Opzioni attuali di sostituzione renale
La dialisi è la modalità primaria di sostituzione renale nei pazienti con ESRD, e di per sé è un risultato di ingegneria biomedica di grande successo. Nell’emodialisi (HD), il sangue del paziente viene eseguito attraverso una macchina per dialisi e un filtro per l’emodialisi che in genere contiene molte fibre cave fatte di membrane porose. Questi dispositivi quindi filtrano e dializzano il sangue contro i bagni prescritti contenenti specifiche concentrazioni di sodio, potassio, calcio, magnesio, bicarbonato e glucosio. Le fibre possono essere fatte di monomeri di cellulosa, monomeri di cellulosa modificati o polimeri sintetici. Dal punto di vista ingegneristico, la tecnologia delle membrane per dialisi cerca continuamente di migliorare la biocompatibilità. La clearance del sangue si ottiene sia per diffusione che per convezione. Oltre alla dialisi (che altera la composizione del sangue), il volume del sangue del paziente può anche essere regolato dall’ultrafiltrazione (rimozione del fluido). Gli obiettivi generali della MH sono quindi di rimuovere le tossine uremiche, mantenere l’equilibrio acido-base, prevenire l’iperkaliemia o altri squilibri elettrolitici e mantenere l’euvolemia. Tuttavia, l’elenco sempre crescente di tossine uremiche variano considerevolmente in termini di dimensioni, carica, volume di distribuzione e legame proteico. Pertanto, non esiste una membrana di dialisi unica che rimuova selettivamente le tossine uremiche pur mantenendo soluti benefici. Per complicare ulteriormente le cose, il mantenimento dell’euvolemia può essere piuttosto impegnativo per medici, infermieri e pazienti.
Ci sono diverse limitazioni aggiuntive per HD come è attualmente implementato. È necessario l’accesso vascolare che può ospitare alti flussi di sangue. Questo può essere realizzato attraverso un catetere per dialisi venosa a foro grande, un innesto artero-venoso protesico (AVG) o una fistola artero-venosa nativa (AVF) che deve essere formata chirurgicamente collegando un’arteria e una vena (di solito nel braccio non dominante). I cateteri posti tipicamente nella vena giugulare interna sono inclini all’infezione e possono danneggiare e stenosi (anormalmente stretti) i vasi nativi. Gli AVG, tipicamente costituiti da politetrafluoroetilene (PTFE), sono soggetti a trombosi e infezioni. AVFs sono l’accesso preferito per la dialisi a lungo termine a causa di tassi più bassi di infezione e una migliore longevità. Infatti, all’interno dei centri di dialisi, c’è stato un movimento per aumentare l’uso di fistole con la Fistola Prima iniziativa per migliorare la cura dei pazienti ESRD. Sfortunatamente, non tutte le procedure chirurgiche per creare AVFS portano ad un accesso funzionale alla dialisi. Possono essere necessarie diverse settimane per la maturazione di un AVF e spesso sono necessarie ulteriori revisioni chirurgiche per ottenere un flusso adeguato. Inoltre, molti pazienti con ESRD hanno una malattia vascolare sottostante che rende i loro vasi nativi inadatti alla formazione di fistole. Comprendere i meccanismi biologici del rimodellamento dei vasi e della formazione di AVF è un’area attiva di ricerca. Le conoscenze acquisite possono essere utilizzate per aumentare i tassi di successo della formazione di fistole utili. Un’altra limitazione di questa modalità di dialisi è che il paziente deve essere collegato a una macchina e monitorato attentamente per sessioni che durano 3-4 ore, tre volte a settimana. Questo in genere ha un impatto negativo sulla qualità della vita di un paziente. Sono in corso sforzi per espandere l’uso dell’emodialisi notturna e domestica per migliorare la qualità della vita del paziente. In definitiva, mentre è in grado di prolungare la sopravvivenza del paziente ESRD per anni, le macchine per dialisi e le membrane mancano del controllo squisito e sfumato che i reni sani nativi e le cellule all’interno sono in grado di fornire. La mortalità dei pazienti con MH è di circa il 20% all’anno. Il peggioramento delle malattie cardiovascolari è uno dei principali fattori di questa elevata mortalità.
Un’altra modalità di dialisi è la dialisi peritoneale (PD), che è più economica della HD. In questa modalità di dialisi la membrana peritoneale addominale del paziente (il rivestimento cellulare della cavità addominale) viene utilizzata per la dialisi e l’ultrafiltrazione. Per questa modalità, un catetere di silicone in permanenza viene impiantato all’interno dell’addome. Questo catetere consente l’afflusso e il deflusso di soluzioni di dialisi che contengono elettroliti, base e destrosio (zucchero) che dializza il paziente tramite osmosi e diffusione. La membrana peritoneale del paziente e la vascolarizzazione all’interno funzionano come filtro per dialisi. Il fluido viene quindi drenato in tempi specificati per rimuovere le tossine uremiche e anche per ottenere l’ultrafiltrazione. È necessaria un’attenta considerazione dei tempi di afflusso e deflusso del dializzato perché, man mano che i tempi di permanenza aumentano, la soluzione di destrosio viene assorbita sistemicamente. Finché i pazienti eseguono la procedura in modo pulito per evitare infezioni peritoneali, note come peritonite, l’autonomia del paziente e quindi la qualità della vita sono notevolmente migliorate rispetto alla MH. Purtroppo, col passare del tempo la membrana peritoneale può cambiare con conseguente guasto di ultrafiltrazione dove la rimozione fluida non può più essere raggiunta efficacemente. Inoltre, il peritoneo può mostrare segni di fibrosi. Uno scenario particolarmente preoccupante è lo sviluppo di un disturbo noto come incapsulamento della sclerosi peritoneale che ha un’alta morbilità e mortalità associate a causa di ripetute ostruzioni intestinali. Questa entità è anche chiamata “pancia del bozzolo” perché gli organi all’interno dell’addome appaiono avvolti come un bozzolo. Sebbene la membrana peritoneale sia un tessuto vivente, è un tessuto che non è stato progettato per funzionare come un rene e può essere significativamente alterato sequestrandolo per scopi terapeutici.
Sebbene il trapianto di rene richieda immunosoppressione, i miglioramenti nella sopravvivenza complessiva del paziente e i miglioramenti nella qualità della vita sono significativi. I trapianti di rene possono provenire dal gruppo sanguigno abbinato a donatori deceduti o viventi. I donatori viventi sono attentamente esaminati per la loro idoneità psicologica e medica a donare. Il rene donato viene impiantato nella pelvi anteriore e vascolarizzato dai vasi iliaci. I reni nativi sono in genere lasciati sul posto. Il trapianto allogenico richiede immunosoppressione per prevenire il rigetto. Con l’aderenza del paziente, i pazienti e i loro organi trapiantati possono sopravvivere per molti anni dalla dialisi. Con immunosoppressione viene un rischio aumentato per infezioni e per sviluppo di cancri. Tuttavia, per la maggior parte dei pazienti con ESRD, il trapianto renale è l’opzione di sostituzione renale preferita. Sfortunatamente, c’è una significativa carenza di reni da donatore disponibili e il divario tra il paziente ESRD totale e il numero di organi disponibili per il trapianto continua ad allargarsi. I tempi attuali della lista d’attesa negli Stati Uniti sono di 3-5 anni e molti pazienti muoiono in dialisi mentre sono in quella lista d’attesa. Sono necessarie nuove ricerche per affrontare la chiara necessità di un maggior numero di tessuti renali sostitutivi.