Fisiologia del peritoneo XV CONVEGNO NAZIONALE DEL GRUPPO DI STUDIO DI DIALISI PERITONEALE Bari 18/03/2010-20/03/2010 Fisiologia del peritoneo ISTITUTI CLINICI DI PERFEZIONAMENTO P.O. BASSINI-Cinisello Balsamo Unità Operativa di Nefrologia e Dialisi Elena Alberghini

Utilizzo “parafisiologico” a scopo clinico. La cavità peritoneale Caratteristiche Ampia superficie Ampio flusso ematico totale splancnico Trasporto di acqua + molecole tra sangue e cavità Utilizzo “parafisiologico” a scopo clinico. In condizioni basali la cavità P rappresenta uno spazio virtuale che circonda i visceri addominali. Eccellente porta di ingresso per farmaci e soluti verso il circolo ematico generale, dai nefrologi per la rimozione dei metaboliti uremici

Membrana peritoneale “anatomica”: componenti 1- CELLULE MESOTELIALI PAVIMENTOSE: rivestite da microvilli, carica negativa, secernono fosfatidilcolina (lubrificante) 2- M.B. SOTTOMESOTELIALE: collagene IV, laminina, fibronectina, proteoglicani 3- STRATO SOTTOMESOTELIALE PAUCICELLULARE: arterie, vene, linfatici e fibre nervose immerse in una matrice connettivale (sostanza fondamentale con acido ialuronico, fibre elastiche, collagene I e III). Si distinguono: P. parietale (10%): 0.1-0.2 mm. P. viscerale (90%): 0.05 mm. Peritoneo parietale (ME x 100) “Atlas of Peritoneal Hystology”, N. Di Paolo, G. Sacchi et al. Perit Dial Int Vol. 20, Suppl. 3, 2000

MEMBRANA PERITONEALE SUPERFICIE EFFETTIVA Superf. anatomica = Superf. cutanea = 1,5-2 mq (Wegner 1877) Superficie funzionale = area di contatto con sol. dialisi < 1mq (Henderson /Flessner 2001 MPf = 41% MPa) SUPERFICIE EFFETTIVA Area di contatto Membrana Peritoneale parietale (EE x 100)

IL PERITONEO: SISTEMA DIALIZZANTE COMPARTO EMATICO flusso splancnico: 20-25% della portata cardiaca (circa 1200 ml/min) MEMBRANA PERITONEALE DIALITICA (non esiste fisicamente): complesso di strutture anatomiche e funzionali interposte tra sangue e soluzione dialisi COMPARTO DIALITICO volume di soluzione dialisi nella cavita’ peritoneale

Comparto ematico Il flusso effettivo capillare disponibile per gli scambi stimato circa 60-70 ml/min Il trasporto dei soluti avviene attraverso la rete di capillari peritoneali post-arteriolari disposti in serie: normalmente è perfuso solo il 20%; il N° dei capillari perfusi, la superficie endoteliale e la permeabilità possono variare a seconda dei casi (es. peritoniti, infiammazione del peritoneo). I vasi di grosso e medio calibro hanno una scarsa rilevanza negli scambi.

MEMBRANA PERITONEALE “DIALITICA” ENDOTELIO CAPILLARE C. DI TIPO “CONTINUO VERI” 98% (giunzioni chiuse “thight junctions”) C. VENOSI confluenza di 2-3 capillari veri VENULE POST-CAPILLARI (“gap junction” aperte) C.FENESTRATI 2%. le fenestrae sono diaframmi carichi negativamente che bloccano il passaggio delle proteine plasmatiche (anioniche). MESOTELIO CELLULE POLIGONALI PIATTE a “tegole di tetto” dotate di microvilli con vescicole pinocitiche PINOCITOSI SCARSO EFFETTO “BARRIERA”PER I SOLUTI INTERSTIZIO CONNETTIVO: gel mucoplisaccaridico forma network di canali acquosi tra capillari e mesotelio attraverso cui passano i soluti VASI LINFATICI TRASPORTO DI MACROMOLECOLE “size selective” restriction Nell’interstizio PREVALE LA p idrostatica capillare su quella interstiziale trasporto unidirezionale convettivo verso l’esterno del capillare. Le MACROMOLECOLE non possono passare interstiziosangue ma transitano dai LINFATICI PER TORNARE AL SISTEMA VENOSO

MODELLO MATEMATICO “MEMBRANA PERITONEALE”. Liq perit. Cр MP assimilata al filtro extracorporeo (contatto diretto DIALISATO/MEMBRANA che lo separa dal sangue). Nella cavità peritoneale il sangue intracapillare circola nel tessuto che circonda la cavità, separato dalla soluzione dialitica da una distanza superiore quindi la clearance dei piccoli soluti (urea) corrisponde in realtà ad una frazione di quella ottenibile con l’ ED Rispetto al filtro extracorporeo le proteine e le macromolecole transitano più facilmente Modelli concettuali elaborati nei passati 40 anni per la valutazione della membrana peritoneale come membrana dialitica Le 3 barriere mesotelio/interstizio/capillari sono raggruppati nello spessore della MP ΔX attraverso cui si esercita il gradiente di concentrazione Cв ΔX sangue

