citotisulara

WAK device - rinichi artificial portabil

Page 25: Curs4-Inginerie citotisulara

Rinichi artificial implantabil

Faza II – Teste preclinice

Page 26: Curs4-Inginerie citotisulara

Membrane

MEMS (sistem microelectromecanic)-Silicon membrane filtreza saruri si molecule organice

mici

•Filtrele sunt inlocuite anual•Fiecare dispozitiv – cel putin 100 filtre

Page 27: Curs4-Inginerie citotisulara

Rinichi artificial – sistem in 2 etape. Filtrele indeparteaza toxinele din sange, BioCartridge (celule din tubul renal) – metabolism si rolul de pastrare balantei apei in rinichiul uman.

Faza II – Teste preclinice

Page 28: Curs4-Inginerie citotisulara

Rinichi artificiali din celule stem

2011 – obtinut in laborator cu ajutorul celulelor stem o pereche de rinichi artificiali. Rinichii au fost creati in laborator intr-un mediu care includea lichid amniotic uman in care au fost introduse celule stem de origine animala.

Organele au o lungime de 5 milimetri fiecare, fiind la fel de mari ca rinichii unui fetus.

Se urmareste cresterea de organe in marime naturala, care vor putea fi transplantate la pacientii afectati de boli renale.

Page 29: Curs4-Inginerie citotisulara
Page 30: Curs4-Inginerie citotisulara

Rinichi decelularizat si repopulat cu celule