MODELLO MATEMATICO “DISTRIBUTIVO” (Nolph & Coll.) Il trasporto di fluidi dalla cavità peritoneale al sangue avviene con meccanismo diffusivo e convettivo, attraverso il mesotelio,con passaggio nei capillari DISTRIBUITI in tutto l’interstizio , Tra sangue e cavità peritoneale vi sono almeno 6 “resistenze anatomiche” di cui 3 solo 3 quantificabili: CAPILLARI, MESOTELIO ,INTERSTIZIO Sovrapponibile al meccanismo fisiologico del trasporto

Resistenze al flusso R2: endotelio capillare (spt. per soluti grossi) R4: interstizio (spt. per soluti piccoli) R1: strati di plasma stagnante a ridosso della parete capillare R3: membrana basale capillare Lume capillare Interstizio Cavità peritoneale R6: strati di liquido stagnante nella cavità peritoneale R5: mesotelio peritoneale

MODELLO DEI 2 PORI Trasporto di soluti piccoli (< 6000Da) :indentificazione pori con raggio di 4-6 nm Trasporto di macromolecole attraverso pori con diametro > 20nm Formulazione iniziale della teoria dei pori fu applicata ai piccoli soluti. Il trasporto delle macromolecole era noto ma non il meccanismo. Sieving rapporto tra concentrazione di un soluto D/ concentrazione P quando ilgradiente diffusivo è nullo. CRITICA: non spiegava in modo completo il flusso di acqua e soluti. mancata corrispondenza tra S-coeff dei capillari (0.95-0.98) e quello della “membrana peritoneale”(0.6_0.7)

Trasporto dei soluti attraverso il peritoneo IL MODELLO A TRE PORI Rippe e Stelin Trasporto dei soluti attraverso il peritoneo La membrana peritoneale è costituita da tre principali barriere: 1. la parete capillare 2. l'interstizio 3. il mesotelio Lo studio della cinetica dei soluti riflette lo stato del sistema vascolare della membrana peritoneale (modello matematico dei “tre pori”)

La parete capillare è il maggior sito di resistenza al trasporto di fluido e soluti. Il trasporto attraverso la parete capillare si verifica attraverso tre differenti tipi di pori: pori larghi, pori piccoli ed acquapori.

PORI LARGHI - 0.1% (raggio 250 Å) Il numero di pori larghi determina la perdita di proteine durante la dialisi peritoneale. trasporto acqua urea & creatinina glucosio proteine Poiché la P intracapillare (9mmHg)è > P pericapillare interstiziale (0.4-0.5mmHg) il trasporto delle proteine è unidirezionale, convettivo ,asimmetrico quindi le macromolecole non possono essere trasportate dall’interstizio al sangue direttamente ma transitano dal sistema linfatico per tornare al sistema venoso centrale. Perdita proteine=5-10g/die (50%Alb)

PORI PICCOLI - 90-93% (raggio 40-50 Å) Il numero di pori piccoli è il principale fattore che determina il trasporto di liquido e dei soluti a basso PM trasporto acqua urea & creatinina glucosio proteine

ACQUAPORI : ultrasmall pores (raggio 3-5 A) Il numero di acquaporine (canali tranendoteliali) influenza il trasporto dei liquidi trasporto acqua urea & creatinina glucosio proteine Consente trasporto dell’acqua ma respinge il passaggio dei soluti. le A-soprattutto del tipo A1- sono verosimilmente le proteine che costituiscono questi canali transendoteliali dell’acqua. Durante uno scambio con G ipertonico il 50% dell’UF transita attraverso le a, mentre il rimanenete 50% attraverso i piccoli pori.

Determinano il trasporto dei soluti aquapori raggio 0.5 nm pori larghi raggio 25 nm pori piccoli raggio 5 nm Area relativa ai pori larghi Area relativa ai pori piccoli Area relativa agli acquapori

Importante per l’Ultrafiltrazione aquapori raggio 0.5 nm Importante per l’Ultrafiltrazione pori larghi raggio 25 nm pori piccoli raggio 5 nm Area relativa ai pori larghi Area relativa ai pori piccoli Area relativa agli acquapori

CINETICA DEI SOLUTI I meccanismi fisiologici che governano il trasporto transperitoneale di acqua e soluti dal sangue alla cavità e viceversa, sono gli stessi. Le forze che guidano il meccanismo dipendono dalla direzione del trasporto La cinetica è regolata dai fenomeni di 1- diffusione 2- convezione 3- ultrafiltrazione/osmosi.

diffusione Tasso di diffusione Soluti a basso PM bidirezionale Pori piccoli bidirezionale Tasso di diffusione MTAC x ΔC diffusione MTAC: massima teorica clearance diffussiva al tempo 0. Trasporto diffusivo è proporzionale al gradiente di concentrazione passaggio di soluti direttamente prorzionale al gradiente di concentrazione

MTAC Trasporto Convettivo Plasma Dialisato Situazione di equilibrio: il tasso diffusivo si riduce MTAC dipende solo dal trasporto netto di acqua tra sangue dialisato VOLUME liquido drenato + UF Trasporto Convettivo per trascinamento soluti dal solvente MTAC: massima clearance diffusiva al tempo 0

PARAMETRO DI PERMEABILITA’ CONVETTIVA Coeff. di Sieving = D/Pquando trasporto diffusivo è nullo Quando non c’è diffusione non si ha trasporto soluti atteverso pori piccoli. L’acqua transita sia dai pori interendoteliali che dai canali acquosi Trasporto acqua > trasporto convettivo dei soluti  il soluto nel liquido di dialisi sarà meno concentrato rispetto al plasma Il paramentro di permeabilità convettiva è il coeff S. Il coeff.R esprime la resistenza della M al trasporto di un agente osmotico (0-1) dove 1= non c’è passaggio-0= nessuna barriera , nessun effetto osmotico. IL Coeff R per il glucosio molto basso nei pori intercellulari , ma =1.0 nei canali dell’acqua. QS ne spiega l’effetto come agente osmotico nella PD nonostante le piccole dimensioni Coeff S=0 il soluto è troppo grande per un trasporto convettivo Coeff S=1 la membrana non oppone ostacoli al trasporto convettivo Coeff S piccole molecole = 0.7

σ=1 il soluto Non atttraversa la M = M semipermeabile ideale DA NON CONFONDERE con COEFF. RIFLESSIONE σ resistenza che la membrana esercita sul trasporto di un agente osmotico σ=0 il soluto non ha effetto osmotico ,attraversa la M senza opposizione σ=1 il soluto Non atttraversa la M = M semipermeabile ideale In dialsi peritoneale il “σ del glucosio” dipende dal N° e dalla funzionalità dei canali acquosi

Movimento dei fluidi attraverso i capillari Estremità arteriosa Pressione in uscita Pressione idrostatica capillare  35 mmhg Pressione in entrata Pressione oncotica proteica  25 mmhg Pressione netta in uscita  10mmhg Estremità venosa Pressione in uscita Pressione idrostatica capillare  15 mmhg Pressione in entrata Pressione oncotica proteica  25 mmhg Pressione netta in Ingresso  10mmhg Vaso linfatico Capillare Proteine plasmatiche “Forze di Starling” la filtrazione attraverso la membrana dei capillari è determinata dalla pressione idrostatica cui si oppone la pressione osmotica (oncotica delle proteine). Pertanto a livello della estremità arteriosa del capillare dove la pressione idrostatica supera la pressione oncotica, il liquido passa dai capillari negli spazi interstiziali. All'estremità venosa del capillare invece, dove la pressione oncotica supera la pressione idrostatica, il liquido rientra nei capillari.

Trasporto dei fluidi UF TRANSCAPILLARE P IDRAULICA PERITONEO GRADIENTI PRESSORI P idrostatica capillare 17mmHg P colloidosmotica Capillari 21 mmHg Dialisato nulla P Cristaoidosmotica GLUCOSIO( Coef.Riflessione) P IDRAULICA PERITONEO (8-20mmHg) Dip. volume dialisato SUPERF. PERITONEALE effettiva Coefficiente di R per il glucosio a livello dei pori intercellulari è molto basso ma =1 a livello dei canali acquosi. Qundi spiega l’efficacia deln G come agente osmotico.

Δ GLUCOSIO GRADIENTE CONCENTRAZIONE MASSIMALE UF massimale GRADIENTE CONCENTRAZIONE MASSIMALE INIZIO DELLA DIALISI ASSORBIMENTO DAL DIALISITO (61% a 4h- 75% a 6h) Δ UF ridotta

ICODESTRINA POLIMERI DEL GLUCOSIO: PMm=16.800 D Induce COLLOIDOSMOSI: trasporto di acqua attraverso una M permeabile ai piccoli soluti, nella direzione dell’eccesso dei soluti ad alto PM, piuttosto che secondo gradiente di concentrazione Induce il trasporto di acqua attraverso i pori piccoli (scarso nei canali acquosi x > R delle acquaporine, relativa al loro raggio) Il gradiente si mantiene per molte ore per lo scarso assorbimento dal dialisato

Dissociazione Trasporto Na-acqua Δ diffusivo minimo Trasporto Diffusivo < convettivo Fase iniziale: alto di trasporto dell’acqua libera A1diluizione Riduzione concentrazione (max 1-2h) Ipernatremia Graduale aumento Na nel dialisato per diffusione dal circolo Dissociazione Trasporto Na-acqua

Grazie per l’attenzione !